汽車安全氣囊系統(tǒng)組成及其工作原理
隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高,汽車的行駛速度越來越快,特別是由于汽車擁有量的迅速增加,交通越來越擁擠,使得事故更為頻繁,所以汽車的安全性就變得尤為重要。
汽車的安全性分為主動安全和被動安全兩種,主動安全是指汽車防止發(fā)生事故的能力,被動安全是指在萬一發(fā)生事故的情況下,汽車保護乘員的能力。當(dāng)汽車發(fā)生事故時,對乘員的傷害是在瞬間發(fā)生的。例如,以車速50公里/時進(jìn)行正面撞車時,其發(fā)生時間只有十分之一秒左右。為了在這樣短暫的時間中防止對乘員的傷害,必須設(shè)置安全裝備,目前主要有安全帶、防撞式車身和安全氣囊防護系統(tǒng)(SupplementalInflatableRestraintSystem,簡稱SRS)等。
由于很多事故是難以避免的,因此被動安全性也非常重要,安全氣囊作為被動安全性的研究成果,由于使用方便,效果顯著,造價不高,得到了迅速的發(fā)展和普及。
安全氣囊發(fā)展史
安全氣囊從1952年就取得了專利,但在應(yīng)用推廣中經(jīng)歷了幾上幾下的波折,足足走過了30多年的漫長路途。直至1984年,汽車碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)(FMVSS208)在美國經(jīng)多次被廢除后又重新被認(rèn)可并開始實施,其中規(guī)定從1995年9月1日以后制造的轎車前排座前均應(yīng)裝備安全氣囊,同時還要求1998年以后的新轎車都裝備駕駛者和乘客用的安全氣囊,自此才確認(rèn)了安全氣囊的作用。如今,這個在當(dāng)年頗具創(chuàng)意性的發(fā)明已轉(zhuǎn)為千百萬個產(chǎn)品,種類也發(fā)展為正面氣囊、側(cè)面氣囊、安全氣簾等等。各國生產(chǎn)的中高級轎車,大多數(shù)都裝有安全氣囊,有些轎車已將安全氣囊列入必裝件。在國內(nèi),隨著CMVDR294碰撞安全法規(guī)的開始實施,國內(nèi)消費者對汽車被動安全性能的要求也越來越高,但目前除了極少數(shù)高級車裝備了側(cè)面氣囊之外,大部分車型還只是安裝了正面氣囊。
安全氣囊系統(tǒng)組成
駕駛員處的安全氣囊是存放在方向盤襯墊內(nèi),因此,當(dāng)您看見方向盤上標(biāo)有“SRS”或“Airbag”字樣,就可知此車裝有安全氣囊。安全氣囊系統(tǒng)主要由傳感器、微處理器、氣體發(fā)生器和氣囊等主要部件組成。傳感器和微處理器用以判斷撞車程度,傳遞及發(fā)送信號;氣體發(fā)生器根據(jù)信號指示產(chǎn)生點火動作,點燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣,使氣囊迅速膨脹。氣囊裝在方向盤轂內(nèi)緊靠緩沖墊處,其容量約50至90升不等,做氣囊的布料具有很高的抗拉強度,多以尼龍材質(zhì)制成,折疊起來的表面附有干粉,以防安全氣囊粘著在一起在爆發(fā)時被沖破;為了防止氣體泄漏,氣囊內(nèi)層涂有密封橡膠;同時氣囊設(shè)有安全閥,當(dāng)充氣過量或囊內(nèi)壓力超過一定值時會自動泄放部分氣體,避免將乘客擠壓受傷;氣囊中所用的氣體多是氮氣。
安全氣囊的工作原理
典型的氣囊系統(tǒng)包括二個組成部分:探測碰撞點火裝置(或稱傳感器),氣體發(fā)生器的氣囊(或稱氣袋)。當(dāng)傳感器開關(guān)啟動后,控制線路即開始處于工作狀態(tài),并借著偵測回路來判斷是否真有碰撞發(fā)生。如果訊號是同時來自兩個傳感器的話才會使安全氣囊開始作用。由于汽車的發(fā)電機及蓄電池通常都處于車頭易受損的部位,因此,安全氣囊的控制系統(tǒng)皆具有自備的電源以確保作用的發(fā)揮。在判定施放安全氣囊的條件正確之后,控制回路便會將電流送至點火器,借著瞬時快速加熱,將內(nèi)含的氮化鈉推進(jìn)劑點燃。
在近乎爆炸的化學(xué)反應(yīng)快速發(fā)生的同時,會產(chǎn)生大量無害的以氮氣為主的氣體,將氣囊充氣至飽滿的狀態(tài),并借著強大的沖擊力,氣囊能夠沖開方向盤上的蓋而完全展開,以保護駕駛者頭部不受傷害。同時在推進(jìn)劑點燃的過程之中,點火器總成中的金屬網(wǎng)罩可冷卻快速膨脹的氣體,隨即氣囊可由設(shè)計好的小排氣口排氣,以發(fā)揮逐漸緩沖功能,并避免在車身仍繼續(xù)移動時阻礙碰撞后的視線。
需要特別說明的是,傳感器只有在滿足了一定的條件下才會工作。安全氣囊的傳感器的設(shè)計有很多種,有一部分是采用擺錘或杠桿式開關(guān),還有的是彈簧負(fù)載的轉(zhuǎn)輪式,此外還有用水銀開關(guān)的產(chǎn)品。但不論感測器開關(guān)型式如何,都必須有足夠的撞擊力才能使得開關(guān)啟動,同時這個撞擊力必須來自正的方向才行。通常這個撞擊力約等于以時速25公里至50公里左右碰撞固定物所產(chǎn)生的結(jié)果。當(dāng)汽車受到這種高速碰撞時,裝在車前端的碰撞傳感器和裝在汽車中部的安全傳感器,就可檢測到車速突然減速,并將這一信號迅速傳遞給安全氣囊系統(tǒng)的控制電腦,電腦在經(jīng)過分析確認(rèn)之后,才會引爆安全氣囊包內(nèi)的電熱點火器,使氣囊發(fā)生迅速膨脹。
據(jù)計算,正規(guī)的安全氣囊必須在發(fā)生汽車碰撞后的0.01秒內(nèi)微處理器開始工作,0.03秒內(nèi)點火裝置啟動,0.05秒內(nèi)高壓氣體進(jìn)入氣囊,0.08秒內(nèi)氣囊向外膨脹,0.11秒內(nèi)氣囊完全脹大,此刻之后,駕車者才會撞上氣囊。
可見,氣囊的打開與否與撞擊角度和撞擊速度都有關(guān),一般來說在汽車翻轉(zhuǎn)、輕微碰撞、側(cè)面碰撞或后面碰撞時,氣囊均不會打開,比如桑塔納2000升級版在車身正面左右各30度以內(nèi)受到重創(chuàng)時才會打開安全氣囊。再有一點,對于撞擊速度而言,安全氣囊系統(tǒng)測定的是撞擊后車輛的減速度,因此,在做安全碰撞實驗時,一般都是讓車筆直地撞在不能移動且不能變形的墻上。
安全氣囊的安全性
安全氣囊可將撞擊力均勻地分布在頭部和胸部,防止脆弱的乘客肉體與車身產(chǎn)生直接碰撞,大大減少受傷的可能性。安全氣囊對于在遭受正面撞擊時,的確能有效保護乘客,即使未系上安全帶,防撞安全氣囊仍足以有效減低傷害。據(jù)統(tǒng)計,配備安全氣囊的車發(fā)生正面碰撞時,可降低乘客受傷的程度高達(dá)64%,甚至在其中有80%的乘客未系上安全帶!至于來自側(cè)方及后座的碰撞,則仍有賴于安全帶的功能。
此外,氣囊爆發(fā)時的音量大約只有130分貝,在人體可忍受的范圍;氣囊中78%的氣體是氮氣,十分安定且不含毒性,對人體無害;爆出時帶出的粉末是維持氣囊在折疊狀態(tài)下不粘在一起的潤滑粉末,對人體亦無害。
萬事都是一把雙刃劍,安全氣囊同樣也有它不安全的一面。據(jù)計算,若汽車以60km的時速行駛,突然的撞擊會令車輛在0.2秒之內(nèi)停下,而氣囊則會以大約300km/h的速度彈出,而由此所產(chǎn)生的撞擊力約有180公斤,這對于頭部、頸部等人體較脆弱的部位就很難承。因此,如果安全氣囊彈出的角度、力度稍有差錯,就有可能釀出一場“悲劇”。
安全氣囊在近幾年得到了飛速的發(fā)展,價格大幅度下降,裝備了安全氣囊的轎車也從過去的中高級轎車向中低級轎車發(fā)展。同時,有些轎車前排安裝了乘客用的安全氣囊(即雙安全氣囊規(guī)格),乘客用的安全氣囊與駕車者用的安全氣囊相似,只是氣囊的體積要大些,所需的氣體也多一些而已。進(jìn)入90年代以來,安全氣囊的安全性能已被人們普遍接受,并被視為一種現(xiàn)代化和高檔次的安全裝置。了解安全氣囊的工作原理及注意事宜對我們更好的保護自己有很重要的作用,但對于駕駛員來說,安全駕駛才是第一位的,這是任何先進(jìn)的安全裝置都無法替代的!
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