【文章內(nèi)容簡介】 有效消除間隙，可以提高安全帶的作用。預(yù)緊式安全帶是在普通安全帶上增加預(yù)緊器構(gòu)成的。預(yù)緊器可以與鎖扣結(jié)合在一起(鎖扣預(yù)緊器)，也可以與卷收器結(jié)合在一起(卷收器預(yù)緊器)。下面就以預(yù)緊式安全帶為例介紹一下安全帶的組成結(jié)構(gòu)。1．鎖扣預(yù)緊器鎖扣預(yù)緊器結(jié)構(gòu)如圖 23 所示，使用火藥作為動力。鎖扣上面與織帶相連，下面由鋼絲繩與預(yù)緊器內(nèi)的活塞相連。發(fā)生碰撞時，通過點火設(shè)備點爆安裝在預(yù)緊器上的火藥，火藥燃燒產(chǎn)生氣體充入氣室內(nèi)?；钊跉怏w的壓力下向右移動，通過鋼絲繩將鎖扣向下拉回約 80mm，消除安全帶與乘員間的間隙。在活塞中安裝有鋼球，使得活塞只能向右移動，防止在安全帶的拉力下活塞向左移動。圖 23 鎖扣預(yù)緊器結(jié)構(gòu)示意圖2．卷收器預(yù)緊器安裝在卷收器的側(cè)面，使用火藥作為動力。發(fā)生事故時，點燃火藥，推動齒條移動，從而帶動卷收器回卷，如圖 24 所示。發(fā)生碰撞時，預(yù)緊式安全帶的傳感器一旦檢測到前方碰撞高于規(guī)定值，電力信號即被傳送到動力裝置的電子點火器，完成預(yù)拉緊式安全帶的啟動。在乘客因碰撞向前方移動之 設(shè)計（論文）專用紙 12前，預(yù)緊式安全帶收緊并保持該狀態(tài)。使乘客能夠牢固地坐在座椅上。當(dāng)安全帶尚未松弛時，安全帶約收緊約 50mm，若安全帶多少有些松弛的話，安全帶最大會收緊約 100mm。另外，安全帶的拉緊負(fù)荷設(shè)置在不會傷害乘客的程度。圖 24 卷收器預(yù)緊器結(jié)構(gòu)示意圖 汽車安全帶的作用及其保護(hù)機(jī)理1．安全帶的作用安全帶的主要作用在于事故發(fā)生時，將駕乘人員牢牢地拴在座椅上，防止二次碰撞，避免造成人員與車體其他部位的碰撞傷害，同時它的緩沖作用能吸收大量的動能，降低事故對駕乘人員的傷害程度 [6]。安全帶是最典型的被動安全裝置，它可對駕乘人員進(jìn)行系絆約束和相對固定，能有效地減輕交通事故發(fā)生時乘員與車身的碰撞的幾率，并將乘員的損傷程度降至最低，其工作原理很簡單，緩拉時無阻力，急拉時可鎖緊。即當(dāng)車輛出現(xiàn)緊急制動、正面碰撞或發(fā)生翻滾時，乘員會使安全帶受到快速而猛烈的拉伸，此時卷收器的自鎖功能可在瞬間卡住安全帶，使乘員緊貼座椅，避免乘員身體沖出座椅與車內(nèi)飾件發(fā)生二次碰撞。安全帶作為主要的乘員約束保護(hù)裝置，是目前最有效的安全設(shè)備，其單獨使用時可以減少 42％左右的死亡率 [7]。事實證明。在正面碰撞、追尾碰撞及翻車事故中。普通安全帶對乘員保護(hù)效果很好，尤其是對乘員頭部，胸部的保護(hù)。為了進(jìn)一步降低碰撞時乘員 設(shè)計（論文）專用紙 13的“潛水”現(xiàn)象(即乘員沿座椅下滑 1 造成的腹部傷害，目前很多汽車生產(chǎn)廠采用織帶預(yù)張緊器或織帶夾緊裝置的安全帶 這種安全帶同改進(jìn)的座椅結(jié)構(gòu)及安全氣囊相接合，便可大大提高對乘員的保護(hù)性能2．保護(hù)機(jī)理在典型的安全帶系統(tǒng)中，安全帶與一個卷收器相連，卷收器中的核心元件是卷軸，它與安全帶的一端相連。在卷收器內(nèi)部，一個彈簧為卷軸提供旋轉(zhuǎn)作用力( 或扭矩) 。它會旋轉(zhuǎn)卷軸，以便卷起任何松弛的安全帶。當(dāng)拉出安全帶時，卷軸將逆時針旋轉(zhuǎn)，并使相連的彈簧也沿相同方向旋轉(zhuǎn)。若松開安全帶，彈簧將收緊，并順時針旋轉(zhuǎn)卷軸，直至使安全帶張緊。目前安全帶多配有預(yù)緊器系統(tǒng)來收緊安全帶，在發(fā)生碰撞時收緊安全帶的松弛部分。一些較高級的安全帶系統(tǒng)使用負(fù)載限力器來盡可能減少安全帶造成的傷害。當(dāng)有巨大的作用力施加到安全帶上時，額外釋放更多安全帶 [6]。 預(yù)緊式安全帶與普通安全帶的比較預(yù)緊式安全帶是在普通安全帶上的改進(jìn)，預(yù)緊式安全帶與普通安全帶見表 21。預(yù)緊式安全帶不僅為乘員提供了最為可靠的安全保障，而且由于它確保了乘客正確的坐姿，也是安全氣囊能否正常發(fā)揮作用的關(guān)鍵。當(dāng)發(fā)生正面碰撞時，預(yù)緊式安全帶能夠在瞬間收緊，使乘客能夠牢固地坐在座席上，從而進(jìn)一步提高了安全帶的功效。采用預(yù)緊裝置，不僅達(dá)到了使用簡單、舒適的效果，而且可以進(jìn)一步提高保護(hù)效果。如果同時使用預(yù)緊式安全帶與安全氣囊系統(tǒng)，則能夠進(jìn)一步提高對乘客的保護(hù)效果。表 21 預(yù)緊式安全帶與普通安全帶的比較普通安全帶 預(yù)緊式安全帶有無預(yù)緊器 無預(yù)緊器 采用了鎖扣預(yù)緊器或卷收預(yù)緊器結(jié)構(gòu)方面卷收器的功能 卷收器只有收放織帶的功能除了有收放織帶的功能外，還有預(yù)拉緊及當(dāng)車速發(fā)生急劇變化時快速鎖緊安全帶的作用。 設(shè)計（論文）專用紙 14有無氣體發(fā)生劑與引發(fā)劑 無，所以無一定的使用期限有，有一定的使用時間，有效期滿必須更換。安全帶的效能安全帶與人之間總有一定的間隙，從而減小安全帶的有效作用范圍，降低安全帶的效能可在碰撞達(dá)到一定強(qiáng)度時，啟動預(yù)緊器，有效消除間隙，可以提高安全帶的作用。適用范圍 一般車均可使用只允許安裝在為其設(shè)計和制造的汽車上，不允許隨意改裝在其他汽車上。 汽車安全氣囊保護(hù)技術(shù)當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時，可有效地減少地乘員傷害，同時因其價格適中，因而得到了迅速的發(fā)展和普及。汽車安全氣囊的基本思想是：在發(fā)生第一次碰撞后第二次碰撞前，迅速在乘員和汽車內(nèi)部構(gòu)件之間插人一個充有氣體的氣囊，讓乘員“撲” 在氣囊上, 通過氣囊上的排氣節(jié)流阻力吸收乘員的動能，使猛烈的第二次碰撞得以減緩，以達(dá)到保護(hù)乘員的目的 [8]。 汽車安全氣囊的保護(hù)思想如圖 25 所示，氣囊的基本保護(hù)思想是：在發(fā)生碰撞后迅速在乘員和車內(nèi)部件之間打開一個充滿氣體的袋子，讓乘員撲在氣袋上，以達(dá)到保護(hù)乘員的目的。圖 25 氣囊的基本保護(hù)思想示意圖 設(shè)計（論文）專用紙 15 汽車安全氣囊的組成結(jié)構(gòu)及其工作原理1．安全氣囊組成如圖 26 所示，安全氣囊系統(tǒng)主要由傳感器、控制器、氣體發(fā)生器和氣袋等組成。傳感器感受汽車碰撞強(qiáng)度并將其傳給控制器，控制器進(jìn)行判斷并在適當(dāng)時機(jī)發(fā)出點火信號觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器點火后迅速產(chǎn)生大量氣體展開氣袋。從而達(dá)到保護(hù)乘員生命安全的目的。圖 26 氣囊系統(tǒng)工作原理圖2．傳感器（1）傳感器的種類如圖 27 所示，目前主要有機(jī)械式、機(jī)電式、電子式等幾種。其中電子集成式集成度高，其內(nèi)部集成有加速度傳感，低通濾波器，溫度補(bǔ)償?shù)饶K；接口簡單，可靠性高；具有自測試功能，可及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。是目前廣泛應(yīng)用的一種。（2）傳感方式傳感方式有多點式和單點式。目前正在使用的多點傳感式安全氣袋系統(tǒng)的典型配置，共有三個傳感器：一個機(jī)電式左檔板傳感器，一個機(jī)電式右檔板傳感器和診斷模塊中的一個電子傳感器。司機(jī)側(cè)和乘客側(cè)各有一個氣袋。兩個檔板傳感器中只要有一個閉合，診斷 設(shè)計（論文）專用紙 16模塊就對電子傳感器送來的信號進(jìn)行處理和判斷，當(dāng)認(rèn)為有必要點火時，就發(fā)出點火信號使氣袋充氣 [9]。目前，由于點爆控制算法越來越完善，單點傳感式氣袋系統(tǒng)正在逐步取代多點傳感式氣袋系統(tǒng)。3．控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是氣袋系統(tǒng)的核心部件，其控制機(jī)理是各生產(chǎn)廠家嚴(yán)格保密的核心技術(shù)。氣袋控制系統(tǒng)要能準(zhǔn)確判斷出正撞、偏撞、斜撞、撞樹等各種復(fù)雜情況的碰撞強(qiáng)度，并準(zhǔn)時點爆氣袋?？刂葡到y(tǒng)主要有機(jī)械式 、 模擬電子式 、智能式幾種。機(jī)械式控制系統(tǒng)主要用于低成本的氣袋系統(tǒng)，應(yīng)用正在減少?，F(xiàn)在大部分都采用帶微處理器的智能控制系統(tǒng)，對電子式傳感器測量得到的信號進(jìn)行處理，輸出點爆信號。其原理框圖如圖 28 所示的安全傳感器是一機(jī)電式傳感器，如圖 29 所示，它在不低于 3g 的加速度時閉合，主要是為了提高系統(tǒng)的抗干擾性。氣袋控制器一般具備如下特性：①在不影響系統(tǒng)可靠性的前提下，盡量采用集成元件，元器件的個數(shù)應(yīng)盡量少；②元件及電路應(yīng)為可在線測試的；③減少耗電，使系統(tǒng)在主電源掉電情況下可繼續(xù)工作；④儲存故障代號，以備事后診斷。圖 27 傳感器種類示意圖 設(shè)計（論文）專用紙 17圖 28 智能式傳感器原理框圖 圖 29 安全傳感器示意圖4．氣袋的形式如圖 210 所示，氣袋的形式有兩種：一種體積比較大，即使乘客不系安全帶也能起到良好的保護(hù)作用，主要在美國市場，因為美國法規(guī)對安全帶的佩戴沒有強(qiáng)制性；一種體積較小，與安全帶配合使用，是將安全氣袋與三點式安全帶共同組成一個乘員保護(hù)系統(tǒng)使之達(dá)到最佳的乘員保護(hù)效果。這種氣袋主要在歐洲市場應(yīng)用，因為歐洲對安全帶的佩戴有強(qiáng)制性要求。 設(shè)計（論文）專用紙 18圖 210 氣袋形式示意圖5．氣體發(fā)生器氣體發(fā)生器有壓縮氣體式(冷式)、燃燒式( 熱式) 、混合式三種。壓縮氣體式(冷式) ：主要與機(jī)械式傳感器及控制器連用。由于其產(chǎn)氣量少、　充氣速度慢等缺點，應(yīng)用較少。燃燒式( 熱式 )：如圖 211a 所示，通過燃燒劑燃燒產(chǎn)生大量氣體，產(chǎn)氣量大，容易控制，應(yīng)用較多。燃燒劑有疊氮化鈉等種類。疊氮化鈉燃燒產(chǎn)生無害的氮氣，但產(chǎn)生大量的熱量和固體顆粒，所以要采取降溫、過濾等相應(yīng)措施。為防止火藥產(chǎn)生的熱量對乘員造成傷害，有些氣袋內(nèi)部涂有隔熱涂層。疊氮化鈉融于水后有毒，對環(huán)保不利。各氣袋生產(chǎn)廠家都在發(fā)展新型的燃燒劑?？扇?xì)怏w式是其中的一種，它將氫氣和氧氣按一定比例混合加壓儲存在儲氣瓶中。它燃燒后產(chǎn)生水，沒有固體顆粒，燃燒前也沒有害，是一種理想燃燒劑?；旌鲜剑喝鐖D 211b 所示，是用少量的燃燒物質(zhì)產(chǎn)生足夠的熱量，使得壓縮氣體迅速膨脹而充滿氣袋。其產(chǎn)氣量大，而產(chǎn)生的熱量少，是今后的發(fā)展方向。 設(shè)計（論文）專用紙 19混合型氣體發(fā)生器性能上的優(yōu)勢：①對溫度的敏感性較低，低溫條件下性能變化不大；②通過調(diào)整，容易滿足客戶對峰值壓力、壓力上升曲線、溢出氣體的速度等性能的要求；③對環(huán)境有利。無毒性材料；優(yōu)異的抗老化性能； ④氣體發(fā)生器表面溫度低。在氣體發(fā)生器作用后，其表面溫度至多上升 75 度，塑料件可與氣體發(fā)生器接觸；⑤溢出的氣體無害。產(chǎn)生的少量非毒性顆粒，92％的顆粒是 KCl，產(chǎn)出的顆粒濃度比采用疊氮化鈉等燃燒劑的熱式氣體發(fā)生器低；⑥ 優(yōu)異的燃燒劑抗老化性能。在車體中 15 年無變化，推進(jìn)劑不會吸濕。⑦氣體發(fā)生器有單級和兩級氣體發(fā)生器。單級氣體發(fā)生器有一個產(chǎn)氣部件，兩級氣體發(fā)生器有兩個相互獨立的產(chǎn)氣部件，適當(dāng)組合兩個部件的工作時間，即可獲得不同的充氣特性。適用與智能乘員保護(hù)系統(tǒng)。 汽車安全氣囊的關(guān)鍵技術(shù)及分類關(guān)鍵技術(shù)（1）碰撞判斷準(zhǔn)確汽車的碰撞形式是各式各樣的，如圖 212 所示。其碰撞強(qiáng)度、減速度波形、車體變 a b圖 211 氣體發(fā)生器種類示意圖 設(shè)計（論文）專用紙 20形等都是不一樣的，但都要求氣袋系統(tǒng)能準(zhǔn)確地判斷出強(qiáng)度如何，并能準(zhǔn)確控制氣袋點爆。圖 212 汽車的碰撞形式示意圖目前氣袋系統(tǒng)有兩種形式，如圖 213 所示。一種是與安全帶配合使用，當(dāng)?shù)退倥鲎矔r，主要是安全帶對乘員起保護(hù)作用，當(dāng)發(fā)生高速碰撞時，才啟動氣袋對人進(jìn)行保護(hù)，此時氣袋主要保護(hù)人的面部，又稱之為“面袋” 。第二種是單獨起保護(hù)作用，發(fā)生碰撞時，氣袋要保護(hù)人的頭部和胸部。 第二種氣袋的體積較大 (對司機(jī)側(cè)氣袋為 60 升以上)，充氣時間長，充氣量大，啟動氣袋的碰撞車速較低，造價高。第一種氣袋的體積較小，(對司機(jī)側(cè)氣袋為 40 升左右)，充氣量小，充氣時間短，啟動氣袋的碰撞車速高，造價低。就我國情況看，第一種氣袋更適合我國國情。氣袋的點爆車速與各個國家的事故形式有關(guān)。通常是根據(jù)大量的事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，總結(jié)出在不同車速的碰撞事故對乘員造成的傷害程度，據(jù)此確定何種車速需啟動氣袋對乘員進(jìn)行保護(hù)。目前國外的資料中可以得知，對使用安全帶的“面袋” 來說，一般規(guī)定：20km/h 以下正面撞墻時，氣袋不點爆；30km/h 以上正面撞墻時，氣袋一定點爆； 20～30km/h 設(shè)計（論文）專用紙 21之間為點火的模糊區(qū)，氣袋可點爆也可不點爆。對不使用安全帶的氣袋，一般是(8mph) 正面撞墻時氣袋不爆，(13mph) 正面撞墻時氣袋要點爆。如果高速碰撞時氣袋沒有點爆(漏點火)，會造成乘員的嚴(yán)重傷害，是絕對不允許的。 圖 213 安全氣袋形式示意圖（2）點火時刻準(zhǔn)確以司機(jī)側(cè)氣袋為例。氣袋點爆后，氣體發(fā)生器的充氣時間約是 30 毫秒。對處于正常位置的假人，最佳情況下是發(fā)生碰撞時，氣袋剛剛充滿氣體后，人的頭部即與氣袋接觸，這樣保護(hù)作用最好。如果人頭部接觸到氣袋