安全氣囊的原理及使用

楊軼群

摘要:安全氣囊的誕生可以說是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要里程碑。隨著國民擁有汽車數(shù)量的增加,以及汽車行駛速度的提高,相應(yīng)帶來的安全隱患也日益嚴(yán)重。在汽車上裝備安全氣囊,正是解決行使安全問題的一種有效的方法?？梢哉f,了解并正確使用安全氣囊,對于行車駕駛的每個人都十分必要。

關(guān)鍵詞:汽車安全氣囊碰撞 氣體 壓力

一、汽車安全氣囊的發(fā)展歷程

最早使用安全氣囊來保護汽車乘員的想法來自美國,早在1952年,美國汽車生產(chǎn)者聯(lián)合會最先闡述了這樣一種汽車安全系統(tǒng)的必要性,并且繪制出來這種系統(tǒng)的最初原理圖。1953年,世界上第一個氣囊就誕生了,并且還申請了專利,但是當(dāng)時的氣囊還未真正與汽車融為一體。到了1980年,德國的研發(fā)人員開始實現(xiàn)了這個設(shè)想,并真正在汽車上安裝了安全氣囊,從此在汽車上都出現(xiàn)了這樣的安全系統(tǒng)。隨著安全氣囊技術(shù)的發(fā)展,又出現(xiàn)了一系列保護車內(nèi)人員頭部、身體軀干和膝蓋部位的安全氣囊。20 世紀(jì) 80 年代末我國的一些專家才開始關(guān)注汽車安全氣囊的研究和發(fā)展。

在十多年的安全氣囊研究與發(fā)展過程中, 國內(nèi)一些科研機構(gòu)所研究得產(chǎn)品已經(jīng)具有一定的基礎(chǔ), 甚至部分研究成果已接近或達到國際水平。2000 年以來,我國的汽車安全氣囊市場需求量平均每年都在以超過 200% 的速度遞增。目前,國內(nèi)生產(chǎn)安全氣囊企業(yè)有近20家,安全氣囊的國產(chǎn)化率超過50%。

汽車安全氣囊從一種設(shè)想被提出,到今天在汽車上廣泛應(yīng)用,已經(jīng)過了半個多世紀(jì)的時間。隨著汽車安全氣囊的普遍推廣應(yīng)用,安全氣囊系統(tǒng)的各關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)均成為汽車安全研究領(lǐng)域的重點。當(dāng)前,安全氣囊新技術(shù)的開發(fā)研究方向可歸納為:智能化、小型化、多樣化、無污染。

汽車安全氣囊的基本思想是:在發(fā)生一次碰撞后,二次碰撞前,迅速在司機、乘員和汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間打開一個充滿氣體的袋子,使車內(nèi)人員的身體撞在氣袋上,避免或減緩二次碰撞,從而達到保護車內(nèi)人員的目的。

二、汽車安全氣囊的結(jié)構(gòu)與工作原理

(一)安全氣囊的的組成

安全氣囊系統(tǒng)主要包括:傳感器、微處理器、氣體發(fā)生器和氣囊。傳感器和微處理器的作用是判斷撞車程度,及時傳遞信號;氣體發(fā)生器則根據(jù)傳遞過來的信號指示,啟動點火動作,點燃固體燃料并急速產(chǎn)生氣體向氣囊充氣,使氣囊迅速膨脹。當(dāng)然,為了防止氣體泄漏,氣囊內(nèi)層會涂有密封橡膠;同時氣囊設(shè)有安全閥門,當(dāng)充氣過量或氣囊內(nèi)的氣壓超過一定數(shù)值時,會通過安全閥門自動泄放部分氣體,避免將車內(nèi)人員擠壓受傷;氣囊中所用的氣體多是安全性較高的氮氣。

(二)安全氣囊的分類

按安全氣囊數(shù)量分類,可分為單安全系統(tǒng),雙安全氣囊系統(tǒng)和多安全氣囊系統(tǒng):

(1)單安全氣囊系統(tǒng):整車系統(tǒng)只是在駕駛員側(cè)的轉(zhuǎn)向盤中安裝拉一個安全氣囊。

(2)雙安全氣囊系統(tǒng):近幾年生產(chǎn)的新型汽車大多都采用雙安全氣囊系統(tǒng),就是在主駕駛員側(cè)和副駕駛員側(cè)各安裝了一個安全氣囊,如奧迪、邁騰、高爾夫及捷達等轎車均采用的是雙安全氣囊系統(tǒng)。

(3)多安全氣囊系統(tǒng):在一些高檔車中,全車配備了6個氣囊和18個氣簾,分別位于車內(nèi)前排正、副駕駛位,前后車門兩側(cè)各兩個,18個氣簾分布在前后擋風(fēng)玻璃處,側(cè)面視窗處,對車內(nèi)所有人員提供了來自各個方向的撞擊的最有效保護。

(三)安全氣囊的工作原理

安全氣囊系統(tǒng)的作用:當(dāng)汽車在高速行駛中,突然遭受碰撞而導(dǎo)致車速急劇變化時,氣囊迅速膨脹,在司機、車內(nèi)乘員與車內(nèi)構(gòu)件之間迅速鋪墊一個氣墊,使司機、車內(nèi)乘員頭部與胸部等關(guān)鍵部位壓在充滿氣體的氣囊上,利用氣囊的阻尼作用來吸收人體產(chǎn)生的動能,緩沖人體受到的沖擊,從而減輕車內(nèi)所有成員遭受傷害的程度。

安全氣囊使用的氣體通常為氮氣,是由三氮化鈉固體受熱分解釋放(2NaN3 → 2Na + 3N2 )。若汽車瞬間減速力達到安全氣囊設(shè)定值以上時,傳感器和微處理器就會傳遞信號,啟動點火,觸發(fā)充氣裝置,然后充氣裝置內(nèi)的三氮化鈉會產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),使氣囊在瞬間充滿氮氣,以緩沖乘員所受到的沖擊,保護乘員頭部及其它部位免于撞擊方向盤等車內(nèi)構(gòu)件。在氣囊開始泄氣時,氣囊依然在繼續(xù)吸收動能。整個過程(由充氣、保護、泄氣組成)在不到一秒鐘內(nèi)完成。

安全氣囊的整個動作過程可細分為如下幾個環(huán)節(jié):

(1)汽車碰撞剛發(fā)生10ms后,安全氣囊開始充氣,但此時駕駛員尚未動作;

(2)汽車碰撞發(fā)生40ms后,氣囊完全充滿氣體,此時人體由于慣性向前移動。安全帶開始預(yù)收縮,以吸收部分能量;

(3)汽車碰撞發(fā)生約60ms時候,駕駛員的頭部及軀干撞向氣囊。此時,氣囊內(nèi)的氣體通過節(jié)流孔排氣,吸收人體與氣囊之間的碰撞能量;

(4)汽車碰撞發(fā)生約120ms,氣囊內(nèi)大部分氣體從節(jié)流孔排出,駕駛員前方視線得以恢復(fù)。

注:人一眨眼的時間約為200ms,因此整個安全氣囊的工作過程是非常短暫的,用人的肉眼根本無法看清。

三、汽車安全氣囊的使用

1、安全氣囊打開所需要的條件

許多駕駛員認為,只要汽車發(fā)生了碰撞事故,安全氣囊就應(yīng)該自動打開。其實安全氣囊打開的條件是比較苛刻的,它與汽車碰撞時的速度、角度、變形量、減速度值等都有關(guān)系,而不是說汽車碰撞的比較嚴(yán)重就一定會打開。從理論上講,只有車輛的正前方左、右大約60°角之間的位置撞擊在固定物體上,并且速度高于40km/h時,安全氣囊才可能打開。在某些情況下,即使發(fā)生嚴(yán)重事故,安全氣囊也不會打開。一是碰撞角度超出正前方左、右大約60°角之間。對于前置安全氣囊,汽車產(chǎn)生后碰、側(cè)碰、翻轉(zhuǎn)等碰撞時,都不會使安全氣囊打開。二是A柱碰撞。對于轎車來說,其實最大的危險就是追尾大型貨車的A柱碰撞了。高速追尾的時候,A柱必定瞬間變形,并導(dǎo)致碰撞能量的緩沖,這種情況下是無法達到預(yù)設(shè)的減速標(biāo)準(zhǔn)的,安全氣囊自然也無法打開。

2、安全氣囊的安全性

安全氣囊可將車內(nèi)人員將要受到的撞擊力,均勻地分布在乘員的頭部和胸部,防止脆弱的乘客肉體與車體內(nèi)部產(chǎn)生直接碰撞,極大緩沖了對車內(nèi)人員的沖擊力。在車輛遭受正面撞擊時,安全氣囊能夠在一定程度上保護車內(nèi)人員。但是這并不意味著車內(nèi)人員可以不系安全帶,可以單純憑借安全氣囊來實施緊急保護。根據(jù)公安部交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析表明:三點式安全帶+安全氣囊的有效保護率達60%,僅使用安全帶的有效保護率為46%,僅使用安全氣囊的有效保護率為18%。專家表示,安全氣囊的英文名稱“SRS”,直譯成中文應(yīng)該是“輔助可充氣約束系統(tǒng)”。英文名稱中正是強調(diào)了安全氣囊是輔助性的設(shè)備,要與三點式安全帶配合使用方能起到最佳的保護效果;可是中文名稱中卻忽略了這一點,容易給駕駛員造成誤解,以為僅僅靠安全氣囊就能獲得最佳的保護效果。其實不然,若不配合使用三點式安全帶,安全氣囊在打開時反而會對乘員造成傷害。

此外,氣囊爆發(fā)時的聲音大約只有130分貝,不會對聽覺器官造成影響;氣囊中大部分的氣體是氮氣,化學(xué)穩(wěn)定性較強且不含毒性,對人體無害;爆出時帶出的粉末則是使氣囊在折疊狀態(tài)下不會粘在一起的潤滑粉末,對人體也無任何危害。

3、使用安全氣囊的注意事項:

(1)安全氣囊并不能挽救一切,做為行車的輔助安全保護系統(tǒng),它必須與安全帶配合使用。單純地依賴安全氣囊,則失去了安全氣囊的保護意義。

(2)駕駛員行車中要時刻注意儀表盤上的安全氣囊警告燈。若警告燈一直亮,說明此時安全氣囊有故障,應(yīng)立即對安全氣囊進行修理。否則,可能會在關(guān)鍵時刻出現(xiàn)安全氣囊不起作用的情況。

(3)安全氣囊打開一次后,必須立即更換新氣囊。在安裝新安全氣囊時需注意,碰撞傳感器要隨電腦板更換,安全帶拉緊器也要到正規(guī)廠家更換、修理。

(4)8歲以下的兒童最好不要坐在前排。這是因為,安全氣囊是根據(jù)成人的標(biāo)準(zhǔn)制作的,對兒童非但不能起到保護作用,而且還可能造成傷害。

(5)汽車擋風(fēng)玻璃上不要懸掛小掛件、小飾物。因為,安全氣囊彈出時,掛件飾物由于突然受撞產(chǎn)生拋射,射向乘坐者,后果不堪設(shè)想。

經(jīng)過上述對汽車安全氣囊的簡要分析,我們初步了解了安全氣囊的發(fā)展、工作原理、使用方法及注意事項。然而我們也應(yīng)該清醒的認識到,無論安全氣囊多么先進,安全系數(shù)多么高,從理論和實際上看,它都無法百分之百的保護駕駛員的安全,都不可能保證駕駛員在任何情況下都絕對安全。因此,要想保障行駛安全,最好的方法就是:控制車速,遵章駕駛,做一名優(yōu)秀的駕駛員。(作者單位:長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校)

參考文獻:

[1]游世輝.《國內(nèi)外汽車安全氣囊工作過程的計算機仿真研究的現(xiàn)狀與趨勢》[J].湖南大學(xué)學(xué)報,2000,27(4)

[2]蘇慧青.《安全氣囊的使用》[J].北京:機械工業(yè)出版社.2006

[3]徐安編.《汽車安全氣囊技術(shù)發(fā)展趨向》.北京:人民交通出版社.2006