汽车安全气囊气袋综述

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汽车安全气囊气袋综述摘要：车载安全气囊和安全带已经成为乘用车中最重要的被动安全装备。安全气囊系统在交通事故中点爆气体发生器向气袋充气并从安全气囊模块中弹出而隔开人体和可能与之碰撞的车内构件来达到保护乘员的目的。本文对气囊系统作为最后执行保护功能的气袋部件的重要性、功能、基本技术要求、原材料和国产化等问题进行了讨论和归纳，提供相关技术人员参考。关键词:被动安全,安全气囊,气袋,气袋布,缝线StudyonairbagcushionofautomotiveairbagsystemAbstract:AirbagmoduleandbelthavealreadybecomethemostimportantPassiveSecurityEquipmentsinVehicle.Theairbagsystemprotectstheoccupantbyignitingthegasinflator,whichcanreleasegasandthendeploytheairbagtoseparatethebodyfromallthevehiclepartswhichcouldprobablyhurtoccupantduringatrafficaccident.Thisarticleilluminatesandconcludestheimportance,function,generaltechnicalrequirements,materialsandlocalizationoftheairbagcushionwhichperformingthefinallyprotectionfunctiontotheoccupant,toprovidetherelativeengineersforreference.Keywords:airbagmodule,airbag,fabric,sewingthread0引言安全气囊系统是汽车上的被动安全性保护装置,当汽车发生意外碰撞事故时,可尽最大可能减少汽车驾驶员、乘员于方向盘、仪表盘和风窗玻璃之间的二次碰撞所造成的伤害。由于它在汽车碰撞事故中能更有效地保护乘员，减少伤亡，近20年来，在北美、欧洲、日本等工业发达国家得到迅速的发展和普及，现在的新车上基本都安装有安全气囊，且安全气囊已经成为绝大多数主流轿车的标准配件。它对驾驶员和乘员的头部、颈部安全起着明显的保护作用。特别是在汽车正面碰撞和前侧碰撞时,其保护作用尤为明显,而座椅安全带对人体胸部以上的保护作用十分有限。安全统计结果表明,汽车发生事故时,人体胸部以上受伤的几率高达75%以上。而在汽车发生碰撞时对乘员直接起保护作用的是安全气囊中的气袋，因此气袋是汽车安全气囊中至关重要的零部件之一。1汽车安全气囊系统图一汽车安全气囊系统基本工作原理车载安全气囊系统（以下简称气囊）以驾驶员气囊（DAB）为例由中央控制器（ECU）、指示灯（Pilotlamp）、时钟弹簧（Clockspring）、气囊模块（Module）和线束(Wireharness)组成，工作电路由汽车电源供电。每当汽车发动后装在中央控制器（ECU）中的传感器就开始工作，采集汽车行驶时加速度、速度、位移的变化，当行驶中的汽车突遇车祸时，其加速度、速度、位移会发生剧烈的变化，中央控制器（ECU）对采集到的数据进行计算并按设计的程序边界条件进行判断确认是否发生碰撞车祸并发出点火指令，点火信号经过线束→时钟弹簧传至气囊模块中气体发生器，先点爆气体发生器中的电点火具→点燃传火药→点燃产气药，产气药迅速燃烧产生大量高温高压的气体充入气袋，充气的气袋从气囊模块中弹出在乘员和即将与之碰撞的车身刚性构件之间成一个柔性气垫，来吸收车内乘员在车祸中仍然保持碰撞 前车速的惯性运动机械能量，避免或显著减轻车内乘员在车祸后的二次碰撞中（车内乘员与车身刚性构件的碰撞）所受到的伤害，努力做到“车毁人不亡”或“车伤人不伤”。从上述气囊系统的工作原理可以得知，方向盘、仪表台支架是安装驾驶员气囊（DAB）、乘员气囊（PAB）的支撑装置，中央控制器（ECU）和其中的传感器是采集汽车运动状态变化数据并进行运算、判断的指挥机构，当判断发生碰撞并发出的点火指令通过线束、时钟弹簧部件传递到气体发生器，所以线束、时钟弹簧是电信号传递连接器。点燃产气药后的气体发生器向气袋内充气，使气袋弹出并迅速展开来等待乘员的惯性运动碰撞。所以气袋是整个气囊系统的最终体现保护功能的执行元件。就象武器系统的发射装置、发动机（或药筒装药）、制导系统是把战斗部（弹丸）瞄准、推进、调整飞行误差而最终把战斗部（弹丸）输送到既定目标处来杀伤/消灭目标一样，战斗部（弹丸）才是武器系统的最终执行元件，所有其他机构都是为了使用设定的方法、在设定的时间，将战斗部（弹丸）输送到设定的目标的辅助（保障）机构，而执行机构是战斗部（弹丸），由该机构来实施对目标的摧毁/杀伤。安全气囊系统也是这样，不管是支持机构、传感器采集系统、计算控制系统还是电器连接机构等，其安装和工作的最终目的是在设定的时间、设定的部位、使气袋按设定的方式展开来吸收车内乘员二次碰撞动能来达到保护乘员的目的。所以，整个安全气囊系统的工作效果是由最终的执行元件——气袋的工作结果来实现的。气袋是车载安全气囊系统的关键功能部件，对其作深入的技术研究是非常必要的。2影响气袋保护效果的因素气袋是由柔性材料制成的密封袋，它接受来自于气体发生器总成的气体，用以保护乘员避免与车内部件相撞。当汽车发生碰撞时，车内的ECU检测出碰撞信号并点燃气体发生器，气体发生器产生气体给气袋充气，气袋从饰盖中展开保护乘员，一定时间后，气袋的气体逐渐释放，保护过程完成。气袋可以根据安全气囊的类别来进行分类。主要可以分为以下几种：驾驶者安全气囊气袋(DAB气袋)、乘员侧安全气囊气袋(PAB气袋)、侧面安全气囊气袋(SAB气袋)、侧面安全气帘气袋(CAB气袋)以及膝部安全气囊气袋(KAB气袋)等。气袋的保护效果在结构方面主要受气袋的包形、拉带、排气孔这三个主要的参数影响。气袋的包形是指气袋经过裁剪并按照一定的方法缝制后实现的气袋形状，在车辆碰撞并对气袋充气后，气袋的包形对乘员的保护范围、保护角度、以及伤害值都有影响。但是由于每款车的设计不同，仪表板的位置、座椅的设计、转向盘的设计等等的差异性决定了配装每款车的包形有所区别。目前，一般来说，DAB气袋的包形是圆形，PAB气袋的包形是长方形，SAB气袋的包形也是近似长方形居多。目前的气袋中普遍使用的一种设计就是拉带式气袋。所谓拉带式气袋就是气袋的内部缝制一条或几条拉带，通过这一条或几条拉带来控制气袋的展开厚度，微调气袋的展开方向。大多数DAB气袋中都会使用拉带，有部分PAB气袋中也会使用拉带来控制。排气孔是气袋设计中的重要设计内容之一，基本上每个气袋都有一到两个排气孔，排气孔的作用是调节气袋充气压力。车辆碰撞瞬间，乘员撞击已经打开的气袋，迫使气袋内气体从排气孔排出以吸收乘员冲击的动能，达到保护效果。在设计气袋时，若排气孔设计过大，则有可能气袋无法起到保护作用，或者作用时间不够，气袋就快速泄气结束；若气袋排气孔过小，会造成气袋内压力过大而使得气袋爆裂失效，或者乘员撞击气袋时不能及时泄气吸收动能，间接对车内乘员造成伤害。在设计并验证气袋时，调节排气孔来微调气袋是最常见的手段。气袋的原材料主要有气袋布和气袋缝纫线组成，由于安全气袋的特殊作用，因此对于气袋布和缝纫线都有较高的要求。3布袋的主要性能安全气囊气袋布的材料选择主要考虑以下几点因素：能承受气体发生器产生的热空气能量； 能阻止灼热粒子击穿布料；要能够使得气袋从模块中顺利钻出并展开；阻止乘员大幅运动/吸收撞击所产生的能量；在-35℃到+85℃的条件下折叠并压缩保存15年不失效；可以折叠成较合适的体积放在安全气囊的模块内。对于以上几点要求，在选择气袋布时应关注以下几点材料性能：断裂强力：断裂强度不够，安全气囊引爆时气袋布断裂引起气袋失效，气袋布纱的规格越高则断裂强度越大，见图3。对于气袋布断裂强度的选择取决于气袋的设计，不同类型的气袋断裂强度不同。纱线的规格降低，并且增大纱线经纬的密度都可以使断裂强度增大。撕裂性能：撕裂性能不够，安全气囊引爆时气袋布被撕裂引起气袋失效。织物的撕裂性能和纱的拉伸强度、织物的结构以及纱线之间的摩擦力有关系。粗纱织成的布料撕裂强度较高，纱线密度增大，布料的撕裂强度降低，纱线之间的摩擦力减小，布料的撕裂强度增大。气密性：气密性差，气袋保气性差，会引起气袋内气压不够或者保气时间不够，保护失效。涂层织物的气密性很好，非涂层织物气密性比涂层织物低。缝接强度：缝接强度差，安全气囊引爆时会使得缝合处撕破。气袋布的缝接强度和织物的结构以及纱线之间的摩擦力有关系，增加气袋布的密度会提高气袋布的缝接强度，但是同款规格同样密度的气袋布，涂层的缝接强力比非涂层的要小，这是因为涂层的硅胶减小了气袋布的摩擦力，使得它变得很滑。老化性能：老化性能不够使得气囊袋在车内一段时间后失效。可通过环境试验来模拟织物，验证织物的老化性能。温度变化性能：温度变化性能差，使得气袋布装车后经过各种温度变化后，性能下降，引起气袋失效。缝纫线：对安全气囊的缝纫线的要求主要有以下几点。　　对气体发生器产生的热空气能量承受能力、耐摩擦性能、色牢度、良好的缝纫性能，最少的跳针、跳线以及断线情况、良好的股纱巩固能力、合适的延伸率。缝纫线和气袋布一样，原材料主要使用PA6.6，有小部分会使用PA4.6的原丝。PA4.6的原丝比PA6.6的原丝有更好的耐热性能。除了原材料外，影响气袋缝合效果和性能的因素还有缝纫线的制作工艺、缝纫针的配合、缝纫机器的调整以及缝纫工人的操作等。这些因素的完美配合会有良好的缝合效果以及缝纫性能。4气袋发展的新技术随着科技的进步和人们对汽车安全重视程度和技术要求的提高，对气袋的保气时间、保气压力等要求也不断提高，应运而生的的气袋新技术主要有气袋密封胶技术(SeamSealing)、一片式织造气袋技术(OPW)。这两种新技术的特点都是具有良好的保气保压能力，对汽车翻滚事故中保护乘员具有良好的效果，主要应用在侧面气帘安全气囊(CAB)气袋上。气袋密封胶技术就是在气袋缝纫之前在缝纫的轨迹上涂上一层密封胶，密封胶和气袋布内部的涂层结构紧密结合干燥后，再进行缝纫。在气袋展开时密封胶先受力，再缝纫线受力。这样可以增加保气时间，实现翻滚保护。一片式织造气袋技术(OPW是onepiecewoven的缩写，意思是一片式织造)在织造过程中两层面料同时加工，充气区域在织造过程中形成。图2是OPW的气袋结构放大示意图，从图中可以看出，OPW气袋在织造的时候，把需要充气的区域直接织成了两层，把不需要充气的区域织成了一层。织造结束后在气袋外层(正面和背面)分别进行涂胶，最后按照气袋的包型在裁剪机器上裁剪。目前国内汽车中安装的OPW气袋都是从国外进口的，国内目前还没有OPW的成熟织造技术厂家，厦门的华懋公司等正在进行技术准备。在亚洲有三家成熟的OPW的织造生产商，一家是日本的丰田合成；一家是韩国的可隆公司；另外一家是日本的SAS公司。奥托立夫在OPW方面申请有技术专利。近年来，气袋检测技术方面也发展迅速。首先，在气袋裁片上，为了区分气袋布的正反 面，气袋布供应商使用了喷码技术，在气袋布的正面喷码，这样既便于追溯又可以区分正反面，这种方法对于非涂层布的辨识特别有效。其次，气袋裁片缝制成半成品时，在气袋缝制图2OPW气袋机构示意图半成品的关键位置印上墨点，气袋缝制好后，检验员根据墨点的尺寸对比检测气袋缝制是否正确，尺寸是否合格以及折叠是否正确。现在一些气袋工厂还利用色差检测仪器来检测气袋的尺寸和缝制。汽车安全气囊已经成为现代汽车的重要标志之一，它是一个迅猛发展的高新技术产业，目前世界上绝大多数的主流车已配置安全气囊。在我国，越来越多的人开始重视汽车安全问题。但是我国的安全气囊研发人员和设备缺乏，在本土生产的安全气囊企业中，80%以上是外资背景的，关键技术一直掌握在外方手中，我们自有的安全气囊技术匮乏或者处于摸索阶段，这是我国安全气囊研发极需解决的问题。加入WTO后，我国现行的组装式和仿制式安全气囊在技术和经济上将面临严峻的国际竞争。因此，在安全气囊研究方面有所创新并拥有自己关键技术的知识产权，才是中国安全气囊发展的立足之本。参考文献：[1]季莹等.安全气囊气袋的技术现状及发展趋势.汽车与配件，2012-10（NO.3）：34-37.[2]李令举.汽车安全气囊概述和机械式气囊.汽车电器.[3]罗素云等.现代汽车安全气囊技术.技术与应用.2009-36(NO.9):20-22[4]胡飞侠等.车载安全气囊的关键功能部件——气袋.INFATS.2009:195-202