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業發展的重要里程碑。隨著國民擁有汽車數量的增加,以及汽車行駛速度的提高,相應帶來的安全隱患也日益嚴重。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。

關鍵詞:汽車安全氣囊碰撞 氣體 壓力

一、汽車安全氣囊的發展歷程

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,美國汽車生產者聯合會最先闡述了這樣一種汽車安全系統的必要性,并且繪制出來這種系統的最初原理圖。1953年,世界上第一個氣囊就誕生了,并且還申請了專利,但是當時的氣囊還未真正與汽車融為一體。到了1980年,德國的研發人員開始實現了這個設想,并真正在汽車上安裝了安全氣囊,從此在汽車上都出現了這樣的安全系統。隨著安全氣囊技術的發展,又出現了一系列保護車內人員頭部、身體軀干和膝蓋部位的安全氣囊。20 世紀 80 年代末我國的一些專家才開始關注汽車安全氣囊的研究和發展。

在十多年的安全氣囊研究與發展過程中, 國內一些科研機構所研究得產品已經具有一定的基礎, 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,國內生產安全氣囊企業有近20家,安全氣囊的國產化率超過50%。

汽車安全氣囊從一種設想被提出,到今天在汽車上廣泛應用,已經過了半個多世紀的時間。隨著汽車安全氣囊的普遍推廣應用,安全氣囊系統的各關鍵技術環節均成為汽車安全研究領域的重點。當前,安全氣囊新技術的開發研究方向可歸納為:智能化、小型化、多樣化、無污染。

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

二、汽車安全氣囊的結構與工作原理

(一)安全氣囊的的組成

安全氣囊系統主要包括:傳感器、微處理器、氣體發生器和氣囊。傳感器和微處理器的作用是判斷撞車程度,及時傳遞信號;氣體發生器則根據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生氣體向氣囊充氣,使氣囊迅速膨脹。當然,為了防止氣體泄漏,氣囊內層會涂有密封橡膠;同時氣囊設有安全閥門,當充氣過量或氣囊內的氣壓超過一定數值時,會通過安全閥門自動泄放部分氣體,避免將車內人員擠壓受傷;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

按安全氣囊數量分類,可分為單安全系統,雙安全氣囊系統和多安全氣囊系統:

(1)單安全氣囊系統:整車系統只是在駕駛員側的轉向盤中安裝拉一個安全氣囊。

(2)雙安全氣囊系統:近幾年生產的新型汽車大多都采用雙安全氣囊系統,就是在主駕駛員側和副駕駛員側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。

(3)多安全氣囊系統:在一些高檔車中,全車配備了6個氣囊和18個氣簾,分別位于車內前排正、副駕駛位,前后車門兩側各兩個,18個氣簾分布在前后擋風玻璃處,側面視窗處,對車內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

安全氣囊系統的作用:當汽車在高速行駛中,突然遭受碰撞而導致車速急劇變化時,氣囊迅速膨脹,在司機、車內乘員與車內構件之間迅速鋪墊一個氣墊,使司機、車內乘員頭部與胸部等關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生的動能,緩沖人體受到的沖擊,從而減輕車內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,觸發充氣裝置,然后充氣裝置內的三氮化鈉會產生劇烈的化學反應,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構件。在氣囊開始泄氣時,氣囊依然在繼續吸收動能。整個過程(由充氣、保護、泄氣組成)在不到一秒鐘內完成。

安全氣囊的整個動作過程可細分為如下幾個環節:

(1)汽車碰撞剛發生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。安全帶開始預收縮,以吸收部分能量;

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

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

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,只要汽車發生了碰撞事故,安全氣囊就應該自動打開。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、減速度值等都有關系,而不是說汽車碰撞的比較嚴重就一定會打開。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,即使發生嚴重事故,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,汽車產生后碰、側碰、翻轉等碰撞時,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,并導致碰撞能量的緩沖,這種情況下是無法達到預設的減速標準的,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部產生直接碰撞,極大緩沖了對車內人員的沖擊力。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人員。但是這并不意味著車內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。根據公安部交通事故統計數據分析表明: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”,直譯成中文應該是“輔助可充氣約束系統”。英文名稱中正是強調了安全氣囊是輔助性的設備,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,化學穩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,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,應立即對安全氣囊進行修理。否則,可能會在關鍵時刻出現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,安全氣囊是根據成人的標準制作的,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生拋射,射向乘坐者,后果不堪設想。

經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展、工作原理、使用方法及注意事項。然而我們也應該清醒的認識到,無論安全氣囊多么先進,安全系數多么高,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,做一名優秀的駕駛員。(作者單位:長春汽車工業高等?？茖W校)

參考文獻:

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