汽车安全气囊原理 汽车安全装备之安全气囊的原理及作用

安全气囊主要用于防止在汽车碰撞中乘员和内部部件之间的碰撞造成的伤害。它们通常作为安全带的辅助安全装置出现，两者协同工作。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微量炸药爆炸的化学反应，藏在车内的安全气囊会瞬间膨胀弹出，在乘员身体与车内零件发生碰撞前及时到位。当人体接触到气囊时，气囊会通过气囊表面的气孔开始排气，从而铺平道路，减少对身体的冲击力，最终达到减少乘员受伤的效果。

《普通车辆安全气囊系统结构示意图》

常用的汽车安全气囊系统由碰撞传感器、控制模块(ECU)、气体发生器和安全气囊等组成。在这里，我们将逐一介绍这些主要组件。

安全气囊系统传感器

安全气囊传感器通常也称为碰撞传感器。根据用途不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和保护碰撞传感器。触发式碰撞传感器又称碰撞强度传感器，用于检测碰撞过程中的加速度变化，并将碰撞信号传输给安全气囊计算机，作为安全气囊计算机的触发信号。保护性碰撞传感器又称安全碰撞传感器，与触发式碰撞传感器串联，防止安全气囊误爆。

根据结构的不同，碰撞传感器还可以分为机电碰撞传感器、电子碰撞传感器和机械碰撞传感器。防护型碰撞传感器一般采用电子结构，触发型碰撞传感器一般采用机电结合结构或机械结构。机电一体化碰撞传感器利用机械运动(滚动或旋转)来控制电触点的动作，然后触点断开和闭合来控制安全气囊电路的接通和断开。常见的碰撞传感器有滚球式和偏心锤式。电子碰撞传感器没有电触点。目前常用的有两种：电阻应变式和压电效应式。常见的机械式碰撞传感器是水银开关型，利用水银的导电特性来控制气囊电路的通断。

安装在发动机舱前纵梁上的安全气囊碰撞传感器多为机电式。

控制模块(ECU)

早期的汽车，一般会有多个触发式碰撞传感器，通常安装在车身的前部和中部，比如车身两侧的翼子板内侧，大灯支架下方，发动机散热器支架两侧。随着碰撞传感器制造技术的发展，一些汽车在安全气囊系统的ECU中安装了触发式碰撞传感器。碰撞传感器一般与安全气囊系统ECU装配在一起，大多安装在驾驶舱内的中控台下方。ECU是安全气囊系统的核心部件，大多安装在驾驶舱内的中控台下方。

"大多数安全气囊控制模块(ECU)安装在靠近保险杠的车身中部."

“典型安全气囊系统控制电路示意图”

"包括气体发生器和安全气囊在内的模块(背部)一般不允许拆卸."

氮化钠或硝酸铵等物质储存在气体发生器中。当汽车受到高速猛烈撞击时，这些物质会迅速分解，产生大量气体(其中70%以上是无毒无味的氮气)，充满安全气囊。但是，较新的安全气囊配备了可以分阶段充气或释放压力的装置，以防止突然爆炸产生的巨大压力对人体造成伤害。分级点火装置，即气体发生器分为两级。第一阶段产生40%左右的气体体积，远低于最大压力，对人体头部的运动有缓冲作用。第二阶段产生残余气体并达到最大压力。分级泄压的方法是在气囊袋上开一个泄压孔或压力可调的孔。一旦压力达到设定的极限，可以瞬间释放压力，避免对乘客造成过度伤害。

缓冲气囊

安全气囊一般采用抗裂性好的聚邻苯二甲酰胺织物，为半硬质高分子材料，能承受较大压力；硫化后可以降低安全气囊充气的冲击力。为了密封气体，气囊涂有涂层材料。安全气囊的大小、形状、泄漏性能是决定安全气囊防护效果的重要因素，必须根据不同汽车的实际情况来确定。当气囊处于静止状态时，它被折叠成一个袋子，放在气体发生器的上部和气囊装饰罩之间。安全气囊装饰罩表面浮雕有浅浅的印痕，以便在安全气囊充气爆裂时撕开装饰罩，减少冲出装饰罩的阻力。气囊的背面或顶部设有排气孔。当驾驶员按压安全气囊时，安全气囊被按压后会从排气孔排气。

“气囊和气体发生器模块的安装位置”

此外，安全气囊系统还有一个备用电源，备用电源电路由一个电源控制电路和几个电容组成。当电池和发电机因汽车碰撞而与安全气囊系统断开时，备用电源可以维持安全气囊系统一定时间(一般6秒)的供电。

为了保证方向盘有足够的旋转角度而不损坏安全气囊模块的连接线束，在方向盘和转向柱之间采用了螺旋线束，即线束安装在螺旋弹簧(也叫螺旋弹簧、游丝或细弹簧)中。

安全气囊启动条件

为了保证安全气囊在适当的时候打开，汽车制造商规定了安全气囊启动的条件，只有满足这些条件，安全气囊才会爆炸。虽然在一些交通事故中，车内乘员撞墙，甚至危及生命，车辆接近报废，但如果不满足气囊爆炸的条件，气囊是不会打开的。

气囊展开需要合适的速度和碰撞角度。从理论上讲，只有当车辆在正前方60左右的位置撞上一个固定物体，且速度高于30 km/h时，安全气囊才能打开，这里所说的速度不是我们通常理解的速度，而是车辆在实验室中与一个相对刚性的固定障碍物碰撞的速度。在实际碰撞中，车速必须相当于这个测试速度，气囊才能打开。

碰撞测试都是撞击刚性物体，但实际碰撞速度相当于安全气囊打开前的预定速度。

汽车在碰撞中的主要受力部位是客室框架和车身纵梁。为了缓冲碰撞时的冲击力，车身前部多设计有碰撞缓冲区，车身刚度也不均匀。在一些事故中，比如轿车与没有后保护装置的货车追尾，或者轿车与护栏碰撞后的侧翻事故，或者车身侧面碰撞，这类事故往往与车身前部没有直接碰撞，主要是车身上部与侧面的碰撞，碰撞体的刚性很小。虽然车厢发生了很大的变形，导致车内乘员受伤或死亡，但有时也会因碰撞位置错误而导致安全气囊无法打开。

安全气囊是一个缺点。

安全气囊作为提高汽车安全性的有效措施之一，越来越受到人们的重视。在一些实际的碰撞事故中，已经证明了安全气囊确实具有减少乘员伤亡的作用，但是也发现了一些问题。安全气囊使用中存在的问题有：

安全气囊可能会在非常低的速度下打开。当汽车以非常低的速度发生碰撞时，乘员和驾驶员只是系上安全带，不需要安全气囊展开保护。如果此时展开气囊，会造成不必要的浪费，甚至会因为气囊的展开而加重碰撞伤害。

安全气囊的激活会对乘客造成伤害。安全气囊系统启动时，安全气囊盖会在瞬间打开并膨胀，容易对乘员造成冲击；产生的热气也会灼伤乘客和司机。根据计算，如果汽车以60公里/小时的速度行驶，突然的撞击将在0.2秒内使汽车停下来，安全气囊将在300公里/小时左右的速度弹出，并在0.5秒内弹出

当乘客偏离座椅或座椅上没有人或儿童时，安全气囊系统的启动不仅不能保护乘客，还可能对乘客造成一定的伤害。

可关闭的乘客气囊还是很实用的。

安全气囊的使用

由于安全气囊系统具有危险性，需要正确使用才能发挥SRS系统的作用，所以对于装有安全气囊的车辆，在日常使用中需要注意一些事项。在保证正确驾驶姿势的情况下，驾驶员应尽可能将座椅向后移动，以便安全气囊在意外膨胀后有足够的空间充分发挥其保护作用，驾驶员必须系好安全带。12岁以下的孩子应该坐在车后座，系好安全带。永远不要把孩子放在前排。气囊爆炸的巨大冲击力对他们来说甚至可能是致命的！

对于带安全气囊的车辆，应更充分地利用后排儿童安全座椅固定装置。