汽车电气设备结构与拆装：安全气囊的工作过程

2023-08-27 理论教育版权反馈

【摘要】：碰撞约60 ms 后，驾驶员头部及身体上部压向气囊，气囊背面的排气孔在气体和人体压力作用下排气，利用排气节流作用吸收人体与气囊之间弹性碰撞产生的动能。碰撞约110 ms 后，大部分气体已从气囊逸出，驾驶员身体上部回到座椅靠背上，恢复汽车前方的视野。由此可见，在安全气囊系统动作过程中，气囊动作时间极短。8-2车辆碰撞后安全气囊打开过程

1.碰撞过程

物体受到作用时间极短的力而改变其运动状态的现象在物理上称为“碰撞”。

我们对碰撞过程做以下分析：在汽车匀速行驶时，假设碰撞到垂直平坦、既不移动也不变形的刚性壁面上，那么，可以认为汽车的动能只消耗在汽车结构的塌陷变形上，初始时，汽车的速度等于初速度，而塌陷变形与减速度均为零，此时的碰撞称为“一次碰撞”。

一次碰撞后，汽车速度下降，但车内乘员由于惯性的作用，仍以原来的初速度向前运动，即与汽车室内固定物体产生相对位移和相对速度。因乘员的相对位移受到室内物体的限制，即乘员以一定的相对速度与室内物体接触，产生另一次碰撞，通常称为“二次碰撞”。

由此可见，一次碰撞没有直接造成人员受伤，而二次碰撞才是乘员受伤的原因。由于乘员身体的不同部位与汽车室内的距离不同，故身体的不同部位在汽车室内的相对移动和二次碰撞发生的时间也不相同。如乘员膝部首先与仪表板下部接触，继而是胸部与转向盘接触，最后是头部与风挡玻璃接触。

2.工作过程

当汽车的速度超过30 km/h 而发生前碰撞事故时，装在汽车前端的碰撞传感器和装在汽车中部的安全传感器可检测到车速突然减速，由碰撞传感器将撞击信息传给电子控制单元（ECU），经微处理器判断撞击的严重程度，并在几毫秒内决定是否开启气囊。若需要则发出点火信号，使气体发生器在极短的时间内向气囊充气（气体的数量是经过严格设计计算的），人体脸部一旦接触气囊，气囊的泄气孔就会逐渐泄气，从而起到对驾驶员和乘员的缓冲保护作用。

8-1　安全气囊系统工作过程

德国博世公司在奥迪轿车上进行试验，当汽车以50 km/h 的车速与前面的障碍物碰撞时，安全气囊的动作时序为：

（1）碰撞约10 ms 后，安全气囊系统达到引爆极限，气囊组件中的电雷管引爆点火剂并产生大量热量，使充气剂（叠氮化钠药片）受热分解，驾驶员尚未动作。

（2）碰撞约40 ms 后，气囊完全充满，体积最大，驾驶员向前移动，安全带倾斜系在驾驶员身上并收紧，部分冲击能量已被吸收。

（3）碰撞约60 ms 后，驾驶员头部及身体上部压向气囊，气囊背面的排气孔在气体和人体压力作用下排气，利用排气节流作用吸收人体与气囊之间弹性碰撞产生的动能。

（4）碰撞约110 ms 后，大部分气体已从气囊逸出，驾驶员身体上部回到座椅靠背上，恢复汽车前方的视野。

（5）碰撞约120 ms 后，碰撞危害解除。

由此可见，在安全气囊系统动作过程中，气囊动作时间极短。从开始充气到完全充满的时间约为30 ms，从汽车遭受碰撞开始到气囊收缩为止的时间约为120 ms，而人的眼皮眨一下所用的时间约为300 ms。因此，安全气囊动作的状态和经历的时间无法用肉眼来确认。

由于碰撞时间极短，碰撞力极大，在这极短的时间内使汽车改变运动状态，其减速度极大。汽车以50 km/h 的速度碰撞，碰撞前的速度是13.9 m/s，如果按作用的时间约1 ms 计算，则其减速度为13 900 m/s2。此时质量为1 kg 的物体受到的力约为13 896 N。汽车碰撞后速度为零，在这一瞬间，车内乘员仍以13.9 m/s 的速度前进，最后撞到转向盘及车厢等物体上而停下来，乘员因此可能受到严重伤害。

在汽车碰撞至乘员碰撞之间有一时间间隔，约50 ms，为安全气囊系统提供了工作时间，气囊在约30 ms 的时间内被充满气体，在乘员前面形成一道柔软的弹性屏障，弹性体使力的作用时间延长，因而使减速度值减小，作用力也减小，柔软接触面使力的作用面积加大，防止作用力集中压在乘员头部等凸出部分。

8-2　车辆碰撞后安全气囊打开过程

汽车电气设备结构与拆装：安全气囊的工作过程

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