汽车安全气囊：减少25%的伤害事故，使用注意事项和优势

发明人：艾伦·博瑞德（Allen Breed）

1968年全球年销售额：100亿美元

全球年销售数量：3.5亿个

最大经销商：奥托立夫公司

气囊是一种可充气的尼龙垫子，用于保护乘客在汽车遭遇碰撞时不受严重伤害。前气囊能将正面碰撞造成的伤害事故减少到20％至25％。正确地与其他安全防护装置（安全带、皮带预紧器、负荷限制器）配合使用，前气囊可以将正面碰撞伤害减少75％。侧气囊可以保护头部，将侧面撞击造成的伤害减少50％。

早期的气囊系统不仅体积庞大，而且使用过程中还会产生一些有害的物质。如，用火药加热氟利昂气体的系统会产生剧毒烟气。

1953年，汽车安全气囊的首批专利之一被授予美国工程师约翰·赫特里克（John Hetrick）。他的设计是，在引擎盖下面放置一罐压缩空气，在整个车辆相应位置放置一些充气袋，碰撞的力量将推动一个滑锤向前输送空气到气囊。1968年，美国化学家约翰·皮兹（John Pietz）发明泰利防御系统，成为采用三氮化钠和金属氧化物作为固体推进剂的先驱。泰利防御系统是第一个采用固体推进剂产生氮气的安全气囊保护系统，很快就取代了旧的系统。

早期使用者

1973年，通用汽车公司第一次率先在出售给政府的雪佛兰汽车上提供了安全气囊，不久后，在通用汽车公司其他品牌和型号的汽车上也选择性地安装了安全气囊。最初的买车人并不愿意为了配置的气囊而多付钱。1984年，汽车行业再次尝试，福特公司将安全气囊安装在Ford Tempo车型上。到1988年，克莱斯勒公司将旗下所有的车型都装上安全气囊，作为所有汽车的标准配置。然而，汽车购买者仍然担心会遭到气囊的二次伤害。1991年，工程师兼企业家艾伦·博瑞德（Allen Breed）申请了一种安全气囊的专利，该气囊在充气时会释放空气，从而降低了气囊的刚性带来的伤害。

假设一辆汽车在湿滑的路上以每小时40千米的速度行驶。突然，车子方向失去控制，撞到了树上。汽车撞到树的那一刻，气囊立即充气放气。工作过程是这样的：车辆周围分布的碰撞传感器检测到速度的突然下降，并向控制单元发送电子信号。控制单元激活引发剂，这是一根细电极，一旦激活就会发热点火。激活的引发剂在充气装置内引起快速的化学反应，产生无害的氮气，使气囊膨胀。当车里的人撞到袋子时，氮气从袋子后面的安全阀口逸出，并排出气体。最初的充气装置使用了三氮化钠作为固体推进剂，但是现在许多制造商使用其他产生较少有害物的化学品。

请注意膨胀的氮气在不到二十分之一秒的时间内就使前气囊膨胀，侧气囊的膨胀速度是前气囊的三倍以上，也就是不到六十分之一秒侧气囊就充满了氮气。气囊保持完全膨胀的时间只有十分之一秒，在撞击之后它几乎以十分之三秒的速度放气缩小。这一系列事件发生得如此之快，以至于大多数人都不记得看到过气囊膨胀。安全气囊是一次性产品，在引爆后必须回到授权的经销商或维修厂家重新更换一个新的安全气囊。

典型的驾驶座保护气囊系统包括充气器、气囊、碰撞传感器、电子控制单元、方向盘连接线圈和指示灯（见图1）。这些部件通过线束相互连接，由车辆的电池供电。控制单元配有备用电源，一旦与汽车电池失去连接时，可迅速切换至备用电源供电。安全气囊系统在蓄电池断电后，点火开关闭合切换至备用电源，由备用电源供电，其持续供电时间在1秒到10分钟之间。

气囊在检测到碰撞后，会以每小时209～322千米的速度膨胀，膨胀为一个充满气体的大枕头，以缓冲乘客所受到的冲击力。

气囊模块位于驾驶座的方向盘上，以及副驾驶座的储物柜上方。侧气囊通常在座位的靠背上。帘式气囊保护头部减免来自侧面碰撞带来的伤害，安装在车门的顶部正上方。一些汽车配有膝盖安全气囊和后排乘客安全气囊，甚至配备了安全带安全气囊。位于汽车前部和侧面的碰撞传感器检测到汽车突然减速，并向控制单元发出信号，相关控制系统根据撞击程度判断是否触发电极激活充气装置使气囊膨胀。这些传感器也被设计来防止气囊在意外情况下膨胀，如汽车遇到颠簸或一个小碰撞的情况。控制单元在每次启动时执行内部“自我测试”，以确保系统正常工作。指示灯通常位于仪表板上，在自我测试期间发光，测试结束时关闭。

研究表明，配备安全气囊的车辆使发生正面碰撞事故时的死亡人数下降了23％。然而，由于气囊膨胀得极快，力量非常大，会导致没有系安全带的驾驶员或乘客头部严重受伤甚至死亡。因此，为了避免充气气囊造成的伤害，专家建议车上乘客系上安全带，至少要远离气囊外壳20厘米远，保持双手和手臂远离气囊的充气路径。专家还警告人们，不要在装有侧气囊的副驾驶座上放置后向婴儿座椅。如果放置在那里，快速充气的气囊就有可能将婴儿座椅弹到正常座椅的后面，这会严重伤害甚至杀死孩子。

大多数与气囊有关的伤害被认为是轻微的，包括头部、面部、颈部或上身的擦伤、瘀伤和割伤。

图1（A）碰撞传感器可以安装在汽车的前部和侧面的几个位置。这些传感器通过线束连接到安全气囊控制单元。控制单元每次启动汽车都要进行系统测试，点亮仪表板上的指示灯。（B）碰撞时碰撞传感器向充气装置发出电火花，引发化学反应，产生氮气，氮气扩散膨胀气囊。

如前所述，气囊系统是由许多部件组成的，本节和下一节都将集中讨论驾驶座气囊模块，并作为所有安全气囊的示例。驾驶座安全气囊模块包含气囊、充气器和推进剂。

气囊是用尼龙或聚酯纤维编织而成，并涂有隔热层以防止在使用过程中被烧焦。织物表层还涂以滑石粉或玉米淀粉，以确保气囊储存时保持柔韧和润滑，不会粘在一起，以便于组装。

充气器本体由冲压不锈钢或铸铝制成，充气器有一个过滤器总成，由中间夹有陶瓷材料的不锈钢网组成。装配充气器时，过滤器组件表面附着一层金属箔片以防止推进剂的污染。金属滤网安放在充气器的内表面，过滤化学反应后燃烧产生的渣粒。

固态推进剂是一种能产生氮气的化学氧化剂，通常放置在过滤器组件和引发器之间的充气罐内。安全气囊中使用的推进剂种类因制造商而异。

通常，推进剂、充气器和气囊等在一起构成安全气囊模块。然而，有些制造商购买现成的零部件，如安全气囊或引发器，然后将它们组装成安全气囊模块。下面将重点描述第一个安全气囊模块的制造过程。

安全气囊系统在点火开关关闭或蓄电池断开后保持备用充电状态。不同型号的气囊，备用电源持续使用时间基本上在1秒到10分钟之间。(www.xing528.com)

1．安全气囊中使用的推进剂种类因制造商而异。一种常见的早期推进剂是三氮化钠和一种氧化助剂的混合物。三氮化钠和助剂从化学品经销商处购买，分别检验，单独储存。

2．使用计算机控制工艺将化学原料进行混合，然后压制成磁盘状或颗粒状储存起来。

充气器组件诸如金属罐、过滤器组件——内嵌陶瓷的不锈钢网和引发器（或点火器）。这些组件是从外部供应商处采购，收货前严格验收。然后将这些组件在高度自动化的生产线上组装为一个成型的充气器。

3．充气器部件与推进剂和点火器结合构成充气器（见图2）。不锈钢充气组件采用激光焊接，惯性摩擦焊工艺是将两种金属互相摩擦加热直至表面相互熔化在一起，惯性摩擦焊主要用于铝质充气器部件的焊接。

图2　推进剂的配制涉及化学原料的混合和再压制——再压制成磁盘状或颗粒状后，添加到金属罐和过滤器中，它们是构成充气装置的一部分。

4．对充气器进行缺陷测试。

5．气囊的原料尼龙或聚酯纤维布料由外部供应商供货，入库前验收检查是否有任何缺陷，然后按照设计图裁剪到合适的形状缝合、铆接，将两边正确地连接起来（见图3）。

图3　气囊部件采用尼龙织物，按照设计图样裁剪、铆接、缝合起来，然后将制作好的气囊仔细折叠，放入塑料模盖内。

6．之后气囊充气时，检查接缝是否有漏气等缺陷。

7．将安全气囊总成安装到测试过的充气机总成上。接下来将安全气囊折叠，并安装一个分离的塑料喇叭垫盖。

8．完成后的安全气囊模块经过检验和测试后，包装在一个盒子里就可运往客户。

显而易见，安全气囊产品的质量控制是非常重要的一个环节，许许多多乘客的生命安全依赖于气囊产品的安全特性。在生产过程中的每个阶段都要不停地进行自动检查，以剔除瑕疵和不合格品。然而质量控制至关重要的两个部分是：（1）点火或推进剂试验；（2）气囊和充气器的静动态试验。

推进剂在装入充气器之前首先要进行弹道测试以预测它们的爆炸结果。从生产线上拉出的一些充气器也要进行测试检查。安全气囊要检查织物本身和缝合线等是否有外观瑕疵，然后再进行气密性测试，检查是否有泄漏。

安全气囊的未来看起来非常有希望，除了汽车市场，还有许多其他应用场所，比如飞机座椅、摩托车手的头盔和夹克防护气囊。随着制造业技术的提高和新材料的运用，安全气囊的成本会更低，价格越来越便宜，重量越来越轻。我们将看到体积更小、集成度更高的安全气囊系统、性能大有改进的传感器，等等。

安全气囊和安全带是一种被动的安全性保护系统，可以为乘客提供有效的防撞保护，如今已经与雷达和自动刹车系统等主动安全系统集成运用在车辆上。未来的安全气囊很可能是一个综合安全系统的组成部分，该系统可以监控车辆周围的环境，并在需要安全气囊打开之前尽可能地防止事故发生。

安全气囊技术在全球范围内的应用也在不断增加，尤其是在亚洲，各国不断建立和健全安全性法规，从而使驾驶员和乘客的人身安全得到更好的保障。在已经普遍使用安全气囊的北美地区，侧帘气囊、头帘气囊、膝部安全气囊、后排座椅安全气囊被引入汽车构件中，推动了安全气囊的发展。

许多制造商现在都使用混合充气器，这种充气器将氩气等惰性气体加压，与少量烟火材料结合在一起，这种充气方式的性能和安全性都优于纯粹的烟火充气。涂层的改进有助于延长安全气囊的使用寿命，并确保安全气囊在储存多年后能够可靠地打开。随着时间的推移，技术的完善将不断地提高安全气囊的可靠性、稳定性和安全性。

先进的智能传感器将根据具体的情况控制安全气囊的展开与否。智能传感器能够感知到驾驶员或乘客的身材大小和体重、座位是否有人乘坐（特别是在乘客座无人的情况下则无须打开乘客侧的安全气囊）。智能传感器能感知车上人员是否系好安全带，以及驾驶员与方向盘之间的距离。改进后的传感器能够防止不必要的安全气囊的开启动作，以便更好地保护车上人员的生命安全，防止气囊给车上人员造成二次伤害。

安全气囊热销

由于撞击事故而打开的安全气囊只能使用一次，所以气囊及其部件包括一个新模块必须按时更换，只是更换部件的费用和人工成本高达数千美元。因为成本太高，安全气囊和模块已经成为小偷们偷窃的热门物品。在黑市上，一个偷来的安全气囊的售价只是新气囊价格的一小部分。信誉不佳的修理店安装盗来的安全气囊可能会向车主或保险公司收取全新气囊的费用。避免被欺骗的一种方法是，要求维修店提供零件收据或产品来自授权经销商的证明。

在美国，每年汽车上有7.5万个安全气囊被偷窃。