《汽车安全气囊的发展与应用》毕业论文正文

河南机电高等专科学校毕业论文 2 第一章 汽车安全气囊的发展 1.1国外汽车安全气囊的发展 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（John·Hotrich）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河南机电高等专科学校毕业论文 3 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(FMVSS208)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国内汽车安全气囊的发展 我国对汽车安全气囊的研究起步较晚。上个世纪80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10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。 河南机电高等专科学校毕业论文 4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、Plast、Takawa、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2007年，我国80%以 上的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。 1.3 国内安全气囊的评价河南机电高等专科学校毕业论文 5尽管我国安全气囊的研究与发展已初具基础和规模,但是离世界先进水平还相距甚远,这 些差距主要包含安全气囊法规、撞车实验系统、安全气囊的设计、制造和测试等方面。 事实上,我国的撞车实验系统还不能完全满足美国FMVSS208条款的技术要求;其次在安全 气囊方面,我们还缺少关键技术的自主知识产权;此外,传感器、气体发生器和气囊的技术 规范及检测还未达到一个令人满意的状态。因此，我们业内人士还要付出艰辛的努力！ 1.4 汽车安全气囊的发展趋势 汽车安全系统是汽车电子领域增长最快的一部分。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。据预测，2009 年前排乘客侧面保护气囊的安装率将会是2006年的2倍，侧气帘的安装率将是2006 年 的4倍。 随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，汽车安全技术中的安全气囊技 术近年来也发展得很快，智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、 超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否 点爆气囊、采用1 级点火还是多级点火、点爆力有多大，并与安全带形成总体控制。通 过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞， 侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳保护。 网络技术的应用也是安全气囊系统的发展方向。在汽车网络中，有一种应用面比较窄， 但是非常重要的网络即Safe-By-Wire。 Safe-By-Wire 是专门用于汽车安全气囊系统的 总线，Safe-By-Wire 技术旨在通过综合运用多个传感器和控制器来实现安全气囊系统的 细微控制。 Safe-By-Wire Plus 总线标准是由汽车电子供应商和部件供应商如飞利浦、德尔福 等公司提出。与整车系统常用的CAN、FlexRay 等总线相比，Safe-By-Wire 的优势在于 它是专门面向安全气囊系统的汽车LAN接口标准。为了保证系统在汽车出事故时也不受 破坏，Safe-By-Wire 中嵌入有多重保护功能。比如说，即使线路发生短路，安全气囊系河南机电高等专科学校毕业论文 6 统也不会因出错而起动。Safe-By-Wire 技术将会在汽车安全气囊系统中获得广泛的应用。汽车安全气囊作为一种设想提出来后到今天成为必需的安全装备在汽车上广泛应用已 经过了整整半个世纪的历程。安全气囊有效地减小了在汽车碰撞事故中乘员的伤亡，它 的保护效果在汽车安全研究领域得到广泛的认识和高度重视。随着汽车安全气囊的普遍 推广应用，安全气囊系统的各关键技术环节均成为汽车安全研究领域的重点。 当前安全气囊新技术的开发研究可以概括为向着气囊的智能化、小型化、多样化、 无污染的方向发展。 （1）安全气囊的智能化 传统的正面碰撞安全气囊系统是根据前座乘员的常规乘座位置和气囊的理想点火时刻 为原则设计的。但是在实际的汽车碰撞事故中，影