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「汽车相关冷知识」简述安全气囊的工作原理

全气囊(Airbag,或称Supplementary Restraint System,缩写:SRS)是汽车被动安全的重要组成部分,它和安全带一并组成了车辆乘员约束装置。

1# 安全气囊简史

1952年,美国工程师John W. Hetrick因一场交通意外事故启发,促使相关研究工作。并与1953年取得美国辅助乘员保护系统专利。

1971年,福特将辅助气囊装在一批实验车上

1974年,通用汽车率先在市售车装上驾驶座辅助气囊,之后在前乘客座也装上辅助气囊,并可依撞击力道分两种充气模式。

1980年,奔驰汽车S系列成为第一辆在欧洲正式销售配有气囊的汽车。

1984年,美国高速公路安全管理局制订《联邦汽车安全标准》第208条中,增加安装气囊的要求。

1987年,配有驾驶员气囊的沃尔沃760登陆美国市场

1988年,克莱斯勒开始将旗下所有车款都装上辅助气囊,真正开启汽车界安全配备的竞争。

1995年,正式经由美国国会通过法案,提供明确的法则及指导方向,要求1995年起新车的标准配备需要有双气囊。

1997年起,货车亦比照办理。

2# 安全气囊的主要装置

一个标准的安全气囊主要由四个主要组成装置构成

  • 撞击感知器

  • 电子处理器

  • 充气发生装置

  • 气囊袋

3# 安全气囊的引爆过程

▼ 安全气囊的激发过程 (图片来源: 梅赛德斯奔驰)

现代的安全气囊系统,在正面碰撞的速度达到30km/h以上,或者碰撞角度在±30度夹角范围内并且正面碰撞的速度达到30km/h以上时,便会触发。

 

有时候,驾驶员会在事故以后质疑为什么安全气囊没有打开。安全气囊的触发算法是非常复杂的,所以并不是所有的碰撞都会引爆安全气囊,因为车辆遭遇的碰撞强度和引爆烈度分为不同的等级。

 

4# 引爆烈度 & 碰撞强度

 

通过大量的极限工况下的碰撞和驾驶试验,德国宝马集团尽可能地为所有事故种类确定了引爆烈度,引爆烈度取决于碰撞强度,而碰撞强度分为四级:

  • CS 0: 无需火药类约束装置

  • CS 1: 轻度碰撞

  • CS 2: 中重度碰撞

  • CS 3: 重度碰撞

引爆烈度除了取决于碰撞强度外,还与碰撞方向,碰撞能量的叠加以及乘客是否系好安全带等信息有关,所有的因素共同影响了控制乘客束缚系统的引爆烈度,而不同的引爆烈度使前部气囊的二级触发发生变化。

下面我们通过车辆的正面碰撞案例来做一个简单的举例说明:

碰撞强度CS1 在CS1 (轻度碰撞) 情况下,如果乘客系好安全带,那么安全带预收紧系统会被触发, 但是驾驶位和副驾驶位气囊保持关闭,如果乘客没有系好安全带,驾驶位和副驾驶位气囊保持关闭会被打开。

碰撞强度CS2 碰撞强度CS 2 (中重度碰撞)起驾驶位和副驾驶位气囊以及安全带预收紧系统会被触发。紧急断电装置激活,燃油泵关闭并在车辆连接电话的情况下发出紧急呼叫。

碰撞强度CS3 碰撞强度 CS3 (重度碰撞) 驾驶位和副驾驶位气囊以及安全带预收紧系统会被触发,但是触发时间点与CS2有所不同.

5# 安全气囊触发的决定性因素

车辆前部的传感器报告了一个碰撞行为,并且在控制内的安全传感器进行了确认,气体发生装置中的引线会被激活。通过对碰撞强度的准确判断气囊和安全带预收紧系统会被激活。

因此,触发安全气囊的决定性因素有以下几个:

  • 碰撞强度

  • 驾驶员坐姿

  • 副驾驶座位是否有乘客

  • 安全带是否系好

乘客约束系统的启动大部分是通过电子或者机械的加速度传感器来实现。因此,安全气囊的激活永远是由两个独立的传感器系统共同决定的。

▼ 驾驶员和副驾驶员气囊的打开过程

  • 时间点0时,车辆接触壁障。

  • 20毫秒后,电子传感器激活驾驶员一侧气囊单元的引线。

  • 30毫秒后,驾驶员一侧气囊单元的盖板被撕开,气囊开始充气 (气囊盖板上边有撕裂缝,气囊充气后会盖板会沿着撕裂缝被顶开)。同时电子传感器激活副驾驶一侧气囊单元的引线。

  • 50毫秒后,驾驶员一侧气囊重启完毕,驾驶员开始陷入气囊。

  • 70毫秒后,副驾驶一侧气囊重启完毕,驾驶员开始陷入气囊。

  • 80毫秒后,驾驶员完全陷入气囊并且开始向方向盘相反的方向运动。

  • 95毫秒后,副驾驶完全陷入气囊并且开始向方向盘相反的方向运动。

  • 150毫秒后,整个事故过程结束,乘客又回到原始位置,气囊内气体基本被排空。

⚠️ 副驾驶气囊的打开过程与驾驶员侧有10毫秒的延迟,因为副驾驶距离仪表板的距离比驾驶员更远。

安全气囊控制器捕捉到与车辆纵轴成30°的碰撞时,根据成员人数和相关的传感器数据,相应的安全气囊会被打开

如果车辆识别出侧向的加速度,侧部气囊就会被打开。

如果碰撞角度与车辆横轴成60°以内的夹角(向纵轴正方向),驾驶员,副驾驶员和侧部气囊全都会被触发。

安全气囊的打开激通过激活充气装置中的火药实现的:点火瞬间产生的大量气体对安全气囊进行填充。气体膨胀的速度大概为4700 m/s,温度达到约 400°C 到 500°C。

驾驶员一侧的安全气囊容积约为67L,将在碰撞发生30毫秒后全部充满。膨胀速度约为550 km/h。而副驾驶员一侧的安全气囊容积大约为140L,将在碰撞发生70毫秒后充满,填充气体99%为氮气,水蒸气和二氧化碳。

文章的最后我们还想继续强调一件事情。

请不要认为有安全气囊就能救命,安全气囊救命是有前提的:一定是在安全带的配合下!极端情况下,气囊不仅保护不了人,反而可能是杀人利器。曾经见过案例,车撞上水泥柱,驾驶员没有任何外伤,但是因为没有系安全带,安全气囊把脖子打断了,窒息而亡,而碰撞速度,只有30公里/小时!

安全气囊的是“补充”,安全带才是主力!「安全带」是车辆约束系统的重要组成部分,当碰撞来临时,能将车内乘员固定在既定位置,让碰撞能够按套路出牌,加上「安全气囊」温柔的拥抱,车身结构及时合理的吸收疏散碰撞能量,绝大部分情况下车内乘员是安全的。

请留意车上有SRS这几个字的地方,它们是天使,也可能是魔鬼。

延伸阅读 :那个红色的灯不是“人背着大宝剑”,而是鲜血染红的“安全带提醒灯”!

撰稿作者:鞠潇

作者微信:7941089

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About The Author
王晓峰
德国经济工程工学硕士 十一年德国汽车行业质量管理经验,拥有VDA 6.1/6.3/6.5以及IATF 16949 二级审核员认证资质。曾先后服务于多家世界前十的汽配集团,负责过质量体系的开发和改进,以及供应商全球化体系的质量管理与审核。现任职于某德国顶级汽车供应商ADAS商业单元,任职质量经理,负责多款主流车载传感器的项目对接,质量控制计划制定,产品工艺品控以及生产流程审核!
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