汽車駕駛中安全氣囊技術應用思考

李華軍

（鄭州經濟技術開發區管委會商務局， 河南 鄭州 450016）

引言

汽車制造企業在進行汽車的組裝過程中，都會在汽車中設置安全氣囊裝置，用以保護駕駛人與乘客的安全。相關研究數據表明，安全氣囊技術在汽車中的應用，能夠降低20%的人員傷亡，如果駕駛人員與乘客在行駛過程中系有安全帶，則能夠降低50%的人員傷亡。因此，對于汽車駕駛中安全氣囊技術應用的思考具有一定的理論意義與實踐意義。

1 汽車安全氣囊技術研究現狀

汽車安全氣囊技術起源于美國，而安全氣囊裝置則是由德國最先應用。和西方國家相比，我國對于汽車安全氣囊技術的研究時間比較晚，大約在80年代的后期開始引進安全氣囊技術。安全氣囊裝置主要包括氣體發生器、氣囊以及控制系統這三個部分。其中，氣體發生器需要具備較快的速度，確保汽車出現事故的瞬間將氣囊激活并充滿；控制系統主要負責記錄與判斷汽車的行駛狀況，決定是否打開安全氣囊[1]。

目前的研究現狀看來，安全氣囊技術可以安裝于汽車的不同位置，發揮不同的作用。一是駕駛座，安全氣囊最早就是安裝于駕駛人員的位置，相應的安全氣囊技術也相對成熟，主要是將安全氣囊安裝于方向盤的中間區域，避免汽車駕駛員在出現撞擊事故時，頭部撞擊方向盤；二是前排座位，一般來說，汽車的前排座位擁有較大的空間，但是乘客的體型有所差異，所以安全氣囊需要設計的大一些，保障所有體型乘客的安全。但是在實際的汽車行駛過程中，前排座位可能不會坐乘客，而當汽車出現意外事故時，前排座位的安全氣囊仍舊會彈出。這就要求技術人員加強安全氣囊技術的研發，提高安全氣囊控制系統檢測的精度，更好地保護駕駛人員與乘客的安全[2]。

2 汽車安全氣囊技術的應用原理

汽車安全氣囊保護系統主要由三大部分組成，包括氣體發生器、氣囊和控制系統。在汽車駕駛過程中，發揮三個部分的聯動作用，可以對駕駛人員進行有效保護。在發生行車碰撞時，氣體發生器會以足夠快的速度產生氣體，輸送到氣囊中，由控制系統判斷是否需要打開安全氣囊，并在滿足條件時啟動氣體發生器。氣囊接受氣體后，控制氣體壓力和形體空間位置，接受駕駛人員碰撞，吸收動能，從而最大化降低傷害。目前使用的新型氣體發生器有純氣體式發生器和混合式發生器，純氣體式發生器利用有機氣體作為燃料產生氣體，混合式發生器采用少量固體燃料加熱惰性氣體，為氣囊充氣。新型氣體發生器的主要技術指標包括溫度、壓力、產生氣體總量和產生氣體速度。氣囊采用物理學特性膜狀材料制成，具體為袋子裝，分為單氣室和多氣室兩種，內部設置有連接筋，可以實現形狀控制。控制系統則由傳感器、觸發器和電子控制系統組成，分別用于感測信號、啟動信號和信號判斷，控制系統不僅要具有足夠快的反應速度，還要避免因急剎車和顛簸行駛等出現誤動[3]。

3 汽車安全氣囊技術在汽車駕駛中的具體應用

3.1 安全氣囊使用注意事項

1）在給定碰撞條件下，確定加速度特性曲線，作為氣囊控制系統的判別依據，滿足氣囊反映速度等要求；

2）通過合理設計氣囊緩沖層的寬度和厚度，確保氣囊尺寸適中，滿足汽車內部結構需要，一般情況下駕駛員氣囊要略小于乘員氣囊，防側撞氣囊要略小于防正撞氣囊；

3）氣體發生器特性參數要與氣囊設計壓力變化相互協調；

4）電控系統的主要特性參數包括反應時間和反應時間可靠性等，理論上反應時間越短越好，但受材料和技術所限，反應速度存在極限，應盡可能在不改變其他條件下，提高反應速度，確保安全氣囊能夠及時打開；

5）在氣囊材料選擇方面，不僅要考慮物理強度，還要考慮其化學穩定性，目前多使用尼龍紡織品；

6）內部氣囊結構和折疊方式對氣囊的展開速度以及對人體沖擊程度有直接影響，要對其進行合理設計；

7）要保證安全氣囊的使用壽命大于汽車使用壽命，需要對其做好保護措施，防止氣囊出現機械或高溫損傷，同時要考慮氣囊展開后的受力支撐問題，避免發生自由移動，失去保護作用。

3.2 安全氣囊仿真設計

由于安全氣囊的動作過程十分復雜，所以在進行安全氣囊保護系統設計時，也具有較高難度。汽車行駛碰撞是一個瞬態的過程，常規試驗手段只能解決一部分問題，不能對設計的可靠性提供全方位保障。因此需要采用計算機仿真技術，對安全氣囊動作過程進行仿真分析。安全氣囊仿真設計主要內容包括兩個方面，一是在特定的碰撞條件下，模擬安全氣囊的展開過程，以及安全氣囊與人體、車內其他結構之間的碰撞作用。二是在帶有安全氣囊的人偶模型下模擬整車碰撞過程。一般前一項仿真實驗應用于驗證已定性的汽車安全氣囊設計，后一項仿真實驗用于模擬設計階段安全氣囊的配套問題。

從數學建模角度來看，兩者可以采用同一仿真模型進行表達和分析，并在模型下求解接觸碰撞問題。模型主要參數包括零部件所占空間（K）、應力矩陣（e）、零部件受外載荷面積（S）、S外載向量（q）、虛位移（Wu）、零部件相互接觸面積（C）、C 上接觸力（f）等。采用顯式有限元離散后可以得到代數方程組MA=Q+F-E，其中M是質量矩陣，A是系統加速度向量，Q是系統外力向量，F是汽車內部接觸碰撞力向量，E是系統內力向量。

3.3 安全氣囊技術應用方向

安全氣囊技術已經在汽車行駛安全保護中得到了廣泛應用，無數案例證明，安全氣囊的應用可以有效降低發生交通事故時車內成員所受的傷害，對降低交通事故人員傷亡率有顯著作用。隨著安全氣囊技術的研究和發展，現階段安全氣囊技術的應用方向主要集中在以下幾個方面：

1）小型化，通過采用新型發生器，在慢速快速充滿氣囊的要求下，減小尺寸，便于安裝布置；

2）環保型，通過采用對人體無害的壓縮氣體和易于回收處理的材料，提高安全氣囊的環保性，降低環境污染；

3）多樣化，通過安裝不同部位的安全氣囊，為汽車乘員的身體安全提供全方位保護；

4）智能化，開發能夠最大限度保護汽車乘員的安全氣囊系統，在發生碰撞的瞬間，根據碰撞條件與乘員狀態，調節氣囊工作性能。智能化安全氣囊的技術關鍵是利用先進的傳感裝置和電子運算系統，從而在發生碰撞的極短時間內，提供碰撞環境信息，并根據乘員身體位置、是否系安全帶等情況，調節氣囊工作性能，最大化地發揮安全氣囊的保護作用。

4 結語

安全氣囊技術應用了多種高新技術，可以有效保護駕駛人與乘客的安全。通過本文的分析可知，汽車駕駛人和乘客需要認識到安全氣囊技術的重要作用，規范合理地應用安全氣囊；技術人員需要加強安全氣囊技術的研發，更加全面地保障駕駛人員與乘客的安全，提高汽車的安全性能，促進我國汽車行業的可持續發展。

參考文獻

[1] 袁立明.汽車駕駛員安全氣囊靜態爆破仿真與試驗研究[D].長春：長春工業大學，2016.

[2] 徐香芹.基于整車安全性的汽車安全氣囊模塊的試驗研究[D].長春：吉林大學，2015.

[3] 王洪海.汽車智能式安全氣囊控制技術研究[D].長春：吉林大學，2013.