浅谈安全气囊系统的使用及检测维护

　　1气囊的简介
　　1953年8月18日，J.W.HETRICK取得了第一个美国安全气囊的专利权，但是直至1984年汽车碰撞安全标准(FMVSS208)在美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施。从此以后，安全带、安全气囊、安全的车身结构等在技术上取得了不断突破。
　　在美国，安全气囊是作为被动约束系统开发的，要求安全气囊能够对人体的头、颈、胸部进行全面保护，并且要保护未系安全带的乘员。这种安全气囊产品的明显特征是气袋容积大、点火门槛值较低。
　　欧洲在开发安全气囊产品时，安全带(最初的安全带是由瑞典人发明的)已经强制佩戴，将安全气囊作为辅助约束系统SRS(SupplementalRestraintSystem)。SRS的明显特征是气袋的容积较小，点火门槛值较高。
　　随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶速度越来越快，特别是由于汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，使得事故更为频繁，所以汽车的安全性就变得尤为重要。汽车的安全性分为主动安全和被动安全两种，主动安全是指汽车防止发生事故的能力，主要有操纵稳定性、制动性能、平顺性等;被动安全是指在万一发生严重事故的情况下，汽车保护乘员的能力，目前主要有安全带、安全气垫、防撞式车身和安全气囊防护系统(AirbagRestraintSystem，以下简称安全气囊)等。由于现实的复杂性，有些事故是难以避免的，因此被动安全性也非常重要，安全气囊作为被动安全性的研究成果，由于使用方便、效果显著、造价不高，所以近年来在欧美国家得到迅速发展和普及。
　　随着CMVDR294碰撞安全法规在中国开始实施，国内消费者对汽车被动安全性能的要求也越来越高(在北美，安全气囊是强制性配置，而在欧洲和我国，安全气囊并不作为强制性配置)。现在在我国装车的安全气囊系统，控制单元设置的点火门槛值大部分是按照SRS的设计理念设置的。
　　驾驶员气囊放在转向盘毂内，有一个完整光洁的装饰外罩;乘客气囊则藏在仪表板内，发生前碰撞或近似前碰撞事故时，固装在组件内的气囊以规定方式冲破外罩充气膨胀。
　　在转向盘外壳和仪表板上刻有AirBag或缩写字SRS(辅助乘员保护系统)或SIR(辅助充气保护系统)，表明该车装有气囊。之所以一再强调辅助的字样，是因为该系统是起辅助作用的系统。装有驾驶员用气囊的轿车仪表板上有一个指示灯，向驾驶员表明气囊系统状态，汽车用户手册上说明了该指示灯的功能。尽管汽车厂规定了维护或检查要求，但大多数气囊系统不需要常规维护就能经常处于可使用状态。
　　2安全气囊的作用
　　安全气囊必须与安全带联合作用才可以起到保护乘客的作用。在乘员使用安全带的情况下，气囊有助于减轻胸、头和面部在碰撞时受伤的严重性。
　　在汽车发生前碰撞时，首先是汽车要停止运动，车内乘员的惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动。不佩戴安全带的乘员将会与转向盘、前挡风玻璃相碰，因而可能受到严重伤害;佩戴安全带的乘员将在安全带的作用下，随着汽车停止运动而逐渐停止向前运动。一般说来，车内乘员如果未系安全带的话，在速度为20km/h左右的固定壁障碰撞中就会受到严重伤害;而系了安全带的乘员，在30km/h的固定壁障碰撞中才会受到严重伤害。
　　但当碰撞来得很严重时，乘员向前运动更快，既使佩戴了安全带，在安全带使乘员完全停止运动前，他们仍会与车内物相碰。如果此时装在转向盘或仪表板内的气囊充气弹出，它就可以保护乘员减少其与车内物相碰的可能性，更均匀地分散头、胸的碰撞力，吸收乘员的运动能量，从而起到补充安全带效果的作用。
　　因此气囊主要在缓冲前碰撞或近似前碰撞严重性方面，补充安全带提供保护作用。实际事故统计表明，仅有10%左右的事故能使气囊充气。绝大部分事故都是靠安全带减少乘员受伤危险的。即使在气囊能充气的事故中，佩戴安全带也非常重要，一方面它确保乘员处于可获得气囊最有效保护的位置与姿势，另一方面也减少了充气气囊对乘员面部擦伤的危险。因此，无论车内是否装有气囊，都必须佩戴安全带，气囊只起辅助作用。
　　安全气囊在汽车碰撞事故中对车内乘员具有积极的保护作用，但如果消费者以为车内有了气囊就可以不系安全带，那是十分危险的。在交通事故中，安全带主要保命，而安全气囊能进一步降低受伤的可能。
　　交通事故统计数据表明:三点式安全带+安全气囊的防护效果最好，其有效保护率高达60%;仅使用安全带的情况下，有效保护率为43% 49%;而仅使用安全气囊，有效保护率急剧下降到18%。安全气囊的保护效果主要体现在中等和严重程度的碰撞事故中，而在低速碰撞区域，安全气囊反而有副作用。
　　从救命的角度讲，二三百元的安全带所起的作用，要远远大于二三千元的安全气囊所起的作用。如果不系安全带，气囊起不了多大的作用。因此专家们认为，采取措施提高我国的安全带佩戴率，才是解决问题的根本措施。
　　在设计上，设计者认为气囊安装位置与乘坐者的距离应在300mm以上，至少也要250mm，在这个距离外才是安全而作用最大的。
　　3安全气囊工作原理
　　3.1安全气囊的构成
　　典型的气囊系统包括以下几个组成部分:SRS-ECU，即探测碰撞点火装置或称加速度传感器;气体发生器的气囊(或称气袋);带有预张紧机构的安全带。
　　安全气囊最重要的指标是可靠性，如果不该点火而点火打开气囊称为误点火，如果应该点火而没有点火称之为漏点火，如果点火太晚则称之为迟点火，无论是误点火、漏点火还是迟点火都是不允许的。为了提高安全气囊系统的可靠性，防止电源线在碰撞中断线、电池遭到破坏，系统中备有储能电容或电池，以保证即使掉电也能够打开气囊。为了监测传感器、电子电路、气体发生器，系统一般还有故障诊断模块，并设有信号灯予以显示。
　　3.2气囊工作原理
　　我们可以看出，安全气囊是作用在安全带后的，当安全带的作用不足以保护乘员时，也即当安全气囊电脑探测到的加速度差值在某一段时间内超过某一门槛值时，安全气囊才会发生作用。
　　在所谓发生足够严重的前碰撞或近似前碰撞事故时(相当于以大于16km/h的速度与一刚性壁正面碰撞)，车上的探测碰撞点火装置探测到碰撞引起的突然减速信号，并将其传递给气体发生器的引爆装置，使密封在气体发生器内的物质(目前主要成份为叠氮化钠)引爆后进行快速化学反应，生成氮气，氮气充入一个坚固的纤维编织气囊，在乘员前方气囊充气，充满气囊所用时间不到0.05s。
　　气囊充气前折叠在转向盘毂内和仪表板内，充气时先将保护外罩自动充开。由于乘员和气袋相碰时，因振荡造成乘员伤害，所以一般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，当乘员碰压膨胀的气囊时，囊内氮气排出，原来较热的气体在排出后快速冷却，因此可以很快地吸收乘员的动能，有助于保护乘员。
　　3.3安全气囊打开的必要条件
　　(1)撞击角度和力度决定了气囊是否作用。这就需要车速一般在50km/h以上，但关键因素是碰撞发生时的加速度(过载)。在国家鉴定试验中，碰撞瞬时的加速度约为-40g(g为加速度单位，1个g等于9.8m/s，一般说ng的加速度就是说承受该加速度的物体所受力为其体重的n倍)。据了解要起爆气囊，汽车的减速度至少要达到8 9g，造成人员严重伤害的减速度要达到80 100g，而常见的急刹车减速度一般只有0.6 0.7g。所以，轻微的碰撞、急刹、后碰、侧碰、翻转都不会引爆气囊，只有在车辆正面一定角度范围内才是打开气囊的有效碰撞范围。
　　(2)正面行驶。正面碰撞防护气囊的保护范围是前端左右各60范围内的碰撞(对于哈飞赛马车正面碰撞防护气囊的保护范围是前端左右各30范围内的碰撞)，对于侧面碰撞、与护栏刮擦、翻车等事故，正面碰撞防护气囊不会启爆。这是因为在侧碰(或碰撞时两车轴线角度超出范围)时，车体正面感受的加速度变化只是一个分量。
　　(3)碰撞物体为刚性墙壁或障碍物。
　　(4)打开时间在碰撞发生后的几十毫秒内。
　　(5)碰撞物体的刚性。定义气囊起爆的碰撞车速是在试验室中车辆对刚性固定壁障碰撞的速度，该速度值与实际交通事故中根据车身变形量推算出的等效固定壁障碰撞速度相当。
　　车辆以50km/h撞向墙壁和撞向沙堆的效果截然不同，因此50km/h只是相对速度，只有当实际碰撞满足条件时，安全气囊才会自动打开。赛豹车的车辆说明书中对气囊的描述:以高于25km/h车速正面撞击到混凝土之类的硬墙壁上时气囊起爆，保护车内乘员。
　　这里的25km/h车速是指碰撞车速，即碰撞时，车辆与障碍物件的相对速度，而不是汽车的行驶速度。追尾时，由于前车的缓冲作用，所以追尾车并非撞到刚性体上，被追尾时情况类似。这也就是有的车辆以100多公里的时速追尾后气囊未爆的原因。
　　(6)并非所有的严重碰撞都能打开安全气囊。轿车的刚度分布是不均匀的，车辆抵抗碰撞的主要构件是保险杠高度平面内的车身前纵梁。当发生钻入碰撞(最典型的是轿车与没有后下部防护装置的大型载货车发生追尾碰撞)时，车身上部发生碰撞，很大的变形造成乘员室严重侵入，威胁乘员生存，但是冲击减速度很小，不足以达到气囊启爆的门槛值。
　　(7)气囊是人身保护的最后一道防线。
　　大量试验表明，在碰撞中，方向盘对人的伤害最大，而且这种伤害是头、胸部的伤害，重伤的几率很高。
　　安全气囊的设计主要是为了保护驾驶员。在轻度碰撞的时候驾驶员不会受伤，因为有安全带在，从气囊设计来讲没有必要打开。很多消费者撞了车之后说为什么气囊没有打开，绝大多数情况驾驶员或者车里的乘员没有受很严重的伤害，没有受到伤害的时候就没有必要打开气囊。没有受到伤害就不需要保护，气囊是汽车出现严重事故时保护驾驶员的最后一道防线。
　　4安全气囊在使用中遇到的问题
　　4.1烟和粉末
　　气囊充气时不会燃烧或破裂，由于化学反应而产生烟和粉末状残渣，其成分大部分是烟粉或滑石粉与钠的化合物，对人体无害。这些粉末用于防止折叠在组件内的气囊自身粘结，有助于充气时膨胀，充气后生成的微量氢氧化钠粉末与空气中水分相互作用，很快生成碳酸钠和碳酸氢钠(小苏打)。皮肤或眼睛如与沉淀物接触，可能有短时间刺激感，但不会对健康产生危害。
　　气囊充气后，在乘客舱内将有检测不出的微量叠氮化钠残留物存在。叠氮化钠(NaN3)是气体发生剂的主要成份，其固体状态有毒，但它密封在一个很结实的金属容器内，乘员或救援人员不可能接触这种化学物质。发生碰撞事故时，传感器发出的电信号引爆气体发生剂，叠氮化钠发生化学变化，转变成无毒的氮气和二氧化碳，用于给气囊充气。
　　4.2意外充气放出
　　触发气囊充气的传感器是感知减速度的开关，它仅能被严重的前碰撞或近似前碰撞所激发。猛烈关门、坐在转向盘毂上、用手摇动保险杠、在高低不平路面上行驶等都不会产生足以激发气囊充气的减速度，气囊决不可能意外充气。传感器也能准确鉴别汽车紧急制动与严重前碰撞或近似前碰撞的差别，实际上，制动系统能产生的最大减速度仅仅为激发气囊充气所需的1/10。
　　4.3气囊充气后驾驶汽车
　　气囊充气后，人体碰压使其很快泄气，只要汽车仍然能行驶，驾驶员就能继续操纵带有瘪气囊的转向盘。显然，在这种情况下行驶是危险的，只能在应急时这样做，而且应尽快把车送到修理厂去。
　　4.4气囊充气对眼镜的损坏
　　由于乘员与充气气囊相碰，可能使眼镜架折弯、损坏甚至断开，造成面部轻伤，但眼镜片不会破碎或伤及眼睛。
　　4.5气囊充气的声音
　　当安全气囊爆开时，还会于0.1s内产生相当于150 170dB的噪音，但持续时间极短，以致大多数乘员都没注意到。因为实际碰撞的声音几乎完全淹没了气囊充气的噪音。在试验和实际使用中，从未有任何乘员听力受损的报导，有些人反映，气囊充气后，他们的耳内有鸣响，不过很快就会消失。
　　4.6在装有气囊的车室内放置物品
　　在气囊的前方、上方或近处放置的任何物品都有可能妨碍气囊充气或被抛射出去，在车室内安装收音机、CD机等附件时，要遵照汽车厂的规定，否则会影响气囊工作。
　　4.7碰撞损坏汽车上的气囊
　　如果在由于碰撞而严重损坏的汽车上有未引爆充气的气囊，那么可能该气囊的电路系统有故障，以致没有电信号传给气体发生器，此时应首先断开电源线。但考虑到气囊系统有能量延迟特点，即在电源失效情况下也能在短时间内具有可以引爆充气的能力，因此在发生碰撞事故后不久，不要靠近或放置物品在未充气气囊旁边。在装有气囊的汽车着火时，当气囊组件的温度达到150 左右时，气囊也会自行充气。
　　已充过气的气囊组件没有任何危险性，拆除后可按一般废物处理。
　　4.8气囊系统的更换
　　在碰撞后可修复的汽车上，必须更换已充过气的气囊系统。任何气囊系统都是与某一特定车型的碰撞特性及乘员舱尺寸相匹配的，因此，只能更换专门为该车型设计的气囊系统。
　　4.9气囊与儿童约束
　　乘坐汽车的儿童应使用合适的儿童保护装置，在装有气囊的汽车上尤应如此。由于气囊充气可能对前排儿童产生意外危险，所以最好把儿童安排在后座椅上。
　　4.10气囊的点爆和展开
　　由于气囊的点爆和展开是针对78kg男性假人采取正确坐姿，佩戴安全带在汽车碰撞时的惯性运动状况设计的。一般气囊系统不会识别乘员的尺寸、重量、是否离气囊装饰板盖太近而确定强充气、弱充气或不点爆充气。从安全气囊的工作原理来看，安全气囊并不完全安全，它燃爆时的冲击力不亚于一次轻微的交通事故。如果不佩戴安全带，驾乘者就会由于巨大的惯性而过早地冲向未充满的安全气囊，这时就会发生意外中的意外，安全气囊反而起了负面作用。安全气囊的瞬间爆发力是惊人的，足以击断驾乘者的颈椎。
　　据计算，若汽车以60km/h行驶，突然的撞击会令车辆在0.2s之内停下，而气囊则会以大约300km/h的速度弹出，这个弹出产生的撞击力约有180kg。头部、颈部等人体较脆弱的部位很难承受这么大的冲击力。因此当身材矮小的妇女和儿童或驾驶员距离转向盘、仪表板、前挡风玻璃过近时，气囊仍然正常点爆，就会弹伤甚至弹死这些乘员。此外，安全气囊若要真正起到安全的作用，弹出的角度、力度都要经过精确计算，稍有差错就可能酿出一场悲剧。
　　据天汽前副总工程师胡亚庄介绍，美国最初的一批安全气囊救活的人和误死的人(儿童和个子小的成人)一样多。目前，双级安全气囊和智能安全气囊已出现在某些汽车上，它们可根据不同程度的碰撞和乘员的体重与身材做出不同的判断，进一步降低了碰撞给不同驾乘者带来的伤害。
　　业内人士形象地将其解释为，以较小损伤抵消较大伤害，所以安全气囊并非越敏感越好，动不动就燃爆的安全气囊不仅起不到保护作用，还将耗费大量资金用于更换新气囊。
　　5安全气囊的维护
　　(1)切勿在气囊袋盖上或周围放置物体或企图将它打开。
　　(2)切勿修改属于安全气囊系统的零件及线路，切勿自行更改前保险杠及车辆前部车身结构。
　　(3)在安全气囊膨胀过后，可将展开的气囊折叠好放置于方向备用盖口及仪表板内，应尽快更换。
　　(4)打开点火开关后，诊断装置会开启安全气囊指示灯6 8s，然后自动熄灭。安全气囊指示灯不亮，或闪烁不定，或持续亮着，说明安全气囊系统有故障。
　　(5)维护操作时应首先将电瓶线负极拆下，等待60s后进行，另外，需将拆下的负极线用绝缘胶布包好以便绝缘。
　　(6)在喷漆操作时，应将SRS-ECU，时钟弹簧，安全气囊模块，带预紧机构的安全带等部件拆下，以下是各部件正常工作的极限温度:SRS-ECU，时钟弹簧，安全气囊模块等为93 ;带预紧机构的安全，温度为90 。
　　(7)安全气囊维修好后一定要用检测仪清除故障码，否则，故障指示灯会亮。
　　6安全气囊系统检测与故障排除
　　以赛豹车HFJ7161为例，详细介绍安全气囊系统的检测与故障排除方法。
　　(1)赛豹车安全气囊系统分驾驶员侧安全气囊(正驾驶)和副驾驶安全气囊(副驾驶)两部分。
　　正驾驶。气囊和方向盘饰盖通过铆钉铆合在一起，因此，外形与赛马车的有很大差别，但气囊在方向盘上的安装方式与赛马车相同(通过3个M5螺母将气囊模块安装到方向盘上)，所以该部件与赛马车件不可能替换，该气囊同样是电子式气囊(与赛马车类型同)，该方式执行可靠，反应迅速，模糊区小(可起爆可以不起爆的区域)。
　　副驾驶。结构与赛马车相差较多，一方面，由于仪表板与赛马车相差远，因此，气囊的饰盖与赛马也完全不一致，饰盖与气体发生器的连接也不一样，赛豹车通过拉带将两部分连接在一起，而赛马车发生器的支架上有倒钩直接连接气囊的饰盖;赛豹车副驾驶安全气囊的安装是4个螺栓，而赛马车是两个，但螺栓大小一样。总之，外形相差很多，很容易辨认。
　　(2)哈飞赛豹安全气囊诊断通讯协议为ISO9141。
　　(3)安全气囊安装完成后，将点火开关置于ON位置，接通安全气囊系统电源，此时仪表板上的安全气囊系统警告灯应闪烁6次后熄灭(总的持续时间大约6s)，表明安全气囊系统已能正常工作。
　　(4)下列情况，则需对安全气囊系统进行检测与故障排除。
　　安全气囊系统警告灯持续点亮6s后熄灭，表明ECU内已有故障记录，这样的故障记录是可清除的，用诊断仪进行清除后可恢复正常。
　　安全气囊系统警告灯一直持续点亮，表明安全气囊系统有故障，或可清除的故障记录超过5次。此时需要检测ECU的故障记录，查明系统故障所在并排除故障。在进行排除故障的过程中一定要切断安全气囊系统的电源，并至少停顿60s后再进行操作。
　　有明确的故障状态的微处理器不能行使职责，因而不能控制警告灯工作。在这种情况下，警告灯将不顾微处理器通过适当的电路直接点亮。
　　故障诊断基本流程:
　　当故障确定后，ECU要在EEPROM中存储相应的代码、首次的判断时间、最后的判断时间和发生的次数。
　　ECU最多能存储6个故障，包括电压太低故障和两个碰撞记录(正侧和侧面)。
　　当ECU从诊断测试仪(Hi-DSTM)接收到经过串行接口过来的清除故障代码命令时，ECU内的故障代码被清除。但是，如果故障记录为一个内部故障代码或一次碰撞被记录，它将不执行这个清除命令。
　　给ECU供电的电池失效:警告灯通过自签灯驱动功能连续地打开。
　　失去内部工作电压:警告灯连续地打开。
　　看门狗触发失败引起的重新设置:警告灯闪烁。
　　微处理器不工作:警告灯连续地打开。
　　ECU连接器不完全的插入:警告灯通过短路棒连续地打开。
　　7结论
　　随着科学技术水平的不断发展，各种舒适、方便、快捷等优越性能的气囊将会逐步装备到汽车上，最大限度地满足人们对它的要求，使得汽车的安全性得到进一步的完善。尽管安全气囊是保护汽车乘员免受伤害的重要措施之一，但是还必须牢牢记住乘员的安全是由汽车的整体安全性能决定的，更是由乘员的安全意识来决定的。也就是说，安全驾驶才是第一位的，是任何先进的安全装置都无法替代的，因此汽车乘员即使在装有安全气囊的汽车上也要应用其他的安全措施，以使乘员得到最佳的保护措施。