隨著汽車在國內(nèi)的普及，汽車安全性越來越備受關(guān)注，安全氣囊作為約束系統(tǒng)中最后的安全保障，它的重要性也被突顯出來。安全氣囊中的氣袋在展開的一瞬間能否保護(hù)駕乘人員免受傷害，氣袋的設(shè)計(jì)是依據(jù)何種條件？作者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行了分析，對(duì)各種影響因素做了列舉。
    5inch-30ms準(zhǔn)則
    正面安全氣囊起爆時(shí)，展開的氣袋主要是保護(hù)駕乘人員的頭胸部不受傷害。氣袋展開后的厚度和大小對(duì)保護(hù)效果起到了巨大的作用。無論ECU對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻控制的多么精準(zhǔn)，如果氣袋不能滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)人員的保護(hù)也是不利的。
    當(dāng)安全氣囊起爆的時(shí)候，汽車與障礙物碰撞之后，汽車速度急劇變化，駕乘人員在慣性的作用下向前運(yùn)動(dòng)，安全帶和安全氣囊在此時(shí)同時(shí)發(fā)生作用，阻礙人與車內(nèi)的方向盤、擋風(fēng)玻璃或儀表臺(tái)等物件發(fā)生碰撞。
那么氣袋的厚度怎么樣才會(huì)設(shè)計(jì)合理呢？需要先和大家解釋一個(gè)概念 —“5inch-30ms準(zhǔn)則”。
    主駕氣袋的充氣過程大約需要30ms，一般轎車駕駛員與轉(zhuǎn)向盤之間距離為12英寸（1inch=25.4mm），氣袋充氣后的厚度約為7英寸，所以，當(dāng)駕駛員頭部前移5英寸這一時(shí)刻的前30ms為最佳點(diǎn)火時(shí)刻，這就是氣囊系統(tǒng)點(diǎn)火的“5inch-30ms準(zhǔn)則”。（注：駕乘人員是在佩戴安全帶的情況下進(jìn)行碰撞） 
    如果以碰撞車輛為坐標(biāo)系（移動(dòng)坐標(biāo)系），在車輛碰撞前期的一段時(shí)間內(nèi)，由于慣性的作用，駕駛員將基本保持碰撞前的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，也就是駕駛員將按車輛碰撞0時(shí)刻的速度向前移動(dòng)，這樣車輛向后的減速度相當(dāng)于駕駛員向前的加速度。由于B柱靠近駕駛員位置，駕駛員向前的加速度約等于車輛B柱位置的減速度；碰撞0時(shí)刻，駕駛員相對(duì)車體的速度為0，則B柱減速度的一次積分就是駕駛員向前的速度變化量，二次積分就是駕駛員向前的位移量。例如：當(dāng)駕駛員頭部移動(dòng)位移達(dá)到5英寸（127mm）時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為46.3ms，那么氣囊ECU點(diǎn)火的最佳時(shí)刻就應(yīng)該是16.3ms。    
    這個(gè)準(zhǔn)則是ECU開發(fā)的基本要求，也是氣袋體積設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。其中：
    T_HA     駕駛員頭部從開始運(yùn)動(dòng)到接觸氣囊所用時(shí)間
    T_ED     ECU感應(yīng)碰撞到判斷點(diǎn)火所用時(shí)間
    T_IN     氣囊充滿所用的時(shí)間
    T_HA則應(yīng)滿足：T_HA≥ T_ED + T_IN
    S_DR    駕乘人員頭部距轉(zhuǎn)向盤或儀表板的距離
    S_AM    氣囊設(shè)計(jì)的最大厚度
    S_DT    駕乘人員頭部從開始運(yùn)動(dòng)到接觸氣囊的移動(dòng)距離
    S_AM則應(yīng)滿足：  S_AM ≤ S_DR - S_DT
    上述關(guān)系式表明，氣囊可以設(shè)計(jì)的最大厚度：ECU判斷點(diǎn)火時(shí)間和氣囊充滿氣所需時(shí)間之和，就是駕乘人員向前移動(dòng)可以利用的時(shí)間，駕乘人員距轉(zhuǎn)向盤或儀表板距離減去這段時(shí)間乘員頭部移動(dòng)的距離，就是氣囊可以設(shè)計(jì)的最大厚度。
    氣袋的設(shè)計(jì)－影響因素
    氣袋的厚度定下來之后，就是對(duì)氣袋其他因素的綜合控制，包括氣袋的大小，氣袋拉帶的長度和數(shù)量，發(fā)生器壓力。
    發(fā)生器的壓力大小，決定了充氣的速度和飽和度；拉帶的長度和數(shù)量是控制氣袋起爆后的厚度及形狀；氣袋的大小決定了是否能夠充滿駕乘人員與轉(zhuǎn)向盤或儀表板之間的空間。同時(shí)，這些因素又是相互制約的：如果氣袋過大，發(fā)生器產(chǎn)生的氣體無法充滿氣袋，造成保護(hù)效果不良；如果拉帶長度不夠，也無法滿足駕乘人員在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)候碰觸氣袋；如果發(fā)生器的壓力過大，導(dǎo)致氣袋30ms前充氣完畢，也讓駕乘人員無法在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候碰觸氣袋。所以，要求這些因素要達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，才能得到一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，滿足氣囊在最合適的時(shí)間起爆，駕乘人員在最合適的時(shí)間碰觸氣袋。
    氣袋大小的影響，如果過大，則氣袋充氣不滿，乘員頭部接觸氣袋時(shí)效果不理想；如果過小，氣袋充滿時(shí)間早于30ms，乘員頭部接觸氣袋時(shí)，氣袋已經(jīng)達(dá)到排氣過程。這時(shí)需要調(diào)整發(fā)生器參數(shù)或氣袋大小來優(yōu)化設(shè)計(jì)。
    拉帶長度的影響，如果過長，氣袋厚度超出理想范圍，展開的氣袋會(huì)擊傷乘員；如果過短，氣袋展開不充分，乘員頭部接觸氣袋效果不理想。這時(shí)需要調(diào)整拉帶長度來優(yōu)化設(shè)計(jì)。
    發(fā)生器壓力的影響，如果壓力過大，氣袋充滿時(shí)間早于30ms，乘員頭部接觸氣袋時(shí)，氣袋已經(jīng)達(dá)到排氣過程；如果壓力過小，氣袋充氣不滿，乘員頭部接觸氣袋時(shí)效果不理想，這時(shí)需要調(diào)整發(fā)生器參數(shù)或氣袋大小來優(yōu)化設(shè)計(jì)。
    ECU起爆時(shí)間的影響，如果起爆時(shí)間過早，則氣袋充氣過早，乘員頭部接觸氣袋時(shí)，氣袋已經(jīng)達(dá)到排氣過程；如果起爆時(shí)間過晚，氣袋充氣過晚，乘員頭部接觸氣袋時(shí)，氣袋仍在展開過程中，可能會(huì)擊傷乘員。這時(shí)需要調(diào)整ECU參數(shù)或發(fā)生器與氣袋參數(shù)。
    除了上述總結(jié)出來的影響因素外，還要考慮一些特殊因素。例如：對(duì)于乘員氣囊來說，如果氣袋設(shè)計(jì)的過大，發(fā)生器滿足充氣的壓力需求，展開時(shí)對(duì)于瘦小的乘員或兒童乘員將可能造成傷害，所以乘員氣囊大小的設(shè)計(jì)以能保護(hù)極限斜角碰撞下乘員為佳。另外，就是對(duì)OOP乘員的保護(hù)，普通控制系統(tǒng)氣囊不能很好解決這樣的問題，潛在傷害還會(huì)存在，通過警示乘員佩戴安全帶和禁止兒童乘員在前排乘坐來避免氣囊起爆對(duì)這些乘員的傷害。
    由此可見，對(duì)于安全氣袋尺寸的設(shè)計(jì)，要綜合考慮各種影響因素，使其達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)，最終的目的就是為了更好的保護(hù)駕乘人員的安全。隨著汽車科技日新月異的發(fā)展，大量傳感器在汽車上的應(yīng)用，許多涉及安全的數(shù)據(jù)越來越準(zhǔn)確詳實(shí)，相信安全氣囊的保護(hù)能力也會(huì)越來越好。