汽車的安全、節(jié)能、環(huán)保已成為當今汽車工業(yè)乃至整個人類社會面臨的三大焦點問題，汽車安全問題更是首當其沖。汽車安全有主動安全與被動安全之分。汽車主動安全性是指防止汽車發(fā)生交通事故的性能；被動安全性則是指交通事故發(fā)生時，汽車本身具有保護乘員、行人不受傷亡或傷亡程度減至最小的性能。目前汽車上廣泛安裝使用的被動安全裝置主要有座椅安全帶與安全氣囊。我們這里主要探討一下安全氣囊的安全性。

　　1安全氣囊的概述

　　安全氣囊是汽車被動安全中一項技術含量很高的產(chǎn)品。它的保護效果已經(jīng)被人們普遍認識，有關安全氣囊的第一個專利始于1958年。1970年就有廠家開始研制可以減輕碰撞事故中乘員傷害程度的安全氣囊；80年代，汽車生產(chǎn)廠家開始逐漸裝用安全氣囊；進人90年代，安全氣囊的裝用量急劇上升；而進人新世紀以后，汽車上普遍都裝有安全氣囊。

　　汽車安全氣囊系統(tǒng)（簡稱SRS)是輔助安全系統(tǒng)，它通常是作為安全帶的輔助安全裝置出現(xiàn)。安全帶與安全氣囊是配套使用，沒有安全帶，安全氣囊的安全效果將要大打折扣。據(jù)調查，單獨使用安全氣囊可使事1故死亡率降低18%左右，單獨使用安全帶可使事故死亡率下降42%左右，而當安全氣囊與安全帶配合使用時可使事故死亡率降低47％左右。由此可見，只有兩者相互配合才能最大可能的降低事故的死亡率，安全氣囊系統(tǒng)必然作為安全帶的輔助系統(tǒng)出現(xiàn)。

　　當發(fā)生碰撞事故時，安全帶將乘員“約束”在座椅上，使乘員的身體不至于撞到方向盤、儀表板和風窗玻璃上，避免乘員發(fā)生二次碰撞；同時避免乘員在車輛發(fā)生翻滾等危險情況下被拋離座位。安全氣囊的保護原理是：當汽車遭受一定碰撞力量以后，氣囊系統(tǒng)就會引發(fā)某種類似小劑量炸藥爆炸的化學反應，隱藏在車內的安全氣囊就在瞬間充氣彈出，在乘員的身體與車內設備碰撞之前起到鋪墊作用，減輕身體所受沖擊力，從而達到減輕乘員傷害的效果。

　　2安全氣囊的結構原理

　　現(xiàn)代安全氣囊系統(tǒng)由碰撞傳感器、緩沖氣囊、氣體發(fā)生器及控制塊（電腦）等組成。

　　a.碰撞傳感器。安全氣囊系統(tǒng)中的重要部件，其功能是檢測、判斷汽車發(fā)生碰撞后的撞擊信號，以便決定是否展開緩沖氣囊。碰撞傳感器主要有三種類型：機械式、電子式和機電一體式。

　　機械式傳感器在早期的安全氣囊中使用較多，主要應用慣性原理，利用傳感器中元件的慣性力克服彈簧力來觸發(fā)氣體發(fā)生器。機械式在加速度較低時保證不啟動氣囊，可靠性較高；但只能單點傳感，對機械部件的品質、精度和耐磨性要求極高。

　　電子式傳感器是一種應用最早的碰撞傳感器，根據(jù)電子原理，利用電信號來反映車身減速度，而后根據(jù)電信號來判別是否展開緩沖氣囊。

　　機電式傳感器采用機屯結合的方式，將機械信號轉化為電子信號，再利用電子信號點爆安全氣囊。即具有機械式的優(yōu)點，又能克服機械式傳感器本身存在的缺陷，安裝在車身上任何位置，以便得到較好的減速信號，而且能夠在同一位置安裝多個傳感器。

　　b.緩沖氣囊。氣囊一般由防裂性能好的聚酞胺織物制成，它是一種半硬的泡沫塑料，能承受較大的壓力；經(jīng)過硫化處理，可減少氣囊沖氣膨脹時的慣性力；為使氣體密封，氣囊里面涂有涂層材料。氣囊的大小、形狀、漏氣性能是確定安全氣囊保護效果的重要因素，必須根據(jù)不同汽車的實際情況來確定。

　　c.氣體發(fā)生器。安全氣囊系統(tǒng)要求氣體發(fā)生器能夠在較短的時間內（30 ms左右、）產(chǎn)生大量的氣體充滿氣囊，產(chǎn)生的氣體必須對人體無害，且不能溫度太高，同時要求氣體發(fā)生器有很高的可靠性和穩(wěn)定性。氣體發(fā)生器主要有：壓縮氣體式、煙火式和混合式三種型式�；旌鲜綒怏w發(fā)生器是壓縮氣體式和煙火式相結合的軍生器，也是目前廣泛應用一種氣體發(fā)生器。

　　d.控制裝置。一般集成在微計算機中。當汽車發(fā)生碰撞事故時，電控裝置接收多個傳感器傳來的車身不同位置的減速信號，經(jīng)過反復不斷的分析、比較、計算，決定是否發(fā)出點火信號。要求控制裝置能夠在復雜的碰撞情況下做出非常準確的判斷，點火時刻也必須精確控制。

　　雖然安全氣囊在結構上會有所不同，但其工作原理基本一致。汽車行駛過程中，傳感器系統(tǒng)不斷向控制裝置發(fā)送速度變化（或加速度）信息，由控制裝置（中央控制器）對這些信息加以分析判斷，如果所測的加速度、速度變化量或其它指標超過預定值（即真正 發(fā)生了碰撞），則控制裝置向氣體發(fā)體發(fā)生器發(fā)出點火命令或傳感器直．接控制點火，點火后發(fā)生爆炸反應，產(chǎn)生N2或將儲氣罐中壓縮氫氣釋放出來充滿碰撞氣袋。乘員與氣袋接觸時，通過氣袋上排氣孔的阻尼吸收碰撞能量，達到保護乘員的目的。

　　安全氣囊根據(jù)安裝的位置及保護對象不同，主要分為：對駕駛員進行保護的氣囊，裝在方向盤內，防止駕駛員與轉向盤、儀表板及前擋風玻璃發(fā)生碰撞；對前排乘員進行保護的氣囊，裝在儀表板內，防止乘員與儀表板、前擋風玻璃發(fā)生碰撞；對后排乘員進行保護的氣囊，一般安裝在前排座椅的靠背上后部或頭枕內部，防止乘員與前排座椅發(fā)生碰撞。由于后排乘員受到的傷害程度較輕，后座椅安全氣囊一般只在高級轎車上使用。

　　安全氣囊作為提高汽車安全性的有效措施之一越來越受到人們的重視。世界各國都投人大量的人力物力致力于安全氣囊的開發(fā)，使得安全氣囊系統(tǒng)得到大力發(fā)展。在一些實際的碰撞事故中證明安全氣囊確實具有降低乘員傷亡的功效，但也發(fā)現(xiàn)了其存在的一些問題。安全氣囊在使用中存在的問題有：

　　a.氣囊可能在很低的車速時打開。汽車在很低車速行駛而發(fā)生碰撞事故時，乘員和駕駛員系上安全帶即可，完全不需要安全氣囊展開起保護作用。如果這時展開氣囊反而會造成不必要的浪費，甚至還可能因安全氣囊的展開加重碰撞傷害。

　　b.氣囊的啟動會對乘員造成傷害。安全氣囊系統(tǒng)啟動時將沖開氣囊蓋板，并且在瞬間展開充氣，很可能對乘員造成沖擊；產(chǎn)生的灼熱氣體也會灼傷乘員和駕駛員。

　　c.當乘客偏離座位或座位上無人或兒童乘坐時，氣囊系統(tǒng)的啟動不僅起不到應有的保護作用，還可能會對乘員造成一定的傷害。

　　4對現(xiàn)有安全氣囊的改進思考

　　從安全氣囊在使用過程中存在的缺陷可知，現(xiàn)有安全氣囊的基本設計目標是用來對付嚴重交通事故的，但在一些不太嚴重的事故中，系統(tǒng)反應過度，反而會對駕乘人員施加作用過大，適得其反，造成不必要的傷害。

　　針對實際使用中存在的問題，我們更希望在安全氣囊展開之前，安全氣囊系統(tǒng)能夠精確感應汽車發(fā)生 的碰撞，并按照程序來判斷碰撞事故的嚴重程度，如果碰撞級別比較低的話，只需將安全帶的預緊機構拉緊即可；如果碰撞級別瓦較高，需要啟動安全氣囊，則將點燃氣囊的指令傳遞給氣囊系統(tǒng)。這也就是要求安全氣囊系統(tǒng)能夠準確地感應所發(fā)生的碰撞事故；并且能模仿人腦，根據(jù)實際的碰撞程度來判別安全氣囊是否需要展開，有一定靈活性；并且、能夠針對不同體形的乘員適當?shù)恼{整安全氣囊。

　　5安全氣襄的改進和引用

　　5.1磁電式傳感器的采用

　　傳感器的觸發(fā)通常有：開關式，純機械式，單點電子式，側撞式，應變式等。目前國際上對汽車上安全氣囊的傳感器觸發(fā)方式也沒有一個統(tǒng)一標準。不僅是因為其種類繁多，而且是因為裝于車身上不同位置：的傳感器觸發(fā)方式也不同。為使傳感器能夠方便地安裝在各個需要的感應部位，使其能夠正確、適時地感應碰撞，可選用磁電式傳感器。

　　磁電式傳感器可以安裝在車身上的任何位置，只要稍微調整一下某些參數(shù)值，使得其能夠識別峰值為0588 m/s：和時間脈沖為0-20 ms的碰撞加速度信號即可。只要碰撞加速度峰值和時間脈沖寬度同時滿足條件，就會向氣囊發(fā)出觸發(fā)信號，展開氣囊，對人體進行保護。

　　傳感器結構如圖1所示，它由外殼（非磁性材料）、磁性材料、慣性體（非磁性材料）、連接在慣性體上的軟鐵、支持和調節(jié)位移幅值的彈簧、安裝在與外殼連接的凸柱內的永久磁鐵和繞制在軟鐵上的線圈及引線組成。當傳感器受到碰撞加速度時，慣性體產(chǎn)生反向加速度，導致通過線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈引線兩端產(chǎn)生鐘形脈沖信號，當調整彈簧剛度時，可改變加速度信號的寬度。

　　傳感器的信號判別電路由三部分組成：信號幅度判別電路；信號寬度判別電路；有用、無用信號判別電路。通過對碰撞信號進行多方位的判別，可使控制裝置獲取的碰撞信號更全面，發(fā)出的點火控制更準確，從而確保安全氣囊在必要的情況下展開。

　　如何獲得穩(wěn)定的沖擊加速度信號是研究傳感器的關鍵，也是保證傳感器準確獲取碰撞信號的關鍵。磁電加速度傳感器采用落錘沖擊試驗裝置來調整校正其感應敏感度。釋放錘頭，與橡膠面碰擊時，安裝在錘頭上面的加速度或磁電式傳感器將感受到?jīng)_擊加速度。不同落高對應不同加速度；調整橡膠厚度，可改變信號寬度；調整落錘高度，可改變信號幅度。

　　磁電式傳感器不僅電子判別電路出錯率低，感應碰撞信號的可信度高而準確；而且通過標錘落定實驗可以調節(jié)它的感應范圍寬度，滿足汽車碰撞產(chǎn)生脈沖的再現(xiàn)，從而還可以安裝于車身上任何部位。還有就是它設計簡單，價格低廉，對絕大多數(shù)汽車使用者來說都不再是望而卻步的奢侈品。

　　5.2智能化控制系統(tǒng)的采用

　　對安全氣囊控制系統(tǒng)的要求是準確判斷事故的碰撞強度，控制氣囊的展開與否。針對安全氣囊在使用中的缺陷，必須進一步提高控制系統(tǒng)靈活性、準確性，為此我們可以采用智能式控制系統(tǒng)。

　　目前，安全氣囊系統(tǒng)開發(fā)人員正在根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡原理開發(fā)智能型氣囊系統(tǒng)。它主要是利用神經(jīng)末梢（即各種傳感器）將各自探索到的周圍環(huán)境的各種信息傳輸給中樞神經(jīng)（即電腦或微機），并能將碰撞事故的碰撞類型，碰撞事故嚴重程度以及碰撞時的車速等信息一起傳遞給電腦，由電腦對這些信息進行加工處理分析，做出相應反應，并執(zhí)行與這些信息相對應的、正確的氣囊保護程序，即所謂的智能式控制系統(tǒng)。

　　智能式控制系統(tǒng)一般由兩部分組成，軟件部分和硬件部分。硬件部分主要由車載部分的電子控制單元（包括單片機、傳感器、點火電路等）和地面部分（包括串行通訊電路、計算機系統(tǒng)等）；軟件部分主要由單片機部分和微機部分組成。

　　由電子控制單元對整個汽車行駛過程中實際信息進行不斷的判斷分析，從而發(fā)出相應指令。這一系列的過程都是由微機來控制，可以減少失誤，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化。

　　智能式控制系統(tǒng)抗干擾能力比較強，可以避免氣囊的誤點爆，造成不必要傷害；可靠性高，工作穩(wěn)定性好，汽車在復雜的環(huán)境下行駛或點火要求嚴格的情況下，甚至在碰撞后電源可能損壞的情況下，它都能正常工作；結構緊湊，減少元件的復雜程度以提高可靠性，同時減小耗電量，盡量維持掉電后的工作。

　　5.3乘員探測系統(tǒng)的選擇

　　針對氣囊未能對不同的乘員做出相應的保護，我們可在乘員座位上安裝一個乘員探測系統(tǒng)，對車座上是否有人，乘員的體型大小，以及就座時偏離正中情況進行探測。相當于專門安裝一個傳感器，探測的乘員乘坐信息，并傳遞給中央電腦控制中心。如果發(fā)生碰撞的話，控制中心在對各種傳感器傳過來的信息進行判斷的同時綜合考慮乘員探測系統(tǒng)探測所得的乘員乘坐信息。這樣的話，安全氣囊系統(tǒng)就可以針對駕駛員和乘員的乘坐情況適時適量展開氣囊，完全避免氣囊傷人、保護效果不佳或者浪費等狀況。

　　5.4氣體發(fā)生器的多元化發(fā)展

　　對于氣體發(fā)生器，不僅要求其工作可靠廠性能穩(wěn)定，耐久性好，符合環(huán)保要求，而且要求盡量減輕其質量和降低成本。尤其針對安全氣囊氣體傷人的情況，更是要求對氣體發(fā)生器加以改進。目前汽車上的氣囊系統(tǒng)大量采用以疊氮化物作為氣體發(fā)生物質的推進劑型氣體發(fā)生器，其它類型的氣體發(fā)生器，包括混合氣體型氣體發(fā)生器、液體（液態(tài)氣）型氣體發(fā)生器、壓縮空氣蓄能型氣體發(fā)生器和硝化纖維型氣體發(fā)生器等也在積極研制。如摩爾頓公司生產(chǎn)的一種低密度、無毒的氣體型氣體發(fā)生器，與現(xiàn)用的相比具有體積小、質量輕的優(yōu)點；布雷德公司開發(fā)的一種新型無鈉疊氮化物氣體發(fā)生器，耗用量不到鈉疊氮化物發(fā)氣劑的40%，而能產(chǎn)生．等量的氣體，從而使其體積減小，質量減輕。

　　6結束語

　　理想的安全氣囊是可以針對各種不同的特殊情況對汽車．的使用者進行保護。安全氣囊應盡可能多地收集和利用有關乘員形體位置信息及撞車類型和撞車速度的數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫，對碰撞中乘員和車的有關信息進行識別判斷，調整安全約束系統(tǒng)參數(shù)，使人體獲得最佳保護。要實現(xiàn)這一理想，以我們目前的研究來說可能還有很長的一段差距，但我們可以逐步完成。以上的探討思考也只是向理想邁進的一個步伐而已，相信今后隨著科學技術研究的發(fā)展，我們的汽車安全措施會更加的完善。

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