安全气囊用双级气体发生器研发动向

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欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 安全气囊设有不同规格的气体发生器。在车辆碰撞时，气体发生器使安全气囊充气后展开，保护乘客的安全。自1986年安全，气囊首次批量生产以来，气体发生器技术也从采用叠氮化钠为气体发生剂的单级型式发展到采用新型固体气体发生剂的双级气体发生器，而产生的储存的气体在一瞬间被加热，或者又如天合(TRW）公司专门开发的称为“加热气体发生器（HGI：Heated Gas Inflator）”，它使加压的气体燃烧从而产生大量高热气体充填在安全气囊内。最近几年，由于在使用过程中，安全气囊与乘员之间的相关配合偏差而导致乘客伤害事故时有发生，导致世界著名安全气囊制造公司例如天合（TRW）去探索开发更为精确的安全气囊充气膨胀的新途径。其中有良好发展前景的就是双级气体发生器。双级气体发生器有多种型式，一般说来，“双级”气体发生器设有两个引燃器（Initiators），在不同时间段有选择地产生不同量的气体。事实上，在两个引燃器之间展开时间能够按照不同的组合关系加以改变，从而获得可调节的一系列的气体发生量（可以称为“多级”气体发生器）。 迄今双级气体发生器通常有以下几种。 双级气体烟火式（Pyrotechnic）气体发生器，它们设有两个独立的整体式首尾相接的气体发生器。 双级储存气体式气体发生器，它是由单独储气罐构成，并且具有通过改变两个引燃器的开启量获得不同气体释放量的能力。 通常称为“增力式”气体发生器，一些储存气体的发生器设有与一个或多个引燃器结合的小型气体烟火式装置。这个装置对输向气体发生器的气体进行加热，依靠这种加热方式提高气体在安全气囊中的压力。在双级储存气体式气体发生器中，其单级气体发生量主要由汽车本身规格与整车制造商的性能评判标准决定。在双级气体发生器的第一级与第二级气体发生量之比为70：30、60：40和50：50，对每种车型需要进行分析并通过试验决定采取什么样的组合方式最适合整车制造商的设计需求目标。 安全气囊展开的不同级别 在双级气体发生器安全气囊中，对充气展开时间的确定是达到满足充气膨胀多种工况需要的一种方法。例如，第一阶段气体发生器被激活只有当传感器系统检测出汽车碰撞开始并决定安全气囊必须进入工作的时候。在第一阶段（即第一级）气体发生器开始工作的是碰撞速度较低时，如果传感器系统进一步检测获知车辆碰撞程度较为严重，则立即启动气体发生器进入第二阶段（第二级）工作，特别在第一阶段的5 - 1 Oms之内。如果传感器系统未测出较高碰撞严重性，则它会延迟第二阶段（第二级）的启动。 在一些汽车上，第二阶段气体发生的延迟通常应用在滞后时间30～70ms之间的“中等”严重性碰撞这种方式。如果碰撞是一种“低”严重性事件，则只启动第一阶段气体发生器。当然为了保证气体发生器适应必须控制（disposal）和确保变换时操纵安全，第二级气体发生往往在碰撞事件发生之后100～125ms展开。在这一时间段中乘员已经由安全气囊约束并在车辆座位上向后回弹。这时安全气囊第二级充气展开给乘员以最小的影响。 气体发生器是由车载碰撞传感器触发的，这种传感器包括一个位于中央的控制模块，并且与汽车本身的特有外形有关，也可以包括分布在车辆上的不同种类的加速度传感器等检测装置。传感器系统必须具有称之为碰撞严重程度判断的算法，根据这种逻辑控制算法能够预测碰撞事件的严重程度，并对不同碰撞事故的严重性作出不同决策。当今开发成功的更为先进的碰撞严重程度判断算法已经获得应用。它包括更为稳定的适宜于车辆的微处理器芯片技术。这些算法不仅能够应用来自加速度传感器的输入信息，而且也应用来自座位安全带锁扣开关和乘客传感系统，如乘员体重或现有传感器提供的信息。 通常对碰撞传感器的误解就是误以为通过碰撞传感器能反映车辆速度以决定碰撞严重性。而事实上，它只能反映车辆的加速状态，这是因为车辆加速度与碰撞事故的严重程度成正比。一个典型例子正说明这一点亦即一辆轿车与壁障（pile）碰撞或与砖墙（pillow）碰撞之间的关系。在上述两种情况中，轿车以相同速度碰撞目标，但是其结果是大有不同的。在极短时间内使车辆传感器系统能够“看见”碰撞的严重程度。当车辆碰撞一个目标物时，会产生一个减速的加速度（及负加速度），它通常与碰撞的严重程度成正比，更大的加速度就是表示更严重的碰撞。这就是说，一个传感器系统需要“等待”一段有限的时间，以便“看”，在预测安全气囊触发必要性之前，碰撞有多大严重程度。如果预测碰撞严重程度较低，则只触发第一级气体发生器，如果预测将发生较严重的碰撞事故则触发第二级气体发生器。这就需要系统作出快速反应，通常在碰撞开始的最初20ms时间之内作出反应，而整个碰撞在500ms之内（1秒的1/2），只相当于人眼眨2～3次（人的眼睛眨一次约需200ms）。 双级气体发生器的性能 在车辆碰撞事故中对乘员约束保护所需要的能量在整个碰撞范围中会发生显著变化。乘员的动能是与乘员的体重（质量）与速度平方之积成正比，这样由于碰撞发生速度变化，则约束乘员的所需要的能量以速度平方增加，例如，速度以32.18km/h（20英里／小时）增加到48.27km/h（30英里／小时）时，则能量控制值大于2倍。与此相似的是，体重重的乘员与体重轻的乘员相比情况大不一样，而对乘员保护的能量控制值也随着乘员体重不同而变化。 双级气体发生器是一种使工程师能够更好配合乘员在特定碰撞情况下的有力工具。交通事故统计分析指出，几乎所有碰撞事故的75％属于低碰撞严重程度，只需触发第一级气体发生器，就能起到保护乘员的作用，而如果在较严重碰撞时则触发第二级气体发生器，以减轻对乘员的伤害程度。 展望 与世界著名汽车安全系统供应商一样，TRW公司是世界上拥有安全气囊等多项核心技术的供应商，其最初开发的乘员侧面安全气囊双级气体发生器用于1999车型年的宝马5系列，而最初驾驶员侧面安全气囊也应用于2001车型年的沃尔沃V70、梅塞德斯·奔驰M级和捷豹XK8车型上。这些装置的应用推广很快，而今天双级气体发生器已经几乎在美国和欧洲所有车型上获得应用。 第一代双级气体发生器价格昂贵，但是，就如所有汽车上部件一样，它的价格很快随着大批量生产而下降。当今TRW公司正在进行第三代与第四代双级气体发生器的研制工作，如PP15。这种设计展示出双级气体发生器的飞速进步以及在这一飞速进步中TRW公司所表现出来的重要作用。 以上展示了TRW公司气体发生器的开发历史和最新进展。同样，在其他国家也已经有不同种类的气体发生器的安全气囊应用于汽车上。(end)

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