1、2 滨海 职业学院 毕业论文 姓 名 ： 指导教师 ： 专 业 ： 班 级 ： 20XX 年 XX 月 XX 日 汽车安全气囊的发展与应用 滨海 职业学院毕业论文 目 录 摘要 .2 前言 .3 1.安全气囊的国内外发展史 . .4 1.1国外安全气囊的发展 . 4 1.2安全气囊的国内发展史 . 5 2.安全气囊的重要组成 .6 3.安全气囊的分类 .7 3.1驾驶员用安全气囊 . 7 3.2前排成员用安全气囊 . 7 3.3侧撞安全气囊 . . 7 3.4排座成员用安全气囊 . . . .7 4.安全气囊的工作原理 . . .7 5.使用安全气囊的注意事项 . . 9 5.1安全操作规范
2、. . 9 5.2启爆后安全气囊处理 . . 10 5.3对事故中没有启爆的气囊的检查 . .10 6.安全气囊的应用及发展趋势 . . .11 参考文献 . .13 致 谢 . .14 滨海 职业学院毕业论文 摘 要 现在，随着汽车技术的进步和道路条件的改善，汽车行驶的速度越来越快，车流量也越来越大，安全隐患也越来越严重，交通事故逐年递增。因此，确保汽车行驶的安全性，解决乘车人员的安全越来越受到人们的重视。而在汽车上装配安全气囊就是一种有效的解决方法。本文主要对汽车安全气囊的发展与应用进行概述。 关键词： 汽车 技 术 安全 滨海 职业学院毕业论文 2 前 言 汽车安全系统是汽车电子领域增长
3、最快的一部分。汽车的安全设计在整车设计中所占的比例也越来越大。汽车安全性分为主动安全和被动安全两种，主动安全系统旨在提高车辆行驶的稳定性，防范事故于未然。被动安全系统是事故发生后开始起作用，以减缓事故严重程度。汽车安全气囊属于被动安全系统。我国 2000 年实施了 CMVDR 294 关于正面碰撞乘员保护的设计规则，该法规等效于欧洲 ECER94 法规。最近，我国的侧面碰撞法规已经开始实施，这将对我国车辆的碰撞安全性能和驾乘人员保护系统提出更高的要求。汽车安全法规体系的不断完善，将带动中国汽车电子市场的发展。 滨海 职业学院毕业论文 7 1.安全气囊的国内外发展史 1.1 国外安全气囊的发展
4、安全气囊的雏形是美国人 Jhon.W.Hetrick 发明的安全气垫。 1952 年 Hetrick 发明了他自己之称为“汽车安全气垫”的装置，用来减轻急刹车或正面碰撞带来的严重伤害。这是一种纯机械装置。用于使气囊膨胀的压缩空气贮存在一个压力容器中，连接着弹簧的质量块用来感应汽车的减速度。当质量块产生位移时，能打开一个阀使压力空气 从压力容器中冲出来，以使气囊膨胀。气囊可装在方向盘中、手套箱门上、仪表板上部以及前排座椅的靠背。 早期的空气囊主要用于与其它安全装置一起防止飞机着陆时与地面的碰撞。 1960 年，安全气囊技术开始在原有的基础上研制并转为民用。 60 年代末 , 美国高速公路交通安全
5、委员会 (NHTSA)开始建议制定一个可选择的安全气囊法则 , 鼓励汽车厂商去发展安全气囊。 70 年代 , 美国通用、福特 , 德国奔驰，日本丰田等汽车公司以及美国 MORTON 公司、 TRW 公司、德国 TEMIC 公司、ICT 研究院、日本 DAICEL 公司、瑞典 AUTOLIV 公司等均开始投入大量资金和人力研究与发展安全气囊 , 其中 1971 年 5 月德国的一个研究小组成功地将火箭推进技术应用于汽车安全气囊。这些综合力量使安全气囊的研究与发展进入了一个全新的发展阶段。 1984 年 , 美国高速公路交通安全委员会 (NHTSA) 在著名的“联邦汽车安全标准”中的 208 条款
6、乘员碰撞保护 (Federal MotorVehicl Safety Standard208, 简称 FMVSS208) 中增加了安装气囊的要求 , 这为安全气囊的发展和使用提 供了一个明确的法则及指导方向。 FMVSS208 条款是汽车安全气囊发展史上的一个重要的里程碑。此后 , 欧洲也颁布了 ECER94 法规 , 紧接着日本丰田、本田 , 美国福特、克莱斯勒 , 德国宝马 , 瑞典富豪等汽车公司纷纷开始销售配有安全气囊的汽车。 20 世纪 90 年代后期 , 美国、欧共体、日本已正式立法在汽车上配置安全气囊 , 双气囊已成为绝大多数主流轿车的标准件。 安全气囊由美国人约翰赫特里特（ Jo
7、hnHotrich ）发明。他是一位自学成才的阿宾夕法尼亚州工程师。 1952 年，在遭遇一次事故后，他萌发了设计撞车安全装置的想法。在这次事故中，约翰为躲避一个障碍物而猛打方向盘进行制动，他和妻子都用手臂本能地保护坐在前座中间位置上的女儿。这次事故后他意识到必须要有一个良好的方法来保护乘员，两周之后他绘好了设计图纸交给了代理人，这份图纸确定了今天安全气囊的雏型。 1953 年 8 月 18 日，他获得了 “ 汽车缓冲安全装置 “ 的美国专利。 安全气囊从 1952 年就取得了专利，但在应用推广中经历了几上几下的波折，足足走过了 30 多年的漫长路途。直至 1984 年，汽车碰撞安全标准 (F
8、MVSS208) 在 美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施，其中规定从 1995 年 9 月 1 日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊，同时还要求 1998 年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊，自此才确认了安全气囊的滨海 职业学院毕业论文 7 作用。如今，这个在当年颇具创意性的发明已转为千百万个产品，种类也发展为正面气囊、侧面气囊、安全气帘等等。各国生产的中高级轿车，大多数都装有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。在国内，随着 CMVDR294 碰撞安全法规的开始实施，国内消费者对汽车被动安全性能的要求也越来越高，但目前除了极少数高 级车装备了侧面气囊之外，大部分车型还
9、只是安装了正面气囊。 安全气囊在近几年得到了飞速的发展，价格大幅度下降，装备了安全气囊的轿车也从过去的中高级轿车向中低级轿车发展。同时，有些轿车前排安装了乘客用的安全气囊（即双安全气囊规格），乘客用的安全气囊与驾车者用的安全气囊相似，只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已。进入 90 年代以来，安全气囊的安全性能已被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。了解安全气囊的工作原理及注意事宜对我们更好的保护自己有很重要的作用，但对于驾驶员来说，安全驾驶才是 第一位的，这是任何先进的安全装置都无法替代的。 1.2 安全气囊的国内发展史 我国对汽车安全气囊的研究起步较晚。上个世纪 8
10、0 年代末我国的一些汽车碰撞安全和军工专家才开始关注汽车安全气囊的研究和发展。 随着世界汽车进军我国，我国的汽车工业迎来了前所未有的发展契机。 1992 年，我过自行研制的 FS-01 安全气囊通过撞车试验。我国的政策法规也对我国汽车工业的发展提供了良好的发展空间。 在我国“九五”规划期间和“十五”规划中 , 国家经贸委和汽车行业将安全气囊列为我国汽车零配件三 大重点发展项目 ( 电子喷油系统、防抱死制动系统和安全气囊系统 ) 之一 , 尤其是在 1999 年 1 0 月 28 日 , 国家机械工业局发布关于正面碰撞乘员保护的设计规则 ( CMVDR294) 。这个设计规则明确提出对汽车乘员在
11、发生汽车碰撞时的安全标准。所述的安全要求。 CMVDR294 的发布间接地对汽车配置安全气囊提出了新的要求 , 这无疑是中国安全气囊发展史上的一个进步 , 同时也对安全气囊的研究与发展指明了正确的方向和注入了新的活力。在十多年的研究与发展过程中 , 国内许多大学与事业公司的研究与产品已 初具基础 , 其中部分研究与技术已接近国际水平。清华大学的黄世霖等人在汽车碰撞实验研究中 , 系统地研究了多种国产汽车中安全气囊的匹配技术对汽车安全气囊的点火控制模拟、汽车碰撞的过程模拟和实验验证以及有关软件在汽车安全气囊系统设计中的应用等方面作了大量工作 , 对国内的汽车安全气囊研究具有重要的指导作用。坐落在
12、锦州经济技术开发区的锦恒公司是国内唯一一家具有自主知识产权的汽车安全气囊生产企业，其生产能力和所占市场份额在国内最大。锦恒公司建有国内一流的研发中心，实验室通过了国家 CNAL 认证，具有正面碰撞、角度碰撞 、柱撞、侧面撞等实车碰撞试验能力和台车试验能力。公司的主要碰撞、检测设备和组装生产线均由国外引进，技术装备水平国内领先。他们通过引进美国公司的安全气囊生产技术，开发出填滨海 职业学院毕业论文 7 补国内空白的机械式安全气囊产品；与一汽汽研所共同承担了国家 “九五”汽车电子产品攻关计划，开发出具有独立知 识产权的电子式安全气囊产品。目前，该公司共为国内 20 多个汽车生产厂家的 30 多个车
13、型研发、配套安全气囊，已形成单班年产 20 万套安全气囊总成、 120 万只气囊、 15 万只饰盖的生产能力，是国内同行业中首家实现为整车配套的企业。近 年，他们还与国际著名的安全气囊供应商签订加工安全气囊零部件的协议，产品将走向欧洲、北美等国家。 2000 年以来，我国安全气囊市场需求平均每年都有超过 200% 的速度在增长，到 2004 年我国安全气囊市场总配套量接近 400 万套。目前，国内生产安全气囊企业有近 20 家， 2004 年产量超过 200 万套，安全气囊的国产化率超过 50% 。国内安全企业的生产和配套市场基本上分外资企业和国产企业两大阵营。外资企业主要以 Autoliv
14、、 Plast、 T akawa、Mobis 等为代表，国内 80% 以上的安全气囊由他们生产，外资企业占据着我国安全气囊的中高端配套市场。国产企业主要是以锦州锦恒、东方久乐、上海比亚迪等为代表，他们国内安全气囊的产量只占 15% 左右，主要在一些国产化的经济型乘用车有所配套。我国安全气囊在经历安全气囊的进口高峰后，进口安全气囊的高速增长是势头已经跌落， 2005 年上半年已经出现进口负增长。目前，进口安全气囊在国内配套市场所占比重不到一半。 2004 年底开始，跨国安全气囊企业相继在中国投资气囊组件的生产，加强了安全气囊上游零部件本地化供应配套的能力。到 2 007 年，我国 80% 以上的
15、安全气囊组件将实现本地化生产。目前，我国安全气囊零部件 ECU 、气体发生器、气袋、布料的国内采购率只有 5% 左右，气囊组件配套还有很大的发展空间。 2.安全气囊的重要组成 驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内，因此，当您看见方向盘上标有 “SRS“ 或 “Airbag“字样，就可知此车装有安全气囊。安全气囊系统主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等主要部件组成。传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气 囊迅速膨胀。气囊装在方向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约 5 0 至 90 升不等，做气囊的布料具有很高
16、的抗拉强度，多以尼龙材质制成，折叠起来的表面附有干粉，以防安全气囊粘着在一起在爆发时被冲破；为了防止气体泄漏，气囊内层涂有密封橡胶；同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体，避免将乘客挤压受伤；气囊中所用的气体多是氮气。 Srs 中电控系统中的传感器，按其功能可分为碰撞强度传感器和防护碰撞传感器；而碰撞强度传感器按其安置位置又可分为包括左前碰撞传感器，右前碰撞传感器和中央碰撞传 感器的前碰撞传感器和中心碰撞传感器两种。 碰撞传感器和防护碰撞传感器串连在一起，其功能都是检测车辆发生碰撞时的惯性力或减速度值，并把信号传输给 srs 的 e cu。所不滨海 职业学院毕业
17、论文 7 同的是，碰撞强度传感器是用来检测车辆发生碰撞时所受碰撞的激烈程度，其信号是供系统的控制单元判断是否引爆点火剂 而使气体发生剂给气囊充气；而防护碰撞传感器则是防治碰撞强度传感器短路而导致安全气囊误膨开，其信号是供控制单元判断是否发生碰撞。 ECU 为一独立安装的控制系统，它不与其他系统的控制单元合用，其功能是接受个传感器发来的信号并判断是否引爆 使气囊膨开。 3.安全气囊的分类 安全气囊系统可分为驾驶员用安全气囊，前排成员安全气囊，防侧撞安全气囊和后座成员用安全气囊。 3.1 驾驶员用安全气囊 驾驶员用安全气囊是汽车最广泛采用的安全气囊，他在车辆发生碰撞时对驾驶员起保护作用。这种气囊分
18、为美式和欧式两种，并安装在转向盘中。 美式安全气囊的设计原则是嘉定驾驶员未系座椅安全带时车辆发生碰撞，为了更好的保护驾驶员，所以气囊体积较大，约 6 0 升。欧式安全气囊则是假定驾驶员系上安全带时车辆发生碰撞，这时由于安全带已起保护作用，所以其体积较小，通 常约为 40 升。 3.2 前排成员用安全气囊 前排成员用安全气囊也分为欧式，美式两种。由于前排成员在车内的位置不固定，所以设计的安全气囊的体积也较大，以保证在发生撞车时成员免受伤害。通常美式前排成员用安全气囊体积约为 160 升，欧式前排成员安全气囊设计约为 75 升。 3.3 侧撞安全气囊 根据使用要求的不同，防侧撞安全气囊可以安装在车
19、门上横梁中，车门内板中或座椅侧面。安装在车门上横梁中的防侧撞安全气囊，用以保护乘员的头部，安装在车门板内的防侧撞安全气囊和安装在座椅侧面的防侧撞安全气囊，用以保护乘 员的胸部和心，肺脏等重要器官。由于空间的限制，通常防侧撞安全气囊的体积都较小，安装在车门板内的 安全气囊体积通常为 3540 升，而安装在座椅侧面的安全气囊体积仅为 12 升左右。 3.4 排座成员用安全气囊 近年来，由于对后排座成员的安全防护的重视，所以在后排座椅上不仅安装了安全带，而且还在前排座椅的后面安装了保护后排座成员的安全气囊。 后排座成员安全气囊在结构上同其他安全气囊基本相同，其体积通常可达 100 升。在车辆发生碰撞
20、并引爆后，安全气囊 便在后排座乘员与前排座椅间形成一个防护气垫，从而达 到对后排座成员的保护作用。 4.安全气囊的工作原理 当车辆发生碰撞时，安全气囊控树模块快速对信号做出处理，确认发生碰撞的严重程度已超出安全带的保护能力，便迅速释放气囊，使乘员的头、胸部直接与较为柔软有弹性的气囊接触，从而通过气囊的缓：中作用减轻乘员的伤害。一般说来，轻微滨海 职业学院毕业论文 7 的碰撞不会打开安全气囊，只有在车辆正面一定角度范围内才是打开安全气囊的有效碰 撞 范 围 ， 后 碰 、 侧 碰 、 翻 转 都 不 会 引 发 安 全 气 囊 打 开 。需要强调的是，安全气囊只是辅助，在不系安全带的状况下，安全
21、气囊不但不能对乘员起到防护作用，还会对乘员有严重的杀伤 力。安全气囊的爆发力是惊人的，足以击断驾驶者的颈椎。因此，系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。早期的安全气囊为机械式安全气囊系统，现在国内外气囊厂家主要采用的是电子式安全气囊系统。基本型安全气囊系统包含了驾驶员、乘员正面保护安全气囊及安全带预紧装置。 电子式安全气囊系统特点是由传感器感知车辆运动情况，由 MCU 监控并作出判断，判断当前的事件是否是严重碰撞事件，如果是严重碰撞事件则驱动气囊展开，保护驾乘人员的安全。安全气囊作用过程为：碰撞发生后 0 20ms 内传感将信号输送到中央电子控 制器（ ECU ）， ECU 判断 6
22、 后确认是严重碰撞则引发气体发生器，在 20 60ms 内高温、高压气体（氮气）经过滤冷却进入气袋，气袋张开形成气垫，将乘员与车内装备隔开， 60 100ms 后气袋排气孔打开，气囊泄气并收缩。气体的阻尼作用吸收了碰撞的能量，缓解了气囊对乘员头部和脸部的压力，乘员陷入较柔软的气囊中，使得乘员得到保护。最后气体全部从排气孔排出，气囊瘪下。为安全气囊系统基本装车形式，图中 DAB 是驾驶员气囊， PAB 是乘员气囊， PSB 是安全带预紧装置。 由于安全气囊系统属于汽车安全部件，它 所采用的电子器件均有较高的特殊性能要求，需要精度高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。 常规安全气囊的电子控制系统包括加
23、速度传感器和 MCU 等。当前国内外气囊厂家常用的安全气囊传感器为微机电系统（ MEMS）传感器， MEMS 传感器的感应范围比较宽，可以感应 1G 到 100G 值的加速度，感应方向可从单轴向到三轴向，在正面、侧面、垂直三个方向感应汽车碰撞过程中的加速度变化，并输出模拟信号。 安全气囊控制要求 MCU 运算能力强、 I/O 口充足等，从可靠性角度考虑，需要使用汽车级的具有一些特殊功能模块的 MCU 。根据系统性能的不同要求使用的 MCU 有 8 位、 16 位，对于更复杂的系滨海 职业学院毕业论文 7 统，许多气囊系统供应商已经采用了 32 位的高性能。 现代安全气囊系统由碰撞传感器，缓冲气
24、囊，气体发生器及控制块等组成。气体发生器。安全气囊系统要求气体发生器能够在较短的时间内（ 30 ms 左右）产生大量的气体充满气囊，产生的气体必须对人体无害，且不能温度太高，同时要求气体发生器有很高的可靠性和稳定性。气体发生器主要有：压缩气体式、烟火式和混合式三种型式。混合式气体发生器是压缩气体式和烟火式相结合的发生器，也是目前广泛应用 一种 气体发生器。控制装置。一般集成在微计算机中。当汽车发生碰撞事故时，电控装置接收多个传感器传来的车身不同位置的减速信号，经过反复不断的分 析、比较、计算，决定是否发出点火信号。要求控制装置能够在复杂的碰撞情况下作出非常准确的判断，点火时刻也必须精确控制。虽
25、然安全气囊在结构上会有所不同，但其工作原理基本一致。汽车行驶过程中，传感器系统不断向控制装置发送速度变化（或加速度）信息，由控制装置（中央控制器）对这些信息加以分析判断，如果所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值（即真正发生了碰撞），则控制装置向 气体发体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火，点火后发生爆炸反应，产生 N2 或将储气罐中压缩氢气释放出来充满碰撞气袋。乘员与气袋接触时，通过气袋上排气孔的阻尼吸收碰撞能量，达到保护乘员的目的。 安全气囊根据安装的位置及保护对象不同，主要分为：对驾驶员进行保护的气囊，装在方向盘内，防止驾驶员与转向盘、仪表板及前挡风玻璃发生碰撞；对前排乘员进行
26、保护的气囊，装在仪表板内，防止乘员与仪表板、前挡风玻璃发生碰撞；对后 排乘员进行保护的气囊，一般安装在前排座椅的靠背上后部或头枕内部，防止乘员与前排座椅发生碰撞。由 于后排乘员受到的伤害程度较轻，后座椅安全气囊一般 只在高级轿车上使用。 汽车的安全气囊内有叠氮化钠、或硝酸铵等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时，这些物质会迅速发生分解反应，产生大量气体，充满气囊。 新型安全气囊加入了可分级充气或释放压力的装置，以防止一次突然点爆产生的巨大压力对人头部产生的伤害，特别在乘客未佩戴安全带的时候，可导致生命危险。具体形式有： 一分级点爆装置，即气体发生器分两级点爆，第一级产生约 40%的气体容积，远低于最大压力，对人头部移动产生缓冲作用，第二级点爆产生剩余气体，并且达 到最大压力。总的来说，两级点爆的最大压力小于单级点爆。这种形式，压力逐步增加。二分级释放压力方式，囊袋上开有泄压孔或可调节压力的孔，分为完全凭借气体压力顶开的方式或电脑控制的拉片 Tether。这种方式，一开始压力达到设定极限，然后瞬时释放压力，以避免过大伤害。 5.使用安全气囊的注意事项
