1、 掌握安全氣袋的保護(hù)原理。 掌握安全氣袋系統(tǒng)的組成及工作原理。 了解預(yù)緊式安全帶的保護(hù)原理。 了解安全保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。 本章由三部分組成： 安全氣袋、預(yù)緊式安全帶和安全系統(tǒng)展望，重點(diǎn)是安全氣袋部分。安全氣袋和安全帶兩節(jié)各自獨(dú)立，學(xué)習(xí)順序可自行掌握。安全系統(tǒng)展望的內(nèi)容建立在前兩部分的基礎(chǔ)之上，應(yīng)在前兩節(jié)之后學(xué)習(xí)。這樣可以對(duì)安全保護(hù)系統(tǒng)有一個(gè)全面地了解。 氣袋 氣袋保護(hù)思想 氣袋組成及工作原理 傳 感 器 控制系統(tǒng) 氣袋 氣體發(fā)生器 氣袋之發(fā)展?fàn)顩r 氣袋之關(guān)鍵技術(shù) 安全帶 預(yù)緊式安全帶作用原理 分類 安全系統(tǒng)展望 展望 汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)，在慣性的作用下，司機(jī)和乘客會(huì)高速撞向方向盤 等車內(nèi)部件

2、，受到傷害。在汽車上安裝安全帶和安全氣袋等保護(hù)系統(tǒng)，可以 在撞車時(shí)把乘客約束在座椅上，限制乘客頭部、胸部的移動(dòng)距離，避免與車 內(nèi)部件發(fā)生劇烈碰撞，從而起到保護(hù)作用。所以也把這種保護(hù)系統(tǒng)叫做乘員 約束系統(tǒng)。 氣袋的基本保護(hù)思想是：在發(fā)生碰撞后迅速在乘員和車內(nèi)部件之間打開一個(gè)充滿氣體的袋子，讓乘員撲在氣袋上。通過氣袋的排氣節(jié)流阻尼吸收乘員的動(dòng)能，使猛烈的車內(nèi)碰撞得以緩沖，以達(dá)到保護(hù)乘員的目的。安全氣袋系統(tǒng)主要由傳感器、控制器、氣體發(fā)生器和氣袋等組成。其工作原理為：傳感器感受汽車碰撞強(qiáng)度并將其傳給控制器，控制器進(jìn)行判斷并在適當(dāng)時(shí)機(jī)發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器點(diǎn)火后迅速產(chǎn)生大量氣體展開氣袋。

3、從而達(dá)到保護(hù)乘員生命安全的目的。 傳感器目前主要有機(jī)械式、機(jī)電式、電子式等幾種。其中電子集成式集成度高，其內(nèi)部集成有加速度傳感，低通濾波器，溫度補(bǔ)償?shù)饶K；接口簡(jiǎn)單，可靠性高；具有自測(cè)試功能，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。是目前廣泛應(yīng)用的一種。 傳感方式傳感方式有多點(diǎn)式和單點(diǎn)式。目前正在使用的多點(diǎn)傳感式安全氣袋系統(tǒng)的典型配置，共有三個(gè)傳感器：一個(gè)機(jī)電式左檔板傳感器，一個(gè)機(jī)電式右檔板傳感器和診斷模塊中的一個(gè)電子傳感器。司機(jī)側(cè)和乘客側(cè)各有一個(gè)氣袋。兩個(gè)檔板傳感器中只要有一個(gè)閉合，診斷模塊就對(duì)電子傳感器送來的信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，當(dāng)認(rèn)為有必要點(diǎn)火時(shí)，就發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)使氣袋充氣。單點(diǎn)傳感式安全氣袋系統(tǒng)采用單個(gè)電子式

4、傳感器，并且傳感器和點(diǎn)火控制模塊以及診斷模塊都集成在一起。目前，由于點(diǎn)爆控制算法越來越完善，單點(diǎn)傳感式氣袋系統(tǒng)正在逐步取代多點(diǎn)傳感式氣袋系統(tǒng) 多點(diǎn)式和單點(diǎn)式二者的比較 控制系統(tǒng)是氣袋系統(tǒng)的核心部件，其控制機(jī)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)確判斷出正撞、偏撞、斜撞、撞樹等各種復(fù)雜情況的碰撞強(qiáng)度，并準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)爆氣袋。 控制系統(tǒng)主要有機(jī)械式、模擬電子式、智能式幾種。機(jī)械式控制系統(tǒng)主要用于低成本的氣袋系統(tǒng)，應(yīng)用正在減少。 現(xiàn)在大部分都采用帶微處理器的智能控制系統(tǒng)，對(duì)電子式傳感器測(cè)量得到的信號(hào)進(jìn)行處理，輸出點(diǎn)爆信號(hào)。其原理框圖如圖所示。 圖中安全傳感器是一機(jī)電式傳感器，它在不低于3g的加

5、速度時(shí)閉合，主要是為了提高系統(tǒng)的抗干擾性。 氣袋控制器一般具備如下特性： 在不影響系統(tǒng)可靠性的前提下，盡量采用集成元件，元器件的個(gè)數(shù)應(yīng)盡量少。元件及電路應(yīng)為可在線測(cè)試的。減少耗電，使系統(tǒng)在主電源掉電情況下可繼續(xù)工作。 儲(chǔ)存故障代號(hào)，以備事后診斷。 氣袋的形式有兩種 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(hù)作用，主要在美國(guó)市場(chǎng)，因?yàn)槊绹?guó)法規(guī)對(duì)安全帶的佩戴沒有強(qiáng)制性； 一種體積較小，與安全帶配合使用，是將安全氣袋與三點(diǎn)式安全帶共同組成一個(gè)乘員保護(hù)系統(tǒng)使之達(dá)到最佳的乘員保護(hù)效果。這種氣袋主要在歐洲市場(chǎng)應(yīng)用，因?yàn)闅W洲對(duì)安全帶的佩戴有強(qiáng)制性要求。 混合型氣體發(fā)生器性能上的優(yōu)勢(shì) 對(duì)溫度的敏感性

6、較低，低溫條件下性能變化不大； 通過調(diào)整，容易滿足客戶對(duì)峰值壓力、壓力上升曲線、溢出氣體的速度等性能的要求； 對(duì)環(huán)境有利。無毒性材料；優(yōu)異的抗老化性能； 氣體發(fā)生器表面溫度低。在氣體發(fā)生器作用后，其表面溫度至多上升75度，塑料件可與氣體發(fā)生器接觸； 溢出的氣體無害。產(chǎn)生的少量非毒性顆粒，92的顆粒是KCl，產(chǎn)出的顆粒濃度比采用疊氮化鈉等燃燒劑的熱式氣體發(fā)生器低； 優(yōu)異的燃燒劑抗老化性能。在車體中15年無變化，推進(jìn)劑不會(huì)吸濕。 氣體發(fā)生器有單級(jí)和兩級(jí)氣體發(fā)生器。單級(jí)氣體發(fā)生器有一個(gè)產(chǎn)氣部件，兩級(jí)氣體發(fā)生器有兩個(gè)相互獨(dú)立的產(chǎn)氣部件，適當(dāng)組合兩個(gè)部件的工作時(shí)間，即可獲得不同的充氣特性。適用與智能乘員

7、保護(hù)系統(tǒng)。 安全氣袋于1958年發(fā)明并申請(qǐng)了專利。它作為汽車被動(dòng)安全性研究的成果，是隨著汽車被動(dòng)安全性研究的深入而發(fā)展的。美國(guó)通用汽車公司在1974-1976年間安裝了大約一萬套氣袋系統(tǒng)，但是，由于技術(shù)上的原因又停止了生產(chǎn)。直到90年代后，由于以下原因才得到推廣和普及：碰撞試驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步；公眾對(duì)于安全要求的提高；安全氣袋對(duì)于人體的保護(hù)效果顯著。從1970年到1990年的20年間，歐美關(guān)于安全氣袋方面的專利只有106項(xiàng)，而從1990年到1994年4月，有專利464項(xiàng)。在美國(guó)，到1995年，前排乘員的氣袋安裝率已超過60。法規(guī)規(guī)定在1997年9月1 日后出廠的轎車中100安裝司機(jī)側(cè)和前排乘員側(cè)氣袋

8、。在歐洲則是標(biāo)準(zhǔn)裝備和選件并存，現(xiàn)在新車型基本都安裝有安全氣袋。 安全氣袋的保護(hù)作用是十分顯著的。據(jù)美國(guó)官方公布的數(shù)字，1986年至1997年2月15日，安全氣袋共挽救了1828人的生命(1639名司機(jī)，189名乘員)。安全氣袋同時(shí)也有副作用。在上述時(shí)間段內(nèi)，氣袋造成38名兒童、21名司機(jī)、2個(gè)乘員死亡。這些主要發(fā)生在低速碰撞的情況。造成死亡的原因有如下幾種：兒童及兒童座椅靠近氣袋；碰撞前的制動(dòng)使得兒童更加靠近氣袋。氣袋主要造成頭和頸部傷害。另外矮個(gè)子司機(jī)受到的傷害也是類似原因。目前歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)乘員保護(hù)系統(tǒng)的研究主要有下述幾個(gè)方面： 發(fā)展低能量氣袋，減少氣袋對(duì)離位乘員、兒童乘員的傷害。 研

9、究側(cè)撞氣袋、翻滾氣袋等保護(hù)裝置。 研究智能保護(hù)系統(tǒng)。 研究膝部、小腿、踝部的保護(hù)裝置。 碰撞判斷準(zhǔn)確汽車的碰撞形式是各式各樣的，其碰撞強(qiáng)度、減速度波形、車體變形等都是不一樣的，但都要求氣袋系統(tǒng)能準(zhǔn)確地判斷出強(qiáng)度如何，并能準(zhǔn)確控制氣袋點(diǎn)爆。目前氣袋系統(tǒng)有兩種形式，一種是與安全帶配合使用，當(dāng)?shù)退倥鲎矔r(shí)，主要是安全帶對(duì)乘員起保護(hù)作用，當(dāng)發(fā)生高速碰撞時(shí)，才啟動(dòng)氣袋對(duì)人進(jìn)行保護(hù)，此時(shí)氣袋主要保護(hù)人的面部，又稱之為“面袋”。 第二種是單獨(dú)起保護(hù)作用，發(fā)生碰撞時(shí)，氣袋要保護(hù)人的頭部和胸部。第二種氣袋的體積較大(對(duì)司機(jī)側(cè)氣袋為60升以上)，充氣時(shí)間長(zhǎng)，充氣量大，啟動(dòng)氣袋的碰撞車速較低，造價(jià)高。第一種氣袋的體積

10、較小，(對(duì)司機(jī)側(cè)氣袋為40升左右)，充氣量小，充氣時(shí)間短，啟動(dòng)氣袋的碰撞車速高，造價(jià)低。就我國(guó)情況看，第一種氣袋更適合我國(guó)國(guó)情。 氣袋的點(diǎn)爆車速與各個(gè)國(guó)家的事故形式有關(guān)。通常是根據(jù)大量的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，總結(jié)出在不同車速的碰撞事故對(duì)乘員造成的傷害程度，據(jù)此確定何種車速需啟動(dòng)氣袋對(duì)乘員進(jìn)行保護(hù)。目前國(guó)外的資料中可以得知，對(duì)使用安全帶的“面袋”來說，一般規(guī)定：20km/h以下正面撞墻時(shí)，氣袋不點(diǎn)爆；30km/h以上正面撞墻時(shí)，氣袋一定點(diǎn)爆；2030km/h之間為點(diǎn)火的模糊區(qū)，氣袋可點(diǎn)爆也可不點(diǎn)爆。對(duì)不使用安全帶的氣袋，一般是12.8km/h(8mph)正面撞墻時(shí)氣袋不爆，20.9km/h(13mph)

11、正面撞墻時(shí)氣袋要點(diǎn)爆。如果高速碰撞時(shí)氣袋沒有點(diǎn)爆(漏點(diǎn)火)，會(huì)造成乘員的嚴(yán)重傷害，是絕對(duì)不允許的。 點(diǎn)火時(shí)刻準(zhǔn)確以司機(jī)側(cè)氣袋為例。氣袋點(diǎn)爆后，氣體發(fā)生器的充氣時(shí)間約是30毫秒。對(duì)處于正常位置的50百分位假人，最佳情況下是發(fā)生碰撞時(shí)，氣袋剛剛充滿氣體后，人的頭部即與氣袋接觸，這樣保護(hù)作用最好。如果人頭部接觸到氣袋時(shí)，氣袋尚未充氣完畢(遲點(diǎn)火)，則氣袋不僅不能起到緩沖吸能作用，巨大的爆炸力反而會(huì)將人打傷。如果氣袋充氣完畢后很長(zhǎng)時(shí)間人的頭部才與氣袋接觸(早點(diǎn)火)，由于氣袋節(jié)流小孔的排氣作用，氣袋中沒有足夠的氣體壓力，同樣會(huì)影響對(duì)人的保護(hù)作用。 如果乘員乘坐位置偏離了正常位置，如司機(jī)離方向盤過近或過遠(yuǎn)

12、，稱為離位乘員。氣袋對(duì)離位乘員具有較強(qiáng)的傷害作用。以司機(jī)側(cè)氣袋為例，根據(jù)美國(guó)有關(guān)機(jī)構(gòu)的尸體試驗(yàn)結(jié)果，如果氣袋點(diǎn)爆時(shí)尸體胸部靠在方向盤上，氣袋會(huì)將其肋骨打斷；如果胳膊靠在方向盤上，氣袋會(huì)使得胳膊骨折。氣袋對(duì)離位兒童乘員的傷害尤為嚴(yán)重。因此美國(guó)在推行低能量氣袋，即延長(zhǎng)氣袋的充氣時(shí)間，減少氣袋爆出時(shí)的侵略性。此時(shí)氣袋的充氣時(shí)間大于30ms，氣袋的點(diǎn)爆時(shí)間要提前 抗粗糙路面干擾能力強(qiáng)氣袋系統(tǒng)是一次性使用的安全防護(hù)系統(tǒng)，若意外點(diǎn)爆，除了會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，由于氣袋點(diǎn)爆時(shí)的巨大聲響和體積，會(huì)對(duì)乘員造成驚嚇，可能會(huì)引發(fā)不必要的事故。因此必須具有高的抗粗糙路面干擾能力。根據(jù)清華大學(xué)的總結(jié)，當(dāng)汽車以2060km/h

13、的速度通過下述路面時(shí)，氣袋不應(yīng)點(diǎn)爆：上下110毫米高的臺(tái)階、鐵路鐵軌、270毫米深的坑及國(guó)標(biāo)路面，計(jì)有扭曲路面、坑洼路面、石塊路面、搓板路面、卵石路面等。這些情況都會(huì)產(chǎn)生較大的汽車減速度，氣袋系統(tǒng)必須能識(shí)別出此種狀況，氣袋不能點(diǎn)爆。 高可靠性與工作穩(wěn)定性由于汽車的工作環(huán)境比較復(fù)雜，氣袋必須有較高的工作可靠性和穩(wěn)定性。 如汽車在雨中工作； 汽車在高溫氣候中行駛； 汽車在寒冷的地區(qū)使用； 汽車在高海拔的地區(qū)使用； 汽車在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中等。 這些環(huán)境都不能引起氣袋系統(tǒng)的失效。另外，某些時(shí)候汽車上的電瓶電壓可能偏低；在發(fā)生碰撞時(shí)，可能在碰撞的最初時(shí)刻即將電瓶破壞，使氣袋系統(tǒng)失去電源。因此氣袋系統(tǒng)要有

14、很寬的工作電源范圍，并且當(dāng)電源失掉后，應(yīng)能有數(shù)百毫秒的持續(xù)工作能力。 安全氣袋通過氣袋的排氣節(jié)流阻尼吸收乘員的動(dòng)能以達(dá)到保護(hù)乘員的目的。主要由傳感器、控制器、氣體發(fā)生器和氣袋等組成。其中控制系統(tǒng)主要有機(jī)械式、模擬電子式、智能式幾種。安全氣袋系統(tǒng)應(yīng)具滿足準(zhǔn)確判斷碰撞、準(zhǔn)確點(diǎn)火、抗干擾能力強(qiáng)可靠性高等要求。 談?wù)劙踩珰獯慕M成及工作原理。 第三代的智能式氣袋控制系統(tǒng)的由哪些部分組成，它們是如何工作的？ 氣袋系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意哪些問題？ 預(yù)緊式安全帶是近年來發(fā)展的一種安全帶。一般，為了乘員的舒適，安全帶的預(yù)緊力不能太大，安全帶與人體之間總有一定的間隙，當(dāng)乘員衣服較厚時(shí)，此間隙會(huì)較大。在碰撞時(shí)，這個(gè)間

15、隙將減小安全帶的有效作用范圍，降低安全帶的效能。安全帶使用預(yù)緊器后，可在碰撞達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，啟動(dòng)預(yù)緊器，帶動(dòng)鎖扣回縮或卷收器回轉(zhuǎn)，使得安全帶縮短一定距離，有效消除間隙，可以提高安全帶的作用。預(yù)緊式安全帶是在普通安全帶上增加預(yù)緊器構(gòu)成的。預(yù)緊器可以與鎖扣結(jié)合在一起(鎖扣預(yù)緊器)，也可以與卷收器結(jié)合在一起(卷收器預(yù)緊器)。 鎖扣預(yù)緊器使用火藥作為動(dòng)力。鎖扣上面與織帶相連，下面由鋼絲繩與預(yù)緊器內(nèi)的活塞相連。發(fā)生碰撞時(shí)，通過點(diǎn)火設(shè)備點(diǎn)爆安裝在預(yù)緊器上的火藥，火藥燃燒產(chǎn)生氣體充入氣室內(nèi)。活塞在氣體的壓力下向右移動(dòng)，通過鋼絲繩將鎖扣向下拉回約80mm，消除安全帶與乘員間的間隙。在活塞中安裝有鋼球，使得活塞

16、只能向右移動(dòng)，防止在安全帶的拉力下活塞向左移動(dòng)。 卷收器預(yù)緊器安裝在卷收器的側(cè)面，使用火藥作為動(dòng)力。發(fā)生事故時(shí)，點(diǎn)燃火藥，推動(dòng)齒條移動(dòng)，從而帶動(dòng)卷收器回卷。 預(yù)緊式安全帶可以有效消除間隙，提高安全帶的作用。主要有鎖扣 預(yù)緊和卷收器預(yù)緊兩種形式。 預(yù)緊式安全帶與普通安全帶有何區(qū)別？說明其保護(hù)原理。 預(yù)緊式安全帶有哪兩種常見形式？ 安全系統(tǒng)展望隨著人們對(duì)汽車安全性的日益重視和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在汽車安全保護(hù)領(lǐng)域出現(xiàn)了大量的新技術(shù)。傳統(tǒng)的氣袋和安全帶已經(jīng)發(fā)展成為先進(jìn)的智能保護(hù)系統(tǒng)，它可以在事故中更有效地保護(hù)乘客的生命。而自動(dòng)避讓系統(tǒng)和自動(dòng)呼救系統(tǒng)，又為乘客提供了更有效的保護(hù)和救護(hù)。它們的出現(xiàn)，使汽

17、車可以為乘客提供從事故前、事故中直到事故后的三位一體的全方面保護(hù)。自動(dòng)避讓系統(tǒng)通過雷達(dá)等探測(cè)裝置隨時(shí)監(jiān)測(cè)路面狀況。在汽車運(yùn)行中探測(cè)汽車運(yùn)動(dòng)方向上的障礙物。可以根據(jù)距離周圍車輛的遠(yuǎn)近而自行調(diào)整車速，使車輛間保持一個(gè)安全的距離，減小發(fā)生碰撞的可能。一旦發(fā)生緊急情況，碰撞事故在所難免，它可以發(fā)出警報(bào)并自行采取剎車等措施，而無需駕駛員的操作。從而大大減輕碰撞的程度甚至完全避免事故，為乘客提供了更有效的保護(hù)。如前所述，在發(fā)生事故時(shí)，氣袋對(duì)保護(hù)乘員的生命安全有著顯著的作用，但同時(shí)也有負(fù)作用，會(huì)造成對(duì)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(jì)的。對(duì)成人而言，造成傷害的主要原因是乘員離位，即在氣

18、袋爆出時(shí)乘員過分靠近氣袋。對(duì)兒童和第5百分位的女性假人來講，除了乘員離位外，另一原因是按成人體重設(shè)計(jì)的氣袋能量太大。因此，如何發(fā)揮氣袋的保護(hù)作用，避免或減少氣袋的副作用，成為目前急待解決的問題。智能保護(hù)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(hù)系統(tǒng)。它將安全帶、氣袋、乘員感知系統(tǒng)、碰撞預(yù)測(cè)系統(tǒng)等集成在一起，成為完善的保護(hù)系統(tǒng)，能在各種情況下對(duì)乘員起到最佳保護(hù)作用。乘員感知系統(tǒng)包括乘員存在探測(cè)和乘員位置傳感兩個(gè)方面。乘員存在探測(cè)系統(tǒng)(OSS)的作用是： 當(dāng)有反向兒童座椅時(shí)，氣袋不點(diǎn)爆； 當(dāng)乘客座無人乘坐時(shí)，氣袋不點(diǎn)爆。 乘員存在探測(cè)可運(yùn)用座椅承重傳感器、電感變化原理、超聲波測(cè)距、電

19、容變化原理等。目前使用的氣袋控制器從其機(jī)理而言，屬于開環(huán)系統(tǒng)。如果使用乘員位置感應(yīng)系統(tǒng)，就有可能根據(jù)乘員的位置變化而進(jìn)行反饋控制。如前所述，對(duì)司機(jī)側(cè)氣袋而言，氣袋的充氣過程大約是30ms。一般而言，轎車乘員與方向盤之間的距離為12英寸，所以，乘員頭部前移5英寸這一時(shí)刻的前30ms為最佳點(diǎn)火時(shí)刻。實(shí)際上，司機(jī)傾向于離方向盤更近的坐姿。根據(jù)資料表明：雖然大多數(shù)乘員距離方向盤12英寸，但仍有2%的乘員距離方向盤小于6英寸，而10%的乘員距離方向盤小于9英寸。同樣，大約有1%的乘員距離方向盤24英寸，而18%的乘員距離方向盤18英寸。目前控制系統(tǒng)得到的加速度信號(hào)表征了車與障礙物的碰撞，即第一次碰撞。而關(guān)于乘員與車內(nèi)結(jié)構(gòu)件二次碰撞的信息僅依靠假設(shè)來預(yù)測(cè)(50%的男性假人處于正常坐姿)。乘員是否離位，