汽车安全气囊系统的发展与研究

摘 要：现代工业的飞速发展，汽车行业的不断进步，人民生活水平的不断提高，使得汽车的普及程度越来越高。到2017年底，我国的汽车保有量已经超过3亿，相当于平均每一户家庭都拥有一辆汽车。以往，人们讨论汽车的重点主要在于它的动力性，燃油经济性等。如今，人们越来越重视行车安全。汽车上各种安全設备的出现也越来越受到大家的欢迎。

安全气囊作为汽车上的被动安全设备之一，它的作用极大，它是安全带系统的辅助设备，一般情况下不会打开，只有在正面猛烈撞击或者达到某种触发条件时才会打开，起到保护车内人员的作用。

关键词：行车安全；被动安全；安全气囊

汽车上的安全设备主要分为主动安全设备和被动安全设备，主动安全设备指的是汽车在正常行驶时，各种系统主动介入汽车的行驶状态，制动过程等，尽可能避免安全事故的发生。现代汽车上这类设备也越来越多，主要有ABS（防抱死制动系统），ASR（驱动防侧滑系统），ESP（电子车身稳定系统）等。被动安全设备指的是当汽车发生交通事故时，可以用以防止车内驾驶员和乘客受伤或者降低车内人员受伤程度的各种设备，主要有汽车车身的结构强度，安全带系统，安全气囊系统等。

一、汽车安全气囊系统的国内外研究现状

安全气囊（Supplemental Restraint System，SRS），也称辅助乘员保护系统，是一种当汽车遭到碰撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲垫，可保护车内乘员不致撞到车厢内部，是一种被动安全装置，具有不受约束、使用方便和美观等优点。近年来随着世界汽车市场的竞争愈演愈烈以及安全气囊制造成本的降低，安全气囊在汽车上有普及的趋势。

安全气囊最早出现在美国，欧洲起步较晚，后来才是日本和韩国，美国研究和发展安全气囊的公司有TRW，MORTON，ALLIEDSIGNAL等，欧洲有TEMIC，AUTO-LIV，BOSCH等，日本有日本电装及丰田合成等。

TRW公司是上述所有公司中唯一生产全套汽车安全约束系统的公司。在TRW公司生产的所有安全系统中，既有安全气囊，又有安全带。气囊系统不仅包括气囊组件，还有探测控制装置。而且TRW公司的气体发生器技术非常的成熟，并且还在进行气体加热式发生器的研究。除此之外，该公司还有与安全气囊相关的转向盘产品，这更有利于推进安全气囊技术的发展。

我国对于安全气囊的研究是从20世纪90年代开始的，最先进入这一领域的是北京赫达汽车安全技术公司和西安庆华电器制造厂。赫达公司在1991年底开始研究汽车安全气囊，历时一年，在1992年9月研制出了安全气囊样品，同期申请了国家专利，1993年扩大投入，将已掌握的技术转入工程运用研制阶段。

二、汽车安全气囊系统的结构

常规安全气囊主要由传感器、安全气囊组件和ECU控制单元等组成。

传感器用于检测车辆发生事故后的撞击信号，输送给ECU，以便及时起动常规安全气囊。传感器按其功能可分为前碰撞传感器、中央碰撞传感器和保险传感器。

其实，传感器就是安全气囊的触发装置。在汽车行进过程中，如遇突发状况，汽车发生猛烈碰撞，并非都会使得安全气囊打开。如遇汽车后方被严重追尾或者侧后方以及汽车的左右两侧遭受严重碰撞，汽车安全气囊都不会打开。汽车安全气囊打开的触发条件必须满足两点：一是汽车行驶过程中的碰撞方向，以驾驶员前方的安全气囊为例，只有在汽车正前方或斜前方±30°角范围内发生碰撞，才会满足气囊打开的触发条件。二是碰撞的剧烈程度，轻微的碰撞并不会使安全气囊打开。当前，评判碰撞剧烈足以使得安全气囊打开的条件是碰撞的导致汽车的变形程度和碰撞后汽车发生减速的快慢。也就是说，只有当碰撞造成汽车变形超过预定值，或者碰撞中受到超出预定减速力时，才会触发安全气囊使之打开。

安全气囊组件主要由气体发生器、点火器、气囊等组成。驾驶员安全气囊组件位于转向盘中心处，副驾驶位乘员安全气囊组件位于仪表板上。

（1）气体发生器。在点火器引爆点火剂时，气体发生器利用热效反应产生氮气而充入常规安全气囊。在点火器引爆点火剂的瞬间，点火剂会产生大量热量，使氮化纳受热立即分解释放氮气，并从充气孔充入常规安全气囊。

（2）点火器。外包铝箔，安装在气体发生器内部中央位置。点火剂包括引爆炸药和引药，引出导线与安全气囊连接器连接，连接器中设有短路片。当连接器拔下或连接器未完全接合时，短路片将两根引线短接，防止静电或导电将电热丝电路接通而造成常规安全气囊误膨开。

在点火器引爆点火剂时，气体发生器产生气体向常规安全气囊充气，使常规安全气囊膨胀开。

（3）气囊。按布置位置可分为驾驶员侧气囊、乘员侧气囊、后排气囊、侧面气囊和顶部气囊等；按大小可分为保护整个上身的大型气囊和主要保护面部的小型护面气囊。护面气囊成本较低，但一定要和座椅安全带配合使用才有保护作用。欧洲汽车多采用小型气囊。目前汽车上配置的常规安全气囊数量有增多的趋势。

驾驶员侧气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制成。橡胶涂层起密封和引燃作用，气囊背面有两个泄气孔。乘员侧气囊没有涂层，靠尼龙布本身的孔隙泄气。

ECU控制单元主要由SRS逻辑模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电路和稳压电路等组成，一般用以接收触发信号后发出触发指令。

三、汽车安全气囊系统的工作状态

汽车在行驶中发生一定强度碰撞后，达到触发条件，控制线路开始工作，并接着检测回路来判断是否真有碰撞发生，确定无误后开始工作。

下面，对于安全气囊的工作过程，叙述如下：

（1）将从碰撞传感器接收的电信号传给充气器的引爆剂。引爆剂像根“电火柴”通电点火，点燃内部的充气剂，使得内部产生氮气流。

（2）迅速膨胀的气体经过过滤进入气囊，此时乘员由于惯性还没向前冲。

（3）气体压力继续增长，安全气囊完全充满胀起，体积达到最大，安全带被拉长，乘员的部分能量已被安全带吸收。

（4）接着，乘员的头部开始沉向安全气囊，直到头部和胸部大部分沉向安全气囊时，冲击已基本被吸收，此时气囊背后的排气口打开，气囊内部的气体压力和人体压力使得排气加快，并进一步吸收参与冲击能量。

（5）最后，车速接近0，乘员已经前移至最大距离，随后身体在安全带的作用下开始后移至座椅靠背上，此时气囊泄气完成，汽车前方视野恢复。

据计算，正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的0.01秒内微处理器开始工作，0.03秒内点火装置启动，0.05秒内高压气体进入气囊，0.08秒内气囊向外膨胀，0.11秒内气囊完全胀大，此刻乘员才会撞上气囊。

随着科技的发展和人们对行车安全重视程度的提高，近年来，汽车安全技术中的安全气囊技术也发展得很快。智能化、多元化是今后汽车安全气囊系统发展的必然趋势。

参考文献

[1] 杜盛康，汽车安全气囊的发展过程及国内外现状，汽车与技术，2001

[2] 陈守文，成一，汽车安全气囊的研究与发展，汽车工程学报，2002

[3] 秦贞俊，魏春霞，汽车用安全气囊的发展，纺织导报，2005

作者简介

赵光夫（1986-），男，汉族，四川成都人，讲师，硕士，研究方向：车辆工程。

（作者单位：四川航天职业技术学院）

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