安全气囊原理

安全气囊的原理是什么

拓展：安全气囊的工作原理

环球物理 2022-01-08 21:30

车祸发生时，安全带固定住身体，安全气囊为撞击做缓冲，两种设计共同保障安全。

前者的原理很简单，但安全气囊具体是如何工作，如何保护司机安全的？我们尝试着把时间放慢500倍，安全气囊弹出的瞬间应该就是下面这个样子：

安全气囊最早是由赫特里克于1953年8月提出，并获得了美国"汽车缓冲安全装置”专利。是一种被动安全性（见汽车安全性能）的保护系统，它与座椅安全带配合使用，可以为乘员提供有效的防撞保护。

在安全气囊诞生的早期，工程师们尝试用压缩空气给气囊充气，但这个设计有两大弊端——一是，感知器无法准确判断出汽车是否发生了碰撞；二是，相对于车祸后的伤害到达速度，压缩空气填充速度太慢，保护力度不佳。

因此美国工程师 Allen K.Breed 设计了“管内球传感器”提高了感知精度，并用化学炸药“叠氮化钠（NaN3）”代替了压缩空气。

这种固体化学物质被300℃以上的温度触发时，会迅速分解转化为气体，充满气囊——从开始触发，至气囊完全充气，整个过程仅需30毫秒。

然而，这种设计也有两个缺点：叠氮化钠分解后，产生的气体是有毒的；叠氮化钠易吸收水分，如果在设计、制造阶段出现泄漏，安全气囊被触发时，吸水后的叠氮化钠会发生剧烈的爆炸：

气囊弹出时砸到眼镜也会对眼睛造成伤害，别问我怎么知道的。

看明白了吧

开车时没事的话别老是挑战大石头

End

视频作者：Lesics、LearnEngineering

视频翻译：@YouTube精选

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拓展：汽车安全气囊的组成与工作原理

宁静气囊的服从

做为车身被动宁静性的帮助设置装备部署，日渐受到人们的器重。当汽车与停滞物碰撞后，称为一次碰撞，乘员与车内构件产生碰撞，称为二次碰撞，气囊在一次碰撞后、二次碰撞前敏捷打开一个满盈气体的气垫，使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”从而和缓乘员受到的打击并吸取碰撞能量，减轻乘员的伤害水平。

宁静气囊体系的范例

（1）根据气囊的数目分为单气囊体系（只装在驾驶员侧）、双气囊体系（正、副驾驶员侧各有一个宁静气囊）和多气囊体系（前排宁静气囊、后排宁静气囊、侧面宁静气囊）。

（2）按巨细可分为掩护满身的宁静气囊、掩护整个上身的大型气囊和重要掩护面部的小型护面气囊。

（3）根据掩护工具有差别可分为驾驶员防撞宁静气囊、前排乘员防撞宁静气囊、后排乘员防撞宁静气囊与侧面防撞宁静气囊几种。

宁静气囊的构成

机器式SRS重要由传感器、气囊组件、气体产生器等构成。

宁静气囊事情由传感器直接引爆点火，如图所示。

1．传感器

传感器用天检测、果断汽车产生碰撞时的撞击信号，以便实时点爆宁静气囊。传感器按其功效可分为碰撞传感器和保险传感器两种。碰撞传感器卖力检测碰撞的猛烈水平，要是汽车以40KM/H的车速劈面撞到一个不行变形的牢固停滞物上，碰撞传感器便会行动，接通搭铁回路；保险传感器，其闭合的减速率要稍小一些，起保险作用，防备因碰撞传感器短路而造成误膨开。

传感器按其布局可分为机器式、机电式和电子式3种。下面以机器式传感器（偏爱锤式碰撞传感器）为例阐明传感器的事情原理。

机器式传感器一样通常安置在保险杠与挡泥板之间，用来感知低速碰撞的信号。传感器安置在一个密封的防震掩护盒内，当传感器中的重锤的移动速率高于某一特定车速（称为TBD车速）时，重锤便将其机器能直接传给引发器负气囊膨开。

详细的事情原理：汽车正常行驶时，扭力弹簧2将重3、动触头6、12、14定在上止点位置，传感器没有触发信号经给ECU。当汽车碰撞时，减速率所产生的惯性力降服弹簧的扭力而使重锤产生活动，动员触桥5转动，使动、静触头联合。此时，传感器向ECU发出接通辽信号，同时宁静传感器也接通，ECU发出引爆指令。

2．气体产生器

气体产生器又称充气器，用于点兵器引爆点火剂时，产负气体向气囊充气，负气囊膨开。气体产生器用专用螺栓螺母牢固在气囊支架上，装置时只能用专用东西举行装置。气体产生器由上盖、下盖、充气剂和金属滤网构成。上盖上有多少个充气孔，充气尽职尽责有长方孔和圆孔两种。下盖上有安置孔，以便将气体产生器安置到气囊支架上。上盖与下盖用冷压工艺装成一体，壳体内装充气剂、滤网和点器。金属滤网安顿在气体产生器的内外貌，用以过滤充气剂和点火剂燃烧后的渣粒。

现在，大多数气体产生器都是利用热效反响产生氮气而充入气囊。在点兵器引爆点火剂的刹时，点火剂会产生大量热量，叠氮化钠受热立刻剖析开释氮气，并从充气孔充入气囊。

3．点兵器

点兵器外包铝箔，安置在气体产生器内部中间位置。点火剂包罗引爆炸药和引药，引出导线与气囊毗连器插头毗连，毗连器中设有短路片。当毗连器插头拔下或插头与毗连器未完全联适时，短路片将两根引线短接，防备静电或误导电将电热丝电路接通而造成气囊误膨开。

当ECU发出点火指令时，电热丝电路接通，电热丝敏捷红热引爆引药，引爆炸药刹时爆炸产生热量，药筒内温度和压力急剧升高并突破药筒，使充气剂受热剖析开释入气囊。

4．气囊

如前所述，气囊按部署位置可分为驾驶员侧气囊、搭客侧气囊、后排气囊、侧面气囊和顶部气囊等；按巨细可分为掩护整个止身的天型气囊和重要掩护面部的小型护面气囊。护面气囊本钱较低，但肯定要和座椅宁静带共同利用才有掩护作用。由于欧洲车广泛利用宁静带，以是欧洲汽车多接纳小型气囊。美国汽车则针对未利用宁静带计划，接纳开型气囊。

早期利用的宁静气囊是用尼龙织物涂以聚氯丁烯制造而成的。如今的气囊除了基底质料稳定外，有两种根本的计划构想。一是传统的用涂层织物制制品的宁静气囊，通过转变其气道的尺寸来控制其缓冲性巨细；另一种是用具有肯定透气性的不涂覆织物，来控制其缓冲性，但对其透气率有严酷的要求。现在接纳较多的是前一种，大多以防裂性能好的聚酰胺织物制成，内里涂有聚氯丁乙烯。

5．ECU

ECU重要由SRS逻辑模块、信号处置处罚电路、备用电源电路、掩护电路和稳压电路构成，保险传感器一样通常与SRS ECU一起被制作在SRS控制组件中。

（1）SRS逻辑模块。SRS逻辑模块重要用于监测汽车纵向减速率或惯性力是否到达古刹值，控制气囊组件中的点器引爆点火剂。在汽车行驶历程中，ECU不停吸收前碰撞传感器和防护碰撞传感器传来的车速变革信号，颠末数学盘算和逻辑果断后，确定是否产生碰撞。当果断效果为产生碰撞时，立刻运行控制点火的软件步伐，并向点火电路发出点火指令引爆点火剂，点火剂引爆时产生大量热量，使充气剂受热剖析开释气体给SRS充气。

（2）信号处置处罚电路。信号处置处罚电路重要由放大器和滤波器构成，用于对传感器有机化学贩信号举行整形、放大和滤波，以便ECU可以大概吸收、辨认和处置处罚。

（3）掩护电路和稳压电路。为了防备宁静气囊体系元件遭受侵害，ECU中必须设置掩护电路。同时，为了包管汽车电源电压变革时，宁静气囊体系可以大概正常事情，还必须设置稳压电路。

6．SRS警报灯

SRS警报灯位于仪表板上，接通点火开关时，诊断单位对体系举行自检，若SRS警报灯点亮6s后熄灭表现体系正常，若6s后依然闪耀或长亮，表现气囊体系出现妨碍，提示应举行检验。若ECU出现非常，不克不及控制SRS警报灯，SRS警报灯便在其他电路的直接控制下作出非常表现。

机器式SRS事情原理机器式宁静气囊SRS的长处是布局简朴，本钱低；缺点是可靠性差，容易误行动。下面重点先容电子式SRS的事情历程。电子式SRS重要由传感器、气囊组件、气体产生器、电控装置（ECU）等构成，如图

电子式SRS的构成1—中间气囊传感器总成2—前部碰撞传感器（左）3—气囊与充气装置4—螺旋电缆

5—气囊报警灯6—前部碰撞传感器（右）汽车上装有车前与车内两种碰撞传感器位于车前两侧的车前传感器，可包管在正面30范畴内有用地事情。当汽车产生碰撞时，由传感器对碰撞水平举行识别，对付中等水平以上的碰撞，传感器发出信号给ECU，经ECU鉴别后发出点火信号使点兵器工作，气体产生装置在极短的时间内产生大量气体通过滤清器充入卷收在一起的气囊，使其膨胀，如图所示。

宁静气囊SRS事情原理

SRS所用的碰撞传感器，一样通常凭据所负担的使命差别分为车前传感器、中间传感器与宁静感器。

车前传感器用来检测汽车正面低速所受到的打击信号；中间传感器用来检测汽车产生高速碰撞的信息；宁静传感器用来防备体系在非碰撞状态引起宁静气囊误行动。

宁静气囊SRS事情原理图

宁静气囊的事情历程原理

汽车宁静气囊的事情历程如图所示

(1)将从碰撞传感器吸收的电信号传给充气器的引爆剂；

(2)引爆剂像根“电洋火”通电後着火，然後再点燃充气器组件内的扩爆剂，扩爆剂又称为引爆管；

(3)扩爆剂点燃後，点燃主装药主推进剂。传统的主推进剂由氮化钠+氧化剂构成，也有些利用压缩氮气或氩气，另有两种混淆应用；

(4)推进剂燃烧天生氮气流；

(5)敏捷膨胀的气体颠末过滤进入折囊垫，形成宁静气囊雏形；

(6)充气器使充入宁静气囊的气体压力增高，并开始推压宁静气囊饰罩；

(7)宁静气囊饰罩上的压力不停上升，饰罩质料延伸变形和扯破单薄区的接缝；

(8)随着缝隙的出现，饰罩门开启，为充气宁静气囊的喷出提供最佳通路；

(9)气体压力继承增长，宁静气囊伸开至织物绷紧；

(10)乘员打仗和克制宁静气囊，实现宁静掩护；

(11)通过气体的粘性阻尼作用，乘员前移能量被吸取和耗散，宁静气囊中过压气体颠末宁静气囊通气孔排挤而不致伤害乘员。