汽车安全气囊系统与技术发展研究

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1、汽车安全气囊系统与技术发展研究刘冲安到全叶侃吉林大学摘要：汽车安全气囊是自动为乘员提供碰撞保护的系统。所谓“自动”是指车上乘员不需要做任何动作，一旦发生碰撞事故时，就会受到该系统的保护。目前，随着越来越多的汽车装备了气囊，交通事故死亡率已有所下降。本文在探讨汽车安全系统发展历史的基础上，主要探讨了汽车安全气囊的系统结构原理、使用过程中常遇到的问题和未来技术发展的方向。关键词：安全气囊一、前言安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。安装了安全气囊装置的轿车方向盘，平常与普通方向盘没有什么区别，但一旦车前端发生了强烈的碰撞，安全气囊就会瞬时间从方向盘内“蹦”出来，垫在方向盘与驾驶者之

2、间，防止驾驶者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上，这种奇妙的装置自从面世以来，已经挽救了许多人的性命。美国一研究所分析了1985年至1993年美国7000多起汽车交通事故中发现，有气囊装置的轿车前部撞车，驾驶者的死亡率，大轿车降低了30%，中型轿车降低11%，小型轿车降低14%。其实，早在40年前就发明了安全气囊。1953年8月18日，美国人约翰赫特里特获得了“汽车缓冲安全装置”的美国专利。赫特里特是一位自学成才的宾夕法尼亚州工程师，他在1952年的一次事故后，萌发了设计撞车安全装置的想法。在这次事故中，他为躲避一个障碍物而猛打方向盘进行制动，他和妻子都用手臂本能地保护坐在前

3、座中间位置上的女儿。这次事故后他意识到必须有一个更好的方法来保护乘员，两周之后他绘好了设计图纸交给了代理人，这份图纸确定了今天安全气囊的雏型。当然，事物的发展不是一帆风顺的，安全气囊从取得专利到应用推广，竟然走了三十多年的时间，经历了几上几下的波折，因为汽车制造商以成本理由拒绝接受安全气囊装置。前几年才由美国参议院通过公路死伤减少条例，确认了安全气囊的作用，规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊，美国政府还要求1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊。目前各国生产的中高级轿车，大多数有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。二、安全气囊的作用在

4、乘员使用安全带的情况下，气囊有助于减轻胸、头和面部在碰撞时受伤的严重性。在汽车发生前碰撞时，首先是汽车要停止运动，车内乘员的惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动。不佩戴安全带的乘员将会与转向盘、前挡风玻璃相碰，因而可能受到严重伤害；佩戴安全带的乘员将在安全带的作用下，随着汽车停止运动而逐渐停止向前运动。但当碰撞来重时，乘员向前运动更快，既使佩戴了安全带，在安全带使乘员完全停止运动前，他们仍会与车内物相碰。如果此时装在转向盘或仪表板内的气囊充气弹出，它就可以保护乘员减少其与车内物相碰的可能性，更均匀地分散头、胸的碰撞力，吸收乘员的运动能量，从而起到补充安全带效果的作用。因此气囊主要在

5、缓冲前碰撞或近似前碰撞严重性方面，补充安全带提供保护作用。实际事故统计表明，仅有10%左右的事故能使气囊充气。绝大部分事故都是靠安全带减少乘员受伤危险的。即使在气囊能充气的事故中，佩戴安全带也非常重要，一方面它确保乘员处于可获得气囊最有效保护的位置与姿势，另一方面也减少了充气气囊对乘员面部擦伤的危险。因此，无论车内是否装有气囊，都必须佩戴安全带，气囊只起辅助作用。三、安全气囊系统结构及工作原理安气囊系统在轿车上的布置如图1所示，它是由传感器、中央控制器、双气囊、双安全带预紧器和接头等组成。中央控制器由中央传感器、电子控制器、安全传感器和辅助电源组成。气囊中除了气囊外，还有电雷管、气

6、体发生器；安全带预紧器中也有电雷管。3．1系统工作原理在汽车行驶中，3个传感器不断将车速变化的信息输入到电子控制器，经电子控制器不断地计算、分析、比较和判断，并随时准备发出指令。当车速小于30km/h冲撞时，前方传感器和其串联的安全传感器同时向电子控制器输入撞车信号，并发出引爆安全带预紧器电雷管的指令，而中央传感器发出的信号不能使电子控制器发出引爆气囊电雷管的指令。所以，在低速(减速度较小)冲撞时，只要预紧器向后拉紧安全带，就足以保护驾乘人员不撞向前方。在高速(减速度较大)冲撞时，前方传感器和中央传感器同时向电子控制器输入冲撞信号，电子控制器在迅速判断后发出指令，同时引爆左右预紧器

7、和双气囊的电雷管。安全带向后拉紧的同时，2个气囊同时张开，吸收驾乘人员因减速度大而产生的冲撞能量，有效地保护他们的安全，如图3所示。当汽车和前面的固定物冲撞时，汽车行驶的速度越快，减速度就越大，传感器接受到的力就越大。若将前方传感器和中央传感器预设定的力分为上、下限，即前方传感器的预定冲撞速度在小于30km/h的下限值，并且相应的安全传感器预设值也是下限值，则汽车发生低速冲撞时，电子控制器只使安全带预紧器引爆。中央传感器预设值为上限，则汽车高速冲撞时，前方传感器，中央