深入浅出揭露真相！全面分析汽车安全气囊的工作原理
对于车主来说，安全气囊是我们常见的汽车安全配置。这种高科技辅助安全装置，在严重的交通事故中，能大概率挽救驾乘人员的生命。
也许读者不知道，相对于汽车的发明，安全气囊被广泛配备的历史并不算太长。50年代一个大胆的发明专利，在当时看来并没有什么实用价值。但进入21世纪后被广泛应用于汽车。
正是由于安全气囊和安全带的配合使用，使得严重交通事故中驾乘人员死亡的可能性降低了67%，每年挽救了数十万驾乘人员的生命。
在安全气囊尚未被完全证明可靠实用的几十年里，大量跨学科的科技成果在不断研发的过程中逐渐渗透，使其成为汽车中的一个高科技软硬件系统。
为什么我觉得安全气囊系统结构复杂，设计精巧，科技含量高？
答案就在这张图中，本期为大家带来安全气囊基本原理的分析。与上期类似，我们将通过直观的图像和实用的分析方法，帮助您全面透彻地了解其工作原理。
为了避免技术内容过于复杂，导致读者阅读疲劳，无法完全理解，笔者将与安全气囊系统密切相关的安全带内容剥离出来，以后笔者可以就此内容做专门的图文分析。
什么是安全气囊系统？
我们常说的安全气囊，其实有一个难以理解的专业名称:
辅助约束系统(SRS，辅助？克制？系统).
实际上，安全气囊只是安全气囊系统中的一个部件。在统一这个名称之前，各个厂商已经给了它不同的专业描述，比如气垫约束系统(ACRS)和辅助充气约束系统(SIR)。
然而，它们本质上是相同的汽车安全设备。
本文将使用众所周知的“安全气囊系统”代替其正式名称“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与安全带系统发生碰撞后，对乘员的身体进行约束和缓冲，从而保护其人身安全。
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翻车事故时，安全气囊系统会迅速启动，“吹出”一个具有缓冲功能的大型柔软“气囊”，配合安全带的约束功能，防止驾乘人员与车内物体发生致命碰撞。
根据功能的不同，安全气囊分为不同的类型，分别在车内外的关键位置展开。高端车配备10以上的安全气囊不足为奇。
分类多样化，确保安全
安全气囊的类型
读者最熟悉的是方向盘上的前排安全气囊，但实际上，安全气囊产品根据功能可以细分为很多类型。本节将为大家全面分类，逐一分析其特点。
1.前安全气囊
前安全气囊位于汽车的方向盘和仪表板处，用于在车辆发生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，这种安全气囊并不能为乘员提供侧面和后部的保护。
因为车辆前方发生碰撞的概率最大，所以前排安全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:由于前排安全气囊工作时间极短，展开后排气迅速，如果车辆后续遭遇二次碰撞，此时安全气囊不会起到任何保护作用。
前排安全气囊可细分为:驾驶员安全气囊(DAB)和乘客安全气囊(PAB)。
2.侧气囊(SAB)
侧气囊一般位于汽车座椅或车门内。当车辆遭受强烈的侧面碰撞时，侧面安全气囊会迅速弹出，在车门和座椅之间的狭窄空间内膨胀，这种安全气囊保持充气状态的时间会稍长一些。
它的主要作用是保护这一侧乘客的头部或躯干，防止他们在与车内物体碰撞时受伤。
侧气囊也有自己的功能:
有的安全气囊侧重于对乘客胸部和躯干的侧面保护，有的侧重于对乘客头部的侧面保护，有的安全气囊两种功能都有。
一些设计精巧的侧气囊组件还可以根据人体侧面不同部位的生理特点，提供不同硬度的缓冲。
对于乘客相对较软的盆腔和小腹，气囊提供了较软的缓冲，而对于有肋骨保护的胸部，气囊提供了较重的缓冲！
安全气囊的分类
3.侧帘式安全气囊(驾驶室)
侧帘式安全气囊一般布置在车门上方的内饰板内，因此以展开成细管状并覆盖整个车窗而得名，形似窗帘。
它不仅会对碰撞做出反应，而且有些产品对车辆倾覆非常敏感。发生以上两种情况时，侧帘式安全气囊会自上而下迅速展开，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使脑部严重受伤的乘客死亡率降低45%。
与前安全气囊相比，这种类型的安全气囊不仅能长时间保持充气状态，而且保护范围更大。有些车型甚至可以为多达三排乘客提供侧向保护！
侧帘式安全气囊通常与上述侧气囊配合使用。
(以下类型的安全气囊一般配备在中高端车型上)
4.膝部安全气囊(KAB)
随着用户对安全气囊系统需求的不断增加，为驾乘人员提供更全面保护的产品逐渐装备汽车。
工程师在对长期的碰撞试验和交通事故案例进行统计时发现，虽然前排安全气囊可以很好的保护乘客的躯干和头部，但是严重的碰撞几乎都会对受害者的膝盖造成严重的伤害！
膝部安全气囊一般在前仪表板处展开，主要作用是在车辆前部严重变形时，防止塌陷的仪表板严重挤压乘员的膝部。
5.中央气囊
中央安全气囊可以在汽车中部充气展开，其作用是防止乘客因剧烈碰撞而相互碰撞。
6.安全带气囊
安全带气囊布置在安全带上，主要作用是在激活和展开时扩大与乘员身体的接触面积，缓冲安全带收紧后产生的巨大拉力，防止乘员被安全带严重勒死。
7.行人安全气囊
行人安全气囊是近几年才出现的安全气囊产品，只配备在高端豪华车型上。它并不保护车内驾乘人员的安全，主要作用是在机动车与行人发生碰撞时，减少后者的身体伤害。
气囊系统的主要部件
安全气囊系统主要由三个部件组成，即:安全气囊控制单元、传感器和安全气囊模块。
对本节基本知识的简要了解，将有助于读者轻松阅读后面将要呈现的模拟演示内容。
1.气囊控制单元(ACU)
实物安全气囊电脑
安全气囊控制单元(ACU)，俗称安全气囊电脑，由电脑处理器、存储器、输入输出模块组成，是整个安全气囊系统的核心控制部件。
这个“大脑”的软件编程算法会根据相关传感器传递的信息做出逻辑判断，最终决定是否触发安全气囊。
此外，安全气囊电脑还为系统提供备用电源服务，可以随时对整个系统进行自诊断。当系统内部出现故障时，也会记录故障详情，并通过故障灯警告用户。
当然，安全气囊电脑还负责将相关数据发送给其他车载系统。
2.传感器
安全气囊系统中各种功能不同的传感器采集的信息是安全气囊控制计算机决策时必须依赖的重要基础数据。
根据不同的功能，在汽车的不同位置部署各种传感器。为了尽量保证安全气囊不会误弹出，安全气囊电脑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！
下面列出了主流安全气囊系统必须具备的几个传感器(高级安全气囊系统使用的传感器更多，以后作者再为你分析):
虽然新旧传感器的功能略有不同，但所有传感器的共同工作目标，无一例外，都是将检测到的车辆物理运动特征转换成电信号，并快速传输到安全气囊控制计算机。
◥安全气囊系统ACU和传感器
①外部碰撞传感器
外部碰撞传感器作为最直接的碰撞传感部件，布置在车辆前后和侧面的关键轮廓位置。
②加速度传感器
传感器一般安装在车内，通过测量内部小质量的惯性位移来检测加速度的变化，将其运动特性转化为电信号。
比如正面碰撞会造成急速减速，侧面碰撞会造成急速加速。
③陀螺仪传感器
陀螺仪传感器测量振动(如车辆不受控制的旋转)引起的方向变化，将运动特征转化为电信号，输出到安全气囊电脑。
当装有传感器的车辆发生侧翻时，传感器和加速度传感器的共同信号将被安全气囊计算机定义为侧翻事故，侧帘式安全气囊将展开以保护车内乘员。
④座位占用传感器
在早期的安全气囊系统中，没有这种传感器。座位占用传感器用于更精确地控制安全气囊的展开。当座位上没有乘客时，安全气囊系统不会启动！
传感器一般部署在前座，通过电压力感应的方式实现其功能。
⑤车轮速度传感器
轮速传感器配置有车轮位置，通过电磁信号采集车辆的行驶速度。
车辆是否在行驶，并且超过了安全气囊启动的最小速度？
这些信息是安全气囊电脑进行逻辑运算和判断必须参考的最基本数据之一！
3.安全气囊模块
安全气囊的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，而且具有复杂的结构。它由充气机和气囊体组成。
①充气装置
两种充气机的◥激活过程？一致点火模式
虽然安全气囊系统被认为是一种“被动”的安全保护技术，但它的工作原理其实是非常“主动”和“暴力”的！
点火器是用电阻丝包裹可燃物质制成的，当电流接通时，会引起其高温，从而点燃强烈的可燃物质。
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炸药爆炸。其实两者的基本工作原理是完全一样的。
请记住这个比喻，后面会用到。
如上图所示，点火器的小规模爆炸会击穿第一个爆破片，直接导致充气机内大量强易燃化学品(主要由环保型硝酸铵和硝基胍组成)开始第二次剧烈爆炸，第二阶段爆炸会产生大量氮气，然后流入安全气囊。
高压气体使安全气囊瞬间膨胀，冲破容器，迅速弹出。它的平均展开时间只有20毫秒，弹出速度高达近300 km/h！
要知道，我们人类的眨眼时间是200毫秒左右，这样的展开速度完全可以在人体惯性运动的初期，为生命防护筑起一道软墙！
②安全气囊体
气囊体的结构
为了保证安全气囊在需要的时候能够顺利展开，气囊本体采用抗老化、高耐久性的聚酰胺面料，摩擦系数低，厂家还在其中预设了润滑粉(一般是滑石粉或玉米淀粉)。
这也是我们看到安全气囊展开后驾驶室内冒白烟的原因。读者们，那不是火！
气囊本体以紧密折叠的方式存放在狭窄的气囊模块中，并预留了后部结构，让气体从排气口逸出，用于气囊完全展开后的漏气缓冲。
触发条件
不同类型的安全气囊有不同的触发条件。为了节省篇幅，作者只列出了下一个模拟事故场景中需要了解的一些触发条件:
提示:记住，每个单独的触发条件都不能迫使安全气囊计算机做出展开安全气囊的决定！
①速度
还记得我们之前提到的轮速传感器吗？
正面气囊与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(不同系统略有不同)。
②角度
对于下一节的模拟案例，我们即将引入的正面碰撞传感器，只有在车辆中心线的任意一侧以30度(总共60度)的角度发生碰撞时，才会被系统识别为有效的正面碰撞。
③加速度
我们前面说的加速度传感器传输数据，供气囊电脑参考。
触发条件是碰撞时加速度的绝对值在40g左右或以上。
④座位上有乘客吗？
装有座椅占用传感器的安全气囊系统会根据座椅上是否有乘客来决定是否需要打开安全气囊。
当然，目前汽车安全气囊的触发算法变得更加复杂，越是高端的多气囊车型，需要综合测量的数据越详细。本节仅列出几个示例性的触发条件，以便读者更彻底地理解该原理。
最佳认知风格
安全气囊系统的模拟演示
了解了上一章的内容后，我们再来看作者制作的安全气囊系统动态工作仿真动画。相信大家都能直观系统的了解它的工作原理。
◥典型的正面碰撞交通事故？安全气囊系统工作模拟动态图
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，由于碰撞剧烈，右前碰撞传感器率先做出反应。同时，轮速传感器、加速度传感器、座椅占用传感器等相关部件也将其捕捉到的数据发送回安全气囊电脑。
安全气囊电脑处理队列中汇总整理了大量的基础数据，电脑芯片根据这些实时的基础数据和厂家预设的操作规则进行逻辑判断。作者给出了一个形象而简单的公式:
①速度条件(√)+②角度条件(√)+③加速度(√)+④座椅上是否有乘客(√) =立即展开前排驾驶员安全气囊(计算结果)。
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。还记得前面作者让你记住的“电雷管”吗？
小爆炸会引起另一次更大的爆燃。。。。。。
就这么简单！
通过上述基础知识的铺垫，在这个真正模拟安全气囊工作原理的环节，已经不需要用很多语言来分析了。
你不仅要了解整个系统中的部件是如何协同工作的，还要知道每个部件的内部工作细节(比如安全气囊是如何展开的)！
小贴士:有时，当我们发生交通事故时，安全气囊不会展开。看完这个图形，你脑子里就会有触发条件的概念了。
有时候，并不是车辆的过错，而是碰撞结果不能构成安全气囊展开的综合触发条件。
给读者的实用建议
以下是笔者根据国内车主的不良习惯总结出的一些关于安全气囊的实用建议(限于篇幅，本文不做分析，回复评论交流):
1.副驾驶位置绝对不能让儿童使用(即使有儿童安全座椅，也必须禁止)；
2.气囊弹出的位置不允许有任何东西遮挡，包括一些花哨的仪表台垫、劣质座套、窗帘等。
3.原则上所有安全气囊部件都不允许维修，即只更换不维修；
4.开车时尽量不要把座椅调得太远，方向盘要与胸部保持一定距离；
5.喜欢极限越野活动的读者，请在参加此类活动前关闭安全气囊系统(部分硬派SUV和皮卡有此功能开关。没有此功能的车辆可以手动关闭)；
6.当安全气囊故障灯亮起时，尽快寻求维修支持。
来自作者的信息
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出汽车的整体安全性。
这个图示例子中的安全气囊系统只是一个中等配置水平，更高级的安全气囊系统配置，不仅有更多的安全气囊和传感器，还需要安全气囊计算机有更复杂精密的逻辑算法。
目前已经开发出一些先进的安全气囊系统，根据事故发生瞬间驾乘人员的具体身体状况，智能控制安全气囊的展开强度，最大限度地保护驾乘人员。
但无论从哪个方面来说，安全气囊都只属于辅助约束系统，这也证明了它只是一个辅助的安全手段。如果不系安全带，它的防护性能会大打折扣，甚至完全失效！
除了交通事故伤亡统计，作者只给出最直接的原因:在安全气囊的长期实践演变中，有一个分支理论实践，就是期望彻底更换不舒服的安全带，但最终结果是彻底失败！
所以提醒读者，如果不系安全带，即使是最高档车型的先进气囊系统，在严重的交通事故中也未必能救你一命！
祝读者朋友们一路顺风，一路平安！
本文来自车家作者汽车之家，不代表汽车之家立场。