汽車的安全、節(jié)能、環(huán)保已成為當(dāng)今汽車工業(yè)乃至整個(gè)人類社會(huì)面臨的三大焦點(diǎn)問題，汽車安全問題更是首當(dāng)其沖。汽車安全有主動(dòng)安全與被動(dòng)安全之分。汽車主動(dòng)安全性是指防止汽車發(fā)生交通事故的性能；被動(dòng)安全性則是指交通事故發(fā)生時(shí)，汽車本身具有保護(hù)乘員、行人不受傷亡或傷亡程度減至最小的性能。目前汽車上廣泛安裝使用的被動(dòng)安全裝置主要有座椅安全帶與安全氣囊。我們這里主要探討一下安全氣囊的安全性。

　　1安全氣囊的概述

　　安全氣囊是汽車被動(dòng)安全中一項(xiàng)技術(shù)含量很高的產(chǎn)品。它的保護(hù)效果已經(jīng)被人們普遍認(rèn)識(shí)，有關(guān)安全氣囊的第一個(gè)專利始于1958年。1970年就有廠家開始研制可以減輕碰撞事故中乘員傷害程度的安全氣囊；80年代，汽車生產(chǎn)廠家開始逐漸裝用安全氣囊；進(jìn)人90年代，安全氣囊的裝用量急劇上升；而進(jìn)人新世紀(jì)以后，汽車上普遍都裝有安全氣囊。

　　汽車安全氣囊系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SRS)是輔助安全系統(tǒng)，它通常是作為安全帶的輔助安全裝置出現(xiàn)。安全帶與安全氣囊是配套使用，沒有安全帶，安全氣囊的安全效果將要大打折扣。據(jù)調(diào)查，單獨(dú)使用安全氣囊可使事1故死亡率降低18%左右，單獨(dú)使用安全帶可使事故死亡率下降42%左右，而當(dāng)安全氣囊與安全帶配合使用時(shí)可使事故死亡率降低47％左右。由此可見，只有兩者相互配合才能最大可能的降低事故的死亡率，安全氣囊系統(tǒng)必然作為安全帶的輔助系統(tǒng)出現(xiàn)。

　　當(dāng)發(fā)生碰撞事故時(shí)，安全帶將乘員“約束”在座椅上，使乘員的身體不至于撞到方向盤、儀表板和風(fēng)窗玻璃上，避免乘員發(fā)生二次碰撞；同時(shí)避免乘員在車輛發(fā)生翻滾等危險(xiǎn)情況下被拋離座位。安全氣囊的保護(hù)原理是：當(dāng)汽車遭受一定碰撞力量以后，氣囊系統(tǒng)就會(huì)引發(fā)某種類似小劑量炸藥爆炸的化學(xué)反應(yīng)，隱藏在車內(nèi)的安全氣囊就在瞬間充氣彈出，在乘員的身體與車內(nèi)設(shè)備碰撞之前起到鋪墊作用，減輕身體所受沖擊力，從而達(dá)到減輕乘員傷害的效果。

　　2安全氣囊的結(jié)構(gòu)原理

　　現(xiàn)代安全氣囊系統(tǒng)由碰撞傳感器、緩沖氣囊、氣體發(fā)生器及控制塊（電腦）等組成。

　　a.碰撞傳感器。安全氣囊系統(tǒng)中的重要部件，其功能是檢測(cè)、判斷汽車發(fā)生碰撞后的撞擊信號(hào)，以便決定是否展開緩沖氣囊。碰撞傳感器主要有三種類型：機(jī)械式、電子式和機(jī)電一體式。

　　機(jī)械式傳感器在早期的安全氣囊中使用較多，主要應(yīng)用慣性原理，利用傳感器中元件的慣性力克服彈簧力來觸發(fā)氣體發(fā)生器。機(jī)械式在加速度較低時(shí)保證不啟動(dòng)氣囊，可靠性較高；但只能單點(diǎn)傳感，對(duì)機(jī)械部件的品質(zhì)、精度和耐磨性要求極高。

　　電子式傳感器是一種應(yīng)用最早的碰撞傳感器，根據(jù)電子原理，利用電信號(hào)來反映車身減速度，而后根據(jù)電信號(hào)來判別是否展開緩沖氣囊。

　　機(jī)電式傳感器采用機(jī)屯結(jié)合的方式，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，再利用電子信號(hào)點(diǎn)爆安全氣囊。即具有機(jī)械式的優(yōu)點(diǎn)，又能克服機(jī)械式傳感器本身存在的缺陷，安裝在車身上任何位置，以便得到較好的減速信號(hào)，而且能夠在同一位置安裝多個(gè)傳感器。

　　b.緩沖氣囊。氣囊一般由防裂性能好的聚酞胺織物制成，它是一種半硬的泡沫塑料，能承受較大的壓力；經(jīng)過硫化處理，可減少氣囊沖氣膨脹時(shí)的慣性力；為使氣體密封，氣囊里面涂有涂層材料。氣囊的大小、形狀、漏氣性能是確定安全氣囊保護(hù)效果的重要因素，必須根據(jù)不同汽車的實(shí)際情況來確定。

　　c.氣體發(fā)生器。安全氣囊系統(tǒng)要求氣體發(fā)生器能夠在較短的時(shí)間內(nèi)（30 ms左右、）產(chǎn)生大量的氣體充滿氣囊，產(chǎn)生的氣體必須對(duì)人體無害，且不能溫度太高，同時(shí)要求氣體發(fā)生器有很高的可靠性和穩(wěn)定性。氣體發(fā)生器主要有：壓縮氣體式、煙火式和混合式三種型式。混合式氣體發(fā)生器是壓縮氣體式和煙火式相結(jié)合的軍生器，也是目前廣泛應(yīng)用一種氣體發(fā)生器。

　　d.控制裝置。一般集成在微計(jì)算機(jī)中。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)，電控裝置接收多個(gè)傳感器傳來的車身不同位置的減速信號(hào)，經(jīng)過反復(fù)不斷的分析、比較、計(jì)算，決定是否發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。要求控制裝置能夠在復(fù)雜的碰撞情況下做出非常準(zhǔn)確的判斷，點(diǎn)火時(shí)刻也必須精確控制。

　　雖然安全氣囊在結(jié)構(gòu)上會(huì)有所不同，但其工作原理基本一致。汽車行駛過程中，傳感器系統(tǒng)不斷向控制裝置發(fā)送速度變化（或加速度）信息，由控制裝置（中央控制器）對(duì)這些信息加以分析判斷，如果所測(cè)的加速度、速度變化量或其它指標(biāo)超過預(yù)定值（即真正 發(fā)生了碰撞），則控制裝置向氣體發(fā)體發(fā)生器發(fā)出點(diǎn)火命令或傳感器直．接控制點(diǎn)火，點(diǎn)火后發(fā)生爆炸反應(yīng)，產(chǎn)生N2或?qū)��?chǔ)氣罐中壓縮氫氣釋放出來充滿碰撞氣袋。乘員與氣袋接觸時(shí)，通過氣袋上排氣孔的阻尼吸收碰撞能量，達(dá)到保護(hù)乘員的目的。

　　安全氣囊根據(jù)安裝的位置及保護(hù)對(duì)象不同，主要分為：對(duì)駕駛員進(jìn)行保護(hù)的氣囊，裝在方向盤內(nèi)，防止駕駛員與轉(zhuǎn)向盤、儀表板及前擋風(fēng)玻璃發(fā)生碰撞；對(duì)前排乘員進(jìn)行保護(hù)的氣囊，裝在儀表板內(nèi)，防止乘員與儀表板、前擋風(fēng)玻璃發(fā)生碰撞；對(duì)后排乘員進(jìn)行保護(hù)的氣囊，一般安裝在前排座椅的靠背上后部或頭枕內(nèi)部，防止乘員與前排座椅發(fā)生碰撞。由于后排乘員受到的傷害程度較輕，后座椅安全氣囊一般只在高級(jí)轎車上使用。

　　安全氣囊作為提高汽車安全性的有效措施之一越來越受到人們的重視。世界各國(guó)都投人大量的人力物力致力于安全氣囊的開發(fā)，使得安全氣囊系統(tǒng)得到大力發(fā)展。在一些實(shí)際的碰撞事故中證明安全氣囊確實(shí)具有降低乘員傷亡的功效，但也發(fā)現(xiàn)了其存在的一些問題。安全氣囊在使用中存在的問題有：

　　a.氣囊可能在很低的車速時(shí)打開。汽車在很低車速行駛而發(fā)生碰撞事故時(shí)，乘員和駕駛員系上安全帶即可，完全不需要安全氣囊展開起保護(hù)作用。如果這時(shí)展開氣囊反而會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，甚至還可能因安全氣囊的展開加重碰撞傷害。

　　b.氣囊的啟動(dòng)會(huì)對(duì)乘員造成傷害。安全氣囊系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)將沖開氣囊蓋板，并且在瞬間展開充氣，很可能對(duì)乘員造成沖擊；產(chǎn)生的灼熱氣體也會(huì)灼傷乘員和駕駛員。

　　c.當(dāng)乘客偏離座位或座位上無人或兒童乘坐時(shí)，氣囊系統(tǒng)的啟動(dòng)不僅起不到應(yīng)有的保護(hù)作用，還可能會(huì)對(duì)乘員造成一定的傷害。

　　4對(duì)現(xiàn)有安全氣囊的改進(jìn)思考

　　從安全氣囊在使用過程中存在的缺陷可知，現(xiàn)有安全氣囊的基本設(shè)計(jì)目標(biāo)是用來對(duì)付嚴(yán)重交通事故的，但在一些不太嚴(yán)重的事故中，系統(tǒng)反應(yīng)過度，反而會(huì)對(duì)駕乘人員施加作用過大，適得其反，造成不必要的傷害。

　　針對(duì)實(shí)際使用中存在的問題，我們更希望在安全氣囊展開之前，安全氣囊系統(tǒng)能夠精確感應(yīng)汽車發(fā)生 的碰撞，并按照程序來判斷碰撞事故的嚴(yán)重程度，如果碰撞級(jí)別比較低的話，只需將安全帶的預(yù)緊機(jī)構(gòu)拉緊即可；如果碰撞級(jí)別瓦較高，需要啟動(dòng)安全氣囊，則將點(diǎn)燃?xì)饽业闹噶顐鬟f給氣囊系統(tǒng)。這也就是要求安全氣囊系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地感應(yīng)所發(fā)生的碰撞事故；并且能模仿人腦，根據(jù)實(shí)際的碰撞程度來判別安全氣囊是否需要展開，有一定靈活性；并且、能夠針對(duì)不同體形的乘員適當(dāng)?shù)恼{(diào)整安全氣囊。

　　5安全氣襄的改進(jìn)和引用

　　5.1磁電式傳感器的采用

　　傳感器的觸發(fā)通常有：開關(guān)式，純機(jī)械式，單點(diǎn)電子式，側(cè)撞式，應(yīng)變式等。目前國(guó)際上對(duì)汽車上安全氣囊的傳感器觸發(fā)方式也沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。不僅是因?yàn)槠浞N類繁多，而且是因?yàn)檠b于車身上不同位置：的傳感器觸發(fā)方式也不同。為使傳感器能夠方便地安裝在各個(gè)需要的感應(yīng)部位，使其能夠正確、適時(shí)地感應(yīng)碰撞，可選用磁電式傳感器。

　　磁電式傳感器可以安裝在車身上的任何位置，只要稍微調(diào)整一下某些參數(shù)值，使得其能夠識(shí)別峰值為0588 m/s：和時(shí)間脈沖為0-20 ms的碰撞加速度信號(hào)即可。只要碰撞加速度峰值和時(shí)間脈沖寬度同時(shí)滿足條件，就會(huì)向氣囊發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，展開氣囊，對(duì)人體進(jìn)行保護(hù)。

　　傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由外殼（非磁性材料）、磁性材料、慣性體（非磁性材料）、連接在慣性體上的軟鐵、支持和調(diào)節(jié)位移幅值的彈簧、安裝在與外殼連接的凸柱內(nèi)的永久磁鐵和繞制在軟鐵上的線圈及引線組成。當(dāng)傳感器受到碰撞加速度時(shí)，慣性體產(chǎn)生反向加速度，導(dǎo)致通過線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈引線兩端產(chǎn)生鐘形脈沖信號(hào)，當(dāng)調(diào)整彈簧剛度時(shí)，可改變加速度信號(hào)的寬度。

　　傳感器的信號(hào)判別電路由三部分組成：信號(hào)幅度判別電路；信號(hào)寬度判別電路；有用、無用信號(hào)判別電路。通過對(duì)碰撞信號(hào)進(jìn)行多方位的判別，可使控制裝置獲取的碰撞信號(hào)更全面，發(fā)出的點(diǎn)火控制更準(zhǔn)確，從而確保安全氣囊在必要的情況下展開。

　　如何獲得穩(wěn)定的沖擊加速度信號(hào)是研究傳感器的關(guān)鍵，也是保證傳感器準(zhǔn)確獲取碰撞信號(hào)的關(guān)鍵。磁電加速度傳感器采用落錘沖擊試驗(yàn)裝置來調(diào)整校正其感應(yīng)敏感度。釋放錘頭，與橡膠面碰擊時(shí)，安裝在錘頭上面的加速度或磁電式傳感器將感受到?jīng)_擊加速度。不同落高對(duì)應(yīng)不同加速度；調(diào)整橡膠厚度，可改變信號(hào)寬度；調(diào)整落錘高度，可改變信號(hào)幅度。

　　磁電式傳感器不僅電子判別電路出錯(cuò)率低，感應(yīng)碰撞信號(hào)的可信度高而準(zhǔn)確；而且通過標(biāo)錘落定實(shí)驗(yàn)可以調(diào)節(jié)它的感應(yīng)范圍寬度，滿足汽車碰撞產(chǎn)生脈沖的再現(xiàn)，從而還可以安裝于車身上任何部位。還有就是它設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，對(duì)絕大多數(shù)汽車使用者來說都不再是望而卻步的奢侈品。

　　5.2智能化控制系統(tǒng)的采用

　　對(duì)安全氣囊控制系統(tǒng)的要求是準(zhǔn)確判斷事故的碰撞強(qiáng)度，控制氣囊的展開與否。針對(duì)安全氣囊在使用中的缺陷，必須進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)靈活性、準(zhǔn)確性，為此我們可以采用智能式控制系統(tǒng)。

　　目前，安全氣囊系統(tǒng)開發(fā)人員正在根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理開發(fā)智能型氣囊系統(tǒng)。它主要是利用神經(jīng)末梢（即各種傳感器）將各自探索到的周圍環(huán)境的各種信息傳輸給中樞神經(jīng)（即電腦或微機(jī)），并能將碰撞事故的碰撞類型，碰撞事故嚴(yán)重程度以及碰撞時(shí)的車速等信息一起傳遞給電腦，由電腦對(duì)這些信息進(jìn)行加工處理分析，做出相應(yīng)反應(yīng)，并執(zhí)行與這些信息相對(duì)應(yīng)的、正確的氣囊保護(hù)程序，即所謂的智能式控制系統(tǒng)。

　　智能式控制系統(tǒng)一般由兩部分組成，軟件部分和硬件部分。硬件部分主要由車載部分的電子控制單元（包括單片機(jī)、傳感器、點(diǎn)火電路等）和地面部分（包括串行通訊電路、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等）；軟件部分主要由單片機(jī)部分和微機(jī)部分組成。

　　由電子控制單元對(duì)整個(gè)汽車行駛過程中實(shí)際信息進(jìn)行不斷的判斷分析，從而發(fā)出相應(yīng)指令。這一系列的過程都是由微機(jī)來控制，可以減少失誤，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化。

　　智能式控制系統(tǒng)抗干擾能力比較強(qiáng)，可以避免氣囊的誤點(diǎn)爆，造成不必要傷害；可靠性高，工作穩(wěn)定性好，汽車在復(fù)雜的環(huán)境下行駛或點(diǎn)火要求嚴(yán)格的情況下，甚至在碰撞后電源可能損壞的情況下，它都能正常工作；結(jié)構(gòu)緊湊，減少元件的復(fù)雜程度以提高可靠性，同時(shí)減小耗電量，盡量維持掉電后的工作。

　　5.3乘員探測(cè)系統(tǒng)的選擇

　　針對(duì)氣囊未能對(duì)不同的乘員做出相應(yīng)的保護(hù)，我們可在乘員座位上安裝一個(gè)乘員探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)車座上是否有人，乘員的體型大小，以及就座時(shí)偏離正中情況進(jìn)行探測(cè)。相當(dāng)于專門安裝一個(gè)傳感器，探測(cè)的乘員乘坐信息，并傳遞給中央電腦控制中心。如果發(fā)生碰撞的話，控制中心在對(duì)各種傳感器傳過來的信息進(jìn)行判斷的同時(shí)綜合考慮乘員探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)所得的乘員乘坐信息。這樣的話，安全氣囊系統(tǒng)就可以針對(duì)駕駛員和乘員的乘坐情況適時(shí)適量展開氣囊，完全避免氣囊傷人、保護(hù)效果不佳或者浪費(fèi)等狀況。

　　5.4氣體發(fā)生器的多元化發(fā)展

　　對(duì)于氣體發(fā)生器，不僅要求其工作可靠廠性能穩(wěn)定，耐久性好，符合環(huán)保要求，而且要求盡量減輕其質(zhì)量和降低成本。尤其針對(duì)安全氣囊氣體傷人的情況，更是要求對(duì)氣體發(fā)生器加以改進(jìn)。目前汽車上的氣囊系統(tǒng)大量采用以疊氮化物作為氣體發(fā)生物質(zhì)的推進(jìn)劑型氣體發(fā)生器，其它類型的氣體發(fā)生器，包括混合氣體型氣體發(fā)生器、液體（液態(tài)氣）型氣體發(fā)生器、壓縮空氣蓄能型氣體發(fā)生器和硝化纖維型氣體發(fā)生器等也在積極研制。如摩爾頓公司生產(chǎn)的一種低密度、無毒的氣體型氣體發(fā)生器，與現(xiàn)用的相比具有體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)；布雷德公司開發(fā)的一種新型無鈉疊氮化物氣體發(fā)生器，耗用量不到鈉疊氮化物發(fā)氣劑的40%，而能產(chǎn)生．等量的氣體，從而使其體積減小，質(zhì)量減輕。

　　6結(jié)束語

　　理想的安全氣囊是可以針對(duì)各種不同的特殊情況對(duì)汽車．的使用者進(jìn)行保護(hù)。安全氣囊應(yīng)盡可能多地收集和利用有關(guān)乘員形體位置信息及撞車類型和撞車速度的數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)碰撞中乘員和車的有關(guān)信息進(jìn)行識(shí)別判斷，調(diào)整安全約束系統(tǒng)參數(shù)，使人體獲得最佳保護(hù)。要實(shí)現(xiàn)這一理想，以我們目前的研究來說可能還有很長(zhǎng)的一段差距，但我們可以逐步完成。以上的探討思考也只是向理想邁進(jìn)的一個(gè)步伐而已，相信今后隨著科學(xué)技術(shù)研究的發(fā)展，我們的汽車安全措施會(huì)更加的完善。

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