浅析汽车安全气囊的发展和应用,汽车安全气囊的发展与应用

1、安全气囊系统构造

安全气囊作为“辅助约束系统”（SupplementalRestraintSystem,SRS）是一种被动安全装置。常见的安全气囊系统由碰撞传感器、电控单元(为同一下文简称ECU)、气体发生器、气囊、续流器五个部件组成，通常气体发生器和气囊构成气囊模组。当事故发生时，气囊模组可以通过其他电控单元发出的指令迅速弹出气囊并缓慢释放冲击力，从而可以有效防止车内乘员和车内部件之间发生碰撞而造成二次伤害，减小乘客受伤的几率。下面详细为大家介绍其组件。

碰撞传感器

碰撞传感器是安全气囊系统中的控制信号输入装置。其作用是当汽车发生碰撞时，碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入安全气囊电脑，安全气囊电脑根据碰撞传感器的信号来判定是否引爆充气元件使气囊充气。

市面上大多数碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器两类。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，可以在行驶中检测碰撞时的加速度变化，并将碰撞信号传给ECU，作为ECU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，可以有效防止气囊误爆。

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。

电控单元（ECU）

ECU作为气囊系统的核心部件，可以看做是“大脑”。汽车行驶过程中，传感器系统不断向控制装置发送速度实时变化信息，由ECU对信息进行分析判断。当所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值（即真正发生了碰撞），则ECU立即向气体发生器发出点火命令，气囊则完全展开。

由于早期安全气囊技术的不成熟，车身前部和中部会设有多个碰撞传感器，然而随着碰撞传感器制造技术的发展，现在很多汽车将触发碰撞传感器集成在气囊系统的ECU内。而防护碰撞传感器一般都与气囊系统ECU组装在一起，更加智能且高效率的气囊系统为消费者保驾护航。

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，两种物质便会迅速分解产生大量热量和气体（无毒无味的氮气占70%以上），可以在短时间内充满气囊。所以气体发生器必须具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。而混合式气体发生器是当前车型运用最为广泛的类型。

缓冲器气囊

气囊材质一般由防裂性能较好的聚酞胺织物制成，它是一种半硬的高分子材料，可以承受较大的压力；经过硫化处理后，可以减少气囊冲气膨胀时的冲击力。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，当乘客身体压在气囊上时，气囊受压后便从排气孔排气达到保护乘客的目的。

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。

2、安全气囊的起爆条件

行驶当中的汽车，加速度是变化无常的，为了保证安全气囊在适当的时机打开，汽车生产厂家均以速度和碰撞角度设定为气囊的起爆条件，只有满足了这些条件，气囊才会发生作用。从理论上讲，只有车辆的正前方左右大约60°间位置撞击在固定的物体上，且速度高于30公里/小时（通常这里的速度值为绝对速度），这时安全气囊才可能打开。

汽车发生碰撞时的主要受力部位是乘员舱骨架和车身纵梁，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。这就可以解释了前几年网络上闹得沸沸扬扬的高速碰撞，气囊未开致乘客死亡事件。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，所以有时候气囊并不能打开。

3、安全气囊布局

目前主副驾驶位的双安全气囊，已经成为众多热销车型的标准安全配置。而在一些高端车型上，膝部、侧方和安全气帘也渐渐占据市场销售的主力，于是市场上就出现了“数量即安全”的声音，但真正影响安全气囊性能的因素其实是布局。

当车辆发生碰撞时，车内乘客的脸部、胸部、腰部、头部最容易受到撞击。所以主、副安全气囊可以保护乘员的脸部和胸部；驾驶座外侧的侧安全气囊可以减少侧向撞击对乘客腰部的损伤；而位于ABC柱的安全气帘可以减少乘客头部受伤的几率。但是从实际情况来说，安全气囊需要与安全带、座椅等约束性系统进行配合，（例如驾驶座安全气囊的弹出距离、前排安全气帘的不知）这样通过科学的测算使得气囊弹起更为顺畅，避免乘客收到二次伤害，从而得到最优的匹配效果。

4、安全气囊技术展望

在去年的的上海车展上，由美国TRW公司展示了正在研发的一款外部气囊技术。此技术将摄像头和雷达探测整合在一起，两者可以在发生碰撞时向气囊模组发送信号，气囊会在30毫秒内充气并弹出。从这项技术可以看出，未来主动安全会与被动安全技术将相互结合，变得越来越智能化，而安全气囊技术也不只局限于保护驾乘人员，同时更加关注所有交通参与者的人身安全。

1．国外安全气囊的发展　安全气囊的雏形是美国人Jhon.W.Hetrick发明的安全气垫。1952年Hetrick发明了他自己之称为“汽车安全气垫”的装置，用来减轻急刹车或正面碰撞带来的严重伤害。这是一种纯机械装置。用于使气囊膨胀的压缩空气贮存在一个压力容器中，连接着弹簧的质量块用来感应汽车的减速度。当质量块产生位移时，能打开一个阀使压力空气从压力容器中冲出来，以使气囊膨胀。气囊可装在方向盘中、手套箱门上、仪表板上部以及前排座椅的靠背。　早期的空气囊主要用于与其它安全装置一起防止飞机着陆时与地面的碰撞。1960年，安全气囊技术开始在原有的基础上研制并转为民用。　60年代末,美国高速公路交通安全委员会（NHTSA）开始建议制定一个可选择的安全气囊法则,鼓励汽车厂商去发展安全气囊。　70年代,美国通用、福特,德国奔驰，日本丰田等汽车公司以及美国MORTON公司、TRW公司、德国TEMIC公司、ICT研究院、日本DAICEL公司、瑞典AUTOLIV公司等均开始投入大量资金和人力研究与发展安全气囊,其中1971年5月德国的一个研究小组成功地将火箭推进技术应用于汽车安全气囊。这些综合力量使安全气囊的研究与发展进入了一个全新的发展阶段。　1984年,美国高速公路交通安全委员会（NHTSA）在著名的“联邦汽车安全标准”中的208条款《乘员碰撞保护》（Federal MotorVehicl Safety Standard208,简称FMVSS208）中增加了安装气囊的要求,这为安全气囊的发展和使用提供了一个明确的法则及指导方向。FMVSS208条款是汽车安全气囊发展史上的一个重要的里程碑。此后,欧洲也颁布了ECER94法规,紧接着日本丰田、本田,美国福特、克莱斯勒,德国宝马,瑞典富豪等汽车公司纷纷开始销售配有安全气囊的汽车。　20世纪90年代后期,美国、欧共体、日本已正式立法在汽车上配置安全气囊,双气囊已成为绝大多数主流轿车的标准件。 2．国内安全气囊的发展　我国对汽车安全气囊的研究起步较晚。上个世纪80年代末我国的一些汽车碰撞安全和军工专家才开始关注汽车安全气囊的研究和发展。　随着世界汽车进军我国，我国的汽车工业迎来了前所未有的发展契机。1992年，我过自行研制的FS-01安全气囊通过撞车试验。我国的政策法规也对我国汽车工业的发展提供了良好的发展空间。　在我国“九五”规划期间和“十五”规划中,国家经贸委和汽车行业将安全气囊列为我国汽车零配件三大重点发展项目（电子喷油系统、防抱死制动系统和安全气囊系统）之一,尤其是在1999年10月28日,国家机械工业局发布《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》（CMVDR294）。这个设计规则明确提出对汽车乘员在发生汽车碰撞时的安全标准。所述的安全要求。CMVDR294的发布间接地对汽车配置安全气囊提出了新的要求,这无疑是中国安全气囊发展史上的一个进步,同时也对安全气囊的研究与发展指明了正确的方向和注入了新的活力。　在十多年的研究与发展过程中,国内许多大学与事业公司的研究与产品已初具基础,其中部分研究与技术已接近国际水平。清华大学的黄世霖等人在汽车碰撞实验研究中,系统地研究了多种国产汽车中安全气囊的匹配技术对汽车安全气囊的点火控制模拟、汽车碰撞的过程模拟和实验验证以及有关软件在汽车安全气囊系统设计中的应用等方面作了大量工作,对国内的汽车安全气囊研究具有重要的指导作用。　坐落在锦州经济技术开发区的锦恒公司是国内唯一一家具有自主知识产权的汽车安全气囊生产企业，其生产能力和所占市场份额在国内最大。锦恒公司建有国内一流的研发中心，实验室通过了国家CNAL认证，具有正面碰撞、角度碰撞、柱撞、侧面撞等实车碰撞试验能力和台车试验能力。公司的主要碰撞、检测设备和组装生产线均由国外引进，技术装备水平国内领先。他们通过引进美国公司的安全气囊生产技术，开发出填补国内空白的机械式安全气囊产品；与一汽汽研所共同承担了国家“九五”汽车电子产品攻关计划，开发出具有独立知识产权的电子式安全气囊产品。目前，该公司共为国内20多个汽车生产厂家的30多个车型研发、配套安全气囊，已形成单班年产20万套安全气囊总成、120万只气囊、15万只饰盖的生产能力，是国内同行业中首家实现为整车配套的企业。今年，他们还与国际著名的安全气囊供应商签订加工安全气囊零部件的协议，产品将走向欧洲、北美等国家。　2000年以来，我国安全气囊市场需求平均每年都有超过200%的速度在增长，到2004年我国安全气囊市场总配套量接近400万套。目前，国内生产安全气囊企业有近20家，2004年产量超过200万套，安全气囊的国产化率超过50%。国内安全企业的生产和配套市场基本上分外资企业和国产企业两大阵营。外资企业主要以Autoliv、Plast、Takawa、Mobis等为代表，国内80%以上的安全气囊由他们生产，外资企业占据着我国安全气囊的中高端配套市场。国产企业主要是以锦州锦恒、东方久乐、上海比亚迪等为代表，他们国内安全气囊的产量只占15%左右，主要在一些国产化的经济型乘用车有所配套。我国安全气囊在经历安全气囊的进口高峰后，进口安全气囊的高速增长是势头已经跌落，2005年上半年已经出现进口负增长。目前，进口安全气囊在国内配套市场所占比重不到一半。2004年底开始，跨国安全气囊企业相继在中国投资气囊组件的生产，加强了安全气囊上游零部件本地化供应配套的能力。到2007年，我国80%以上的安全气囊组件将实现本地化生产。目前，我国安全气囊零部件ECU、气体发生器、气袋、布料的国内采购率只有5%左右，气囊组件配套还有很大的发展空间。 3.结束语　尽管我国安全气囊的研究与发展已初具基础和规模,但是离世界先进水平还相距甚远,这些差距主要包含安全气囊法规、撞车实验系统、安全气囊的设计、制造和测试等方面。事实上,我国的撞车实验系统还不能完全满足美国FMVSS208条款的技术要求;其次在安全气囊方面,我们还缺少关键技术的自主知识产权;此外,传感器、气体发生器和气囊的技术规范及检测还未达到一个令人满意的状态。因此，我们业内人士还要付出艰辛的努力！