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生命安全里程碑:安全气囊的发展
2006年6月7日 11:54  来源:车主之友

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什么是安全气囊?

  安全气囊是现代汽车安全技术中的高科技产品之一,它属于汽车被动安全技术中的一项内容。相对于安全带,安全气囊只是一个辅助保护设备,它的作用是作为三点式安全带的补充,在车辆发生正面撞击的时候对成员起到附加的保护作用。安全气囊一般由气体发生器、控制系统和气囊三部分组成。安全气囊的控制系统主要由传感器、电子控制系统和触发装置三部分组成。传感器用来监测汽车发生碰撞事故的严重程度,它将感应到的信号传输给电子控制系统,电控系统对信号进行计算分析以决定是否要启动安全气囊,如果汽车碰撞足够强烈,达到了启动安全气囊的条件,那么控制系统就给气囊触发装置启动信号,后者便点爆气体发生器,使气囊在极短的时间内突破衬垫迅速展开。

  气囊是由一种带橡胶衬里的特种织物尼龙制成,而引爆气囊的是一种类似火箭固体燃料发动机的气体发生器,使用的燃料通常是叠氮化钠,也有的系统使用硝化纤维和压缩气体。在碰撞发生的初期,安全气囊开始迅速充气,充气时间约为30毫秒。而当乘员头部碰到安全气囊时,安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气,确保让乘客与气囊接触后能够缓慢地减速。由于安全气囊的瞬间膨胀速度可高达200km/h以上,碰撞时如果人的乘坐姿势不正确,将给人带来严重的伤害。

在过去的20多年里,安全气囊技术在美国、日本及欧洲得到迅速发展。根据保护对象的不同,安全气囊可分为驾驶员气囊、副驾驶员气囊及其他成员气囊等。根据保护碰撞的方式不同,安全气囊又可分为正碰撞气囊、侧碰撞气囊及车窗侧气帘等。

  “汽车缓冲安全装置”——安全气囊的雏形

 

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  使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。1952年,美国汽车生产者联合会在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性,几乎同时,这种系统的原理图也绘制了出来。1953年8月,赫特里克首次提出了“汽车用安全气囊防护装置”,并在美国获得了“汽车缓冲安全装置”专利。但是,由于当时技术水平的限制,还不能把这种想法或专利付诸实现。1966年,梅塞德斯-奔驰公司开始研发安全气囊装置,梅塞德斯的工程师们首先发明了碰撞传感器以及气体发生装置,让安全气囊能够在30毫秒内膨胀展开,他们还研制出了抗撕裂的气囊织物材料,改善了气囊的膨胀特性,最终,把整个装置设计安装在汽车的方向盘中。

  在大约250次真车撞击试验,2 500次的台架试验,以及超过700万km的车辆路试之后,在1980年12月,同预张紧安全带一起,安全气囊被安装在了当时最新的奔驰S级轿车上。而从1985年起,奔驰在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。到了1991年,差不多有28%的奔驰轿车都装备了驾驶员安全气囊,从最早装备安全气囊的奔驰S级轿车驶下生产线至今已经25年了。据美国国家公路安全管理部门(NHTSA)的统计,迄今为止,在美国的交通事故当中,安全气囊已保护了约14 200人的生命,而在德国,自1990年以来,安全气囊阻止了2 500例发生重大伤害的交通事故。据统计,安全气囊在严重的碰撞事故当中能够保护约三分之一的人员生还,另外,六分之一的驾驶员或前排乘客能够在碰撞中得到安全气囊的保护而被拯救。

 

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  安全气囊的使用明显提高了汽车的被动安全性。

  目前,世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。例如在美国,相应的法规已从1989年起实施。该法规不仅要求所有的新车必须安装安全气囊,甚至对气囊的尺寸也有规定。美国人认为气囊越大越好,而欧洲的专家们则认为最好的方案应该是安全带和小尺寸气囊的配合使用。所以,欧洲的公司只生产小尺寸气囊。现在,在汽车上普遍的布置是一个气囊安装在驾驶盘上,另一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。现代气囊使用尼龙制成,内表面涂复了一层合成橡胶或硅橡胶来保证其气密性。气囊的内表面固定有专门的带子,这些带子在气囊充气时能使其保持一定形状。气囊侧面设有许多孔,这些孔用来快速从气囊中排出气体以利于撞击的缓冲(图03)。为避免气囊因长期叠置而成硬块,在气囊内部覆盖一层特殊的材料,它可使气囊的有效使用期达到15年。

  奔驰公司作为最早安装安全气囊的厂家,至今为止已经在其制造的12 00万辆车上都装备了安全气囊。1992年,安全气囊就已经作为奔驰轿车一项标准配置。近年来,梅塞德斯的工程师们仍致力于研究改进安全气囊的技术,包括侧面安全气囊系统以及在事故中能够更好地做出响应的气囊控制系统。

  安全气囊的使用明显提高了汽车的被动安全性。据资料统计,由于安全气囊在北美的广泛使用,使事故死亡率减少了12%,而且在安全气囊保护下人体的受伤程度也有所减轻。然而,汽车安全气囊系统也具有惊人的伤害无辜的负面效应,其中最主要的原因有两个方面。一方面,传统的正面碰撞安全气囊系统是根据前座乘员的常规乘坐位置和姿态以及气囊的理想点火时刻为准则设计的,而实际汽车碰撞事故中,影响安全气囊的保护效果的因素很多,例如乘员的身高和体重、乘员相对于方向盘或仪表板的位置、碰撞的剧烈程度等,不同的碰撞条件以及乘员位置的变化将会导致乘员不是在最佳时刻与气囊接触.从而降低对乘员的保护效果,有时还会伤及乘员的生命。

  另一方面,虽然由尼龙或聚脂纤维布料等制成的气囊质量不大,但瞬间展开的速度却高达200km/h以上,这一冲击速度对人体而言并非一个小数目,根据美国国家公路安全管理部门的统计数据,安全气囊在碰撞交通事故中每挽救100名乘员生命的同时,也因气囊的不适当展开及乘员的不正确乘坐位置和坐姿,不幸导致57名乘员失去了生命。

智能化的气囊——量身定做的爆炸方式:

 

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  在未来的几年当中,安全气囊仍然会在汽车安全设备中扮演重要的角色。工程师们在寻找的能够对可能发生的事故和汽车驾驶者进行自动调整的主动安全系统的可能性,新型智能化安全气囊的开发对新技术提出了更高的要求。安全气囊由于其工作采用的方式,其爆破力造成的冲击对人体也有一定的伤害。当驾驶员相对方向盘气囊衬盖的距离小于10cm时,在20~30毫秒内爆炸展开的气囊将会给驾驶员致命的冲击伤害。而副驾驶座上的成员如果没有保持合适的坐姿,在碰撞中导致受伤的可能性也会大大增加。

  当前,安全气囊出现了两种发展趋势,美国和日本的汽车公司正在努力增大气囊尺寸来保护乘员。而欧洲一些汽车制造公司,如奔驰、宝马和沃尔沃等则认为,安全气囊本身决不是保障乘员的灵丹妙药,它必须在一个统一的汽车被动安全系统中才能有效地发挥作用,在这个系统中,一定要具备紧缩式安全带、结构可靠的座椅、儿童专用座椅和一系列其它部件。而且,最好在车身结构设计开始时就考虑到这个安全系统所有必须的组成部件的安装。

  现在,在奔驰的PRE-SAFE预警式安全系统当中,安全气囊作为其主要的部分,由一个预警传感器控制,气囊可以在碰撞开始之前提前展开,在碰撞过程中以更好地缓冲碰撞能量。PRE-SAFE预警式安全系统进一步提高了安全带和安全气囊的保护效果,预警装置可以对即将发生的事故进行判断,在有可能发生碰撞的时候通过对座椅的调整和安全带的预张紧,让车内乘客在碰撞的时候得到最佳的保护,甚至会在碰撞瞬间提前引爆气囊,使碰撞时候的缓冲能力达到最佳。 

  未来安全气囊的智能化发展,还包括集成了先进的传感器技术和信息处理系统,它们在事故发生的短暂时间内能够提供可靠的碰撞环境方面的信息。这些信息包括汽车碰撞的剧烈程度、碰撞的形式(正碰撞或侧碰撞等)、乘员的身材、体重、乘坐位置和乘坐姿态,以及乘员是否系有安全带等等。智能安全气囊系统根据探测到的信息,通过其电子控制系统的计算分析,决定安全气囊何时及以何种程度展开,从而对乘员提供最优化的保护。

  德国西门子公司和英国的Jaguar公司和均研制出了能够根据碰撞环境信息而控制气囊引爆的管理系统。西门子公司采用三维摄像机和座椅中的重量传感器识别坐在车内各座椅上的乘员的位置和坐姿,而Jaguar公司在其xK系列各车型上采用了自适应约束技术系统(ARTS)。这套系统利用超声波感测技术监测前排乘员的位置,同时还采用一系列其他传感器探测乘员的重量、司机相对方向盘的位置、安全带是否系好以及发生碰撞时碰撞的强度等。掌握了这些探测到的信息,ARTS就可以根据每个前排乘员的具体需要,利用本身固有的灵活性,确定安全气囊的触发时刻及展开强度,实现最佳的乘员保护效果,大大减少与气囊相关的伤害。

 

 
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