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1、浅析安全气囊发展浅析安全气囊发展Assessment of air bag deployment loads机械与汽车工程学院机械设计制造及其自动化 12-2 班作者：李洪振 2012210266 胡彬彬 2012210282 马飞 2012210290杨亚东 2012210303 摘要： 为了提高对行人的安全保护,减轻或避免汽车碰撞损失,各国都在进行车外安全气囊的研究开发。文章参考大量数据与文献,介绍了国内外气囊技术的发展现状,详述了不同位置的车外安全气囊的结构、功能,分析得出未来汽车安全气囊的发展趋势及开发难点。随着安全气囊技术的成熟,未来汽车安全化、人性化的发展趋势,安全气囊的保护范围也
2、将进一步扩大。 Abstract：In order to improve safety coefficient of pedestrian,reduce or avoid the loss of car collision,every country in the world is engaging in vehicle external airbag research and development.Reference to large amounts of data and literature,this paper introduces the status of airbag tech
3、nology,structure and specifies function of airbags in different position outside vehicle,analyses its future trend and obstacles.Airbags protection scope will be widened with its technology development and automotive.关键词 :安全气囊； 新技术； 汽车； Key words:Airbag； New technology； Vehicle； 1.引言：据交通部统计, 截至 2004
4、 年底,我国社会汽车保有量为 2742 万辆,2005 年全国汽车销售量为 575 万辆。2007 年 1 月 11 日,中国汽车工业协会发布了 2006 年汽车产销统计, 全年汽车产销量分别达到 727.97 万辆和 721.60 万辆, 同比增长 27.32%和 25.13%。这一结果比中汽协去年年初预计的 640 万辆多了 80 多万辆。意味着中国 2006 年已经超过德国成为全球第三大汽车生产国。同时超过日本, 成为全球第二大新车消费市场。而在 2005 年, 全国共发生道路交通事故 450254 起, 造成 98738 人死亡, 469911 人受伤; 2006 年全国共发生道路交通
5、事故 378781 起, 共造成 89455 人死亡。据统计, 全世界每年道路交通事故死亡人数为 50 万至 60 万人, 其中我国占到了 15%至 20%, 交通事故死亡绝对人数一直是世界第一。与国内每年因交通事故而死亡的人数接近或超过 10 万比较, 以下是一组相关数据。2005 年日本国内汽车保有量达到 8000 万辆, 因交通事故死亡的人数为 6871 人。对比日本国内数据, 中国与日本差距如此大的原因除了在国民交通安全意识不足, 国内交通法规的不完善, 执法力度不够外, 与日本汽车安全技术的发达也密切相关的。因此, 加大国内汽车安全方面相关技术的研究刻不容缓。2.安全气囊简介安全气囊
6、有两类, 一是主动安全性 也称“一次安全性”发生碰撞时几个气囊单独作用保护人的头、胸、膝部。二是被动安全性 也称“二次安全性”当低速碰撞时主要是安全带对乘员起保护作用当发生高速碰撞时才引爆气囊对人的头部进行保护称谓辅助约束系统 。第一种气囊的体积较小(40 L ) , 充气量小充气时间短引爆气囊的碰撞车速高, 造价低, 适于汽车前碰撞更适合我国国情。第二种气囊的数量多体积较大 以上 充气时间长, 充气量大, 引爆气囊的碰撞车速较低造价高, 适于汽车前、侧、翻滚、追尾等碰撞起全方位保护作用。安全气囊是在汽车发生碰撞时即发生危险情况下工作的安全装置, 所以, 它的可靠性更显得重要。也就是说在汽车发
7、生碰撞时, 按汽车速度不同要使气囊或安全预紧带可靠地动作; 在紧急制动、高低不平路面上行驶、下大坡等情况下, 汽车发生较大的减速或振动时, 也会给气囊系统的传感器以作用力, 但要保证气囊系统不动作, 当然正常行驶情况下气囊系统更不能动作。电源是电子控制式气囊的动力, 如电源发生故障则气囊处于瘫痪状态。为了保障安全气囊的可靠工作, 一般采用双电源工作; 而且在断电的情况下, 还有气囊电路的贮能元件( 如大容量电容器) 供短时间控制用, 至少可以点燃气囊工作; 另外还有低电压小功率的备用电源, 在外电源全无的情况下, 它可以点燃报警灯, 还有的可以发出报警或求救信号。当汽车发生碰撞时, 汽车与汽车
8、或障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞导致汽车速度的急剧变化。惯性作用使车内乘员向前运动便产生乘员与车内构件之间的二次碰撞, 这是肇事中造成乘员伤害的主要原因。为避免乘员在二次碰撞中受伤害汽车在发生一次碰撞后, 二次碰撞前先引爆预张紧装置收紧安全带。同时引爆气囊, 迅速在乘员和构件之间垫入一爆器点燃。从点燃脉冲开始: 盖板冲开 24m s, 气囊膨开个气囊, 让乘员“扑”在气囊上, 通过气囊上的排气节流阻力吸收乘员的功能, 使猛烈的二次碰撞减缓以保护乘员。其气囊、充气泵、传感器等部件集中装在方向盘内。撞车瞬间由传感器引出点火销( 相当于常规武器的撞针) , 高速撞击充气泵中的引燃器( 相当于
9、常规武器的雷管) , 引燃固体燃料并释放出大量气体, 同时向气囊充气, 气囊充气后膨胀, 对驾驶员起保护作用。这种安全气囊主要用于保护驾驶员的头部, 同时配合三点式安全带减轻撞车时驾驶员的面部损伤。3.安全气囊新技术3.1 安全气囊的新充气剂俄罗斯最近研究出将硝酸钱与甲酸钱一起制成一种共结晶。这种共结晶迅速燃烧并充气的属性比硝酸铵还好, 能够在很短的时间内燃烧并使安全气囊迅速充气, 其充气速度比目前的汽车安全气囊充气速度高几倍。在研究过程中, 他们首先利用电脑程序将碳、氢、氮和氧原子组成各种结构并分析其属性, 结果发现硝酸铵具有很好的自燃属性并且不产生烟雾。但是由于这种物质容易吸收水汽而发生板
10、结, 因而俄研究人员将其与甲酸铵一起制成一种共结晶, 使其容易保存。研究发现, 这种共结晶迅速燃烧并充气的属性比硝酸铵还好, 按照俄研究人员研究出的方法将其填充在汽车安全气囊里后, 能够在很短的时间内燃烧并使安全气囊迅速充气, 其充气速度比目前的汽车安全气囊充气速度高几倍。俄研究人员认为, 这种共结晶燃烧不产生有毒气体, 不会对人的健康造成损害, 而且适用于零下 50 到零上 80 摄氏度的温度环境, 将来有望在汽车安全气囊方面得到广泛应用。3.2 可膨胀涂料最新技术美国密歇根消息, 道康宁公司将在 名为“ 可膨胀有机硅涂料的研究进展”努力, 这种有机硅涂料由道康宁汽车气囊市场业务推出。研讨会
11、主要议题是, 道康宁有机硅产品在气囊领域的最新研发进展情况和产品介绍, 并重点阐述目前道康宁公司目标为提高效率减少成本的产品工艺改进情况。研讨会的主讲人 Blackwood 先生说“ 目前全球可膨胀涂料市场发展的驱动力: 就是提高产品工艺缩减加工成本, 我们研讨会将重点介绍道康宁最新研发成果, 这种技术在减少涂层厚度的同时却比传统产品有更好的性能。另外在今后我们还会着力研发相关工艺, 以实现减少汽车内部易碎等危险材料的使用情况。 ”据悉, 可膨胀涂料是最近十年中汽车安全气囊市场竞争的核心产品, 因为人们不断赋予汽车安全新的要求, 所以安全气囊需要不断改进完善以满足要求, 这就需要其核心可膨胀涂
12、料能够及时的跟上要求并且保证成本降低。3.3 安全气囊盒技术德尔福公司是全球最大的汽车零部件供应商。德尔福提供能安装在仪表板中的乘员安全气囊盒, 以便与车辆内饰造型风格相适应, 同时, 它也是安全气囊模块和气囊的重要接口。作为唯一一家主要设计和制造提供安全气囊、仪表板( IP) 、驾驶座内饰的设计和制造的供应商, 德尔福的特别之处在于强调造型设计的灵活性以及该造型和整体内饰的和谐统一。安装在安全气囊盒中的安全气囊模块的特点和优点如: 采用自动调正安全气囊盒、单点注射成型工艺、TPO/乙烯基树脂外壳和泡沫塑料, 具有轻量化、低成本、低脱开力等特点。其中因仪表板采用成型和装配, 安装在仪表板内的气
13、囊盖可对表面粗糙度和表面光泽进行控制、接口材料与仪表板相同、可与仪表板色彩协调统一; 另采用整体式隐性接口气囊盒, 具有相当大的造型灵活性, 在色彩、表面粗糙度和表面光泽上协调统一。3.4 星型乘员安全气囊星型安全气囊是一个坐姿自适应乘员保护系统。在特定碰撞条件下, 当安全气囊膨胀出来保护乘客安全时, 该系统能控制安全气囊展开的尺寸。安全气囊膨胀的速度和膨胀的程度取决于: 乘员的体重、大小和就座位置、乘客是否佩戴安全带、碰撞的激烈程度、碰撞的方向。星型安全气囊让乘客可以自由选择气囊的膨胀程度 ( 高充气或低充气) 、控制气囊展开的大小和容量, 以及气囊的充气程度。 和传统的安全气囊一样, 星型
14、安全气囊也能安装在仪表板里, 不会影响对汽车的结构或外形设计, 也不会带来额外的支出费用。该系统的特点如: 创新的电子功能和其他特性的有效集成带来高附加值; 不会影响整车结构或外形设计; 无论是轻微的碰撞还是剧烈的碰撞、乘客的重量和大小、在座位上的就座位置以及是否佩戴安全带, 它都能加强对乘客的安全保护。3.5 汽车智能安全气囊汽车智能安全气囊是在普通安全气囊的基础上增设传感器和与之相匹配的计算机软件而成。质量传感器能根据质量感知是大人还是小孩, 其红外线传感器能根据热量探测座椅上是人还是物体, 其超声波传感器能探明乘员的存在和位置等。计算机的软件则能根据乘客的身体状况、所处位置、是否系安全带
15、以及汽车的碰撞速度和碰撞程度, 及时调整安全气囊的膨胀时机、膨胀速度、膨胀程度, 使安全气囊对乘客提供最理想、最有效的保护。4 现存问题和未来方向汽车安全气囊的发展方向虽然安全气囊的使用早在 30 年前就开始了， 然而进一步对其性能加以提高以及降低价格的工作 却主要是在近 10 年以来。尽管在欧洲对安全气囊系 统的安装未作法规要求，但用户在购置汽车时，依然 青睐装备有安全气囊的车辆，这表明安全气囊在碰 撞事故中对乘员起到了有效的保护作用。今后对安 全气囊来讲，提高保护性和安全性以及降低价格是 其发展的方向。这主要包括以下几个方面： （ 1）价廉、无毒的气体发生器并降低对环境的 污染； （ 2）
16、智能化的感应系统以及电子控制系统； （ 3）通用性以及对环境的适应性； （ 4）避免气囊带来的附加伤害； （ 5）先进的数字模拟与设计技术。 值得一提的是未来的智能约束系统安全气囊系统必须满足许多不同的要求，其中最为重要的是在各种环境下为乘员提供准确及时的保护，同时不应使乘员受到附加伤害。完全满足这些要求对于目 前的安全气囊系统是比较困难的，因为其中许多要 求就目前来看本身是相互抵触的。将来理想的安全气囊可以针对各种不同的特殊情况对汽车的使用 者提供保护作用。其基本思想是尽可能多地收集和利用有关乘员形体位置及撞车类型和撞车速度的数据，建立数据库，对某一次碰撞中乘员和车的有关信息进行判断识别，调整约束系统的性能参数， 使人体获得最佳的保护。由于这种智能化特征的引入，乘员保护系统形成了 “安全带#安全带预紧器 #安全气囊”三段式的安全保护，从轻微的碰撞到严重的碰撞事故，乘员保护系统都能做出合理的回 应。同时由于整体的协同效果，使乘员保
