安全气囊原理 深入浅出揭真相！汽车安全气囊工作原理全解析

题记对于车主来说，安全气囊是我司常见的车辆安全配置空。这种高科技的辅助安全装置，在严重的交通事故中，可以大概率挽救驾驶员和乘客的生命。

也许读者朋友们不知道，相比汽车的发明，安全气囊被广泛配备的历史并不算太长。20世纪50年代的一项大胆的发明专利在当时似乎没有实用价值。但是进入21世纪后，它已经广泛应用于汽车上。

正是因为安全气囊和安全带的配合使用，在严重的交通事故中，驾驶员和乘客死亡的可能性降低了67%，每年挽救了数十万的驾驶员和乘客。

在气囊没有被充分证明可靠实用的几十年里，它在不断发展演变的过程中逐渐渗透了大量跨学科的科技成果，成为汽车中科技含量很高的软硬件系统。

为什么我觉得气囊系统结构复杂，设计精巧，高科技含量高？

答案就在这个图文里。本期为您带来对气囊基本原理的分析。与前几年类似，我们将通过视觉图像和实用的分析方法帮助您全面彻底地了解其工作原理。

为了避免技术内容过于复杂，导致读者阅读疲劳，无法全部理解，作者将与气囊系统密切相关的安全带剥离。在这方面，作者可以在以后做专门的图形分析。

我们常说的气囊有一个不可理解的专业名称:

辅助约束系统。

事实上，气囊只是气囊系统的一个组成部分。在统一这个名字之前，厂商也给了它不同的专业描述，比如气垫约束系统，辅助充气约束。

然而，它们本质上是同一种汽车安全设备。

本文将使用众所周知的“安全气囊系统”，而不是其官方名称“辅助约束系统”。

安全气囊系统是汽车被动安全系统中最重要的子系统，其主要目的是在车辆碰撞后约束和缓冲乘客的身体，从而保护他们的人身安全。

它的工作原理也很简单，可以形象地描述为:当汽车发生严重碰撞或倾覆事故时，气囊系统会迅速启动，吹出一个具有软缓冲功能的大“气囊”，与安全带的约束功能相配合，防止驾驶员与车内乘客和物体发生致命碰撞。

根据功能的不同，气囊分为不同的类型，部署在车内车外的关键位置。高端车配备10个以上安全气囊不足为奇。

方向盘上的前气囊恐怕读者朋友都很熟悉。然而，气囊产品根据其功能可以细分为许多类型。本节将对它们进行综合分类，并逐一分析它们的特点。

1.前气囊

前气囊位于汽车的方向盘和仪表板上，在车辆严重碰撞时保护驾驶员和副驾驶乘客。它的保护功能主要是针对来自前方的强烈冲击，这种气囊并不为乘员提供侧向和后方保护。

因为车前碰撞概率最高，所以前气囊在大多数国家属于汽车强制装备的配置！

你会在我们后面的模拟视图中看到它的特点:由于前气囊工作时间很短，展开后排气很快，如果车辆遇到二次碰撞，此时气囊不会有任何保护作用。

前安全气囊可细分为驾驶员座椅安全气囊和乘客座椅安全气囊。

2.侧气囊

通常，侧气囊位于车辆的侧座椅或车门中。当车辆受到强烈的侧面碰撞时，侧气囊会迅速弹出，并在车门和座椅之间的狭窄空间内膨胀和展开。[/k0/]，而且这种气囊保持充气的时间更长。

它的主要作用是为这一侧的乘客提供头部或躯干保护，防止他们与车内物体相撞而受伤。

侧气囊也有自己的功能重点:

有的气囊侧重于对乘客胸部和躯干的侧面保护，有的则侧重于对乘客头部的侧面保护，气囊的另一部分兼有这两种功能。

一些设计精巧的侧气囊组件也可以根据人体侧面不同部位的生理特点，提供不同软硬程度的缓冲。

对于乘客相对柔软的盆腔和小腹，气囊提供了一个平缓的缓冲，而对于有肋骨保护的胸部，气囊提供了一个沉重的缓冲！

气囊分类。

3.侧帘式气囊

侧帘式安全气囊一般布置在车门上方的内饰板内，因其展开后呈细管状，可覆盖整个车窗而得名，类似于窗帘。

它不仅会对碰撞做出反应，而且一些产品对车辆的倾覆也非常敏感。当出现上述两种情况时，侧帘式气囊会从上到下迅速膨胀，重点保护乘客头部。

在各种侧面碰撞和侧翻事故中，侧帘式安全气囊可以将乘客严重脑损伤的死亡率降低45%。

与前气囊相比，这种类型的气囊不仅保持充气时间更长，而且保护范围更大，有些型号甚至可以为多达三排的乘客提供侧面方位保护！

侧帘式气囊通常与上述侧气囊一起使用。

4.膝盖气囊

随着用户对气囊系统的要求越来越高，为驾驶员和乘客提供更全面保护的产品也逐渐配备了汽车。

工程师在对长期碰撞试验和交通事故案例进行统计时发现，虽然前气囊可以很好地保护乘客的躯干和头部，但严重的碰撞几乎总是会对受害者的膝盖造成严重伤害！

膝部安全气囊一般部署在前仪表板，主要作用是防止车辆前部严重变形时，塌陷的仪表板严重挤压乘客的膝部。

5.中央气囊

中央安全气囊可以在车中央膨胀展开，作用是防止乘客因剧烈碰撞而相互碰撞。

6.安全带气囊

安全带气囊设置在安全带上，其主要作用是在被激活和展开后，扩大与乘客身体的接触面积，缓冲安全带收紧后产生的巨大拉力，防止乘客被安全带严重伤害。

7.行人气囊

行人气囊是近几年才出现的气囊产品，只会配备高端豪华车型。它不保护车辆中驾驶员和乘客的安全，其主要作用是在机动车与行人发生碰撞事故时，减少后者的身体伤害。

气囊系统主要由三部分组成:气囊控制单元、传感器和气囊模块。

简单了解本节的基础知识，有助于读者和朋友轻松阅读后面要呈现的模拟演示内容。

1.气囊控制单元

实物气囊电脑

气囊控制单元，俗称气囊计算机，由计算机处理器、存储器、输入输出模块组成，是整个气囊系统的核心控制部件。

这个“大脑”软件编程算法会根据相关传感器传递的信息进行逻辑判断，最终决定气囊是否触发。

此外，气囊电脑还为系统提供备用电源服务，并随时对整个系统进行自诊断。当系统出现故障时，也会记录故障的详细信息，并通过故障灯向用户发出警告。

当然，气囊电脑还负责向其他车载系统发送相关数据。

2.传感器

气囊系统中不同功能的传感器采集的信息是气囊控制计算机在决策时必须依赖的重要基础数据。

根据不同的功能，各种传感器被部署到汽车的不同位置。为了保证安全气囊不会弹出不正确，安全气囊计算机逻辑程序不会因为单个传感器传输的碰撞信息而触发安全气囊弹出！

下面列出了主流气囊系统必须具备的几种传感器:

虽然新旧传感器实现功能的方式略有不同，但所有传感器的共同工作目标是将检测到的车辆物理运动特性转换成电信号，并快速传输到气囊控制计算机。

◥ ACU和安全气囊系统传感器

①外部冲击传感器

作为最直接的碰撞传感部件，外部碰撞传感器安装在车辆前、后、侧的关键轮廓位置。

②加速度传感器

传感器一般布置在车内，通过测量内部小质量的惯性位移，将其运动特性转化为电信号，从而检测加速度的变化。

比如正面碰撞会造成快速减速，侧面碰撞会造成快速加速。

③陀螺仪传感器

陀螺仪传感器测量振动引起的方向变化，将运动特性转换成电信号，输出给气囊计算机。

当装有传感器的车辆翻车时，传感器和加速度传感器的共同信号会被气囊计算机定义为翻车事故，然后侧帘式气囊展开保护乘员。

④座椅占用传感器

在早期的气囊系统中，没有这种类型的传感器，座椅占用传感器用于更精确地控制气囊展开。当座椅上没有乘客时，气囊系统不会启动！

传感器一般部署在前座，其功能是通过电压力传感实现的。

⑤车轮速度传感器

车轮速度传感器被配置成通过电磁信号收集车辆的行驶速度。

车辆是否在运动并超过安全气囊启动的最小速度？

这些信息是气囊电脑进行逻辑运算和判断必须参考的最基本的数据之一！

3.气囊模块

气囊充气过程必须快速准确。

因此，气囊模块不仅是充满气体的弹性气囊，而且结构复杂，由两个主要部分组成:充气机和气囊体:

①充气装置

◥:在启动过程中，两种类型的充气机的点火模式是一致的

虽然安全气囊系统被认为是一种“被动”的安全防护技术，但它的工作原理实际上是“主动”“暴力”的！

点火器是由包在可燃材料中的电阻丝制成，通电时会产生高温，从而点燃强可燃材料。

我们可以形象地把它比作一个微型的“电雷管”，整个充气过程更像是爆炸。其实两者的基本工作原理是完全一致的。

请记住这个比喻，后面会用到。

如上图所示，飞行员的小范围爆炸会突破第一个爆破片，直接导致充气机内大量强易燃化学品的第二次剧烈爆燃，第二阶段爆燃会产生大量氮气，然后涌入气囊。

高压和强气体使气囊瞬间膨胀，冲破容器，平均展开时间只有20毫秒，弹射速度近300 km/h！

要知道人类的眨眼时间大约是200毫秒。以这种部署速度，在人体因惯性而运动之初，就能成功构筑生命防护的软墙！

②气囊体

气囊体结构

为了保证气囊在需要的时候能够顺利展开，气囊体采用抗老化、高耐用的聚酰胺面料，摩擦系数低，而且工厂还在里面预设了润滑粉。

这就是为什么我们看到气囊展开后驾驶室内出现白烟的原因。读者们，这不是火！

气囊体以紧密折叠的方式储存在狭窄的气囊模块中，后部结构被保留以允许气体从排气口逸出，这可用于气囊完全展开后的放气缓冲。

不同类型的气囊触发条件不同。为了节省篇幅，作者在下一节只列出模拟事故现场需要知道的一些触发条件:

提示:请记住，每一个触发条件都不能迫使气囊计算机做出展开气囊的决定！

①速度

还记得我们前面提到的车轮速度传感器吗？

前气囊正面和正面碰撞的绝对触发条件是绝对行驶速度在50 km/h左右或以上。

②角度

对于下一节中的模拟情况，我们将很快介绍的正面碰撞传感器只有在车辆中心线两侧30度碰撞时，才会被系统识别为有效的正面碰撞。

③加速度

我们前面提到的加速度传感器传输数据供气囊计算机参考。

触发条件是碰撞时加速度绝对值在40g以上。

④座位上有乘客吗

装有座椅占用传感器的气囊系统会根据座椅上是否有乘客来决定是否需要打开气囊。

当然，目前汽车安全气囊的触发算法变得越来越复杂，越是高档的多气囊车型，需要综合测量的数据越是详细。本节列出了几个示例性的触发条件，以便读者更全面地理解原理。

最佳认知风格

气囊系统仿真演示

了解了前面几章的内容后，再来看看作者制作的气囊系统动态工作模拟图，相信大家一定能够直观系统的了解其工作原理。

典型正面碰撞交通事故中安全气囊系统运行的◥仿真图

在这起“事故”中，由于司机操作不当，汽车右前侧撞上了高速公路护栏。

碰撞瞬间，右前碰撞传感器因剧烈碰撞率先响应。同时，车轮速度传感器、加速度传感器、座椅占用传感器和其他相关组件也将其捕获的数据传输回气囊计算机。

气囊计算机处理队列中有大量的基础数据，计算机芯片根据这些实时的基础数据和厂商预设的操作规则进行逻辑判断。作者给出了一个生动简单的公式:

①速度条件+②角度条件+③加速度+④座椅上是否有乘客=立即展开前驾驶员气囊

安全气囊计算机立即向指定位置的安全气囊发送激活和展开指令。还记得之前作者让大家记住的“电雷管”吗？

小爆炸会引起另一次更大的爆炸。。。。。。

就这么简单！

通过前面几层基础知识的基础，在这个真正模拟气囊工作原理的环节，不再需要用太多的语言进行分析。

你不仅了解整个系统中各个组件是如何协同工作的，还知道各个组件的内部工作细节！

提示:有时，当我们遇到交通事故时，气囊不会展开。看完这期图文，你脑子里有了触发条件的概念。

有时，并不是车辆故障，而是碰撞结果不能构成气囊展开的综合触发条件。

以下是笔者根据国内车主的不良习惯总结的一些关于安全气囊的实用建议:

1.副驾驶位置不得让儿童使用；

2.在气囊弹出位置，不允许有任何物品盖住它，包括一些花哨的仪表垫、劣质座椅罩、窗帘等。

3.原则上所有气囊部件都不允许修理，即只更换不修理；

4.驾驶时尽量不要把座椅调得太靠前，方向盘要和胸部保持一定距离；

5.喜欢极速越野的读者，请在参加此类活动前关闭气囊系统；

6.当安全气囊故障灯亮起时，请尽快寻求维护支持。

汽车的安全性能已经成为相当一部分消费者买车的首要考虑因素，而安全气囊系统也能从侧面反映车辆的整体安全性。

这个图形例子中的气囊系统只是中等配置水平和高级配置，不仅气囊和传感器多，还要求气囊计算机有更复杂和精细的逻辑算法。

目前已经开发了一些先进的气囊系统，根据事故发生瞬间驾驶员和乘客的具体身体状况，智能控制气囊的展开强度，最大限度地保护驾驶员和乘客。

但无论从哪个方面来说，气囊都只属于辅助约束系统，这也证明了它只是一种辅助安全手段。不系安全带，它的防护性能会大大降低，甚至完全失效！

除了交通事故伤亡的统计，作者只给出了最直接的原因:在气囊的长期实际演变中，有一个分支理论的实践，就是有望完全取代不舒适的安全带，但最终的结果是彻底失败！

所以提醒读者朋友们，如果不系安全带，即使是最高端车型的高级安全气囊系统，也未必能在严重的交通事故中保命！

祝各位读者旅途顺利，一路平安！