汽车安全气囊的使用及其技术的最新发展
郑健燕 袁红兵
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汽车自发明以来，其安全问题一直是人们关心和需要解决的首要问题，安全带的发明已经发挥了很重要的保护作用，但汽车发生强烈的碰撞时，前座驾乘者的头部和胸部还是很容易受到伤害，于是人们开始研制新的安全保护装置。1953年8月，美国机械工程师赫特里克首次提出"汽车用安全气囊防护装置"， 并获得了"汽车缓冲安全装置"专利。奔驰公司则作为世界上第一个汽车制造商，在1981年6月推出了在方向盘中安装了安全气囊的S级轿车，至今这一安全系统已经挽救了成千上万人的生命。因此，汽车安全气囊技术受到了广泛的重视，目前安全气囊已成为国外著名汽车厂家的标准装备，国内不少的汽车也都装备了安全气囊，如果我们在汽车方向盘中间看到"SRS"或"AIRBAG"字样，这表明该车装有辅助乘员保护系统(Supplemental Restraint System)，即安全气囊(Airbag)。
1 安全气囊的工作原理
汽车安全气囊主要包括传感器总成、气体发生器、折叠的气囊和控制单元等，一般安装于方向盘和乘客前排座位背面，如图1示。传感器总成负责时刻采集汽车的减速度信号；气体发生装置则引爆固态喷气燃料并充气，并在短时间内充满气囊；折叠放置的气囊一般是用较柔韧、气密性较好的无涂层尼龙织物制成；控制单元则是整个系统的核心，它要将加速度传感器传来的信息加以分析比较，准确无误而又快速地做出是否触发的命令。当汽车遇到严重碰撞时，装在车前端的碰撞传感器和装在汽车中部的安全传感器就可检测到突然减速，电脑在经过分析确认之后，立即引爆安全气囊包内的电热点火器，大量氮气在20～40ms内将气囊鼓胀，在驾乘人前形成一个"气垫"，在驾乘人员撞击到气囊上时，内部的氮气就会因受压而从气囊上的小孔排出，从而减缓撞击力，不致伤害驾乘人员，如图2所示。
2 安全气囊的种类及防护功能
随着安全气囊发明和使用，时至今日，气囊的种类和防护功能都有了极大的进步，已由最初的机械式气囊系统发展成集机电一体化的高科技产品，具有各种防护功能，在车辆发生碰撞时，安全气囊能使驾驶者与乘客的头部、胸部、肩部所受的伤害降到最低。
根据保护对象的不同，安全气囊可分为主驾驶员气囊、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、侧碰撞气囊及其他气囊等。现在主驾驶员气囊已列为汽车的标准配备。副驾驶员气囊、乘客侧安全气囊、侧边安全气囊、头部安全气囊(垂帘气囊)、后侧边安全气囊、后侧头部安全气囊(垂帘气囊)、护手气囊则作为标准配置或选配。
3 安全气囊的使用
3.1 与安全带配合使用
设计安全气囊的初衷就是在安全带的作用下辅助保护驾乘者的安全，而人们往往容易将安全气囊与安全带分开来用，认为有了安全气囊，安全带的作用就不大了，因此就出现了当发生正面碰撞时，没有佩带安全带而被安全气囊所伤的情况。由于安全气囊的充气速度非常快，充气瞬间产生的冲击力也是很大的，如果不佩带安全带，驾乘者就会由于巨大的惯性而过早地冲向未充满的安全气囊，这时就会发生意外中的意外，安全气囊反而起了负面作用。因此，在驾驶或乘坐装有正面安全气囊的汽车时，一定要系上安全带，如果发生正面碰撞，安全带加上安全气囊的双重保护才能得到充分发挥。
3.2 要注意观察位于仪表盘上的安全气囊警告灯。
在平时的驾乘过程中要注意观察安全气囊警告灯，在正常情况下，点火开关转到"ACC"或"ON"位置时，警告灯会亮大约6秒钟，进行自检，然后熄灭，若该警告灯在系统自检后没有熄灭或在行驶途中点亮，则表明安全气囊系统有故障，应该立即进行检修。否则，有可能出现气囊不起作用或误弹出的情况。
3.3 及时更换引爆过的气囊
如果安全气囊引爆过，应该到专业服务站更换一套新的安全气囊系统。在安装新气囊时必须注意，碰撞传感器装在电脑板内的要随电脑板更换，装在电脑板外的也要单独更换，不然容易引爆；由于气囊是配合安全带使用的，有拉紧装置的安全带拉紧器也要更换。
3.4 要注意儿童的安全
当汽车装有前排乘员安全气囊时，切不可让儿童坐在前排或在此位置安置儿童座椅，若可以手动关闭此位置的安全气囊，则应该在儿童乘坐之前关闭此位置的安全气囊。因为前排气囊的制作要求是依照成人制作的，安全气囊体积较大，其爆发力对小孩不仅不能起保护作用，相反可能造成伤害。因此，8岁以下的小孩最好坐后排，且相关座位的气囊必须关闭。
3.5 其他事项
车内后视镜上不要悬挂小饰物，在转向盘的安全气囊安装处也不要粘贴其他东西，一旦气囊爆发，它们可能会被弹出的气囊撞向驾乘者或者影响气囊的正确弹出，这都是非常危险的。同时也千万不可用力敲打安装气囊的部位，因为气囊中含有一种易被电引爆的化学成分，如受到一定作用力的敲打，很容易被引爆。另外，要尽量紧靠椅背坐直，不要坐得离转向盘太近，并时刻系好安全带。
4 安全气囊技术的新发展
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，估计可使事故死亡率减少12％，且在安全气囊保护下极大地减轻了人体的受伤程度。然而，任何事物都具有两重性，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：
● 自适应能力差
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。
● 气囊材料
目前，气囊主要由尼龙或聚脂纤维布料等制成，其质量虽然不大，但展开的击出速度却高达250km/h以上，这一冲击能量对脆弱的人体而言并非一个小数目，已经发生过安全气囊伤害无辜乘员生命的事例。
因此，让安全气囊在展开之前能够识别乘员的位置坐姿和体重、并能调整气囊的弹出速度和力量，研制质量更轻的气囊材料等，这就促使了安全气囊技术的不断发展。
4.1 气囊织物技术
这种新型气囊质量较小、舒适性好、装配性能较好，能同时适用于轿车和货车，利于气囊的发展和普及。目前此种气囊仍处在试验阶段。气囊的另一发展趋势是无涂层气囊。采用无涂层气囊，可让气体通过可穿透性织物从气囊中释放出来，而节省了缝纫的操作及成本，也有利于缝纫技术的改善。
4.2 传感技术
● 自适应约束技术系统
该系统采用超声波传感器感测技术监测前排乘员的位置，同时还采用人工神经网络技术探测乘员的重量、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，系统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，消除不必要的展开。
● 个人安全系统
个人安全系统安装了座位距离感应器和重量感应器。它们能够依靠座椅距离和重量传感器识别前排座位上人员的距离仪表板的远近、身材等信息。气囊装备有可调节充气设备，依据从传感器得到的信息，调节气囊弹出时的大小和软硬程度。例如，如果座椅上是一名个子娇小的女士，并且离仪表板很近时，传感器会把这些信息转到气囊弹出控制部分，气囊就会以较柔和的方式弹出。
5 安全气囊技术未来发展趋势
目前，人们对安全气囊系统的研究仍方兴未艾，对智能化安全气囊，增加乘员的保护部位(例如下肢和颈部等)，减小气囊的体积和重量，优化气囊的充气速率、折叠方式和最佳触发时刻，以及环境保护等都提出了新的课题，其中：
● 智能化：通过增设传感器和与之相配套的计算机软件，使安全气囊系统能够在汽车碰撞的一瞬间根据碰撞条件(汽车碰撞速度及碰撞程度)和乘员状况(乘客的身体、体重、所处的位置和是否系安全带等)，及时调整气囊的膨胀时机、膨胀速度、膨胀程度，使安全气囊对乘客提供最合理和最有效的保护。
● 小型轻型化：主驾驶员安全气囊系统的气体发生器和气囊是存放在方向盘衬垫内，并且不能分解。气体发生器内有传爆管、点火器燃烧、气体发生剂等，研制和采用体积小、质量轻的新型气体发生器，将有助于安全气囊总成的小型化和轻型化，进而实现对车内乘员的全方位保护。
● 实现全方位保护：新型的安全气囊系统不再仅局限于保护驾驶员与前座乘员，对后座乘员，以及对保护的部位，例如下肢和颈部等，都将实施有效的保护，使安全气囊在撞车事故发生后，成为车内乘员名副其实的安全保护神。
● 环保型：目前，安全气囊系统的气体发生器主要采用叠氮化钠/氧化剂作为气体发生剂，这种发生剂具有燃烧温度低、气体产物为无毒的氮气的优点，但叠氮化钠是一种剧毒的物质，给安全气囊的制造、储存和回收过程都带来了很大的安全隐患，因此，采用新型气体发生技术，开发无毒或毒性小的非叠氮化物气体发生剂，使安全气囊的制造、回收等环节都符合环境保护的要求，也将是安全气囊技术未来发展趋势之一。
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附件(168.4KB) 安全气囊.pdf