汽車安全氣囊工作原理探究
1安全氣囊的基本原理
安全氣囊由電子控制系統和氣囊元件構成。電子控制系統由產生碰撞強度訊號的碰撞感測器和用於防止誤爆的安全感測器、電子控制器、點火器等組成;氣囊元件包括氣體發生器(點火劑和氣體發生劑)和氣囊等。當汽車發生較嚴重碰撞時，碰撞感測器將汽車碰撞資訊(汽車減速度)轉換成相應的訊號輸入到電子控制器(ECU)，與此同時，安全感測器內部的觸點也在汽車減速慣性力作用下閉合，接通點火器電源。電子控制器對碰撞感測器輸入的訊號進行分析處理後，迅速向點火器輸出點火訊號，點火器通電引燃點火劑，點火劑燃燒產生高溫，促使氣體發生劑產生大量氣體，並經過濾與冷卻後充入安全氣囊，使氣囊在30ms內突破襯墊而快速膨脹後開，在車內人員還沒觸及前方硬物之前，搶先在二者之間形成彈性氣墊，並及時由小孔排收縮，吸收強大的慣性衝擊能量，以減輕人體頭部、胸部的受傷程度。
安全氣囊最重要的指標是可靠性，如果不該點火而點火開啟氣囊稱為誤點火：如果應該點火而沒有點火稱之為漏點火，如果點火太晚則稱之為遲點火，無論是誤點火、漏點火、還是遲點火都是不能允許的。為了提高安全氣囊系統的可靠性，防止電源線在碰撞中斷線、電池遭到破壞，系統中備有儲能電容或電池，以保證即使掉電也能夠開氣囊。為了監測感測器、電子電路、氣體發生器;系統一般還有故障診斷模組、並設有訊號燈於予以顯示。汽車安全氣囊系統一般有左右擋板感測器各一個，還有一個感測器放在含有診斷模組的控制器中，氣囊有司機席正面碰撞氣囊和乘客席正面碰撞氣囊，另外還有警告燈。當發生前面碰撞時，兩個擋板感測器中只要有一個閉合，診斷模組就會根據送來的訊號進行處理和判斷，認為有必要點火後時即發出點火訊號使氣囊充氣。
汽車在執行中若沒有發生碰撞，CPU在重複執行訊號採集及分析比較程式的間隙執行自檢子程式，一旦檢測到有異常，便會使SRS報警燈亮起，並儲存相應的故障碼。如果汽車執行中發生碰撞，但CPL分析比較其碰撞強度還需要氣模膨脹時，CPU就只發出引爆安全帶收緊器的指令，使安全帶拉緊，以保護駕駛人與乘員。當碰撞強度很大，CPU發出引爆氣囊充氣裝置和安全帶收緊器指令，使安全氣囊膨脹展開，同時安全帶收緊。
2安全氣囊的工作過程
(1)將從碰撞感測器接收的訊號傳給充氣器的引爆劑;(2)引爆劑像根電火柴，然後再點燃充氣器元件內的擴爆劑，擴爆劑又稱為引爆管;(3)擴爆劑點燃後，點燃主裝藥主推進劑。傳統的主推進劑由氮化鈉+氧化劑組成，也有些使用壓縮氮氣或氬氣，還有兩種混合應用;(4)推進劑燃燒生成氮氣流;(5)迅速膨脹的`氣體經過過濾進入折囊墊，形成安全氣囊雛形;(6)充氣器使充入安全氣囊的氣體壓力增高，並開始推壓安全氣囊飾罩;(7)安全氣囊飾罩上的壓力不斷上升，飾罩材料延伸變形和撕裂薄弱區的接縫;(8)隨著裂縫的出現，飾罩門開啟，為充氣安全氣囊的噴出提供最佳通路;(9)氣體壓力繼續增長，安全氣囊張開至織物繃緊;(10)乘員接觸和壓迫安全氣囊，實現安全保護;(11)透過氣體的粘性阻尼作用，乘員前移能夠被吸收和耗散，安全氣囊中過壓氣體經過安全氣囊通氣孔排出而不致傷害乘員。
3安全氣囊起安全保護作用的時間歷程
從汽車發生碰撞的那一刻開始，到安全氣囊迅速膨脹，再到保護作用結束，經歷的時間很短，各時間歷程大致如下：(1)汽車碰撞後03ms，感測器感知汽車減速度，並將其轉變為電訊號輸入電子控制器;(2)汽車碰撞後410ms，電子控制器根據感測器電訊號判斷碰撞的強度，若判斷訊號強度達到或超過氣經膨脹標準數值時，電子控制裝置發出指令，並透過點火電路使點火器通電，引爆點火劑和氣體發生劑，產生高溫和大量氣體。此時乘員因慣性作用，與汽車之間還沒產生相對位移;(3)汽車碰撞後20ms,乘員在減速度慣性力的作用下，開始向前衝(開始產生相對於汽車的位移)，但還沒有接觸氣囊;(4)汽車碰撞後30ms，氣囊充氣裝置產生的大量氣體經冷卻過濾後充人氣囊，使氣囊迅速膨脹;(5)汽車碰撞後40ms，安全氣囊完全膨脹展開，乘員在向前移動中安全帶被拉長而起一定的緩衝作用，乘員己緊貼安全氣囊，安全氣囊吸收了乘員的慣性衝擊能量;(6)汽車碰撞後60ms，安全氣囊被壓緊變形，進一步吸收乘員的慣性衝擊能量;(7)汽車碰撞後80ms，安全氣囊上排氣孔的排氣使氣囊變軟，乘員進一步沉向氣囊中，使氣囊起到更好的緩衝作用;(8)汽車碰撞後100ms，乘員慣性衝擊能量已減弱，危險期已過;(9)汽車碰撞後110ms，乘員慣性衝擊能量消失，在安全帶作用下將其拉回座椅上，氣囊中氣體也排出大部分，整個過程基本結束。
從汽車發生碰撞的那一刻，到乘員在強大慣性力的作用下身體前衝(與車身產生相對位移)而碰撞到硬物受傷的時間間隔大約為50ms，安全氣囊膨脹的時間約30ms。也就是說，安全氣囊系統是搶在乘員碰到車內硬物以前，在乘員與車身之間形成一道柔軟的彈性保護氣囊，從而減少了乘員受傷的程度。
4汽車安全氣囊的發展趨勢
隨著科技的發展和人們對汽車安全重視程度的進步，汽車安全技術中的安全氣囊技術近年來也發展得很快，智慧化、多安全氣囊是今後整體安全氣囊系統發展的必然趨勢。新的技術可以更好地識別乘客型別，採取不同的保護措施。系統採用重量、紅外、超聲波等感測器來判定乘客與儀表板遠近、重量、身高等因素，進而在碰撞時判定是否點爆氣囊、採用1級點火還是多級點火、點爆力有多大，並與安全帶形成總體控制。透過感測器，氣囊系統還可以判定出車輛當前經歷的碰撞形式，是正面碰撞還是角度碰撞，側面碰撞還是整車的翻滾運動，以便驅動車身不同位置的氣囊，形成對乘客的最佳保護。網路技術的應用也是安全氣囊系統的發展方向。
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