汽车驾驶中安全气囊技术应用思考

2018-02-21李华军

现代工业经济和信息化 2018年4期

李华军

（郑州经济技术开发区管委会商务局，河南郑州 450016）

引言

汽车制造企业在进行汽车的组装过程中，都会在汽车中设置安全气囊装置，用以保护驾驶人与乘客的安全。相关研究数据表明，安全气囊技术在汽车中的应用，能够降低20%的人员伤亡，如果驾驶人员与乘客在行驶过程中系有安全带，则能够降低50%的人员伤亡。因此，对于汽车驾驶中安全气囊技术应用的思考具有一定的理论意义与实践意义。

1 汽车安全气囊技术研究现状

汽车安全气囊技术起源于美国，而安全气囊装置则是由德国最先应用。和西方国家相比，我国对于汽车安全气囊技术的研究时间比较晚，大约在80年代的后期开始引进安全气囊技术。安全气囊装置主要包括气体发生器、气囊以及控制系统这三个部分。其中，气体发生器需要具备较快的速度，确保汽车出现事故的瞬间将气囊激活并充满；控制系统主要负责记录与判断汽车的行驶状况，决定是否打开安全气囊[1]。

目前的研究现状看来，安全气囊技术可以安装于汽车的不同位置，发挥不同的作用。一是驾驶座，安全气囊最早就是安装于驾驶人员的位置，相应的安全气囊技术也相对成熟，主要是将安全气囊安装于方向盘的中间区域，避免汽车驾驶员在出现撞击事故时，头部撞击方向盘；二是前排座位，一般来说，汽车的前排座位拥有较大的空间，但是乘客的体型有所差异，所以安全气囊需要设计的大一些，保障所有体型乘客的安全。但是在实际的汽车行驶过程中，前排座位可能不会坐乘客，而当汽车出现意外事故时，前排座位的安全气囊仍旧会弹出。这就要求技术人员加强安全气囊技术的研发，提高安全气囊控制系统检测的精度，更好地保护驾驶人员与乘客的安全[2]。

2 汽车安全气囊技术的应用原理

汽车安全气囊保护系统主要由三大部分组成，包括气体发生器、气囊和控制系统。在汽车驾驶过程中，发挥三个部分的联动作用，可以对驾驶人员进行有效保护。在发生行车碰撞时，气体发生器会以足够快的速度产生气体，输送到气囊中，由控制系统判断是否需要打开安全气囊，并在满足条件时启动气体发生器。气囊接受气体后，控制气体压力和形体空间位置，接受驾驶人员碰撞，吸收动能，从而最大化降低伤害。目前使用的新型气体发生器有纯气体式发生器和混合式发生器，纯气体式发生器利用有机气体作为燃料产生气体，混合式发生器采用少量固体燃料加热惰性气体，为气囊充气。新型气体发生器的主要技术指标包括温度、压力、产生气体总量和产生气体速度。气囊采用物理学特性膜状材料制成，具体为袋子装，分为单气室和多气室两种，内部设置有连接筋，可以实现形状控制。控制系统则由传感器、触发器和电子控制系统组成，分别用于感测信号、启动信号和信号判断，控制系统不仅要具有足够快的反应速度，还要避免因急刹车和颠簸行驶等出现误动[3]。

3 汽车安全气囊技术在汽车驾驶中的具体应用

3.1 安全气囊使用注意事项

1）在给定碰撞条件下，确定加速度特性曲线，作为气囊控制系统的判别依据，满足气囊反映速度等要求；

2）通过合理设计气囊缓冲层的宽度和厚度，确保气囊尺寸适中，满足汽车内部结构需要，一般情况下驾驶员气囊要略小于乘员气囊，防侧撞气囊要略小于防正撞气囊；

3）气体发生器特性参数要与气囊设计压力变化相互协调；

4）电控系统的主要特性参数包括反应时间和反应时间可靠性等，理论上反应时间越短越好，但受材料和技术所限，反应速度存在极限，应尽可能在不改变其他条件下，提高反应速度，确保安全气囊能够及时打开；

5）在气囊材料选择方面，不仅要考虑物理强度，还要考虑其化学稳定性，目前多使用尼龙纺织品；

6）内部气囊结构和折叠方式对气囊的展开速度以及对人体冲击程度有直接影响，要对其进行合理设计；

7）要保证安全气囊的使用寿命大于汽车使用寿命，需要对其做好保护措施，防止气囊出现机械或高温损伤，同时要考虑气囊展开后的受力支撑问题，避免发生自由移动，失去保护作用。

3.2 安全气囊仿真设计

由于安全气囊的动作过程十分复杂，所以在进行安全气囊保护系统设计时，也具有较高难度。汽车行驶碰撞是一个瞬态的过程，常规试验手段只能解决一部分问题，不能对设计的可靠性提供全方位保障。因此需要采用计算机仿真技术，对安全气囊动作过程进行仿真分析。安全气囊仿真设计主要内容包括两个方面，一是在特定的碰撞条件下，模拟安全气囊的展开过程，以及安全气囊与人体、车内其他结构之间的碰撞作用。二是在带有安全气囊的人偶模型下模拟整车碰撞过程。一般前一项仿真实验应用于验证已定性的汽车安全气囊设计，后一项仿真实验用于模拟设计阶段安全气囊的配套问题。

从数学建模角度来看，两者可以采用同一仿真模型进行表达和分析，并在模型下求解接触碰撞问题。模型主要参数包括零部件所占空间（K）、应力矩阵（e）、零部件受外载荷面积（S）、S外载向量（q）、虚位移（Wu）、零部件相互接触面积（C）、C 上接触力（f）等。采用显式有限元离散后可以得到代数方程组MA=Q+F-E，其中M是质量矩阵，A是系统加速度向量，Q是系统外力向量，F是汽车内部接触碰撞力向量，E是系统内力向量。

3.3 安全气囊技术应用方向

安全气囊技术已经在汽车行驶安全保护中得到了广泛应用，无数案例证明，安全气囊的应用可以有效降低发生交通事故时车内成员所受的伤害，对降低交通事故人员伤亡率有显著作用。随着安全气囊技术的研究和发展，现阶段安全气囊技术的应用方向主要集中在以下几个方面：

1）小型化，通过采用新型发生器，在慢速快速充满气囊的要求下，减小尺寸，便于安装布置；

2）环保型，通过采用对人体无害的压缩气体和易于回收处理的材料，提高安全气囊的环保性，降低环境污染；

3）多样化，通过安装不同部位的安全气囊，为汽车乘员的身体安全提供全方位保护；

4）智能化，开发能够最大限度保护汽车乘员的安全气囊系统，在发生碰撞的瞬间，根据碰撞条件与乘员状态，调节气囊工作性能。智能化安全气囊的技术关键是利用先进的传感装置和电子运算系统，从而在发生碰撞的极短时间内，提供碰撞环境信息，并根据乘员身体位置、是否系安全带等情况，调节气囊工作性能，最大化地发挥安全气囊的保护作用。