第二篇 第一章 安全氣囊理論

第一章安全氣囊結(jié)構(gòu)及原理

第一節(jié)安全氣囊的發(fā)展及概述

毫無疑問安全氣囊系統(tǒng)非常好地改善了汽車的碰撞安全性，它和安全帶一起充分地

發(fā)揮了對人的保護效能。但是在乘員OoP狀態(tài)（"OutofPosition,非正常乘坐位置”）

下，安全氣囊也會對人造成傷害甚至致死亡，例如：

?由于氣囊的傳感系統(tǒng)沒有完全考慮到事故的真實情況，造成氣囊比較晚的被點燃

引爆

?乘客由于恐慌等原因伏在安裝氣囊的方向盤或者儀表板上，或者座椅調(diào)節(jié)得太靠

前，或者由于安全帶比較松甚至沒有帶安全帶造成緊急剎車時乘客身體前傾

?沒有注意到汽車上的警告，把嬰兒的座椅頭朝前地固定在副駕駛員位置上

在上述情況下，氣囊爆發(fā)時，很容易對人造成傷害。要解決這個問題，就必須改善

現(xiàn)有的碰撞傳感識別系統(tǒng)，要求通過這套系統(tǒng)一方面安全氣囊可以提供乘客在“標(biāo)準(zhǔn)位

置”時的碰撞安全保護，另一方面也可以通過氣囊的不引爆或者減少氣囊爆炸時的壓力來

減少乘客在偏離正常乘坐位置時可能產(chǎn)生的對人的傷害。

使用安全氣囊來保護汽車乘員的想法最先產(chǎn)生于美國。1952年美國汽車生產(chǎn)者聯(lián)合會

在理論上闡述了這樣一種汽車安全系統(tǒng)的必要性。幾乎同時，這種系統(tǒng)的原理圖也繪制了

出來。1953年，第一個氣囊的專利就誕生了。但是，由于當(dāng)時技術(shù)水平的限制，還不能把

這種想法或?qū)＠吨T實現(xiàn)。到了1980年，德國默謝臺斯公司開始實現(xiàn)這種設(shè)想，它在自己

生產(chǎn)的部分汽車上安裝了安全氣囊。而從1985年起，在全部供應(yīng)美國市場的汽車上都有安

裝了這種安全系統(tǒng)。隨后，又出現(xiàn)了第一個保護駕駛員旁前排座乘員頭部的氣囊。

現(xiàn)在，世界上許多汽車制造廠及專業(yè)生產(chǎn)廠都在設(shè)計和生產(chǎn)安全氣囊，其中最大的是

德國的波許公司。今天的氣囊已經(jīng)發(fā)展到可以在任意方向的碰撞中（包括側(cè)向碰撞）起保

護乘員頭部、軀干和膝部的作用。

目前，世界上很多國家都有要求在新車上必須安裝氣囊。例如在美國，相應(yīng)的法規(guī)已

從1989年起實施該法規(guī)要求一定要安裝大尺寸的氣囊。而歐洲的專家們則認(rèn)為最好的方案

應(yīng)該是：安全帶和小尺寸氣囊的配合使使用。所以，歐洲的公司只生產(chǎn)小尺寸氣囊。現(xiàn)在，

在汽車上，一個氣囊安裝在駕駛盤上，一個安裝在駕駛員旁前排乘員的前面。側(cè)面氣囊或

者裝在車門上，或者裝在座椅靠背上，氣囊用尼龍制成，材料厚度為0.45mm。為了保證氣

囊的氣密性，在其內(nèi)表面涂敷薄薄一層合成橡膠或硅橡膠。在氣囊的內(nèi)表面固定有專門的

帶子，這些帶子在氣囊充氣時能使其保持一定形狀。氣囊側(cè)面設(shè)有許多孔，這些孔用來快

速從氣囊中排出氣體。這點十分重要的，否則，人就會被氣囊推向后面或被一個氣囊或幾

個氣囊擠住而受傷。為避免氣囊因長期疊置而成硬塊，在氣囊內(nèi)部覆蓋一層特殊的材料，

它可使氣囊的有效使用期達到15年。

安全氣囊系統(tǒng)采用了一種類似火箭固體燃料發(fā)動機的氣體發(fā)生器，在這種氣體發(fā)生器

中，燃料燃燒產(chǎn)生的氣體使氣囊充氣。氣體發(fā)生器的燃料通常使用疊氮化鈉，但也有的使

用硝化纖維，也有的系統(tǒng)使用壓縮氣體。

氣囊系統(tǒng)中的傳感器通常有三種類型：機械式、機電一體式及電子式。大多數(shù)氣囊采

用多個電子傳感器分布在車身不同位置以便準(zhǔn)確感知碰撞信號，并將信號傳遞到車上的控

——I,氣袋J----------

氣袋的形式有兩種

宜一種體積比較大，即使乘客不系安全帶也能起到良好的保護作用，主要在美國市場，因為美國法

規(guī)對安全帶的佩戴沒有弼制性；

會一種體積較小，與安全帶配合使用，是將安全氣袋與三點式安全帶共同組成一個乘員保護系統(tǒng)

使之達到最佳的乘員保護效果.這種氣袋主要在隙洲市場應(yīng)用，因為陵洲對安全帶的佩戴有強制

性要求.

制系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)以此控制氣囊系統(tǒng)的點火，進行系統(tǒng)的故障診斷，同時判別要保護的

乘員座位是否有乘員及是什么樣的乘員。若判定前排座位上為兒童座椅，那么，在發(fā)生碰

撞時，兒童座椅前的氣囊就不能點火。總之，控制系統(tǒng)可以保證只有在必須使用氣囊時才

使氣囊工作。

當(dāng)前，安全氣囊出現(xiàn)了兩種發(fā)展趨勢。美國和日本的汽車公司正在努力增大氣囊尺寸

來保護乘員。而歐洲一些汽車制造公司，如“梅塞德斯-奔馳''等，而“寶馬”和“沃爾沃'’等則

認(rèn)為，安全氣囊本身決不是保障乘員的靈丹妙藥，它必須在一個統(tǒng)一的汽車被動安全系統(tǒng)

中才能有效地發(fā)揮作用，在這個系統(tǒng)中，一定要具備緊縮式安全帶、結(jié)構(gòu)可靠的座椅、兒

童專用座椅和一系列其它部件。而且，最好在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計開始時就考慮到這個安全系統(tǒng)

所有必須的組成部件

一、汽車的安全性

隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高，汽車行駛的速度越來越快。又由于汽車保有

量的迅速增加，道路交通越來越擁擠。這就使得汽車事故頻繁發(fā)生，所以汽車的安全性就

變得尤為重要，成為當(dāng)今汽車設(shè)計和生產(chǎn)的一個重要課題。汽車的安全性分為主動安全和

被動安全。主動安全是指汽車防止發(fā)生事故的能力，主要有操縱的穩(wěn)定性，制動的可靠性、

平順性等；被動安全是指汽車在發(fā)生事故的情況下保護乘員的能力，主要有防撞式車身、

安全帶和輔助乘員的保護系統(tǒng)（SUPPLEMENTAL-RESTRAINTSYSTEM,以下簡稱安全

氣囊）等。由于汽車事故難以避免，因此被動安全顯得非常重要，安全氣囊作為被動安全

的研究成果，由于使用方便、效果顯著、造價不高，所以近年來得到迅速發(fā)展和普及。

二'安全帶和安全氣囊

為了說明安全帶和安全氣囊在保護乘員方面的重要性，首先說明造成乘員傷害的原因。

如圖（1-1）所示，當(dāng)汽車和障礙物之間發(fā)生碰撞事故時，汽車和障礙物之間的碰撞稱為一

次碰撞。一次碰撞的結(jié)果導(dǎo)致汽車速度急劇下降。例如，如果一輛汽車以50km/h的速度

與一個固定不動的障礙物正面相撞，則汽車至完全停止所需時間大約O.lso在這短暫的時

間內(nèi)，可發(fā)生的事情卻相當(dāng)多：在碰撞的瞬間，前護杠停止運動，但汽車的其他部分仍以

50km/h的速度前進。隨著車輛前部逐漸損壞，汽車即開始吸收動能并減速；在碰撞過程

中，當(dāng)開始減速慢下來時，內(nèi)部乘員則仍以原來的速度向前移動。于是就發(fā)生了乘員和方

向盤、儀表板、風(fēng)擋玻璃等之間的碰撞，造成了乘員的傷害。這種乘員和汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)之

間的碰撞稱為二次碰撞，如圖（1-2）所示。

圖1—1一次碰撞示意圖圖1一2二次碰撞示意圖

如果乘員未系上安全帶，則他們會繼續(xù)以50km/h的速度前進，直到撞及車室內(nèi)部物

件才會停止。在此例中，乘員撞擊車室內(nèi)部的速度，與

從三樓的窗戶跳下撞擊地面時的速度相當(dāng)。如果乘員系

上安全帶，則他們將逐漸減速，因此作用到他們身上的

撞擊力將減輕。但是在嚴(yán)重的碰撞事件中，雖然系上安

全帶的碰撞力比未系安全帶少了很多，但乘員仍可能會

撞到車室內(nèi)部物件而造成傷害。圖1一3安全氣囊對乘員的保護作用

汽車安全氣囊的基本思想是：在發(fā)生一次碰撞后

二次碰撞前，迅速在乘員和汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間打開一個充滿氣體的袋子，使乘員撞在氣袋

上，避免或減緩二次碰撞，從而達到保護乘員的目的，如圖（1-3）所示。由于乘員和氣囊

相碰時容易因振蕩造成乘員傷害，所以在氣囊的背面開兩個直徑25mm左右的圓孔。這樣,

當(dāng)乘員和氣囊相碰時，借助圓孔的放氣可減輕振蕩，放氣過程同時也是一個釋放能量的過

程，因此可以很快地吸收乘員的動能，有助于保護乘員。

三、安全氣囊的形式

除了上述供正面碰撞的保護安全氣囊

外，近年還開發(fā)出了供側(cè)面碰撞保護用的側(cè)

圖1-4正面安全氣囊和

安全氣囊。這樣，安全氣囊系統(tǒng)按保護面的不同，可分為供正面碰撞保護用的安全氣囊系

統(tǒng)和供側(cè)面保護用的側(cè)安全氣囊系統(tǒng)，如圖1-4所示。

止匕外，安全氣囊還可按充氣裝置點火系統(tǒng)的形式、氣囊數(shù)量和氣囊傳感器數(shù)量等3種

方式來分類。

1、按充氣裝置點火系統(tǒng)分

(1)電子式(E型)

(2)機械式(M型)

?-［控制系蜻；---------

金控制系統(tǒng)是氣袋系統(tǒng)的核心部件，具控制機理是各生產(chǎn)廠家嚴(yán)格保密的核心技術(shù)氣袋控制系統(tǒng)要能準(zhǔn)

翻斷出正撞、偏撞、斜推撞樹等各種復(fù)雜情況的碰撞強度，并準(zhǔn)時點燃氣袋.

叁控制系統(tǒng)主要有蠅、模擬電子式、智能式幾種.機械式控制系統(tǒng)主要用于低成本的氣袋系統(tǒng)，應(yīng)用

正在觸.

道現(xiàn)在大部分都采用帶微處理器的智能控制系統(tǒng)，對電子雌感器測量得到的信號進行處理，輸出點燃信

號.其原理框圖如圖所示.

智能式控制系統(tǒng)原理框圖

2、按氣囊數(shù)量分

(1)1個：用于駕駛員(E型或M型)

(2)2個：用于駕駛員和前座乘員(只有E型)

(3)4個：用于駕駛員和前座乘員的正面和側(cè)面(只有E型)

3、按氣囊傳感器數(shù)量分(只有E型)

(1)1個：氣囊傳感器

(2)3個：一

個中央氣囊傳感器

和兩個前氣囊傳感

器

各形式的氣囊

系統(tǒng)及其動作

（1-5、6、7、8）所小圖1—5E型、雙氣囊、3傳感器。

雷管氣體發(fā)生劑

圖1—6M型、單氣囊

充氣裝置

氣體發(fā)生劑氣囊(前座乘員)

圖1—7E型、單傳感器、雙氣囊

圖1一8E型側(cè)氣囊

四、安全氣囊的工作

在承受來自如圖（1-9）斜線區(qū)域箭頭內(nèi)嚴(yán)重的正面撞擊時，安全氣囊系統(tǒng)會檢測此減

速力。若減速力達到設(shè)定值以上時，系統(tǒng)會觸發(fā)充氣裝置，然后充氣裝置內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)會

使氣囊在瞬間充滿氮氣，以緩沖乘員的沖擊，保護乘

員頭部和臉部免于撞擊方向盤或儀表板。在氣囊開始

泄氣時，氣囊依然在繼續(xù)吸收動能。整個過程（由充

氣、保護、泄氣組成）在不到1s內(nèi)完成，如圖（1-10）

圖1一9正面撞擊方位

圖1-10安全氣囊的工作過程

保護作用碰撞結(jié)束

1、氣囊張開后，需注意如下問題：（1-11）

（1）安全氣囊在設(shè)計上只能充氣1次，一次性

使用。用后必須更換。（2）發(fā)生碰撞時，即使前乘

員座沒有乘員，前座乘員氣囊也會同時張開。（3）

在氣囊充氣時會產(chǎn)生巨大的聲響，而且在所釋放出

的氮氣中會伴生少許煙霧。這些氣體和煙霧是無害

的（這不表示有起火現(xiàn)象），但乘員要盡快清洗殘

留物，以免皮膚過敏。（4）氣囊的充氣在少于1s

內(nèi)完成，因此氣囊充氣的力量相當(dāng)大。此系統(tǒng)的設(shè)

計是為了減少嚴(yán)重的傷害，但它本身可能會對乘員

造成輕微的燙傷、擦傷或紅腫等傷害。（5）氣囊張

開后，氣囊單元的組件（方向盤中央部分、儀表板）

可能會燙熱幾分鐘，但氣囊本身并不會發(fā)燙。

（6）當(dāng)碰撞的程度足以讓氣囊充氣時，可能會

因車身變形而使風(fēng)擋玻璃破裂。而在備有乘員氣囊

的車輛上，風(fēng)擋玻璃也可能因吸收部分充氣力量而

破裂。

五、安全氣囊系統(tǒng)動作過程

根據(jù)德國羅伯特博世公司在奧迪（AUDI）轎車上試驗研究表明：當(dāng)汽車以車速50km/

h與前面障礙物相撞時，安全氣囊系統(tǒng)的動作時序如圖所示。

⑴碰撞約10ms后，安全氣囊系統(tǒng)達到引爆極限，氣囊組件中的電雷管引爆點火劑并

產(chǎn)生大量熱量，使充氣劑(疊氮化納藥片)受熱分解，駕駛員尚未動作，如圖(a)所示：

(2)碰撞約40ms后，氣囊完全充滿，體積最大，駕駛員向前移動，安全帶斜系在駕駛

員身上并收緊，部分沖擊能量已被吸收，如圖(b)所示：

(3)碰撞約60ms后，駕駛員頭部及身體上部壓向氣囊，氣囊背面的排氣孔在氣體和人

體壓力作用下排氣，利用排氣節(jié)流作用吸收人體與氣囊之間彈性碰撞產(chǎn)生的動能。

(4)碰撞約110ms后，大部分氣體已從氣囊逸出，駕駛員身體上部回到座椅靠背上，汽

車前方恢復(fù)視野。

(5)碰撞約120ms后，碰撞危害解除，車速降低為零。由此可見，在安全氣囊系統(tǒng)動作

過程中，氣囊動作時間極短。從開始充氣到完全充滿的時間約為30ms；從汽車遭受碰撞開

始，到SRS氣囊收縮為止，所用時間極為短暫，僅為120ms左右。因此，SRS氣囊動作

的狀態(tài)和經(jīng)歷的時間無法用肉眼來確認(rèn)。目前，世界上廣泛采用模擬人體來進行碰撞試驗。

瑞典沃爾沃公司用計算機模擬汽車遭受碰撞時，駕駛席SRS氣囊動作過程的模擬與上述動

作過程相似。

乘員席氣囊與駕駛席氣囊的動作過程基本相同。安全氣囊系統(tǒng)的動作過程與經(jīng)歷時間

之間的關(guān)系如表所示。

碰撞之后經(jīng)

010ms40ms60ms110ms120ms

歷時間

氣囊充人體復(fù)危害解

SRS動作狀遭受碰點火引爆開排氣節(jié)流

滿人體位恢復(fù)除車速

態(tài)撞始充氣吸收功能

前移視野為零

六、汽車安全氣囊的使用安全性

安全氣囊最早應(yīng)用於20世紀(jì)70年代初期通用和福特公司的試驗車隊，直到1989年克

萊斯勒公司在政府和消費者的壓力下，將這安全裝置用於美汽車。高成本和汽車制造商的

反對導(dǎo)致安全氣囊(現(xiàn)已列入20世紀(jì)汽車十大發(fā)明之一)未能在發(fā)明初期迅速流行和普及。

現(xiàn)在，由於人們對汽車安全性能的要求提高，安全氣囊已經(jīng)逐步得到廣泛的應(yīng)用，甚至中

國10萬元以下的經(jīng)濟型家庭轎車，都已經(jīng)采用雙安全氣囊的標(biāo)準(zhǔn)配備。

安全氣囊屬於汽車的被動安全系統(tǒng)，使用者無需為保護自身采取任何行動。相比之下，

大多座椅安全帶屬于主動安全系統(tǒng)，使用者必須系上才能發(fā)揮保護作用。安全氣囊正好保

護那些沒有系上安全帶的乘客，這種保護更是大面積且強有力的。

在車速超過32km/h時，安全氣囊的爆發(fā)過程約在0.06s內(nèi)完成。因為典型的汽車碰撞

僅持續(xù)大約0.125s,而未受保護的駕乘者在最初的碰撞結(jié)束前，已經(jīng)撞到汽車內(nèi)飾板；另

外，當(dāng)?shù)谝惠喿矒羧匀焕^續(xù)時，第二輪撞擊就已經(jīng)開始了。氣囊爆發(fā)是由氣體發(fā)生器控制，

點燃當(dāng)中的氮鈉化物(SodiumAzide)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生所需體積的氣體。

在這過程中，氣囊爆發(fā)實質(zhì)上是小型的內(nèi)部爆炸。普通啟動指令的算法程序僅與車速

變化相關(guān)，更加雜的算法程序則用于新型智能安全氣囊系統(tǒng)。

七、安全氣囊的安全性

雖然安全氣囊曾經(jīng)使數(shù)以萬計的駕乘者死逃生，但是突如其來的爆炸膨脹也會引致受

傷，令人考慮是否應(yīng)該加裝安全氣囊開關(guān)，甚至懷疑安全氣囊的安全性。安全氣囊的安全

性主要包括產(chǎn)品本身的可靠性和使用的安全性。

駕乘者的位置十分關(guān)鍵，如貼近或靠近安全氣囊在爆發(fā)時非死即傷。一般情況下，乘

客應(yīng)該端然穩(wěn)坐并與氣囊安裝位置相距305mm。不過，由于氣囊膨脹后的尺寸和膨脹特性

無法確定，難以精確測出確切的距離，身材矮小的成年人和兒童更容易受到傷害。所以，

即使安全裝置處于工作狀態(tài)，乘客也應(yīng)該與車內(nèi)可撞擊表面保持足夠的距離。

安全氣囊與安全帶作為同一系統(tǒng)的兩大組成部分，缺其一另一方都不能發(fā)揮良好的效

果。只有兩者結(jié)合使用，才能發(fā)揮雙重保護，使頭部免受傷害。統(tǒng)計表明，裝備安全氣囊

使駕駛者的事故死亡率和乘客事故死亡率分別下降14%和11%；使用安全帶可以降低駕駛

者事故死亡率12%和乘客事故死亡率19%。事實上，在已裝備安全氣囊的情況下發(fā)生的死

亡事故，大部分是因為駕乘者沒有佩帶安全帶，或是佩帶方法或部位不正確。

雖然安全氣囊可能導(dǎo)致意外，卻不能否定其好處，最重要是如何科學(xué)合理地予以使用。

八'忠告駕駛者

為了避免安全氣囊引暴致意外傷害，任何駕駛者，都應(yīng)該緊安全帶并與方向盤最少保

持254mm的距離。緊安全帶彳奏，只要駕駛者的胸部與方向盤中心距大於254mm,其潛在

的危險便大大減少。

如果駕駛者十分疲倦而又不能停止駕車，必須考慮使用安全氣囊的開關(guān)裝置。例如在

疲勞時為了與方向盤保持254mm的距離，而采用并不舒服的坐姿；或即將臨產(chǎn)的女性駕

駛者不能讓下腹遠離方向盤，出于生理需要安全氣囊的開關(guān)也必不可少。

在1998年及其后生產(chǎn)的汽車，大部分已對安全氣囊進行技術(shù)改進，采用強度較小的膨

脹器來降低受傷率。這種汽車不必設(shè)置氣囊開關(guān)，駕駛者甚至不需與方向盤保持254mm

的距離。當(dāng)然，端坐并遠離安全氣囊仍然值得提倡。

九、忠告乘客

身系安全帶的成年乘客在端坐時不會受到嚴(yán)重的傷害，安全氣囊主要威脅那些毫無約

束的嬰兒和兒童乘客。補救的措施是用帶子系好兒童并安置在彳度排座椅，確保兒童遠離膨

脹的氣囊。

不要將兒童背向約束裝置放在前排的乘客座椅，因為他們的頭部將會與氣囊太接近。

取而代之的方法，是把兒童約束裝置放在后排座椅的中座。

有些情況下，乘客安全氣囊的開關(guān)也相當(dāng)重要。例如，生病的兒童需要時刻觀察病情，

車上只有駕駛者能夠予以照顧，這樣只能將兒童放到前座上；再如，需攜帶許多嬰兒和幼

兒，但沒有足夠的后排座椅，只好把年長的兒童放在前座。這時，乘客安全氣囊的危險性

便呈現(xiàn)出來。關(guān)注兒童勢必分散駕駛者的注意力，容易引發(fā)交通事故，所以不妨安裝安全

氣囊開關(guān)，卻不要在匆忙間忘記開閉。相對而言，后座仍然是較為安全的選擇。

十'未來的安全氣囊

未來安全氣囊的傳感器不僅可以探測碰撞的方向和猛烈程度，還可以識別乘客在車輛

的位置和狀態(tài)。系統(tǒng)根據(jù)這些輸入的數(shù)據(jù)，進行即時的分析判斷，最終決定安全氣囊的引

爆方式和膨脹整個過程在瞬間完成，真正實現(xiàn)安全氣囊的安全化和智能化

?故前保甫二

?——--

事故中救護

.___-

事故后救護二＞

..——事故前保護等

自就應(yīng)讓系統(tǒng)通過ar達等探測置E降時監(jiān)測路面狀況.

在汽車運行中探測汽車運醐方向上的除礙物.可以根觸雷周

回車輛的遠近而自行調(diào)整車速.快車箱間保持一個安全的距

離，減小發(fā)生磁描的可能.一旦發(fā)生禁急情況，碰描事故在所

難免，它可以發(fā)出明艮并自行采取剎車等措施，而無需巽駛員

的掾作.從而大大聯(lián)碰攫的程度耳至完全避免事故，為乘客

探供了更有效的保護.

事故中救護

如前所述，在發(fā)生事故時，氣袋對保護乘員的生命安全有著顯著的作用，但同時也有

負作用，會造成對乘員的傷害.氣袋是按正常乘坐位置的第50百分位的乘員設(shè)計的.對成

人而言，造成傷害的主要原因是乘員離位，即在氣袋黜時乘員過分靠近氣袋,對兒童和

第5百分位版性假人來講，除了乘員雕外，另一原因是按成人體重設(shè)計的氣袋能量太

大.因此，如何發(fā)揮氣袋的保護作用，避免或誠少氣袋的副作用，成為目前急待解決的問

題.

智能保護系統(tǒng)是世界各氣袋廠家和汽車

生產(chǎn)商所致力研究的新型乘員保護系統(tǒng),它

格安全帶、氣袋、乘員感知系統(tǒng)、碰撞預(yù)測

系統(tǒng)等集成在一起，成為完善的保護系統(tǒng)，

能在各種情況下對乘員起到最隹保護作用.

＜智能保護系統(tǒng)

目前構(gòu)成乘員位置感應(yīng)系統(tǒng)有如下幾種技術(shù)方案：

激光式：用觥束照射到待測物體上，再利用測光儀器（例嫌CD和掃描系統(tǒng)）來雕乘員

的位置具缺點是成本太高,隨著激光技術(shù)的發(fā)展其前景不錯.需注意的是昉

止激光射入乘員眼中造成傷害.

雷達式：這個系統(tǒng)與激光式有類似的特性，需注意的是它對于乘員尤其是兒童的健康是否

有危害.

超聲波式：由于聲波的傳播速度局限，超聲波的響應(yīng)時間在金s左右，它給出的信息量不

如雷達和激泡但它的價格便宜且魯棒性較逅碰撞預(yù)測系統(tǒng)是未來汽車的

理想裝備.它采用雷達、紅外緣可見光等多種傳感器.

事故后救護

事故后，必須在最短的時間內(nèi)灼傷者進行

救護.而碰撞后，由于各種原因，往往不能把

事故的情況及時通知給急救中心，從而造成本

可避免的傷亡.事故后呼救系統(tǒng)可以在碰撞

后，立刻通過全球衛(wèi)星系統(tǒng)把事故情況通知給

交通管理中心和救護中心，并指引救護人員準(zhǔn)

確趕到事故地點，實施搶救.這樣，可以保證

救護的順利進行，最大限度地挽救傷員的生

命.

中國北方汽車教育集團安全氣囊

第二節(jié)安全氣囊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

一'安全氣囊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

安全氣囊系統(tǒng)的主要電子元器件有ECU、碰撞傳感器（集中式系統(tǒng)安置于ECU內(nèi)部，分

散式系統(tǒng)安置在ECU外部）、警示裝置、安全氣囊組件、乘員位置傳感裝置及接頭和線束等。

二、安全氣囊系統(tǒng)典型ECU結(jié)構(gòu)

對於單點碰撞傳感器一集中式安全氣囊ECU,采用了與放大和濾波電路相關(guān)聯(lián)的電子加

速度計（傳感器），能穩(wěn)定地保持對汽車加速度跟蹤（即能按照汽車的加速度成比例地輸

出電壓）。與單片微機相關(guān)聯(lián)的裝置包括：

電源供給裝置，給所有的電路提供工作電壓。屬於這部分的兩個重要電氣裝置包括電

荷泵和能量貯備（又稱備用電源，在碰撞過程中，一旦蓄電池連接松脫，仍能提供足夠的

貯電容量觸發(fā)引爆管使安全氣囊張開）。

電荷泵具有提升能量貯備電壓，使其高於汽車工作電壓的能力。當(dāng)蓄電池、充電系統(tǒng)

或發(fā)電機出現(xiàn)故障時，電荷泵能維持能量貯備裝置的最低工作電壓。另外，在提升能量貯

備電壓的同時，能檢測引爆電路電阻偏高等類似的故障；供單片微機監(jiān)控用的監(jiān)視計時器;

供警示燈控制和故障診斷用的接口電路；觸發(fā)司機或乘客側(cè)充氣組件的引爆電路。引爆電

路一般由ECU內(nèi)部電路及ECU的外部元器件組成。外部元器件有：接頭、電纜、滑環(huán)/盤簧（僅

司機路才有）引爆管，對於分散式安全氣囊系統(tǒng)還有電子機械碰撞傳感器等。ECU監(jiān)控的首

要任務(wù)，是在碰撞過程中監(jiān)測可能妨礙成功引爆安全氣囊的所有故障；進一步的任務(wù)是監(jiān)

測使安全氣囊發(fā)生致傷、甚至致死的不適時引爆；與ECU集成在一起的機一電安全傳感器；

選擇輸入電路。

“選擇輸入”是用來向安全氣囊ECU提供乘客座位、司機和乘客安全帶的狀態(tài)信息，這

些信息經(jīng)ECU處理彳度，除了具有前面提到能改變安全氣囊充氣速率的功能外，還有安全抑制

功能。對于乘客安全氣囊，只有在乘客座位被占用、乘客安全帶扣上以及安全氣囊在較高

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閥值的情況下，才會引爆充氣。將司機安全氣囊與乘客安全氣囊分開控制，可以減少安全

氣囊不必要的張開；方便接入外部診斷設(shè)備，幫助維修的串行數(shù)據(jù)線路。

三、安全氣囊組件的結(jié)構(gòu)及工作過程

乘客側(cè)與司機側(cè)安全氣囊的結(jié)構(gòu)和工作過程很相似。典型的司機側(cè)安全氣囊組件由安

全氣囊飾罩、帶涂敷層或不帶涂敷層的織物折囊墊、充氣器（即氣體發(fā)生器、含引爆劑、

擴爆劑和主推進劑）和將安全氣囊組件安裝在方向盤的連接組件等組成。組件的功用和工

作過程如下：

（1）將從碰撞傳感器接收的電信號傳給充氣器的引爆劑；

（2）引爆劑像根“電火柴”通電彳發(fā)著火，然彳爰再點燃充氣器組件內(nèi)的擴爆劑，擴爆劑

又稱為引爆管。

（3）擴爆劑點燃彳發(fā)，點燃主裝藥一主推進劑。傳統(tǒng)的主推進劑由氮化鈉+氧化劑組成，

也有些使用壓縮氮氣或僦氣，還有兩種混合應(yīng)用；

（4）推進劑燃燒生成氮氣流；

（5）迅速膨脹的氣體經(jīng)過過濾進入折囊墊，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，實現(xiàn)安全保護；

（11）通過氣體的粘性阻尼作用，乘員前移能量被吸收和耗散，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。

四、元件的結(jié)構(gòu)和工作原理

1、前氣囊傳感器（只適用部分車型）

前氣囊傳感器固定在兩邊的前翼子板內(nèi)側(cè)，傳感器本身是一個機械式開關(guān)。當(dāng)傳感器

檢測出前方撞擊的力量大于設(shè)定值時，傳感器內(nèi)部的觸點閉合，并將此信號送至中央氣囊

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傳感器總成（見圖1T2）。

圖1—12前氣囊傳感器

（1）結(jié)構(gòu)

前氣囊傳感器包括：外殼、偏心轉(zhuǎn)子、偏心重塊、固定觸點和旋轉(zhuǎn)觸點等。在傳感器

本體外側(cè)有一個電阻，作自檢之用，檢測中央氣囊傳感器總成與前氣囊傳感器之間的線路

是否有開路或短路（見圖1T3）。

圖1一13前氣囊傳感器的結(jié)構(gòu)

（2）工作原理

在正常情況下，偏心轉(zhuǎn)子和偏心重塊在螺旋彈簧彈力的作用下，緊靠在與外殼相連的

止動塊上。此時固定觸點和旋轉(zhuǎn)觸點并未接合。當(dāng)發(fā)生正面碰撞，如果碰撞的減速率大于

設(shè)定值時，由于偏心重塊慣性的作用，使偏心重塊連同偏心轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)觸點一起轉(zhuǎn)動，直

到與固定觸點閉合（如圖1T4所示）而使前氣囊傳感器閉合。

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圖1-14前氣囊傳感器的工作過程

為確保安全氣囊系統(tǒng)的高可靠性，前氣囊傳感器在氣囊充氣張開后絕不可再重復(fù)使用。

因為在氣囊動作時會有大電流流過傳感器觸點，這可能會使觸點表面燒蝕而造成電阻過大。

若重復(fù)使用，可能造成氣囊充氣張開的可靠性降低。

2、中央氣囊傳感器總成或氣囊傳感器總成

當(dāng)車輛設(shè)有前氣囊傳感器時，此傳感器總成稱為中央氣囊傳感器總成，里面所包含的

傳感器也稱為中央氣囊傳感器；如果車輛未設(shè)置前氣囊傳感器，則稱為氣囊傳感器總成，

里面所包含的傳感器稱為氣囊傳感器。

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beilong____________________________________________

格傳感器

目前主要有機械式、機電式、電子式等幾

機其中電子集成式集成度高其內(nèi)部集成有加速度

傳感R通濾波器，油度槌等模堤接口簡單，可

靠性高；具有自測試功能，可及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)氮是

目前廣泛應(yīng)用的一種.

I機械式傳國

*需方式

傳感方式有多點式和單點式.目前正在蝴夠點傳感式安全氣袋系統(tǒng)的典型配邕共有三個艇翳-

個機電式左檔雕感翳-個機電式右檔板傳感翻診斷模娜的一個電子艇鼠司機側(cè)礁客略有一個

懿,兩個檔板傳感器中鹿有一個閉合，診斷模塊就對電布感器送來的信號進行處理翩斷，當(dāng)認(rèn)為有必

要點煙，就發(fā)出點火信號財袋充％單點艇式安全量系統(tǒng)采用單個電子式牖器，并且傳感翻點火

控制模塊以及診斷模塊瞧感在-愈目前，由于點魁制算法越犍完善，單點傳感蝮袋系統(tǒng)正在逐頻

代多點傳感式懿系綠

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⑥——c傳感器）—

%多點式和單點式二者的比較

鋁標(biāo)多皮尤單點尤

實踐許多車輛已安裝有許多車輛安裝

?硬件可靠性目前看來可靠可就

?性能無法確切評定可確切評定

尺寸由于有引線故體積大體積小

成本適中較低

目前也可由于其可觀測,可

可靠性

但其缺陷至法觀測靠性會更進一步提高

與車體的集成與車體設(shè)計往質(zhì)進行設(shè)計局限小

對新車的適應(yīng)性如已集成完畢薛改動易集成

性能

?高速碰搜較好，幅未完全達標(biāo)好

?臨界速度碰技對障礙物碰撞好,其它形式未如好

?重A事件性能未知好

建模全部建模因難全部魏模容易

?傳感醇在無機械擾動的情況下易建模易建模

?車體必績便用有效的有限元法已發(fā)展建模方法

如圖1T5所示，中央氣囊傳感器總成安裝在車內(nèi)地板的中間位置上，它從氣囊傳感器

（前氣囊傳感器和其內(nèi)置的中央氣囊傳感器）接收信號，判斷氣囊是否應(yīng)張開，并診斷系

統(tǒng)的故障。

圖1—15中央氣囊傳感器總成

如圖1T6所示，中央氣囊傳感器總成由中央氣囊傳感器、安全傳感器，點火控制與驅(qū)

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動電路和診斷電路組成。一個可靠性極高的備用電源系統(tǒng)也組合在總成內(nèi)，以防在碰撞時

因汽車電源系統(tǒng)的損壞而導(dǎo)致氣囊系統(tǒng)不工作。

中央氣囊傳感器總成

螺旋電纜

安分

點火開關(guān)傳感器傳爆管

后備

電源

1

「J1N-1

警告燈

SRSLLJLuJ

::傳爆管"

傳爆篁？

椅查

連接器

中央氣囊_ld_r

'—

傳感器—

。I

;中央氣囊傳感器飛」

-!-前

L_________________「:

1-傳

*1:用于前乘員氣囊

*2：用于機械式中央氣囊傳感器

?安全傳感器、傳爆管和中央氣囊傳感器是串聯(lián)的*3：用于電子控制式（E型）座椅

?前氣囊傳感器和中央氣囊傳感器是并聯(lián)的（僅限某些型號）安全帶收緊器

?傳爆管是并聯(lián)的*4：僅限某些型號

圖1―16中央氣囊傳感器總成電路

（1）中央氣囊傳感器

中央氣囊傳感器封裝在中央氣囊傳感器總成內(nèi)，它有電子式和機械式兩種。

電子式可檢測出減速率，然后點火控制和驅(qū)動電

路再根據(jù)此信號判斷是否讓氣囊充氣。機械式也可測

出減速率，并直接驅(qū)動氣囊充氣。

1）電子式。電子式中央氣囊傳感器是一種智能傳

感器，它將傳感元件、信號適配器和濾波器等集成在

集成電路

一塊IC上，具有可靠性高、功能強等優(yōu)點。如圖1T7

圖1一17電子式中央氣囊傳感器

所示，傳感器有一懸臂梁，懸臂梁的質(zhì)量就是慣性質(zhì)量，當(dāng)傳感器承受沖擊時，懸臂梁會

發(fā)生彎曲。這一彎曲變形可由其上的變形計測出，并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)集成電路整理放大

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后的輸出信號隨減速率線性變化。

2）機械式。當(dāng)機械式傳感器檢測到正面撞擊的速度大于設(shè)定值時，其觸點會閉合使氣

囊充氣。

（2）安全傳感器

安全傳感器有幾種形式。圖1T8是以配重動能為基礎(chǔ)而閉合觸點的機械式和以水銀

為導(dǎo)體的水銀開關(guān)式。安全傳感器的作用主要是為了防止氣囊誤開。此傳感器觸發(fā)的基準(zhǔn)

減速率比氣囊作用的設(shè)定值小。

兩個觸點接觸

機械式安全傳感器水銀開關(guān)式安全傳感器

圖1一18安全傳感器

如果使用水銀開關(guān)式以外的安全傳感器時，在氣囊已作用充氣之后，中央氣囊傳感器

總成絕不可重復(fù)使用。因為在氣囊動作時，會有大電流流過傳感器觸點，使觸點表面產(chǎn)生

燒蝕而令電阻過大，造成氣囊可靠性降低。

1992年8月以后產(chǎn)的豐田汽車已不再采用水銀開關(guān)式安全傳感器。

1）點火控制和驅(qū)動電路（適用于電子式中央氣囊傳感器）。點火控制與驅(qū)動電路對中

央氣囊傳感器來的信號進行計算，如果計算值比預(yù)定值大，它就觸發(fā)點火，使氣囊充氣。

2）備用電源：備用電源由備用電容器和直流一直流變壓器組成。在電源系統(tǒng)由于碰撞

而失效的情況下，備用電容器將釋放電能，以供應(yīng)系統(tǒng)所需的電力。當(dāng)蓄電池電壓下降到

一定值時，直流變壓器用于提高電壓。

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3）診斷電路。診斷電路可診斷系統(tǒng)內(nèi)的任何故障。當(dāng)故障被檢測出來后，點亮組合儀

表上的故障警告燈以告示駕駛員。這一電路可監(jiān)視下列各種情況：

?造成點火失效的故障；

?造成意外點火的故障；

?診斷電路本身的故障，即造成不能檢測點火失效和意外點火的故障。

4）記憶電路。當(dāng)診斷電路檢測出故障時，這一故障被編成代碼儲存在記憶電路中。此

代碼可隨時取出，以分辨故障部位及進行快速診斷。按照車型、年份的不同，記憶電路可

分為兩種形式，一種是當(dāng)電源中斷時，記憶內(nèi)容即自動消失；另一種是即使供應(yīng)電源中斷，

記憶內(nèi)容仍能保留。

5）安全電路。安全電路禁止點火。當(dāng)診斷電路檢測到的故障可能會引起意外點火時，

診斷電路向安全電路送出一個信號，用于禁止點火。

3、側(cè)氣囊傳感器總成

側(cè)氣囊傳感器總成有兩種類型，第一種是獨立于正面安全氣囊系統(tǒng)而自成體系的，它

從封裝于側(cè)氣囊傳感器總成內(nèi)的側(cè)氣囊傳感器接收信號，判斷側(cè)氣囊是否應(yīng)打開，并診斷

系統(tǒng)的故障。這一類型的側(cè)氣囊傳感器總成有自己的側(cè)氣囊故障警告燈。這種側(cè)氣囊傳感

器總成由側(cè)氣囊傳感器、安全傳感器、點火控制與驅(qū)動電路、診斷電路等組成。這些組成

部分的作用和工作原理與中央氣囊傳感器總成相同。

另一種是側(cè)氣囊傳感器總成由側(cè)氣囊傳感器、安全傳感器等組成的。側(cè)氣囊傳感器總

成接收側(cè)氣囊傳感器來的信號，并判斷應(yīng)是否打開側(cè)氣囊。若需要打開側(cè)氣囊，則側(cè)氣囊

傳感器總成向中央氣囊傳感器總成（或氣囊傳感器總成）發(fā)出信號，最終由中央氣囊傳感

器總成向側(cè)氣囊傳爆管送出電流，使側(cè)氣囊張開充氣。

上述兩種類型的左、右兩個側(cè)氣囊傳感器總成分別安裝在左、右側(cè)車身的中間立柱上,

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兩者是相互獨立的，如圖119所示。

圖1-19安裝在中間立柱上的側(cè)氣囊傳感器總成

4、充氣裝置和氣囊

安全氣囊系統(tǒng)對充氣裝置的要求主要有3個方面：

1）能在約30ms內(nèi)產(chǎn)生大量氣體；

2）所產(chǎn)生的氣體應(yīng)無毒性，溫度不能過高；

3）整個裝置應(yīng)具有很高的可靠性和很好的穩(wěn)定性。

充氣裝置主要有壓縮氣體式、煙火式和混合式3種。壓縮氣體式因充氣較慢、受環(huán)境

溫度影響較大、系統(tǒng)的性能不穩(wěn)定而在目前已較少使用。豐田汽車的充氣裝置主要采用煙

火式。1998年開始，逐漸在前座乘員氣囊和側(cè)氣囊上采用混合式充氣裝置。

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?一（氣體發(fā)生器）----------

生氣體發(fā)生器有壓縮氣體式（冷式）'慰燒式（熱式）'混合式三種。

壓縮氣體式主要與機械式傳感器及控制器連用,由于其產(chǎn)氣量少、

充氣速度慢等缺點，應(yīng)用較少.

燃燒式通過燃燒劑燃燒產(chǎn)生大量氣體，產(chǎn)氣趺容易控制，應(yīng)用

較多,燃燒劑有疊氮化鈉等種類,疊氮化臧燒產(chǎn)生無害的

氮氣，但產(chǎn)生大量的犍桐哪粒，所以要采取降溫、過

濾等相應(yīng)措施,為防止火藥產(chǎn)生的熱量對乘員造成傷害，有

些氣袋內(nèi)部涂有隔熱涂層.疊氮化鈉融于水后有毒，對環(huán)保

不利.各氣袋生產(chǎn)廠家都在發(fā)展新型的臃劑.可燃氣體式

是其中的一種，它將氫氣和氧氣按一定比例混合加壓儲存在

儲氣瓶中.它麒后產(chǎn)生水，沒有固體新粒，燃燒前也沒有

害，是一種理想燃燒劑.

淞合式是用少量的燃燒物質(zhì)產(chǎn)生足夠的娓，使得壓縮氣體迅速膨

麻充滿氣袋,其產(chǎn)氣量尢而產(chǎn)生雌量少，是今后的發(fā)

展方向.

⑥~（氣體發(fā)生器----------

#混合型氣體發(fā)生器性能上的優(yōu)勢

。對溫度的敏感性較低，低溫條件下性能靴不大；

Q通過調(diào)整，容易滿足客戶對峰值勒、壓力上升曲卷溢出氣體的速度等性能的要求；

?對環(huán)境有利.無毒性材料；優(yōu)異的抗老化性能；

9氣體發(fā)生器表面溫度低.在氣體發(fā)生器作用后，具表面溫度至多上升75度，塑料件可與氣體

發(fā)生器接觸；

Q流出的氣體無害.產(chǎn)生的少量非毒性期粒，92%的即粒是KC1,產(chǎn)出的即粒濃度比采用者氮化

鈉等燃燒劑的熱式氣體發(fā)生器保

。優(yōu)異的燃燒劑抗老化性能.在車體中15年無變化，推進劑不會吸濕.

9氣體發(fā)生器有單級和兩級氣體發(fā)生器.單級氣體發(fā)生器有一個產(chǎn)氣部件，兩級氣體發(fā)生器有兩

個相互獨立的產(chǎn)氣部件，適當(dāng)組合兩個部件的工作時間，即可獲得不同的充氣特性,適用與智

能乘員保護系統(tǒng).

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(1)駕駛員充氣裝置和氣囊

駕駛員充氣裝置采用煙火式。充氣裝置和氣囊均裝設(shè)于方向盤襯墊內(nèi)，它們是不可分

解的。如圖1-20所示，充氣裝置包括傳爆管、點火藥粉與氣體發(fā)生劑等。在車輛正面嚴(yán)重

碰撞時，充氣裝置瞬間給氣囊充氣。氣囊由尼龍布制成，并在內(nèi)表面涂有樹脂。

圖1-20駕駛員充氣裝置

如圖121所示，當(dāng)車輛正面嚴(yán)重碰撞時，減速力使氣囊傳感器導(dǎo)通，電流流入傳爆管

使其產(chǎn)生高熱，從而點燃傳爆管內(nèi)的點火物質(zhì)。火焰隨即擴散到點火藥粉和氣體發(fā)生劑。

氣體發(fā)生劑于是產(chǎn)生大量氮氣，這些氮氣經(jīng)過濾器降溫后進入氣囊內(nèi)。氣囊被迅速充氣并

急劇膨脹，沖破方向盤襯

墊，緩沖了乘員的二次碰

撞沖擊。氣囊在充氣完成

后，氮氣由釋放孔迅速排

泄，這不但可減少乘員對

氣囊的沖擊力量，而且可確保乘員有良好圖1一21點火裝置截面圖

的視野。

(2)前乘員充氣裝置和氣囊

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bcifong

前乘員充氣裝置有煙火式和混合式兩種。這兩種形式的充氣裝置和氣囊均密封在一個

外殼內(nèi)，裝在手套箱上方的儀表臺上，如圖122所示。

圖1一22前乘員充氣裝置和氣囊

1）煙火式前乘員充氣裝置圖123。這種形式的充氣裝置是一個金屬盒，里面有傳爆

管、點火藥粉和氣體發(fā)生劑等。氣囊由尼龍布制作，由充氣裝置生成的氮氣充氣展開。前

乘員氣囊的展開體積約為駕駛員氣囊的2?4倍。

圖1-23煙火式前乘員充氣裝置截面圖

煙火式前乘員充氣裝置的工作過程與駕駛員充氣裝置相同。如圖1-24所示。

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bcl，＜?cg

噴出氮氣

圖1—24煙火式前乘員充氣裝置的工作過程

2）混合式前乘員充氣裝置。這種形式的充氣裝置由傳爆管、推進劑、銷、隔片和壓縮

氧氣等其他元件組成，如圖『25所示。

圖1一25混合式前乘員充氣裝置

若因正面碰撞的慣性力使氣囊傳感器接通，則電流會點燃充氣裝置內(nèi)的傳爆管。被傳

爆管點燃的推進劑使氨氣膨脹，同時也使銷觸發(fā)，擊穿隔片。膨脹的氣體從被銷擊穿的隔

片通過，經(jīng)氣體釋放孔流到氣囊內(nèi)。隨著氣體進一步膨脹，前乘員氣囊推開氣囊門而彈出，

緩沖前乘員頭部和胸部所受到的撞擊。其工作過程如圖L26所示。

|>中國北方汽車教育集團安全氣囊

一:火焰?zhèn)鞑?/p>

=>:氨氣流動

圖1一26混合式前乘員充氣裝置的工作過程

(3)側(cè)充氣裝置和氣囊

側(cè)充氣裝置和側(cè)氣囊組合在一個殼體內(nèi)，裝設(shè)在座椅靠背外側(cè)，如圖L27所示。充氣

裝置由傳爆管、乙醇、壓縮氤氣和隔片組成。如圖1-28所示。

圖1—27側(cè)充氣裝置和氣囊

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beilang

圖1一28側(cè)充氣裝置的結(jié)構(gòu)

氣囊由強力尼龍布制作，由被充氣裝置加熱的氤氣來充氣。

當(dāng)側(cè)氣囊傳感器因車輛嚴(yán)重的側(cè)碰撞造成的減速力而導(dǎo)通時，氣囊傳感器立即把電流

送到側(cè)氣囊充氣裝置，使傳爆管點火。傳爆管的火焰瞬間即擴散到乙醇。乙醇的燃燒使氨

氣的壓力劇增，膨脹的氣體撕破隔片，充進氣囊(如圖129所示)。

乘員感知系統(tǒng)包括乘員存在探測和乘員位置傳感兩個方面.

乘員存在探測系統(tǒng)(OSS)的作用是：

?當(dāng)有反向兒童座椅時,氣袋不點爆；

?當(dāng)乘客座無人乘坐時,氣袋不點鼠

乘員存在探測可