汽車安全氣囊工作原理探究

　　1安全氣囊的基本原理

　　安全氣囊由電子控制系統(tǒng)和氣囊組件構(gòu)成。電子控制系統(tǒng)由產(chǎn)生碰撞強(qiáng)度信號(hào)的碰撞傳感器和用于防止誤爆的安全傳感器、電子控制器、點(diǎn)火器等組成;氣囊組件包括氣體發(fā)生器(點(diǎn)火劑和氣體發(fā)生劑)和氣囊等。當(dāng)汽車發(fā)生較嚴(yán)重碰撞時(shí)，碰撞傳感器將汽車碰撞信息(汽車減速度)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)輸入到電子控制器(ECU)，與此同時(shí)，安全傳感器內(nèi)部的觸點(diǎn)也在汽車減速慣性力作用下閉合，接通點(diǎn)火器電源。電子控制器對碰撞傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行分析處理后，迅速向點(diǎn)火器輸出點(diǎn)火信號(hào)，點(diǎn)火器通電引燃點(diǎn)火劑，點(diǎn)火劑燃燒產(chǎn)生高溫，促使氣體發(fā)生劑產(chǎn)生大量氣體，并經(jīng)過濾與冷卻后充入安全氣囊，使氣囊在30ms內(nèi)突破襯墊而快速膨脹后開，在車內(nèi)人員還沒觸及前方硬物之前，搶先在二者之間形成彈性氣墊，并及時(shí)由小孔排收縮，吸收強(qiáng)大的慣性沖擊能量，以減輕人體頭部、胸部的受傷程度。

　　安全氣囊最重要的指標(biāo)是可靠性，如果不該點(diǎn)火而點(diǎn)火打開氣囊稱為誤點(diǎn)火：如果應(yīng)該點(diǎn)火而沒有點(diǎn)火稱之為漏點(diǎn)火，如果點(diǎn)火太晚則稱之為遲點(diǎn)火，無論是誤點(diǎn)火、漏點(diǎn)火、還是遲點(diǎn)火都是不能允許的。為了提高安全氣囊系統(tǒng)的可靠性，防止電源線在碰撞中斷線、電池遭到破壞，系統(tǒng)中備有儲(chǔ)能電容或電池，以保證即使掉電也能夠開氣囊。為了監(jiān)測傳感器、電子電路、氣體發(fā)生器;系統(tǒng)一般還有故障診斷模塊、并設(shè)有信號(hào)燈于予以顯示。汽車安全氣囊系統(tǒng)一般有左右擋板傳感器各一個(gè)，還有一個(gè)傳感器放在含有診斷模塊的控制器中，氣囊有司機(jī)席正面碰撞氣囊和乘客席正面碰撞氣囊，另外還有警告燈。當(dāng)發(fā)生前面碰撞時(shí)，兩個(gè)擋板傳感器中只要有一個(gè)閉合，診斷模塊就會(huì)根據(jù)送來的信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，認(rèn)為有必要點(diǎn)火后時(shí)即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)使氣囊充氣。

　　汽車在運(yùn)行中若沒有發(fā)生碰撞，CPU在重復(fù)運(yùn)行信號(hào)采集及分析比較程序的間隙運(yùn)行自檢子程序，一旦檢測到有異常，便會(huì)使SRS報(bào)警燈亮起，并儲(chǔ)存相應(yīng)的故障碼。如果汽車運(yùn)行中發(fā)生碰撞，但CPL分析比較其碰撞強(qiáng)度還需要?dú)饽Ｅ蛎洉r(shí)，CPU就只發(fā)出引爆安全帶收緊器的指令，使安全帶拉緊，以保護(hù)駕駛?cè)伺c乘員。當(dāng)碰撞強(qiáng)度很大，CPU發(fā)出引爆氣囊充氣裝置和安全帶收緊器指令，使安全氣囊膨脹展開，同時(shí)安全帶收緊。

　　2安全氣囊的工作過程

　　(1)將從碰撞傳感器接收的信號(hào)傳給充氣器的引爆劑;(2)引爆劑像根電火柴，然后再點(diǎn)燃充氣器組件內(nèi)的擴(kuò)爆劑，擴(kuò)爆劑又稱為引爆管;(3)擴(kuò)爆劑點(diǎn)燃后，點(diǎn)燃主裝藥主推進(jìn)劑。傳統(tǒng)的主推進(jìn)劑由氮化鈉+氧化劑組成，也有些使用壓縮氮?dú)饣驓鍤�，還有兩種混合應(yīng)用;(4)推進(jìn)劑燃燒生成氮?dú)饬?(5)迅速膨脹的`氣體經(jīng)過過濾進(jìn)入折囊墊，形成安全氣囊雛形;(6)充氣器使充入安全氣囊的氣體壓力增高，并開始推壓安全氣囊飾罩;(7)安全氣囊飾罩上的壓力不斷上升，飾罩材料延伸變形和撕裂薄弱區(qū)的接縫;(8)隨著裂縫的出現(xiàn)，飾罩門開啟，為充氣安全氣囊的噴出提供最佳通路;(9)氣體壓力繼續(xù)增長，安全氣囊張開至織物繃緊;(10)乘員接觸和壓迫安全氣囊，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù);(11)通過氣體的粘性阻尼作用，乘員前移能夠被吸收和耗散，安全氣囊中過壓氣體經(jīng)過安全氣囊通氣孔排出而不致傷害乘員。

　　3安全氣囊起安全保護(hù)作用的時(shí)間歷程

　　從汽車發(fā)生碰撞的那一刻開始，到安全氣囊迅速膨脹，再到保護(hù)作用結(jié)束，經(jīng)歷的時(shí)間很短，各時(shí)間歷程大致如下：(1)汽車碰撞后03ms，傳感器感知汽車減速度，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入電子控制器;(2)汽車碰撞后410ms，電子控制器根據(jù)傳感器電信號(hào)判斷碰撞的強(qiáng)度，若判斷信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到或超過氣經(jīng)膨脹標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值時(shí)，電子控制裝置發(fā)出指令，并通過點(diǎn)火電路使點(diǎn)火器通電，引爆點(diǎn)火劑和氣體發(fā)生劑，產(chǎn)生高溫和大量氣體。此時(shí)乘員因慣性作用，與汽車之間還沒產(chǎn)生相對位移;(3)汽車碰撞后20ms,乘員在減速度慣性力的作用下，開始向前沖(開始產(chǎn)生相對于汽車的位移)，但還沒有接觸氣囊;(4)汽車碰撞后30ms，氣囊充氣裝置產(chǎn)生的大量氣體經(jīng)冷卻過濾后充人氣囊，使氣囊迅速膨脹;(5)汽車碰撞后40ms，安全氣囊完全膨脹展開，乘員在向前移動(dòng)中安全帶被拉長而起一定的緩沖作用，乘員己緊貼安全氣囊，安全氣囊吸收了乘員的慣性沖擊能量;(6)汽車碰撞后60ms，安全氣囊被壓緊變形，進(jìn)一步吸收乘員的慣性沖擊能量;(7)汽車碰撞后80ms，安全氣囊上排氣孔的排氣使氣囊變軟，乘員進(jìn)一步沉向氣囊中，使氣囊起到更好的緩沖作用;(8)汽車碰撞后100ms，乘員慣性沖擊能量已減弱，危險(xiǎn)期已過;(9)汽車碰撞后110ms，乘員慣性沖擊能量消失，在安全帶作用下將其拉回座椅上，氣囊中氣體也排出大部分，整個(gè)過程基本結(jié)束。

　　從汽車發(fā)生碰撞的那一刻，到乘員在強(qiáng)大慣性力的作用下身體前沖(與車身產(chǎn)生相對位移)而碰撞到硬物受傷的時(shí)間間隔大約為50ms，安全氣囊膨脹的時(shí)間約30ms。也就是說，安全氣囊系統(tǒng)是搶在乘員碰到車內(nèi)硬物以前，在乘員與車身之間形成一道柔軟的彈性保護(hù)氣囊，從而減少了乘員受傷的程度。

　　4汽車安全氣囊的發(fā)展趨勢

　　隨著科技的發(fā)展和人們對汽車安全重視程度的進(jìn)步，汽車安全技術(shù)中的安全氣囊技術(shù)近年來也發(fā)展得很快，智能化、多安全氣囊是今后整體安全氣囊系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。新的技術(shù)可以更好地識(shí)別乘客類型，采取不同的保護(hù)措施。系統(tǒng)采用重量、紅外、超聲波等傳感器來判定乘客與儀表板遠(yuǎn)近、重量、身高等因素，進(jìn)而在碰撞時(shí)判定是否點(diǎn)爆氣囊、采用1級點(diǎn)火還是多級點(diǎn)火、點(diǎn)爆力有多大，并與安全帶形成總體控制。通過傳感器，氣囊系統(tǒng)還可以判定出車輛當(dāng)前經(jīng)歷的碰撞形式，是正面碰撞還是角度碰撞，側(cè)面碰撞還是整車的翻滾運(yùn)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)車身不同位置的氣囊，形成對乘客的最佳保護(hù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也是安全氣囊系統(tǒng)的發(fā)展方向。