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1第7章安全气囊与安全带安全、节能、环保、舒适可见，汽车安全是人们在汽车消费时关注的首要问题，汽车厂商常常以这一点来吸引消费者。2汽车碰撞一次碰撞：汽车发生碰撞事故一般指汽车与外部事物之间的碰撞。二次碰撞：乘员与汽车内部结构（如方向盘）的碰撞3汽车被动安全性汽车安全性主动安全性被动安全性汽车的主动安全性：协助驾驶员避免意外事故的发生，提高驾驶的安全性。如ABS、TCS、碰撞预测系统、驾驶员监测系统汽车的被动安全性：在发生意外的碰撞事故时,如何对驾驶员和乘员进行保护,尽量减少其伤害。提高汽车被动安全措施：提高汽车结构的安全性：汽车碰撞部位塑性变形尽可能大，吸收碰撞能量；乘员舱有足够的强度和刚度，确保生存空间。保证乘员顺利逃逸。使用乘员保护系统：安全带、安全气囊4汽车发生碰撞事故时，在惯性的作用下，司机和乘客会高速撞向方向盘等车内部件，受到伤害。在汽车上安装安全带和安全气袋等保护系统，可以在撞车时把乘客约束在座椅上，限制乘客头部、胸部的移动距离，避免与车内部件发生剧烈碰撞，从而起到保护作用。所以也把这种保护系统叫做乘员约束系统。5安全气囊6安全气囊广泛应用的原因：碰撞试验技术的进步；公众对于安全要求的提高；安全气袋系统所需电子技术的提高；安全气袋对于人体的保护效果显著。目前欧美等发达国家对乘员保护系统的研究主要有下述几个方面：发展低能量气袋，减少气袋对离位乘员、儿童乘员的伤害。研究侧撞气袋、翻滚气袋等保护装置。研究智能保护系统。研究膝部、小腿、踝部的保护装置。7气袋保护的基本思想是：在发生碰撞后迅速在乘员和车内部件之间打开一个充满气体的袋子，让乘员扑在气袋上。通过气袋的排气节流阻尼吸收乘员的动能，使猛烈的车内碰撞得以缓冲，以达到保护乘员的目的。8安全气袋系统主要由传感器、控制器、气体发生器和气袋等组成。工作原理为：传感器感受汽车碰撞强度并将其传给控制器，控制器进行判断并在适当时机发出点火信号触发气体发生器，气体发生器点火后迅速产生大量气体展开气袋。从而达到保护乘员生命安全的目的。9目前主要有机械式、机电式、电子式等几种。电子集成式集成度高，其内部集成有加速度传感器、低通滤波器、温度补偿等模块；接口简单，可靠性高；具有自测试功能，可及时发现异常现象。是目前广泛应用的一种。10传感方式传感方式有多点式和单点式。目前使用的多点传感式安全气袋系统的典型配置，共有3个传感器：一个机电式左档板传感器一个机电式右档板传感器诊断模块中的一个电子传感器。司机侧和乘客侧各有一个气袋。两个档板传感器中只要有一个闭合，诊断模块就对电子传感器送来的信号进行处理和判断，当认为有必要点火时，发出点火信号使气袋充气。单点传感式安全气袋系统采用单个电子式传感器，并且传感器和点火控制模块以及诊断模块都集成在一起。目前，由于点爆控制算法越来越完善，单点传感式气袋系统正在逐步取代多点传感式气袋系统。11控制系统是气袋系统的核心部件，其控制机理是各生产厂家严格保密的核心技术。气袋控制系统要能准确判断出正撞、偏撞、斜撞、撞树等各种复杂情况的碰撞强度，并准时点爆气袋。控制系统主要有机械式、模拟电子式、智能式几种。机械式控制系统主要用于低成本的气袋系统，应用正在减少。12气囊点爆控制算法简介早期机械式传感器集传感与算法一体，大部分采用加速度峰值法或速度变化量法。采用电子式和集成式传感器，所使用的算法有速度变化量法、加速度坡度法、比功率法等。各种算法都是适应不同碰撞波形而开发的，每种方法的阈值参数确定也未系统化。加速度峰值法：当加速度达到预定阈值时点爆气囊。由于加速度信号变化快，与汽车结构的振动有关，易受到外界干扰。速度变量法：对加速度信号积分得到碰撞过程中的速度变化量，大于阈值时点火。抗扰能力较强，对碰撞不敏感。加速度坡度法：对加速度信号求导，得到加速度变化量，将其作为点火判断指标。此算法需要对加速度做很好的滤波处理。比功率法：对碰撞过程中的动能求导得到功率，再求导得到比功率，利用此参数作为点火条件判断指标。神经网络法、速度预测法、移动窗算法等13气袋形式有两种一种体积比较大，即使乘客不系安全带也能起到良好的保护作用，主要在美国市场，因为美国法规对安全带的佩戴没有强制性；一种体积较小，与安全带配合使用，是将安全气袋与三点式安全带共同组成一个乘员保护系统使之达到最佳的乘员保护效果。这种气袋主要在欧洲市场应用，因为欧洲对安全带的佩戴有强制性要求。14气体发生器有压缩气体式（冷式）、燃烧式（热式）、混合式三种。压缩气体式主要与机械式传感器及控制器连用。由于其产气量少、充气速度慢等缺点，应用较少。燃烧式通过燃烧剂燃烧产生大量气体，产气量大，容易控制，应用较多。燃烧剂有叠氮化钠等种类。叠氮化钠燃烧产生无害的氮气，但产生大量的热量和固体颗粒，所以要采取降温、过滤等相应措施。为防止火药产生的热量对乘员造成伤害，有些气袋内部涂有隔热涂层。叠氮化钠融于水后有毒，对环保不利。各气袋生产厂家都在发展新型的燃烧剂。可燃气体式是其中的一种，它将氢气和氧气按一定比例混合加压储存在储气瓶中。它燃烧后产生水，没有固体颗粒，燃烧前也无害，是一种理想燃烧剂。混合式是用少量的燃烧物质产生足够的热量，使得压缩气体迅速膨胀而充满气袋。其产气量大，而产生的热量少，是今后的发展方向。15碰撞判断准确点火时刻准确抗粗糙路面干扰能力强高可靠性与工作稳定性16碰撞判断准确汽车的碰撞形式是各式各样的，其碰撞强度、减速度波形、车体变形等都是不一样的，但都要求气袋系统能准确地判断出强度如何，并能准确控制气袋点爆。气袋点爆车速与各个国家的事故形式有关。通常是根据大量的事故统计数据，总结出在不同车速的碰撞事故对乘员造成的伤害程度，据此确定何种车速需启动气袋对乘员进行保护。目前国外资料可知，对使用安全带的“面袋”来说，一般规定：20km/h以下正面撞墙时，气袋不点爆；30km/h以上正面撞墙时，气袋一定点爆；20～30km/h之间为点火模糊区，气袋可点爆也可不点爆。对不使用安全带的气袋，一般是12.8km/h(8mph)正面撞墙时气袋不爆，20.9km/h(13mph)正面撞墙时气袋要点爆。如果高速碰撞时气袋没有点爆(漏点火)，会造成乘员的严重伤害，是绝对不允许的。17点火时刻准确以司机侧气袋为例。气袋点爆后，气体发生器的充气时间约是30毫秒。发生碰撞时，气袋刚刚充满气体后，人的头部即与气袋接触，这样保护作用最好。如果人头部接触到气袋时，气袋尚未充气完毕(迟点火)，则气袋不仅不能起到缓冲吸能作用，巨大爆炸力反而会将人打伤。若气袋充气完毕后很长时间人的头部才与气袋接触(早点火)，由于气袋节流小孔的排气作用，气袋中没有足够的气体压力，同样会影响对人的保护作用。如果乘员乘坐位置偏离正常位置，如司机离方向盘过近或过远，称为离位乘员。气袋对离位乘员具有较强的伤害作用。以司机侧气袋为例，根据美国有关机构的尸体试验结果，若气袋点爆时尸体胸部靠在方向盘上，气袋会将其肋骨打断；若胳膊靠在方向盘上，气袋会使胳膊骨折。气袋对离位儿童乘员伤害尤为严重。因此美国在推行低能量气袋，即延长气袋充气时间，减少气袋爆出时的侵略性。此时气袋的充气时间大于30ms，气袋的点爆时间要提前。18抗粗糙路面干扰能力强气袋系统是一次性使用的安全防护系统，若意外点爆，除了会造成经济损失，由于气袋点爆时的巨大声响和体积，会对乘员造成惊吓，可能会引发不必要的事故。因此必须具有高的抗粗糙路面干扰能力。根据清华大学的总结，当汽车以20～60km/h速度通过下述路面时，气袋不应点爆：上下110毫米高的台阶、铁路铁轨、270毫米深的坑及国标路面，扭曲路面、坑洼路面、石块路面、搓板路面、卵石路面等。这些情况都会产生较大的汽车减速度，气袋系统必须能识别出此种状况，气袋不能点爆。19高可靠性与工作稳定性由于汽车工作环境比较复杂，气袋必须有较高的工作可靠性和稳定性。如：汽车在雨中工作；汽车在高温气候中行驶；汽车在寒冷的地区使用；汽车在高海拔的地区使用；汽车在强电磁干扰环境中这些环境都不能引起气袋系统的失效。另外，某些时候汽车上的电瓶电压可能偏低；在发生碰撞时，可能在碰撞的最初时刻即将电瓶破坏，使气袋系统失去电源。因此气袋系统要有很宽的工作电源范围，并且当电源失掉后，应能有数百毫秒的持续工作能力。20安全带21预紧式安全带是近年来发展的一种安全带。一般，为了乘员的舒适，安全带的预紧力不能太大，安全带与人体之间总有一定的间隙，当乘员衣服较厚时，此间隙会较大。在碰撞时，这个间隙将减小安全带的有效作用范围，降低安全带的效能。安全带使用预紧器后，可在碰撞达到一定强度时，启动预紧器，带动锁扣回缩或卷收器回转，使得安全带缩短一定距离，有效消除间隙，可以提高安全带的作用。预紧式安全带是在普通安全带上增加预紧器构成的。预紧器可以与锁扣结合在一起(锁扣预紧器)，也可以与卷收器结合在一起(卷收器预紧器)。22锁扣预紧器使用火药作为动力。锁扣上面与织带相连，下面由钢丝绳与预紧器内的活塞相连。发生碰撞时，通过点火设备点爆安装在预紧器上的火药，火药燃烧产生气体充入气室内。活塞在气体的压力下向右移动，通过钢丝绳将锁扣向下拉回约80mm，消除安全带与乘员间的间隙。在活塞中安装有钢球，使活塞只能向右移动，防止在安全带的拉力下活塞向左移动。23卷收器预紧器安装在卷收器的侧面，使用火药作为动力。发生事故时，点燃火药，推动齿条移动，从而带动卷收器回卷。241.谈谈安全气袋的组成及工作原理。2.第三代的智能式气袋控制系统的由哪些部分组成，它们是如何工作的？3.气袋系统在设计时应注意哪些问题？4.预紧式安全带与普通安全带有何区别？说明其保护原理。5.预紧式安全带有哪两种常见形式？1.安全气袋通过气袋的排气节流阻尼吸收乘员的动能以达到保护乘员的目的。主要由传感器、控制器、气体发生器和气袋等组成。其中控制系统主要有机械式、模拟电子式、智能式几种。安全气袋系统应具满足准确判断碰撞、准确点火、抗干扰能力强可靠性高等要求。2.预紧式安全带可以有效消除间隙，提高安全带的作用。主要有锁扣预紧和卷收器预紧两种形式。