汽车安全气囊系统,简称SRS(Supplemental Inflatable Restraint System)。直译成中文,应为“辅助可充气约束系统”。英文名称中强调了安全气囊是辅助性的设备,应该与安全带配合工作才能起到最佳的保护作用。
安全带与安全气囊是配套使用,没有安全带,安全气囊的安全效果将要大打折扣。据调查,单独使用安全气囊可使事故死亡率降低18%左右,单独使用安全带可使事故死亡率下降42%左右,而当安全气囊与安全带配合使用时可使事故死亡率降低47%左右。由此可见,只有两者相互配合才能最大可能的降低事故的死亡率,安全气囊系统必然作为安全带的辅助系统出现。
随着整车被动安全重要性的深入人心,在一些高档豪华车中车现了高达30几个气囊从颈部、膝部、甚至是在车顶的两侧会配有两条管状气囊,在意外情况发生时能够有效的缓解来自车顶上方的下压力,配合侧面气帘能够有效的保护乘客的头部和颈部。膝盖部分的气囊位于前排驾驶座椅内,一旦打开能够有效保护后排乘客的腰下肢体部位,从而也能缓解来自正面碰撞的前冲力。
车外气囊系统又叫保险杠内藏式气囊。当汽车在正面碰撞行人时,气囊迅速向前张开和向两侧举升,托起被撞行人同时防止行人跌向两侧。 [1]
当发生碰撞事故时,安全带将乘员“约束”在座椅上,使乘员的身体不至于撞到方向盘、仪表板和风窗玻璃上,避免乘员发生二次碰撞;同时避免乘员在车辆发生翻滚等危险情况下被抛离座位。安全气囊的保护原理是:当汽车遭受一定碰撞力量以后,气囊系统就会引发某种类似小剂量炸药爆炸的化学反应,隐藏在车内的安全气囊就在瞬间充气弹出,在乘员的身体与车内设备碰撞之前起到铺垫作用,减轻身体所受冲击力,从而达到减轻乘员伤害的效果。
在正驾驶位的气囊装在方向盘的中间位置,副驾驶位的安全气囊安装在正前方的平台内部,在意外发生的瞬间可以有效的保护驾驶员和副驾驶位乘员的头部和胸部,因为正面发生的猛烈碰撞会导致车辆前方大幅度的变形,而车内乘员会随着这股猛烈的惯性向前俯冲,造成跟车内构件的相互撞击,另外车内正驾驶位置的安全气囊可以有效的防止在发生碰撞时方向盘顶到驾驶者的胸部,避免致命的伤害。
侧面气囊系统是保护汽车遭侧面碰撞以及车辆翻滚时乘员的安全一般安装于车门上,在车辆遭到侧面碰撞会导致车门严重变形,以至于无法开启车门,车内乘员被困于车内,侧面安全气囊可以有效的保护车内驾乘人员来自侧面撞击导致的腰部,腹部,胸部外侧,以及胳膊的伤害,保证身体上肢的活动能力和逃生能力。 [1]
安全气囊的保护效果已经被人们普遍认识,有关安全气囊的第一个专利始于1958年。
瑞典VOLVO轿车以安全高质闻名于世,1959年VOLVO的工程师发明了三点式安全带,至今已拯救了数百万人的生命。
1970年就有厂家开始研制可以减轻碰撞事故中乘员伤害程度的安全气囊;
安全气囊最早由瑞典人发明,到20世纪80年代,安全气囊技术基本成熟。
1972年,通用汽车首次进行大范围的安全气囊现场试验,并于1974年将安全气囊列为若干型号轿车的选购配置。
20世纪80年代,汽车生产厂家开始逐渐装用安全气囊;进人 90年代,安全气囊的装用量急剧上升;
1996年,通用汽车推出业界第一个防止侧面撞击的安全气囊,可减轻气囊膨胀给儿童造成伤害。
而进入新世纪以后,汽车上普遍都装有安全气囊。
2002年,通用汽车宣布将在2003年型号的大型卡车和运动休闲车上酉谩正面安全气囊感知器,可根据副驾驶座上乘员的体重自动关闭安全气囊。 [1]
安全气囊主要是为了防止汽车碰撞时车内乘员和车内部件间发生碰撞而造成的伤害,它通常是作为安全带的辅助安全装置出现,二者共同作用。安全气囊的保护原理是:当汽车遭受一定碰撞力量以后,气囊系统就会引发某种类似微量炸药爆炸的化学反应,隐藏在车内的安全气囊就在瞬间充气弹出,在乘员的身体与车内零部件碰撞之前能及时到位,在人体接触到安全气囊时,安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气,从而起到铺垫作用,减轻身体所受冲击力,最终达到减轻乘员伤害的效果。
原理
当车辆发生碰撞时,安全气囊控树模块快速对信号做出处理,确认发生碰撞的严重程度已超出安全带的保护能力,便迅速释放气囊,使乘员的头、胸部直接与较为柔软有弹性的气囊接触,从而通过气囊的缓:中作用减轻乘员的伤害。一般说来,轻微的碰撞不会打开安全气囊,只有在车辆正面一定角度范围内才是打开安全气囊的有效碰撞范围,后碰、侧碰、翻转都不会引发安全气囊打开。需要强调的是,安全气囊只是辅助,在不系安全带的状况下,安全气囊不但不能对乘员起到防护作用,还会对乘员有严重的杀伤力。安全气囊的爆发力是惊人的,足以击断驾驶者的颈椎。因此,系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。
汽车的安全气囊内有叠氮化钠(NaN3)或硝酸铵(NH4NO3)等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时,这些物质会迅速发生分解反应,产生大量气体,充满气囊。
新型安全气囊加入了可分级充气或释放压力的装置,以防止一次突然点爆产生的巨大压力对人头部产生的伤害,特别在乘客未佩戴安全带的时候,可导致生命危险。具体形式有:
1.分级点爆装置,即气体发生器分两级点爆,第一级产生约40%的气体容积,远低于最大压力,对人头部移动产生缓冲作用,第二级点爆产生剩余气体,并且达到最大压力。总的来说,两级点爆的最大压力小于单级点爆。这种形式,压力逐步增加。
2.分级释放压力方式,囊袋上开有泄压孔或可调节压力的孔,分为完全凭借气体压力顶开的方式或电脑控制的拉片Tether。这种方式,一开始压力达到设定极限,然后瞬时释放压力,以避免过大伤害。
安全气囊是用带橡胶衬里的特种织物尼龙制成,工作时用无害的氦气填充。此系统由一个传感器激活,该传感器用于监视碰撞中汽车速度减小的程度。在碰撞发生的早期,安全气囊开始充气,安全充气大约需要0.03秒。安全气囊可以非常快的速度充气十分重要,这能确保当乘客的身体被安全带束缚不动而头部仍然向前行进时,安全气囊能及时到位。在头部碰到安全气囊时,安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气。气体的排出有一定的速率,确保让人的身体部位缓慢地减速。由于安全气囊弹开充气的速度可高达320公里/小时,碰撞时如果人的乘坐姿势不正确,将给人带来严重的伤害。
严重碰撞时,气囊迅速充气,压力最大;非严重碰撞时,气囊先充70%的气体,经过0.1秒的间隔后再充30%的气体,从而来减小充气压力,让人的头部与气囊更柔和地接触。VOLVOS80轿车配备有22个安全气囊,有前部先进的双段式安全气囊,安装在前乘客座上的保护乘客胸部的SIPS防侧撞气囊,还有保护侧面乘客头部的IC气帘等。
结构
现代安全气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及控制块(电脑)等组成。
安全气囊系统传感器
安全气囊传感器一般也称碰撞传感器,按照用途的不同,碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器,用于检测碰撞时的加速度变化,并将碰撞信号传给气囊电脑,作为气囊电脑的触发信号;防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器,它与触发碰撞传感器串联,用于防止气囊误爆。
按照结构的不同,碰撞传感器还可分为机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器以及机械式碰撞传感器。防护碰撞传感器一般采用电子式结构,触发碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动(滚动或转动)来控制电气触点动作,再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断,常见的有滚球式和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点,目前常用的有电阻应变式和压电效应式两种。机械式碰撞传感器常见的有水银开关式,它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。
控制模块(ECU)
对于早期的汽车,一般设有多个触发碰撞传感器,安装位置一般在车身的前部和中部,例如车身两侧的翼子板内侧、前照灯支架下面以及发动机散热器支架两侧等部位。随着碰撞传感器制造技术的发展,有些汽车将触发碰撞传感器安装在气囊系统ECU内。防护碰撞传感器一般都与气囊系统ECU组装在一起,多数安装在驾驶舱内中央控制台下面。ECU是气囊系统的核心部件,大多安装在驾驶舱内中央控制台下面。
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,由气囊控制模块(ECU)对这些信息加以分析判断,如果所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值(即真正发生了碰撞),则囊控制模块向气体发体发生器发出点火命令。
气体发生器
气体发生器主要是用来在在较短的时间内(30ms左右)产生大量的气体充满气囊,产生的气体必须对人体无害,且不能温度太高,同时要求气体发生器有很高的可靠性和稳定性。目前气体发生器主要有压缩气体式、烟火式和混合式三种型式。混合式气体发生器是压缩气体式和烟火式相结合的发生器,也是目前广泛应用一种气体发生器。
气体发生器内存储有氮化钠或硝酸铵等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时,这些物质会迅速发生分解反应,产生大量气体(无毒无味的氮气占70%以上),充满气囊。而较新型的安全气囊加入了可分级充气或释放压力的装置,以防止一次突然点爆产生的巨大压力对人体产生的伤害。分级点爆装置,即气体发生器分两级点爆,第一级产生约40%的气体容积,远低于最大压力,对人头部移动产生缓冲作用,第二级点爆产生剩余气体,并且达到最大压力。而分级释放压力方式就是在气囊袋上开有泄压孔或可调节压力的孔,一开始压力达到设定极限,便能瞬时释放压力,以避免对乘客造成过大伤害。
缓冲气囊
气囊一般由防裂性能好的聚酞胺织物制成,它是一种半硬的高分子材料,能承受较大的压力;经过硫化处理,可减少气囊冲气膨胀时的冲击力。为使气体密封,气囊里面涂有涂层材料。气囊的大小、形状、漏气性能是确定安全气囊保护效果的重要因素,必须根据不同汽车的实际情况来确定。气囊静止时被折叠成包,安放在气体发生器上部和气囊饰盖之间,气囊饰盖表面模压有浅印,以便气囊充气爆开时撕裂饰盖,并减小冲出饰盖的阻力。气囊背面或顶部设置有排气孔,当驾驶员压在气囊上时,气囊受压后便从排气孔排气。
此外,气囊系统还有备用电源,备用电源电路由电源控制电路和若干电容器组成。当汽车发生碰撞导致蓄电池和发电机与气囊系统断开时,备用电源在一定时间内(一般为6秒)可以维持气囊系统供电。
为了保证转向盘具有足够的转动角度而又不致于损伤气囊组件的连接线束,在转向盘和转向柱之间采用了螺旋线束,即将线束安装在螺旋形弹簧内(螺旋线束也称为螺旋弹簧、游丝或游丝弹簧)。 [2]
为了保证安全气囊在适当的时候打开,汽车生产厂家都规定了气囊的起爆条件,只有满足了这些条件,气囊才会爆炸。虽然在一些交通事故中,车内乘员碰得头破血流,甚至出现生命危险,车辆接近报废,但是如果达不到安全气囊爆炸的条件,气囊还是不会打开。安全气囊打开需要合适的速度和碰撞角度。从理论上讲,只有车辆的正前方左右大约60°之间位置撞击在固定的物体上,速度高于30KM/h,这时安全气囊才可能打开。这里所说的速度不是我们通常意义上所理解的车速,而是在试验室中车辆相对刚性固定障碍物碰撞的速度,实际碰撞中汽车的速度高于试验速度气囊才能打开。
汽车发生碰撞时的主要受力部位是保险杠和车身纵梁,为了缓冲碰撞时的冲击力,车身前部大都设计有碰撞缓冲区,而且车身的刚度公布也是不均匀的。在一些事故中,例如当轿车与没有后部防护装置的卡车发生钻入性追尾事故,或轿车碰撞护栏后发生翻车事故,或发生车身侧面碰撞等,这样的事故往往没有车身前部的直接撞击,主要是车身上部和侧面发生碰撞,碰撞车身部位的刚度很小,虽然车舱发生了很大的变形,造成了车内乘员受伤或死亡,但是由于碰撞部位不对,有时候气囊并不能打开。
在一些实际的碰撞事故中证明安全气囊确实具有降低乘员伤亡的功效,但也发现了其存在的一些间题。安全气囊在使用中存在的问题有:
1.气囊可能在很低的车速时打开。汽车在很低车速行驶而发生碰撞事故时,乘员和驾驶员系上安全带即可,完全不需要安全气囊展开起保护作用。如果这时展开气囊反而会造成不必要的浪费,甚至还可能因安全气囊的展开加重碰撞伤害。
2.气囊的启动会对乘员造成伤害。安全气囊系统启动时将冲开气囊盖板,并且在瞬间展开充气,很可能对乘员造成冲击;产生的灼热气体也会灼伤乘员和驾驶员。
3.当乘客偏离座位或座位上无人或儿童乘坐时,气囊系统的启动不仅起不到应有的保护作用,还可能会对乘员造成一定的伤害。
从安全气囊在使用过程中存在的缺陷可知,现有安全气囊的基本设计目标是用来对付严重交通事故的,但在一些不太严重,的事故中,系统反应过度,反而会对驾乘人员施加作用过大,适得其反,造成不必要的伤害。针对实际使用中存在的问题,更希望在安全气囊展开之前,安全气囊系统能够精确感应汽车发生的碰撞,并按照程序来判断碰撞事故的严重程度,如果碰撞级别比较低的话,只需将安全带的预紧机构拉紧即可;如果碰撞级别比较高,需要启动安全气囊,则将点燃气囊的指令传递给气囊系统。这也就是要求安全气囊系统能够准确地感应所发生的碰撞事故;并且能模仿人脑,根据实际的碰撞程度来判别安全气囊是否需要展开,有一定灵活性;并且能够针对不同体形的乘员适当的调整安全气囊。
1.磁电式传感器的采用
传感器的触发通常有:开关式,纯机械式,单点电子式,侧撞式,应变式等。目前国际上对汽车上安全气囊的传感器触发方式也没有一个统一标准。不仅是因为其种类繁多,而且.是因为装于车身上不同位置的传感器触发方式也不同。为使传感器能够方便地安装在各个需要的感应部位,使其能够正确、适时地感应碰撞,可选用磁电式传感器。
2.智能化控制系统的采用
对安全气囊控制系统的要求是准确判断事故的碰撞强度,控制气囊的展开与否。针对安全气囊在使用中的缺陷,必须进一步提高控制系统灵活性、准确性,为此可以采用智能式控制系统。
随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高,汽车安全技术中的安全气囊技术近年来也发展得很快,智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。
新的技术可以更好地识别乘客类型,采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素,进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用1级点火还是多级点火、点爆力有多大,并与安全带形成总体控制。通过传感器,气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式,是正面碰撞还是角度碰撞,侧面碰撞还是整车的翻滚运动,以便驱动车身不同位置的气囊,形成对乘客的最佳保护。
网络技术的应用也是安全气囊系统的发展方向。在汽车网络中,有一种应用面比较窄,但是非常重要的网络即Safe-By-Wire。Safe-By-Wire是专门用于汽车安全气囊系统的总线,Safe-By-Wire技术旨在通过综合运用多个传感器和控制器来实现安全气囊系统的细微控制。Safe-By-WirePlus总线标准是由汽车电子供应商和部件供应商如飞利浦、德尔福等公司提出。与整车系统常用的CAN、FlexRay等总线相比,Safe-By-Wire的优势在于它是专门面向安全气囊系统的汽车LAN接口标准。为了保证系统在汽车出事故时也不受破坏,Safe-By-Wire中嵌入有多重保护功能。比如说,即使线路发生短路,安全气囊系统也不会因出错而起动。Safe-By-Wire技术将会在汽车安全气囊系统中获得广泛的应用。
驾驶者应将座位尽量向后移,以便有足够空间使安全气囊在发生意外扩张后充分发挥其保护作用。驾驶者不宜倾前控车,坐姿要正确及紧贴座位背椅,且扣上安全带。12岁以下的小孩应坐在汽车的后排,并扣上安全带。体重不超过18公斤的幼孩应放在配有幼孩座椅装置的后排座位,并扣上安全带。
美国天合汽车集团(TRW)宣布推出其新型紧凑型驾驶员安全气囊模块。[3]该模块的尺寸比传统产品小50%以上。新模块占用的空间少于1200立方厘米,这使得汽车制造商在造型设计上获得更大灵活性,同时有助于大大减轻车重。 该紧凑型模块将具有所有安全气囊系统的性能,包括TRW卡扣式导引附件系统、主动式拉带和排气功能、单级或双级气体发生器、星形折叠气袋、充气质量阻尼器和喇叭促发功能。 该技术可以帮助车企实现提高燃油效率的目标,为其提供新的机会来进一步改善内饰设计。TRW的紧凑型驾驶员安全气囊模块已经在世界各地的客户当中引起浓厚兴趣。









