安全气囊的原理及使用

杨轶群

摘要:安全气囊的诞生可以说是汽车产业发展的重要里程碑。随着国民拥有汽车数量的增加,以及汽车行驶速度的提高,相应带来的安全隐患也日益严重。在汽车上装备安全气囊,正是解决行使安全问题的一种有效的方法。可以说,了解并正确使用安全气囊,对于行车驾驶的每个人都十分必要。

关键词:汽车安全气囊碰撞 气体 压力

一、汽车安全气囊的发展历程

最早使用安全气囊来保护汽车乘员的想法来自美国,早在1952年,美国汽车生产者联合会最先阐述了这样一种汽车安全系统的必要性,并且绘制出来这种系统的最初原理图。1953年,世界上第一个气囊就诞生了,并且还申请了专利,但是当时的气囊还未真正与汽车融为一体。到了1980年,德国的研发人员开始实现了这个设想,并真正在汽车上安装了安全气囊,从此在汽车上都出现了这样的安全系统。随着安全气囊技术的发展,又出现了一系列保护车内人员头部、身体躯干和膝盖部位的安全气囊。20 世纪 80 年代末我国的一些专家才开始关注汽车安全气囊的研究和发展。

在十多年的安全气囊研究与发展过程中, 国内一些科研机构所研究得产品已经具有一定的基础, 甚至部分研究成果已接近或达到国际水平。2000 年以来,我国的汽车安全气囊市场需求量平均每年都在以超过 200% 的速度递增。目前,国内生产安全气囊企业有近20家,安全气囊的国产化率超过50%。

汽车安全气囊从一种设想被提出,到今天在汽车上广泛应用,已经过了半个多世纪的时间。随着汽车安全气囊的普遍推广应用,安全气囊系统的各关键技术环节均成为汽车安全研究领域的重点。当前,安全气囊新技术的开发研究方向可归纳为:智能化、小型化、多样化、无污染。

汽车安全气囊的基本思想是:在发生一次碰撞后,二次碰撞前,迅速在司机、乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子,使车内人员的身体撞在气袋上,避免或减缓二次碰撞,从而达到保护车内人员的目的。

二、汽车安全气囊的结构与工作原理

(一)安全气囊的的组成

安全气囊系统主要包括:传感器、微处理器、气体发生器和气囊。传感器和微处理器的作用是判断撞车程度,及时传递信号;气体发生器则根据传递过来的信号指示,启动点火动作,点燃固体燃料并急速产生气体向气囊充气,使气囊迅速膨胀。当然,为了防止气体泄漏,气囊内层会涂有密封橡胶;同时气囊设有安全阀门,当充气过量或气囊内的气压超过一定数值时,会通过安全阀门自动泄放部分气体,避免将车内人员挤压受伤;气囊中所用的气体多是安全性较高的氮气。

(二)安全气囊的分类

按安全气囊数量分类,可分为单安全系统,双安全气囊系统和多安全气囊系统:

(1)单安全气囊系统:整车系统只是在驾驶员侧的转向盘中安装拉一个安全气囊。

(2)双安全气囊系统:近几年生产的新型汽车大多都采用双安全气囊系统,就是在主驾驶员侧和副驾驶员侧各安装了一个安全气囊,如奥迪、迈腾、高尔夫及捷达等轿车均采用的是双安全气囊系统。

(3)多安全气囊系统:在一些高档车中,全车配备了6个气囊和18个气帘,分别位于车内前排正、副驾驶位,前后车门两侧各两个,18个气帘分布在前后挡风玻璃处,侧面视窗处,对车内所有人员提供了来自各个方向的撞击的最有效保护。

(三)安全气囊的工作原理

安全气囊系统的作用:当汽车在高速行驶中,突然遭受碰撞而导致车速急剧变化时,气囊迅速膨胀,在司机、车内乘员与车内构件之间迅速铺垫一个气垫,使司机、车内乘员头部与胸部等关键部位压在充满气体的气囊上,利用气囊的阻尼作用来吸收人体产生的动能,缓冲人体受到的冲击,从而减轻车内所有成员遭受伤害的程度。

安全气囊使用的气体通常为氮气,是由三氮化钠固体受热分解释放(2NaN3 → 2Na + 3N2 )。若汽车瞬间减速力达到安全气囊设定值以上时,传感器和微处理器就会传递信号,启动点火,触发充气装置,然后充气装置内的三氮化钠会产生剧烈的化学反应,使气囊在瞬间充满氮气,以缓冲乘员所受到的冲击,保护乘员头部及其它部位免于撞击方向盘等车内构件。在气囊开始泄气时,气囊依然在继续吸收动能。整个过程(由充气、保护、泄气组成)在不到一秒钟内完成。

安全气囊的整个动作过程可细分为如下几个环节:

(1)汽车碰撞刚发生10ms后,安全气囊开始充气,但此时驾驶员尚未动作;

(2)汽车碰撞发生40ms后,气囊完全充满气体,此时人体由于惯性向前移动。安全带开始预收缩,以吸收部分能量;

(3)汽车碰撞发生约60ms时候,驾驶员的头部及躯干撞向气囊。此时,气囊内的气体通过节流孔排气,吸收人体与气囊之间的碰撞能量;

(4)汽车碰撞发生约120ms,气囊内大部分气体从节流孔排出,驾驶员前方视线得以恢复。

注:人一眨眼的时间约为200ms,因此整个安全气囊的工作过程是非常短暂的,用人的肉眼根本无法看清。

三、汽车安全气囊的使用

1、安全气囊打开所需要的条件

许多驾驶员认为,只要汽车发生了碰撞事故,安全气囊就应该自动打开。其实安全气囊打开的条件是比较苛刻的,它与汽车碰撞时的速度、角度、变形量、减速度值等都有关系,而不是说汽车碰撞的比较严重就一定会打开。从理论上讲,只有车辆的正前方左、右大约60°角之间的位置撞击在固定物体上,并且速度高于40km/h时,安全气囊才可能打开。在某些情况下,即使发生严重事故,安全气囊也不会打开。一是碰撞角度超出正前方左、右大约60°角之间。对于前置安全气囊,汽车产生后碰、侧碰、翻转等碰撞时,都不会使安全气囊打开。二是A柱碰撞。对于轿车来说,其实最大的危险就是追尾大型货车的A柱碰撞了。高速追尾的时候,A柱必定瞬间变形,并导致碰撞能量的缓冲,这种情况下是无法达到预设的减速标准的,安全气囊自然也无法打开。

2、安全气囊的安全性

安全气囊可将车内人员将要受到的撞击力,均匀地分布在乘员的头部和胸部,防止脆弱的乘客肉体与车体内部产生直接碰撞,极大缓冲了对车内人员的冲击力。在车辆遭受正面撞击时,安全气囊能够在一定程度上保护车内人员。但是这并不意味着车内人员可以不系安全带,可以单纯凭借安全气囊来实施紧急保护。根据公安部交通事故统计数据分析表明:三点式安全带+安全气囊的有效保护率达60%,仅使用安全带的有效保护率为46%,仅使用安全气囊的有效保护率为18%。专家表示,安全气囊的英文名称“SRS”,直译成中文应该是“辅助可充气约束系统”。英文名称中正是强调了安全气囊是辅助性的设备,要与三点式安全带配合使用方能起到最佳的保护效果;可是中文名称中却忽略了这一点,容易给驾驶员造成误解,以为仅仅靠安全气囊就能获得最佳的保护效果。其实不然,若不配合使用三点式安全带,安全气囊在打开时反而会对乘员造成伤害。

此外,气囊爆发时的声音大约只有130分贝,不会对听觉器官造成影响;气囊中大部分的气体是氮气,化学稳定性较强且不含毒性,对人体无害;爆出时带出的粉末则是使气囊在折叠状态下不会粘在一起的润滑粉末,对人体也无任何危害。

3、使用安全气囊的注意事项:

(1)安全气囊并不能挽救一切,做为行车的辅助安全保护系统,它必须与安全带配合使用。单纯地依赖安全气囊,则失去了安全气囊的保护意义。

(2)驾驶员行车中要时刻注意仪表盘上的安全气囊警告灯。若警告灯一直亮,说明此时安全气囊有故障,应立即对安全气囊进行修理。否则,可能会在关键时刻出现安全气囊不起作用的情况。

(3)安全气囊打开一次后,必须立即更换新气囊。在安装新安全气囊时需注意,碰撞传感器要随电脑板更换,安全带拉紧器也要到正规厂家更换、修理。

(4)8岁以下的儿童最好不要坐在前排。这是因为,安全气囊是根据成人的标准制作的,对儿童非但不能起到保护作用,而且还可能造成伤害。

(5)汽车挡风玻璃上不要悬挂小挂件、小饰物。因为,安全气囊弹出时,挂件饰物由于突然受撞产生抛射,射向乘坐者,后果不堪设想。

经过上述对汽车安全气囊的简要分析,我们初步了解了安全气囊的发展、工作原理、使用方法及注意事项。然而我们也应该清醒的认识到,无论安全气囊多么先进,安全系数多么高,从理论和实际上看,它都无法百分之百的保护驾驶员的安全,都不可能保证驾驶员在任何情况下都绝对安全。因此,要想保障行驶安全,最好的方法就是:控制车速,遵章驾驶,做一名优秀的驾驶员。(作者单位:长春汽车工业高等专科学校)

参考文献:

[1]游世辉.《国内外汽车安全气囊工作过程的计算机仿真研究的现状与趋势》[J].湖南大学学报,2000,27(4)

[2]苏慧青.《安全气囊的使用》[J].北京:机械工业出版社.2006

[3]徐安编.《汽车安全气囊技术发展趋向》.北京:人民交通出版社.2006