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1、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.He trie k发明的安全气垫。195 2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
2、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(NHTS A)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DAI CEL公 司、瑞典AUTOLI V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(NHT SA)在著
3、名的“联邦汽车 安全标准中的20 8条款乘员碰撞保护(Fede ral Mot orVeh iel Safe t y 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。FMVSS2 08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
4、翰赫特里特(JohnHotrich)发明。他是一位自学成才的阿宾夕法尼亚州工程师。195 2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。195 3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19 52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198 4年，汽车碰撞安全 标准(F
5、MVS S2 08 )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19 95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CMVDR29 4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
6、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
7、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F S-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。CMVDR
8、29 4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
9、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
10、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2 00%的速度 在增长，到2004年我国安全气囊市场总配套量接近40 0万套。目前，国 内生产安全气囊企业有近20家，200 4年产量超过20 0万套，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Au toliv、Plast、Takawa、Mob is 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
11、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，20 05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。20 04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200 7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
12、有 很大的发展空间。1.3 国内 安 全 气 囊的 评 价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FMVS S208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
13、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200 0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EC ER9 4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，200 9年前排乘客侧面保护气囊的安 装率将会是200 6年的2倍，侧气帘的安装率将是200 6年的4倍。随着科技的发展和人
14、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
15、较窄，但是非常重要的网络即Saf e-By -Wire。 Safe-By-W ire是专门用于汽车安全气囊系统的总线，Safe -By-Wi re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，Saf e-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，Sa fe-By-Wire 中嵌 入有多重保护功能。比如说，即使线路发生短路，安全气囊系统也不会 因
16、出错而起动。Sa fe -B y- 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，影响 气囊保护性能的因素很多，例如乘员的身高和体重、乘员相对于方向盘 或仪表板的位置、碰撞的剧烈程度等等。不同的碰撞条件及乘员和乘员 的位置的变化会导致乘员不是在最佳时刻与气囊接触，从而降低对乘员 的保护效果。为了充分发挥安全气囊的保护
