汽车安全气囊系统讲义.docx

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汽车安全气囊系统讲义

汽车安全气囊系统

第一节概述

一、前言

汽车发生碰撞事故时，在惯性的作用下，司机和乘客会高速撞向方向盘等车内部件，受到伤害。

在汽车上安装安全带和安全气袋等保护系统，可以在撞车时把乘客约束在座椅上，限制乘客头部、胸部的移动距离，避免与车内部件发生剧烈碰撞，从而起到保护作用。

所以也把这种保护系统叫做乘员防护系统。

二、气囊的发展情况

安全气袋于1958年发明并申请了专利。

它作为汽车被动安全性研究的成果，是随着汽车被动安全性研究的深入而发展的。

美国通用汽车公司在1974-1976年间安装了大约一万套气袋系统，但是，由于技术上的原因又停止了生产。

直到90年代后，由于以下原因才得到推广和普及：

碰撞试验技术的进步；

公众对于安全要求的提高；

安全气袋系统所需电子技术的提高；

安全气袋对于人体的保护效果显著。

从1970年到1990年的20年间，欧美关于安全气袋方面的专利只有106项，而从1990年到1994年4月，有专利464项。

在美国，到1995年，前排乘员的气袋安装率已超过60％。

法规规定在1997年9月1日后出厂的轿车中100％安装司机侧和前排乘员侧气袋。

在欧洲则是标准装备和选件并存，现在新车型基本都安装有安全气袋。

安全气袋的保护作用是十分显著的。

据美国官方公布的数字，1986年至1997年2月15日，安全气袋共挽救了1828人的生命（1639名司机，189名乘员）。

安全气袋同时也有副作用。

在上述时间段内，气袋造成38名儿童、21名司机、2个乘员死亡。

这些主要发生在低速碰撞的情况。

造成死亡的原因有如下几种

　儿童及儿童座椅靠近气袋；碰撞前的制动使得儿童更加靠近气袋。

气袋主要造成头和颈部伤害。

另外矮个子司机受到的伤害也是类似原因。

目前欧美等发达国家对乘员保护系统的研究主要有下述几个方面：

发展低能量气袋，减少气袋对离位乘员、儿童乘员的伤害。

研究侧撞气袋、翻滚气袋等保护装置。

研究智能保护系统。

研究膝部、小腿、踝部的保护装置

三、气囊的种类

1、乘员防护系统的分类

（1）主动安全装置（ABSEBDVSC自动避让系统）

自动避让系统通过雷达等探测装置随时监测路面状况。

在汽车运行中探测汽车运动方向上的障碍物。

可以根据距离周围车辆的远近而自行调整车速，使车辆间保持一个安全的距离，减小发生碰撞的可能。

一旦发生紧急情况，碰撞事故在所难免，它可以发出警报并自行采取刹车等措施，而无需驾驶员的操作。

从而大大减轻碰撞的程度甚至完全避免事故，为乘客提供了更有效的保护。

（2）被动安全装置（安全气囊、安全带、三节转向柱等）

四、气囊对人体的保护原理

气囊的基本保护思想是：

在发生碰撞后迅速在乘员和车内部件之间打开一个充满气体的袋子，让乘员扑在气袋上。

通过气袋的排气节流阻尼吸收乘员的动能，使猛烈的车内碰撞得以缓冲，以达到保护乘员的目的。

其工作原理为：

传感器感受汽车碰撞强度并将其传给控制器，控制器进行判断并在适当时机发出点火信号触发气体发生器，气体发生器点火后迅速产生大量气体展开气袋。

从而达到保护乘员生命安全的目的

3.、SRS的类型

（1）根据保护对象分

①车外气囊

②车内气囊：

Ⅰ、正面气囊：

主驾驶气囊，

副驾驶气囊，

后排乘员气囊，

Ⅱ、侧面气囊：

单个气囊

气帘

以奔驰汽车的车窗气囊为例，系与装在车门内的侧气囊连动，撞击时爆开，保持充气5秒钟以上，可同时保护前座及后座乘客之头部与胸部安全；且气帘为多气室设计，即使有一、二个气室被尖锐物刺穿，也不致因气体排泄，而影响气帘的正常防护功能。

Ⅲ、膝部防护气囊。

Ⅳ、两段式

两段式引爆的智慧型前座气囊，以奔驰汽车为例，撞击速度介于20-35km/h之间时，只会引爆气囊内的第一个气室；当撞击速度更大时，第二个气室才会爆开，如何可避免在小撞击时，因气囊爆开力过大而伤人。

另外为使整个系统更聪明，在前座内设置感应装置，无人乘坐时不会引爆气囊，儿童坐在上面时则自动调整引爆力。

（2）按气囊数量分

①气囊系统

②气囊系统

（3）根据触发装置

电子式：

只用一个减速仪

电气-机械式：

要求前方有多个传感器

机械式

五、对安全气囊系统的要求

1、点火时刻准确

　以司机侧气袋为例。

气袋点爆后，气体发生器的充气时间约是30毫秒。

对处于正常位置的50百分位假人，最佳情况下是发生碰撞时，气袋刚刚充满气体后，人的头部即与气袋接触，这样保护作用最好。

如果人头部接触到气袋时，气袋尚未充气完毕（迟点火），则气袋不仅不能起到缓冲吸能作用，巨大的爆炸力反而会将人打伤。

如果气袋充气完毕后很长时间人的头部才与气袋接触（早点火），由于气袋节流小孔的排气作用，气袋中没有足够的气体压力，同样会影响对人的保护作用。

　　如果乘员乘坐位置偏离了正常位置，如司机离方向盘过近或过远，称为离位乘员。

气袋对离位乘员具有较强的伤害作用。

以司机侧气袋为例，根据美国有关机构的尸体试验结果，如果气袋点爆时尸体胸部靠在方向盘上，气袋会将其肋骨打断；如果胳膊靠在方向盘上，气袋会使得胳膊骨折。

气袋对离位儿童乘员的伤害尤为严重。

因此美国在推行低能量气袋，即延长气袋的充气时间，减少气袋爆出时的侵略性。

此时气袋的充气时间大于30ms，气袋的点爆时间要提前。

2、抗粗糙路面干扰能力强

气袋系统是一次性使用的安全防护系统，若意外点爆，除了会造成经济损失，由于气袋点爆时的巨大声响和体积，会对乘员造成惊吓，可能会引发不必要的事故。

因此必须具有高的抗粗糙路面干扰能力。

当汽车以20～60km/h的速度通过下述路面时，气袋不应点爆：

上下110毫米高的台阶、铁路铁轨、270毫米深的坑及国标路面，计有扭曲路面、坑洼路面、石块路面、搓板路面、卵石路面等。

这些情况都会产生较大的汽车减速度，气袋系统必须能识别出此种状况，气袋不能点爆。

3、高可靠性与工作稳定性

由于汽车的工作环境比较复杂，气袋必须有较高的工作可靠性和稳定性。

如汽车在雨中工作；

汽车在高温气候中行驶；

汽车在寒冷的地区使用；

汽车在高海拔的地区使用；

汽车在强电磁干扰环境中等。

这些环境都不能引起气袋系统的失效。

另外，某些时候汽车上的电瓶电压可能偏低；在发生碰撞时，可能在碰撞的最初时刻即将电瓶破坏，使气袋系统失去电源。

因此气袋系统要有很宽的工作电源范围，并且当电源失掉后，应能有数百毫秒的持续工作能力。

第二节传感器

一、功用：

检测判断汽车撞击后的撞击信号，以便及时启动安全气囊，并提供足够的电触或机械能点燃启发器。

二、对传感器的要求

（1）在人只受轻微损伤时对气囊判断是否定的

（2）在人体受到严重损伤必须使用时，必须启动气囊

（3）必须在最大允许时间之前启动气囊。

（4）必须保证相当大温差范围内传感器都能正常稳定工作。

三、传感方式

1、多点式

目前正在使用的多点传感式安全气袋系统的典型配置，共有三个传感器：

一个机电式传感器，一个机电式右传感器和诊断模块中的一个电子传感器。

司机侧和乘客侧各有一个气袋。

两个档板传感器中只要有一个闭合，诊断模块就对电子传感器送来的信号进行处理和判断，当认为有必要点火时，就发出点火信号使气袋充气。

2、单点式

①电子式：

采用单个电子式传感器，并且传感器和点火控制模块以及诊断模块都集成在一起。

目前，由于点爆控制算法越来越完善，单点传感式气袋系统正在逐步取代多点传感式气袋系统。

②机械式：

四、传感器的结构原理

1、机械式

2、机电式

（1）滚筒式

（2）滚球式

（3）偏心转子式

这种传感器一般安装在保险杠与挡泥板之间，用来感知低速碰撞的信号。

传感器安装在一个密封的防振保护盒内

（4）水银式

安全传感器是一个水银常开开关。

安全传感器用来防止系统在非碰撞状况引起气囊的误动作，一般装在中央控制器内。

当发生碰撞时，足够大的减速度力将水银抛上，接通传爆管电路。

3、电子式

其中电子式集成度高，其内部集成有加速度传感，低通滤波器，温度补偿等模块；接口简单，可靠性高；具有自测试功能，可及时发现异常现象。

第三节气囊组件

由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板等组成。

驾驶员侧气囊组件位于方向盘中心处，乘客侧气囊组件位于仪表板右侧杂货箱上方。

一、气体发生器

1、作用：

在有效的时间内产生气体，使气囊张开。

2、燃烧式　

（1）可燃固体式结构

气体发生器由上盖、下盖、充气剂（叠氮化钠固体药片）和金属滤网组成。

金属滤网安装在气体发生器的内表面，用以过滤充气剂和点火剂燃烧产生的渣粒。

（2）工作原理：

气体发生器是利用热效反应产生氮气而充入气囊。

在点火器引爆点火剂瞬间，点火剂会产生大量热量，叠氮化钠药片受热立即分解，产生氮气并从充气孔充入气囊。

虽然氮气是无毒气体，但是叠化氮钠的副产品有少量的氢氧化钠和碳酸氢钠（白色粉末）。

这些物质是有害的，叠氮化钠融于水后有毒，对环保不利，因此在清洁膨胀后的气囊时，应保持良好的通风并采取防护措施。

各气袋生产厂家都在发展新型的燃烧剂。

可燃气体式　　是其中的一种，他将氢气和氧气按一定比例混合加压储存在储气瓶中。

它燃烧后产生水，没有固体颗粒，燃烧前也没有害，是一种理想燃烧剂。

3、压缩气体式

主要与机械式传感器及控制器连用。

由于其产气量少、充气速度慢等缺点，应用较少。

4、混合式　

是用少量的燃烧物质产生足够的热量，使得压缩气体迅速膨胀而充满气袋。

其产气量大，而产生的热量少，是今后的发展方向。

对温度的敏感性较低，低温条件下性能变化不大；

通过调整，容易控制峰值压力、压力上升曲线、溢出气体的速度等；

对环境有利。

无毒性材料；优异的抗老化性能；

气体发生器表面温度低。

在气体发生器作用后，其表面温度至多上升75度，塑料件可与气体发生器接触；

溢出的气体无害。

产生的少量非毒性颗粒，产出的颗粒浓度比采用叠氮化钠等燃烧剂的热式气体发生器低；

优异的燃烧剂抗老化性能。

在车体中15年无变化，推进剂不会吸湿。

气体发生器有单级和两级气体发生器。

单级气体发生器有一个产气部件，两级气体发生器有两个相互独立的产气部件，适当组合两个部件的工作时间，即可获得不同的充气特性。

适用与智能乘员保护系统。

二点火器

三、气囊

气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制成。

橡胶涂层起密封和保护作用，气囊背面有2个泄气孔。

乘客侧气囊没有涂层，靠尼龙布本身的孔隙泄气。

气袋的形式有两种

　一种体积比较大，即使乘客不系安全带也能起到良好的保护作用，主要在美国市场，因为美国法规对安全带的佩戴没有强制性；

　一种体积较小，与安全带配合使用，是将安全气袋与三点式安全带共同组成一个乘员保护系统使之达到最佳的乘员保护效果。

这种气袋主要在欧洲市场应用，因为欧洲对安全带的佩戴有强制性要求。

目前气袋系统有两种形式，一种是与安全带配合使用，当低速碰撞时，主要是安全带对乘员起保护作用，当发生高速碰撞时，才启动气袋对人进行保护，此时气袋主要保护人的面部，又称之为“面袋”

第二种是单独起保护作用，发生碰撞时，气袋要保护人的头部和胸部。

第二种气袋的体积较大（对司机侧气袋为60升以上），充气时间长，充气量大，启动气袋的碰撞车速较低，造价高。

第一种气袋的体积较小，（对司机侧气袋为40升左右），充气量小，充气时间短，启动气袋的碰撞车速高，造价低。

就我国情况看，第一种气袋更适合我国国情。

四、时钟弹簧

由于司机侧气囊是装在方向盘上的，而方向盘要能转动，为了实现这种静止端与活动端的电气连接，采用了时钟弹簧。

时钟弹簧装在弹簧盘里，弹簧盘用螺栓固定在转向柱顶部。

时钟弹簧以正、反两个方向的盘绕实现了作旋转运动的