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1汽车安全气囊研究摘要：本论文论述了在中国市场中占据很大市场的微型汽车（五菱轿车）的安全气囊，介绍了其发展过程，分析了安全气囊的工作原理，元件的作用，使用方法，故障内容的读取、消码以及最终废旧安全气囊的处理问题。关键词：二次碰撞SRS时钟弹簧故障代码随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶的速度越来越快，又由于汽车保有量的迅速增加，道路交通越来越拥挤，这就使得汽车事故频繁发生，所以汽车的安全性就变得尤为重要，成为当今汽车设计和生产的一个重要课题。汽车的安全性分为主动安全和被动安全。主动安全是指汽车防止发生事故的能力，主要有操纵的稳定性、制动的可靠性、平顺性等；被动安全是指汽车在发生事故的情况下保护乘员的能力，主要有防撞式车身、安全带和辅助乘员的保护系统（SUPPLEMENTAL-RESTRAINTSYSTEM，以下简称安全气囊）等。由于汽车事故难以避免，因此被动安全显得非常重要，安全气囊由于使用方便、效果显著、造价不高，所以近年来得到迅速发展和普及，作为被动安全的研究成果。一、安全气囊概述使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。1952年，美国汽车生产者联合会在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性，几乎同时，这种系统的原理图也绘制了出来。1953年8月，赫特里克首次提出了“汽车用安全气囊防护装置”，并在美国获得了“汽车缓冲安全装置”专利。但是，由于当时技术水平的限制，还不能把这种想法或专利付诸实现。1966年，梅塞德斯-奔驰公司开始研发安全气囊装置，梅塞德斯的工程师们首先发明了碰撞传感器以及气体发生装置，让安全气囊能够在30毫秒内膨胀展开，他们还研制出了抗撕裂的气囊织物材料，改善了气囊的膨胀特性，最终，把整个装置设计安装在汽车的方向盘中。在大约250次真车撞击试验，2500次的台架试验，以及超过700万km的车辆路试之后，在1980年12月，同预张紧安全带一起，安全气囊被安装在了当时最新的奔驰S级轿车上。而从1985年起，奔驰在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。到了1991年，差不多有28%的奔驰轿车都装备了驾驶员安全气囊，从最早装备安全气囊的奔驰S级轿车驶下生产线至今已有二十几年了。据美国国家公路安全管理部门（NHTSA）的统计，迄今为止，在美国的交通事故当中，安全气囊已保护了约14200人的生命，而在德国，自1990年以来，安全气囊阻2止了2500例发生重大伤害的交通事故。据统计，安全气囊在严重的碰撞事故当中能够保护约三分之一的人员生还，另外，六分之一的驾驶员或前排乘客能够在碰撞中得到安全气囊的保护而被拯救。安全气囊的使用明显提高了汽车的被动安全性。目前，世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。例如在美国，相应的法规已从1989年起实施。该法规不仅要求所有的新车必须安装安全气囊，甚至对气囊的尺寸也有规定。美国人认为气囊越大越好，而欧洲的专家们则认为最好的方案应该是安全带和小尺寸气囊的配合使用。所以，欧洲的公司只生产小尺寸气囊。现在，在汽车上普遍的布置是一个气囊安装在驾驶盘上，另一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。现代气囊使用尼龙制成，内表面涂复了一层合成橡胶或硅橡胶来保证其气密性。气囊的内表面固定有专门的带子，这些带子在气囊充气时能使其保持一定形状。气囊侧面设有许多孔，这些孔用来快速从气囊中排出气体以利于撞击的缓冲。为避免气囊因长期叠置而成硬块，在气囊内部覆盖一层特殊的材料，它可使气囊的有效使用期达到15年。奔驰公司作为最早安装安全气囊的厂家，至今为止已经在其制造的1200万辆车上都装备了安全气囊。1992年，安全气囊就已经作为奔驰轿车一项标准配置。近年来，梅塞德斯的工程师们仍致力于研究改进安全气囊的技术，包括侧面安全气囊系统以及在事故中能够更好地做出响应的气囊控制系统。然而安全气囊也并非绝对安全的，为了说明安全带和安全气囊在保护乘员方面的重要性，首先说明造成乘员伤害的原因。当汽车和障碍物之间发生碰撞事故时，汽车和障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞的结果导致汽车速度急剧下降。例如，如果一辆汽车以50km/h的速度与一个固定不动的障碍物正面相撞，则汽车至完全停止所需时间大约0.1s。在这短暂的时间内，可发生的事情却相当多：在碰撞的瞬间，前护杠停止运动，但汽车的其他部分仍以50km／h的速度前进。随着车辆前部逐渐损坏，汽车即开始吸收动能并减速；在碰撞过程中，当开始减速慢下来时，内部乘员则仍以原来的速度向前移动。于是就发生了乘员和方向盘、仪表板、风挡玻璃等之间的碰撞，造成了乘员的伤害。这种乘员和汽车内部结构之间的碰撞称为二次碰撞。这里先介绍几个名词：（1）被动安全装置：用来减轻事故导致的伤害程度的装置，如安全气囊、安全带、护膝垫、两节或三节式转向柱。（2）主动安全装置：车轮制动器、防抱死制动系统、刮水器与洗涤器、雷达车距控制与报警系统等。（3）一次碰撞：汽车发生碰撞时，汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞。（4）二次碰撞：一次碰撞后，汽车速度将急剧变化，驾驶员和乘员就会受到惯性力的作用而向前运动，并与车内的转向盘、挡风玻璃或仪表台等构件发生碰撞，这种碰3撞称为二次碰撞。在车辆事故中，导致驾驶员和乘员遭受伤害的主要原因是二次碰撞。注：安全气囊的作用就是要减小司乘人员在二次碰撞中的伤害程度。如果乘员未系上安全带，则他们会继续以50km/h的速度前进，直到撞击车室内部物件才会停止。在此例中，乘员撞击车室内部的速度，与从三楼的窗户跳下撞击地面时的速度相当。如果乘员系上安全带，则他们将逐渐减速，因此作用到他们身上的撞击力将减轻。但是在严重的碰撞事件中，虽然系上安全带的碰撞力比未系安全带少了很多，但乘员仍可能会撞到车室内部物件而造成伤害。汽车安全气囊的基本思想是：在发生一次碰撞后，二次碰撞前，迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子，使乘员撞在气袋上，避免或减缓二次碰撞，从而达到保护乘员的目的。由于乘员和气囊相碰时容易因振荡造成乘员伤害，所以在气囊的背面开两个直径25mm左右的圆孔。这样，当乘员和气囊相碰时，借助圆孔的放气可减轻振荡，放气过程同时也是一个释放能量的过程，因此可以很快地吸收乘员的动能，有助于保护乘员。二、安全气囊的形式除了上述供正面碰撞的保护安全气囊外，近年还开发出了供侧面碰撞保护用的侧安全气囊。安全气囊系统按保护面的不同，可分为供正面碰撞保护用的安全气囊系统和供侧面保护用的侧安全气囊系统。此外，安全气囊还可按充气装置点火系统的形式、气囊数量和气囊传感器数量等3种方式来分类。1、按充气装置点火系统分（1）电子式（E型）（2）机械式（M型）2、按气囊数量分（1）1个：用于驾驶员（E型或M型）（2）2个：用于驾驶员和前座乘员（只有E型）（3）4个：用于驾驶员和前座乘员的正面和侧面（只有E型）3、按气囊传感器数量分（只有E型）（1）1个：气囊传感器（2）3个：一个中央气囊传感器和两个前气囊传感器4E型、双气囊、3传感器M型、单气囊E型、单传感器、双气囊E型侧气囊三、安全气囊工作原理安全气囊系统SRS的作用：当汽车遭受碰撞导致车速急剧变化时，气囊迅速膨胀，在驾驶员、乘员与车内构件之间迅速铺垫一个气垫，使驾驶员、乘员头部与胸部压在充满气体的气囊上，利用气囊的阻尼作用和气囊排气节流的阻尼作用来吸收人体产生的动能，从而减轻人体遭受伤害的程度。安全气囊使用的气体介质为氮气，平时由叠氮化钠固体药片受热分解释放。若减速力达到设定值以上时，系统会触发充气装置，然后充气装置内的化学反应会使气囊在瞬5间充满氮气，以缓冲乘员的冲击，保护乘员头部和脸部免于撞击方向盘或仪表板。在气囊开始泄气时，气囊依然在继续吸收动能。整个过程（由充气、保护、泄气组成）在不到1s内完成。发生碰撞碰撞信号电源SRS电脑防护传感器碰撞传感器气体发生器点火器充气剂SRS气囊气体发生碰撞碰撞信号电源SRS电脑防护传感器碰撞传感器气体发生器点火器充气剂SRS气囊气体1、安全气囊的动作过程：（1）碰撞刚开始10ms后，气囊开始充气，驾驶员尚未动作；（2）碰撞40ms后，气囊完全充满，人体向前移动。安全带开始预收缩（吸收部分能量）；（3）碰撞约60ms驾驶员头部及身体压向气囊。气囊内气体通过节流孔排气，吸收人体与气囊之间的碰撞能量；（4）碰撞约120ms大部分气囊内气体从节流孔排出，汽车前方视线恢复。注：人的眼皮一眨眼所用时间约为200ms，因此气囊爆炸这个过程是非常短暂的，用肉眼根本无法看清。2、气囊打开的条件：（1）碰撞方向与汽车中心线的夹角30º以内；（2）碰撞车速在25km/h以上。四、元件作用简介6（1）驾驶员侧安全气囊；（2）乘员侧安全气囊（未安装）；（3）时钟弹簧；（4）感应与诊断模块；（5）线束（黄色）。1、执行感应器：由双接触机电开关组成的安全装置。（1）工作不依赖于电子元件；（2）在正常行车时保证气囊点火线路不触发；（3）必要时接通点爆电路。2、碰撞感应器：即碰撞传感器。用以碰撞的强烈程度。3、SRS警示灯：如感应诊断模块或外部电路出现故障，位仪表盘内的故障灯点亮，此时安全气囊SRS失效。（1）打开点火开关后，警示灯亮4S后熄灭，说明系统正常；灯总亮或总灭均说明系统出现故障。（2）在行驶过程中，如出现故障灯亮，也说明系统出现故障。4、线束及接头：线束为黄色套管包扎，非专业人员不得对该线束进行测量及维修，否则会造成气囊误爆的危险。（1）时钟弹簧接头短路棒的作用：当拔下插头时，使气囊两接头短路防止误通电造成误爆；（2）ECU接头处的短路棒：拔下拔头，警示灯会亮。5、碰撞传感器一般安装在汽车前部（本车装在ECU内部）注：当惯性力小时，滚球无法克服永久磁铁的磁力，被吸附在最右端；当惯性力足够大时，滚球克服永久磁铁的磁力，向左边滚动，使触点两端接通。76、时钟弹簧（1）安装在转向管柱上；（2）给驾驶员侧气囊模块供电；（3）是喇叭电路的组成部分。注意：旋转方向盘超过3、25圈时会损坏时钟弹簧。（拆下转向传动装置后，不能乱打方向盘;拆下的时钟弹簧最好用胶布粘紧）。安全气囊电路驾驶员侧气囊模块时钟弹簧驾驶员侧预张紧机构乘员侧预张紧机构绿/黑白橙棕白黑黑仪表盘红/黄气囊警示灯红/黄棕灰/绿红/黄运行和起动时有电诊断座（4）[（13）[气囊张开后，需注意如下问题：（1）安全气囊在设计上只能充气1次，一次性使用。用后必须更换。（2）发生碰撞时，即使前乘员座没有乘员，前座乘员气囊也会同时张开。（3）在气囊充气时会产生巨大的声响，而且在所释放出的氮气中会伴生少许烟雾。这些气体和烟雾是无害的（这不表示有起火现象），但乘员要尽快清洗残留物，以免皮肤过敏。（4）气囊的充气在少于1s内完成，因此气囊充气的力量相当大。此系统的设计是为了减少严重的伤害，但它本身可能会对乘员造成轻微的烫伤、擦伤或红肿等伤害。（5）气囊张开后，气囊单元的组件（方向盘中央部分、仪表板）可能会烫热几分钟，但气囊本身并不会发烫。（6）当碰撞的程度足以让气囊充气时，可能会因车身变形而使风挡玻璃破裂。而在备有乘员气囊的车辆上，风挡玻璃也可能因吸收部分充气力量而破裂。8五、安全气囊的使用1安全气囊的有效保护率仅为18%。交通事故统计数据分析表明：三点式安全带+安全气囊的有效保护率达60%，仅使用安全带的有效保护率为46%，仅使用安全气囊的有效保护率为18%。专家表示，安全气囊“SRS”直译成中文应该为“辅助可充气约束系统”。英文名称中强调了安全气囊是辅助性的设备，应该与安全带配合使用才能起到最佳的保护作用；可是中文名称中却忽略了这一点，容易给用户造成误解，误以为仅靠安全气囊就能获得良好的保护效果。其实不然，若不配合使用安全带，安全气囊打开时反而对乘员造成不必要的伤害。2安全气囊打开条件相当苛刻。很多驾驶员认为，只要发生了碰撞事故，安全气囊就应该打开。其实安全气囊打开的条件是相当苛刻的，它与碰撞的速度、角度、减速度值、变形量等都有关系，并不是碰撞比较严重就一定会打开。从理论上讲，只有车辆的正前方左、右大约60°之间的位置撞击在固定物体上，速度高于40千米/小时时，安全气囊才可能打