汽车安全气囊原理简介

安全气囊作为车身被动安全的辅助配置，越来越受到重视。当汽车与障碍物发生碰撞时，称为初级碰撞，乘客与汽车内部部件发生碰撞，称为次级碰撞。安全气囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打开充满气体的气垫，使乘客在惯性作用下运动时“跳上气垫”，从而减轻对乘客的冲击，吸收碰撞能量，降低乘客的受伤程度。安全气囊分布在汽车的前部(前后驾驶座)、侧面(前后座)和车顶。辅助充气约束系统(SRS)印在装有安全气囊系统的容器外面，直译成中文应该是“辅助充气约束系统”。英文名强调安全气囊是辅助设备，要和安全带一起发挥最佳保护作用。可惜的是中文名称中忽略了这一点，容易给使用者带来误解，以为只有安全气囊才能获得良好的保护效果。事实上，如果不与安全带配合使用，在某些情况下，安全气囊在展开时会对乘员造成不必要的伤害。前驾驶座安全气囊安装在方向盘中间，前驾驶座安全气囊安装在平台内部，可以在事故发生的瞬间有效保护驾驶员和前驾驶座乘客的头部和胸部，因为前方的剧烈碰撞会导致车辆前方产生较大的变形，车内乘客会凭借这种剧烈的惯性向前俯冲，导致与车内部件发生碰撞。此外，前排驾驶座的安全气囊可以在发生碰撞时有效防止方向盘推压驾驶员胸部，从而避免致命伤害。侧面安全气囊系统一般安装在车门上，在汽车受到侧面撞击和汽车侧翻时保护乘客的安全。当汽车受到侧面撞击时，车门会严重变形，导致车门无法打开，车内乘客被困车内。侧面安全气囊能有效保护车内乘员免受侧面撞击造成的腰、腹、胸、臂等部位的伤害，保证上肢的机动性和逃生能力。随着整车被动安全的重要性深入人心，一些高端豪华车的安全气囊多达30个，甚至会在车顶两侧配备两个管状安全气囊，可以有效缓解发生事故时来自车顶上方的向下压力，配合侧气帘有效保护乘客头部和颈部。膝部安全气囊位于前排驾驶员座椅上。一旦打开，可以有效保护后排乘客的下肢，从而缓解正面碰撞带来的向前冲力。外置安全气囊系统也叫保险杠内置安全气囊。当汽车与行人迎头相撞时，安全气囊迅速向前打开并向两侧抬升，从而将被撞行人托起，防止行人向两侧坠落。目前，外部安全气囊系统正处于开发阶段。

摘要

安全气囊是汽车被动安全中的高科技产品。它的保护作用已经得到了广泛的认可，第一个关于安全气囊的专利开始于1958。1970，部分厂商开始研发能够降低碰撞事故中乘员受伤程度的安全气囊；20世纪80年代，汽车制造商开始逐步安装安全气囊。20世纪90年代，安全气囊的数量急剧增加；进入新世纪后，汽车普遍配备了安全气囊。汽车安全气囊系统(SRS)是一种辅助安全系统，通常作为安全带的辅助安全装置出现。安全带和安全气囊一起使用。没有安全带，安全气囊的安全效果会大打折扣。据调查，单独使用安全气囊可降低事故死亡率约18%，单独使用安全带可降低约42%，安全气囊和安全带一起使用可降低约47%。可见，只有二者相互配合，才能尽可能降低事故死亡率，安全气囊系统必然会作为安全带的辅助系统出现。发生碰撞事故时，安全带将乘员“约束”在座椅上，使乘员的身体不会撞到方向盘、仪表盘和挡风玻璃，防止乘员发生二次碰撞；同时可以防止在车辆翻滚等危险情况下，乘客被甩出座位。安全气囊的保护原理是:当汽车受到一定的碰撞力时，安全气囊系统会触发类似于低剂量炸药爆炸的化学反应，隐藏在车内的安全气囊会在瞬间膨胀弹出，在乘员的身体与车内设备发生碰撞前做好铺垫，减少对身体的冲击力，从而减少乘员的伤害。安全气囊系统被称为SRS。与安全带相比，安全气囊只是一个辅助保护装置。安全气囊由特殊织物尼龙制成，带有橡胶衬里，工作时充入无害的氦气。该系统由一个传感器启动，用于监测汽车在碰撞中的减速情况。碰撞初期，安全气囊开始充气，安全充气大约需要0.03秒。安全气囊能够以非常快的速度充气是非常重要的，这样可以保证在乘客身体被安全带束缚，头部还在向前运动的情况下，安全气囊能够及时到位。当头部接触气囊时，气囊开始通过气囊表面的气孔排气。气体以一定的速度排出，保证了人的身体各部分缓慢减速。因为安全气囊充气的速度可以高达320 km/h，如果碰撞时人的坐姿不正确，会给人带来严重的伤害。如果前排装有安全气囊，不要让6岁以下或140CM的儿童坐在前座，更不要把婴儿座椅放在副驾驶座上。现场爆破最重要的安全气囊是VOLVOS80的两级前排安全气囊，分为两级激活，可以根据碰撞强度设定安全气囊的充气压力，更加人性化的保护驾驶者的人身安全。严重碰撞时，安全气囊迅速充气，压力最高；在非严重碰撞时，安全气囊先充70%的气，间隔0.1秒后再充30%的气，以降低充气压力，使人的头部与安全气囊接触更柔和。沃尔沃斯80汽车配备了22个安全气囊，包括前排先进的两级安全气囊，安装在前排乘客座椅上保护乘客胸部的SIPS安全气囊，侧面保护乘客头部的IC气帘。瑞典沃尔沃汽车以其安全性和高质量而闻名。1959年，沃尔沃的工程师发明了三点式安全带，至今已挽救了数百万人的生命。安全带是正面碰撞中最重要的安全设施，但实际上在严重碰撞中只能避免头部严重受伤。因为尽管有安全带，但在发生严重碰撞时，人的上半身仍会因巨大的惯性而向前冲。因此，只有安全带与安全气囊相结合，才能在重大事故中使乘客得到最好的保护。化学原理:汽车的安全气囊中有叠氮化钠(NaN3)或硝酸铵(NH4NO3)等物质。当汽车在高速上受到猛烈撞击时，这些物质会迅速分解，产生大量气体，充满安全气囊。【叠氮化钠分解产生氮气和固体钠；硝酸铵分解产生大量一氧化二氮(N2O)气体和水蒸气】现代安全气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器和控制块(计算机)组成。3.气体发生器。安全气囊系统要求气体发生器能在短时间内(约30 ms)产生大量气体填充安全气囊。产生的气体必须对人体无害，温度不能太高。同时，要求气体发生器具有高可靠性和稳定性。气体发生器主要有三种类型:压缩气体型、烟火型和混合型。混合气体发生器是压缩气体和火工品的结合体，也是目前应用广泛的气体发生器。4.控制装置。通常集成在微型计算机中。汽车发生碰撞时，电子控制装置从多个传感器接收车身不同位置的减速信号，经过反复分析、比较、计算，决定是否发出点火信号。要求控制装置能在复杂的碰撞条件下做出非常准确的判断，点火时间也必须精确控制。虽然安全气囊在结构上会有所不同，但其工作原理基本相同。汽车行驶过程中，传感器系统不断向控制装置发送速度变化(或加速度)信息，由控制装置(中央控制器)进行分析判断。如果测得的加速度、速度变化或其他指标超过预定值(即发生真实碰撞)，控制装置向气体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火。点火后发生爆炸反应，产生N2或释放储气罐中的压缩氢气，填充碰撞安全气囊。当乘员接触安全气囊时，碰撞能量被安全气囊上的排气孔阻尼吸收，从而保护乘员。安全气囊主要分为:保护驾驶员的安全气囊，安装在方向盘内，防止驾驶员碰撞方向盘、仪表板和前挡风玻璃；保护前排乘客的安全气囊安装在仪表板内，防止乘客与仪表板和前挡风玻璃发生碰撞；用于保护后排乘客的安全气囊一般安装在前座靠背的后部或头枕内部，以防止乘客与前座发生碰撞。由于对后排乘客的轻微伤害，后座安全气囊一般只用于豪华轿车。