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駕乘人員免受傷害，氣袋的設(shè)計是依據(jù)何種條件？作者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗對此進行了分析，對各種影響因素做了列舉。
    5inch-30ms準則
    正面安全氣囊起爆時，展開的氣袋主要是保護駕乘人員的頭胸部不受傷害。氣袋展開后的厚度和大小對保護效果起到了巨大的作用。無論ECU對點火時刻控制的多么精準，如果氣袋不能滿足設(shè)計要求，對人員的保護也是不利的。
    當安全氣囊起爆的時候，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動，安全帶和安全氣囊在此時同時發(fā)生作用，阻礙人與車內(nèi)的方向盤、擋風玻璃或儀表臺等物件發(fā)生碰撞。
那么氣袋的厚度怎么樣才會設(shè)計合理呢？需要先和大家解釋一個概念 —“5inch-30ms準則”。
    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，當駕駛員頭部前移5英寸這一時刻的前30ms為最佳點火時刻，這就是氣囊系統(tǒng)點火的“5inch-30ms準則”。（注：駕乘人員是在佩戴安全帶的情況下進行碰撞） 
    如果以碰撞車輛為坐標系（移動坐標系），在車輛碰撞前期的一段時間內(nèi)，由于慣性的作用，駕駛員將基本保持碰撞前的運動形態(tài)，也就是駕駛員將按車輛碰撞0時刻的速度向前移動，這樣車輛向后的減速度相當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時刻，駕駛員相對車體的速度為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：當駕駛員頭部移動位移達到5英寸（127mm）時對應(yīng)的時間為46.3ms，那么氣囊ECU點火的最佳時刻就應(yīng)該是16.3ms。    
    這個準則是ECU開發(fā)的基本要求，也是氣袋體積設(shè)計的理論基礎(chǔ)。其中：
    T_HA     駕駛員頭部從開始運動到接觸氣囊所用時間
    T_ED     ECU感應(yīng)碰撞到判斷點火所用時間
    T_IN     氣囊充滿所用的時間
    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)計的最大厚度
    S_DT    駕乘人員頭部從開始運動到接觸氣囊的移動距離
    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)計的最大厚度：ECU判斷點火時間和氣囊充滿氣所需時間之和，就是駕乘人員向前移動可以利用的時間，駕乘人員距轉(zhuǎn)向盤或儀表板距離減去這段時間乘員頭部移動的距離，就是氣囊可以設(shè)計的最大厚度。
    氣袋的設(shè)計－影響因素
    氣袋的厚度定下來之后，就是對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，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?shù)臅r候碰觸氣袋；如果發(fā)生器的壓力過大，導致氣袋30ms前充氣完畢，也讓駕乘人員無法在適當?shù)臅r候碰觸氣袋。所以，要求這些因素要達到一個動態(tài)的平衡，才能得到一個優(yōu)秀的設(shè)計，滿足氣囊在最合適的時間起爆，駕乘人員在最合適的時間碰觸氣袋。
    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效果不理想；如果過小，氣袋充滿時間早于30ms，乘員頭部接觸氣袋時，氣袋已經(jīng)達到排氣過程。這時需要調(diào)整發(fā)生器參數(shù)或氣袋大小來優(yōu)化設(shè)計。
    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。這時需要調(diào)整拉帶長度來優(yōu)化設(shè)計。
    發(fā)生器壓力的影響，如果壓力過大，氣袋充滿時間早于30ms，乘員頭部接觸氣袋時，氣袋已經(jīng)達到排氣過程；如果壓力過小，氣袋充氣不滿，乘員頭部接觸氣袋時效果不理想，這時需要調(diào)整發(fā)生器參數(shù)或氣袋大小來優(yōu)化設(shè)計。
    ECU起爆時間的影響，如果起爆時間過早，則氣袋充氣過早，乘員頭部接觸氣袋時，氣袋已經(jīng)達到排氣過程；如果起爆時間過晚，氣袋充氣過晚，乘員頭部接觸氣袋時，氣袋仍在展開過程中，可能會擊傷乘員。這時需要調(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：對于乘員氣囊來說，如果氣袋設(shè)計的過大，發(fā)生器滿足充氣的壓力需求，展開時對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)計以能保護極限斜角碰撞下乘員為佳。另外，就是對OOP乘員的保護，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這些乘員的傷害。
    由此可見，對于安全氣袋尺寸的設(shè)計，要綜合考慮各種影響因素，使其達到一個平衡的狀態(tài)，最終的目的就是為了更好的保護駕乘人員的安全。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)越來越準確詳實，相信安全氣囊的保護能力也會越來越好。