汽车乘员安全保护技术及发展趋势分析.doc

毕业设计（论文）题 目： 汽车乘员安全保护技术及发展趋势分析 学 院： 交通工程学院 专 业： 交 通 运 输 毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目： 汽车控制技术及发展趋势相关课题分析 毕业设计（论文）内容：1、汽车乘员安全保护技术及发展趋势分析；2、汽车车辆稳定性控制技术及发展趋势分析；专题（子课题）题目： 汽车乘员安全保护技术及发展趋势分析 专题（子课题）内容：1、汽车乘员安全保护技术发展背景分析；2、汽车乘员被动安全保护技术的结构及工作原理分析；3、汽车乘员主动安全保护技术的结构及工作原理分析；4、汽车乘员安全保护技术的现状及发展趋势分析。毕业设计（论文）指导教师（签字）： 主 管 教 学 院 （部） 长（签字）： 年 月 日Subject： Analysis on the technology and development trend of automotive occupant safety protection 汽车乘员安全保护技术及发展趋势分析摘 要随着社会的不断进步，汽车销量的急剧增加，交通事故日益频繁和严重。因此，发展汽车乘员安全保护技术，提高汽车安全性能以保护人们生命安全成为社会日益关注的问题。汽车乘员安全保护技术分为主动安全（防止事故发生）和被动安全（减小事故后果）两大方面。汽车安全保护技术正处于不断发展完善的阶段，不仅要依赖被动安全技术，更要发展主动安全技术，使二者相辅相成、相互补充，将交通事故发生的概率降到最低。发展汽车安全保护技术以及分析其未来的发展趋势，不断提高汽车的安全性能，这样才能最大程度地减轻交通事故中汽车乘员的伤亡，保护乘员的生命安全。【关键词】：汽车；乘员；安全保护；发展趋势AbstractWith the continuous progress of society, the sharp increase in car sales, traffic accidents have become increasingly frequent and serious. Therefore, the development of automobile occupant safety protection technology, improve the safety performance of the car to protect peoples life safety has become the issue of social concern. Automotive occupant safety protection technology is divided into active safety (to prevent accidents) and passive safety (reduce the consequences of accidents) two aspects. Auto safety and protection technology is in the development stage of perfection, not only to rely on passive safety technology, but also to development of active safety technology, make the two complement each other, complement each other, the probability of traffic accidents will be reduced to a minimum. The development of automobile safety protection technology and analysis of its future development trends, and constantly improve the safety performance of the car, so as to the greatest extent to reduce the traffic accident car occupant injury, protect the safety of the occupants.【Keywords】: automotive；occupant；safety protection；development trend 目 录绪 论1第1章 汽车乘员安全保护技术发展背景分析31.1汽车乘员安全保护技术概述31.2汽车乘员安全保护技术的研究背景31.2.1 汽车安全技术的发展31.2.2 中国汽车安全的现状7第2章 汽车乘员被动安全保护技术的结构及工作原理分析92.1 预紧式安全带保护技术102.1.1 预紧式安全带的结构组成102.1.2 预紧式安全带的分类及其工作原理112.1.3 汽车安全带的作用及其保护机理132.1.4 预紧式安全带与普通安全带的比较142.2 汽车安全气囊保护技术152.2.1 汽车安全气囊的保护思想152.2.2 汽车安全气囊的组成结构及其工作原理162.2.3 汽车安全气囊的关键技术及分类202.3 汽车安全座椅保护技术252.3.1 安全座椅的种类及其作用252.3.2自动座椅系统组成结构及其工作原理262.3.3儿童安全座椅282.4 海马M5被动安全保护技术292.5 海马S7被动安全保护技术32第3章 汽车主动安全保护技术的结构及其工作原理分析343.1 车辆动力学控制系统（VDC）343.1.1 VDC的结构及工作原理343.1.2 VDC对车辆安全性能的影响363.2 电子控制的防抱死制动系统ABS363.2.1防抱死制动系统（ABS）的基本结构组成373.2.2 防抱死制动系统（ABS）的类型及布置形式393.2.3 防抱死制动系统（ABS）的工作原理393.2.4 防抱死制动系统（ABS）对车辆安全性能的影响403.2.5 以ABS为基础的其他先进制动系统403.3 ESP电子稳定程序系统423.3.1 ESP简介423.3.2 ESP的组成部分433.3.3 ESP的工作过程443.4 安全驾驶系统453.5 自动避撞系统463.6 海马M5主动安全保护技术463.7 海马S7主动安全保护技术483.8 哈弗H6主动安全保护技术493.9 第九代雅阁主动安全保护技术50第4章 汽车乘员安全保护技术的现状及发展趋势分析544.1 汽车乘员安全保护技术的现状544.1.1 国内汽车安全保护技术的现状544.1.2 国外汽车安全保护技术的现状544.2 汽车乘员安全保护技术的发展趋势分析544.2.1 汽车被动安全保护技术的发展趋势544.2.2 汽车主动安全保护技术的发展趋势57结 论59总结与体会61谢 辞62参考文献63附录一 英文原文64附录二 中文译文73V 绪 论汽车给人们的生活带来了很多便捷，也给人们带来了巨大的灾难，交通事故的发生率不断增加不仅给国家社会造成巨大的经济损失也给事故家属造成一定的精神伤害。因此人们在购车时也越加看中汽车的安全性能。 随着人类社会的不断发展与进步，汽车的普及和应用将更加普遍和深入，随之带来的道路交通安全问题也已成为世界性的大问题。目前，全球每年有众多的人死于因汽车引起的道路交通事故，每年因道路交通事故造成巨额经济损失，道路交通事故已经严重威胁人类生命。因此，汽车的安全性能对人类生命和财产安全的影响是不言而喻的。特别是近几年，随着科学技术的迅速发展，越来越多的先进技术被应用到汽车上，汽车的安全性能正日趋完善。生命安全高于一切，发展汽车乘员安全保护技术显得至关重要，希望通过对这一课题的研究，进一步掌握汽车乘员安全保护技术和汽车安全保护设施设备的结构、功能和工作原理。汽车乘员安全保护技术通常可分为主动安全技术和被动安全技术。主动安全技术是指通过预先的防范，避免事故发生的技术，主要包括车辆动力学控制系统（VDC）、电子控制的防抱死制动系统ABS、以ABS为基础的其它先进制动系统（电子制动力分配系统EBD、加速防滑控制系统ASR等）、安全驾驶系统及自动避撞系统等；被动安全技术则是在事故发生过程中及事故发生后，尽量减少损害的方法与措施，主要包括安全带、安全气囊以及安全座椅等。被动安全是事故发生后尽量减少伤亡损失，而主动安全才可以从源头避免事故的发生。因此，主动安全更能防患于未然。 汽车乘员安全保护技术是可以使汽车在行驶中发生碰撞时，最大程度地保护汽车上的乘员，减少其伤亡程度，以达到安全保护成员的目的。汽车安全技术的高低，直接关系到汽车乘员的生命安全。为了确保汽车安全行驶并发挥其最佳的安全保护性能,应该把最先进的技术应用到汽车安全保护装置的研发设计上。汽车乘员安全保护技术的高低，直接关系到到行车安全以及车上乘员的生命安全，为此许多汽车强国目前都在大力发展有关汽车乘员的安全保护技术，以最大程度地来减少发生意外时汽车乘员的伤亡程度。为减轻交通事故中汽车乘员的伤亡，汽车乘员安全防护成为一项紧迫的课题。我们应该在搞懂汽车乘员安全保护技术的基础上认真分析与总结，让更先进的技术运用在这些安全保护设备的开发设计上，以至于当汽车在行驶过程中遭遇交通事故时，以获得保护成员安全的最佳效果。力求通过对这一课题的研究分析，能够对汽车乘员安全保护技术的发展有一些参考价值。第1章 汽车乘员安全保护技术发展背景分析1.1汽车乘员安全保护技术概述汽车乘员安全保护技术就是汽车在行驶过程中，用来保障乘员生命安全的技术。汽车乘员安全保护对于车辆来说分为主动安全保护（防止事故发生）和被动安全保护（减小事故后果）两大方面：主动安全是指尽量自如的操纵控制汽车的安全系统措施。无论是直线上的制动与加速还是左右打方向都应该尽量平稳，不至于偏离既定的行进路线，而且不影响司机的视野与舒适性。这样的汽车，当然就有着比较高的避免事故能力，尤其在突发情况的条件下保证汽车安全。被动安全是指汽车在发生事故过程中以及事故发生后对车内乘员的保护，如今这一保护的概念以及延伸到车内外所有的人甚至物体。由于国际汽车界对于被动安全已经有着非常详细的测试细节的规定，所以在某种程度上，被动安全是可以量化的。被动安全是事故发生后尽量减少伤亡损失，而主动安全才可以从源头避免事故的发生。因此，主动安全更能防患于未然。1.2汽车乘员安全保护技术的研究背景1.2.1 汽车安全技术的发展自1886年1月29日人类发明了第一辆汽车至今，汽车工业已经有近130年的发展。汽车的普及极大地方便了人类的出行，推动了经济的高速发展。与此同时，世界卫生组织数据显示，世界上每天大约有3500人因道路交通碰撞而死亡。每年有几千万人遭受伤害或致残。儿童、行人、骑自行车的人以及老年人是最脆弱的道路使用者。道路交通伤害已成为全球第八大死因，而且是15至29岁年轻人的主要死因。如不采取紧急行动，到2030年，道路交通伤害将上升为全球第五大死因1。据估计全世界每年约有120 万人死于汽车交通事故伤害，受伤者多达5000万人。根据联合国和世界卫生组织的报告，在诸多日常交通事故中，汽车交通事故伤害是最危险的。20122013 年间，欧盟国家交通事故死亡率见表1-12。其中：旅行里程死亡率即每亿人公里死亡人数；旅行时间死亡率即每亿人小时死亡人数。即：旅行里程死亡率 死亡人数（ 出行总人数 旅行里程）；旅行时间死亡率 死亡人数（ 出行总人数 旅行时间）。表1-1欧盟国家交通事故死亡率比较(2012-2013年) 2旅行旅程死亡率（10-8/km）旅行时间死亡率（10-8/h）公路0.95028水运0.25016空运0.0358铁路0.0352世界卫生组织的报告指出，全世界每天有3 000多人死于汽车交通事故伤害。因汽车交通事故伤害引起的死亡人数中的85%以及由此导致的90%的伤残疾调整寿命年（DALYs）发生在中等收入和低收入国家。其中：DALY为伤残疾调整寿命年，是一个测量健康损失的指标，包含因早死损失的寿命年和伤残造成的健康寿命损失年的信息。研究表明，在20002020年期间，汽车交通事故死亡人数在高收入国家将下降30%左右，而在中等收入和低收入国家则会大幅度增加。如果不采取适当措施，到2020年汽车交通事故伤害预计将成为导致全球疾病与伤害的原因中的第3 位（见表1-2）表1-2 1990年与2020年全球疾病负担前十大原因的排序2序次1990年疾病或伤害序次2020年疾病或伤害1下呼吸道感染1缺血性心脏病2腹泻病2抑郁症3围产期疾病3汽车交通事故伤害4抑郁症4脑血管疾病5缺血性心脏病5慢性阻塞性肺病6脑血管疾病6下呼吸道感染7结核病7结核病8麻疹8战争9汽车交通事故伤害9腹泻病10先天性畸形10艾滋病病毒感染汽车交通事故伤害在给人的生命造成巨大损失同时，还造成巨大的经济损失。根据有关报告，汽车交通事故伤害的经济损失在低收入国家约占国民生产总值（gross national product，GNP）的1%，在中等收入国家为1.5%，在高收入国家为2%。每年全球汽车交通事故伤害的损失估计为5180亿美元，其中中等收入和低收入国家的每年损失为650 亿美元。因此，世界各国政府都将治理汽车交通事故伤害问题列为重要的事项，而且提出了具体的目标（见表1-3）。在此基础上，许多国家和地区还制订了具体的政策和分解目标。这些政策的提出，大大地刺激汽车安全技术的发展，对汽车安全性能提出了更高的要求。表1-3部分国家和地区计划减少车祸死亡的目标2国家或地区起始年目标年减少车祸死亡数的目标减少幅度/其他目标澳大利亚19972005-10奥地利1998-20002010-50加拿大1991-19962008-2010-30丹麦19982012-40欧盟20002010-50芬兰20002010-372025-75法国19972002-50希腊20002005-202015-40爱尔兰19972002-20意大利1998-20002010-40马来西亚200120103人/万辆车荷兰19982010-30新西兰19992010-42波兰1997-19992010-43沙特阿拉伯20002015-30瑞典19962007-50英国1994-19982010-40美国19962008-20日本19992010-2000人汽车安全技术可分为主动安全技术和被动安全技术。在1886年，汽车刚诞生时，车上未配备任何安全装置及技术，人们在选购汽车时，主要关注钢板的厚度、强度及结实与否；技术人员也主要研究汽车玻璃在发生事故破碎后，如何减少尖锐度以减轻对乘员的损伤，同时另一主要研究内容为发生撞击后如何减少零部件的脱落，降低对乘员造成的危害，如安全带的出现。在1959年，沃尔沃公司成功研制出前座三点式安全带；1953年，第一个安全气囊被发明并申请专利，但直到1980年，安全气囊才开始逐步在部分汽车上安装使用；1966年，碰撞缓冲区的概念在车上开始用，主要是指车辆发生碰撞时，利用车辆的前部和侧面钢板吸收碰撞时产生的能量；1970年，儿童安全座椅开始在汽车上装备。总体而言，在汽车发展前期，汽车安全技术的发展主要关注的是如何在事故发生后将伤害程度减小到最低，即被动安全性方面。而在主动安全技术方面，相关技术的研发和应用均较晚。最具代表性的ABS（防抱死制动系统）技术于1920年由英国人霍纳摩尔发明，1936年德国博世公司取得ABS专利权，但直到20世纪50年代才开始在汽车上应用；20世纪90年代初期，博世公司发明ESP（电子稳定系统）并首先应用在奔驰汽车上；进入21世纪以来，随着汽车技术的发展以及人们对汽车安全性能要求的不断提高，各大品牌汽车生产制造厂家也越来越重视汽车安全技术的研制与开发，越来越多的先进安全技术被应用到汽车上，如：汽车驱动防滑控制系统（ASR）、汽车电子控制制动系统（EBS）、可控悬架系统、汽车电控动力转向系统、轮胎压了监控系统等等。据相关统计数据显示，随着现代汽车技术的快速发展，汽车安全技术将朝着集成化、智能化的方向迈进，能“防患于未然”，同时在发生事故后给予有效保护的汽车安全技术的研究与发展将是世界各国汽车高新技术发展永恒的主题之一3。1.2.2 中国汽车安全的现状随着中国社会的进步、人民安全意识的提高，中国产生的交通事故在逐年减少，但交通事故伤亡率的不断增长体现出中国汽车安全整体水平较低（见图1-1），虽然在汽车产销和保有量上有很大突破，中国汽车安全技术的发展仍然比较落后。图1-1交通事故次数、伤亡人数及伤亡率4汽车工业发展100 多年以来，汽车安全技术在不断的进步之中，特别是在20 世纪80年代后期汽车安全技术越来越受到全球的重视。欧洲经济委员会(Economic Commission for European， ECE) 及欧洲经济共同体(European Economic Community，EEC) 的 ECE/EEC 法规、欧洲新车评价规程（European New Car Assessment Program，Euro-NCAP）、全球技术法规（Global technical regulations，GTR）以及美国联邦机动车安全标准（Federal Motor Vehicle Safety Standards and Regulations，FMVSS）中汽车安全相关内容突出了全球汽车产业在这一方面所取的成果。中国汽车技术研究中心于2006 年引进了NCAP 新车评价体系4，并根据中国国情制定了适合于自己的中国新车评价规程C-NCAP 评价体系，揭开了中国汽车安全技术飞速发展的序幕。国内消费者从以往的只重外表不重质量的观点逐渐转变为以车辆的安全性能为选购的首要标准，C-NCAP 对汽车安全性能的星级评价能够帮助消费者更加直观地鉴别车辆的安全性能，正因为有这样的第三方评价机构，有力地促进了国内汽车企业在汽车安全技术研发和安全配置上加大投入力度，不仅为了达到国家的法律法规标准，而是更深层次地去挖掘和满足消费者的安全需求。中国整车的安全性能要求逐步提高，对汽车零部件质量的要求也越来越高，安全零部件供应商积极引进国际先进技术并加大新产品的研发投入以提升国内汽车安全零部件的整体效能。消费者、主机厂、供应商之间相互影响有效地刺激了国内汽车安全技术和产业化的进步。第2章 汽车乘员被动安全保护技术的结构及工作原理分析科技的进步使得车辆保有量增加，人们在享受便利的同时，也迫切的感知到交通安全严重性。近年来，我国的交通事故发生率却居高不下，每年由车辆交通事故致死的人数数目惊人。为了减少交通事故的伤亡率，提高汽车乘员的保护，在交通事故发生时，汽车被动安全技术能最大限度的降低对人员的伤害，保护乘员的安全。如图2-1所示为国内2006-2012 年来的交通事故统计图。从图2-1中我们可以看出，国内由汽车交通事故导致的伤亡情形仍很严重。因此，汽车被动安全的研究仍然是我们应该重视的。图2-1我国2006年至2012年交通事故统计5被动安全技术的产生起源于欧美，随着相关技术的产生及运用，交通事故中所产生的伤害得到了明显的改善，如图2-2所示。图2-2 德国被动安全技术发展进程42.1 预紧式安全带保护技术在汽车碰撞事故中，安全带系统是最重要的成员保护装置。汽车安全带是将乘员约束在座椅上的安全装置，当事故发生时，限制乘员的位置，乘员尚未向前移动时它会首先拉紧织带，立即将乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁住织带防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。避免乘员与车体其他部位发生碰撞伤害，同时它的缓冲作用能吸收大量动能，降低事故对驾乘人员的伤害程度。随着汽车安全碰撞性能的不断提高，安全带技术获得飞速的发展。安全带系统的技术已日趋于成熟，在满足安全性能的同时，人们对安全带系统的舒适性要求也越来越高。因而主被动安全系统的结合，智能化系统的运用成为未来安全带系统的一个发展方向。2.1.1 预紧式安全带的结构组成预紧式安全带主要由传感器、动力装置、安全带收紧结构、防逆转结构等组成。1. 传感器与安全气囊系统共用。一旦检测到来自前方的冲击高于规定值时，预紧式安全带与安全气囊系统会同时启动。2. 动力装置由用于点火的加热器、点火剂、推动剂、活塞等组成，根据来自传感器的信号点火。利用产生的气压推动气缸中的活塞，从而生成拉紧安全带的动力。对预拉紧装置中最重要的推动剂中添加了具有良好耐热性和耐久性的成分。3. 安全带收紧结构安全带穿过固定齿轮和移动齿轮之间，通常情况下使用不会产生任何阻力。动力装置启动后产生的推力，通过滑轮转换成回转运动。另外，可动齿轮转动的同时夹住与固定齿轮之间的安全带，从而边转动边拉紧安全带。4. 防逆转结构一旦收紧安全带，乘客安全带的张力则会使防反向转动齿轮咬合并保持咬合状态。为了确实防止反向转动，在齿轮的4个部位进行咬合。预紧式安全带不仅为乘员提供了最为可靠的安全保障，而且由于它确保了乘客正确的坐姿，也是安全气囊能否正常发挥作用的关键。每种安全带都是由织带、安装固定件和卷收器等部件组成。预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同，除了普通卷收器的收放织带功能外，还具有当车速发生急剧变化时，能够在0.1秒左右加强对乘员的约束力，因此它还有控制装置和预拉紧装置。(1）预拉紧式卷收器的控制装置分有两种，一种是电子式控制装置，由电子控制单元（ECU）检测到汽车加速度的不正常变化，经过电脑处理将信号发至卷收器的控制装置，激发预拉紧装置工作，这种预紧式安全带通常与辅助安全气囊组合使用。另一种是机械式控制装置，由传感器检测到汽车加速度的不正常变化，控制装置激发预拉紧装置工作，这种预紧式安全带可以单独使用。(2）汽车安全带卷收预紧装置是目前国外在安全带上普遍采用的一项新技术,它的主要作用是在车辆碰撞刚一开始、乘员尚未来得及向前移动时,快速回卷安全带,以消除由于乘员衣着等因素所产生的安全带松弛量,瞬间约束乘员的身体,从而使安全带系统有效地利用车辆有限的空间快速吸收乘员的动能,减轻车辆碰撞对乘员造成的伤害。安全带预紧装置通常与安全气囊连动。根据安全带卷收预紧装置的驱动方式不同,可以分为机械式预紧装置和火药式预紧装置两大类。机械式预紧装置大多设计安装在安全带的带扣处。当传感器感应到车辆碰撞信号后,触发机械式驱动装置带动安全带带扣向后移动,并回拉安全带来消除其松弛量。火药式预紧装置设计安装在卷收器总成中,卷收器中的卷轴与预紧转轴相咬合,当传感器感应到车辆碰撞信号后,触发点火装置,通过高压气体发生器产生的爆破力来推动活塞向下移动,带动钢丝绳使卷收器卷轴回卷安全带,使安全带快速拉紧以消除其松弛量。2.1.2 预紧式安全带的分类及其工作原理预紧式安全带是近年来发展的一种安全带。一般，为了乘员的舒适，安全带的预紧力不能太大，安全带与人体之间总有一定的间隙，当乘员衣服较厚时，此间隙会较大。在碰撞时，这个间隙将减小安全带的有效作用范围，降低安全带的效能。安全带使用预紧器后，可在碰撞达到一定强度时，启动预紧器，带动锁扣回缩或卷收器回转，使得安全带缩短一定距离，有效消除间隙，可以提高安全带的作用。预紧式安全带是在普通安全带上增加预紧器构成的。预紧器可以与锁扣结合在一起(锁扣预紧器)，也可以与卷收器结合在一起(卷收器预紧器)。下面就以预紧式安全带为例介绍一下安全带的组成结构。1锁扣预紧器锁扣预紧器结构如图2-3所示，使用火药作为动力。锁扣上面与织带相连，下面由钢丝绳与预紧器内的活塞相连。发生碰撞时，通过点火设备点爆安装在预紧器上的火药，火药燃烧产生气体充入气室内。活塞在气体的压力下向右移动，通过钢丝绳将锁扣向下拉回约80mm，消除安全带与乘员间的间隙。在活塞中安装有钢球，使得活塞只能向右移动，防止在安全带的拉力下活塞向左移动。图2-3 锁扣预紧器结构示意图2卷收器预紧器安装在卷收器的侧面，使用火药作为动力。发生事故时，点燃火药，推动齿条移动，从而带动卷收器回卷，如图2-4所示。发生碰撞时，预紧式安全带的传感器一旦检测到前方碰撞高于规定值，电力信号即被传送到动力装置的电子点火器，完成预拉紧式安全带的启动。在乘客因碰撞向前方移动之前，预紧式安全带收紧并保持该状态。使乘客能够牢固地坐在座椅上。当安全带尚未松弛时，安全带约收紧约50mm，若安全带多少有些松弛的话，安全带最大会收紧约100mm。另外，安全带的拉紧负荷设置在不会伤害乘客的程度。图2-4 卷收器预紧器结构示意图2.1.3 汽车安全带的作用及其保护机理1安全带的作用安全带的主要作用在于事故发生时，将驾乘人员牢牢地拴在座椅上，防止二次碰撞，避免造成人员与车体其他部位的碰撞伤害，同时它的缓冲作用能吸收大量的动能，降低事故对驾乘人员的伤害程度6。安全带是最典型的被动安全装置，它可对驾乘人员进行系绊约束和相对固定，能有效地减轻交通事故发生时乘员与车身的碰撞的几率，并将乘员的损伤程度降至最低，其工作原理很简单，缓拉时无阻力，急拉时可锁紧。即当车辆出现紧急制动、正面碰撞或发生翻滚时，乘员会使安全带受到快速而猛烈的拉伸，此时卷收器的自锁功能可在瞬间卡住安全带，使乘员紧贴座椅，避免乘员身体冲出座椅与车内饰件发生二次碰撞。安全带作为主要的乘员约束保护装置，是目前最有效的安全设备，其单独使用时可以减少42左右的死亡率7。事实证明。在正面碰撞、追尾碰撞及翻车事故中。普通安全带对乘员保护效果很好，尤其是对乘员头部，胸部的保护。为了进一步降低碰撞时乘员的“潜水”现象(即乘员沿座椅下滑1造成的腹部伤害，目前很多汽车生产厂采用织带预张紧器或织带夹紧装置的安全带 这种安全带同改进的座椅结构及安全气囊相接合，便可大大提高对乘员的保护性能2保护机理在典型的安全带系统中，安全带与一个卷收器相连，卷收器中的核心元件是卷轴，它与安全带的一端相连。在卷收器内部，一个弹簧为卷轴提供旋转作用力( 或扭矩) 。它会旋转卷轴，以便卷起任何松弛的安全带。当拉出安全带时，卷轴将逆时针旋转，并使相连的弹簧也沿相同方向旋转。若松开安全带，弹簧将收紧，并顺时针旋转卷轴，直至使安全带张紧。目前安全带多配有预紧器系统来收紧安全带，在发生碰撞时收紧安全带的松弛部分。一些较高级的安全带系统使用负载限力器来尽可能减少安全带造成的伤害。当有巨大的作用力施加到安全带上时，额外释放更多安全带6。2.1.4 预紧式安全带与普通安全带的比较预紧式安全带是在普通安全带上的改进，预紧式安全带与普通安全带见表2-1。预紧式安全带不仅为乘员提供了最为可靠的安全保障，而且由于它确保了乘客正确的坐姿，也是安全气囊能否正常发挥作用的关键。当发生正面碰撞时，预紧式安全带能够在瞬间收紧，使乘客能够牢固地坐在座席上，从而进一步提高了安全带的功效。采用预紧装置，不仅达到了使用简单、舒适的效果，而且可以进一步提高保护效果。如果同时使用预紧式安全带与安全气囊系统，则能够进一步提高对乘客的保护效果。表2-1 预紧式安全带与普通安全带的比较普通安全带预紧式安全带结构方面有无预紧器无预紧器采用了锁扣预紧器或卷收预紧器卷收器的功能卷收器只有收放织带的功能除了有收放织带的功能外，还有预拉紧及当车速发生急剧变化时快速锁紧安全带的作用。有无气体发生剂与引发剂无，所以无一定的使用期限有，有一定的使用时间，有效期满必须更换。安全带的效能安全带与人之间总有一定的间隙，从而减小安全带的有效作用范围，降低安全带的效能可在碰撞达到一定强度时，启动预紧器，有效消除间隙，可以提高安全带的作用。适用范围一般车均可使用只允许安装在为其设计和制造的汽车上，不允许随意改装在其他汽车上。2.2 汽车安全气囊保护技术当车辆发生碰撞时，可有效地减少地乘员伤害，同时因其价格适中，因而得到了迅速的发展和普及。汽车安全气囊的基本思想是：在发生第一次碰撞后第二次碰撞前，迅速在乘员和汽车内部构件之间插人一个充有气体的气囊，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动能，使猛烈的第二次碰撞得以减缓，以达到保护乘员的目的8。2.2.1 汽车安全气囊的保护思想如图2-5所示，气囊的基本保护思想是：在发生碰撞后迅速在乘员和车内部件之间打开一个充满气体的袋子，让乘员扑在气袋上，以达到保护乘员的目的。图2-5 气囊的基本保护思想示意图2.2.2 汽车安全气囊的组成结构及其工作原理1 安全气囊组成如图2-6所示，安全气囊系统主要由传感器、控制器、气体发生器和气袋等组成。传感器感受汽车碰撞强度并将其传给控制器，控制器进行判断并在适当时机发出点火信号触发气体发生器，气体发生器点火后迅速产生大量气体展开气袋。从而达到保护乘员生命安全的目的。图2-6 气囊系统工作原理图2 传感器（1）传感器的种类如图2-7所示，目前主要有机械式、机电式、电子式等几种。其中电子集成式集成度高，其内部集成有加速度传感，低通滤波器，温度补偿等模块；接口简单，可靠性高；具有自测试功能，可及时发现异常现象。是目前广泛应用的一种。（2）传感方式传感方式有多点式和单点式。目前正在使用的多点传感式安全气袋系统的典型配置，共有三个传感器：一个机电式左档板传感器，一个机电式右档板传感器和诊断模块中的一个电子传感器。司机侧和乘客侧各有一个气袋。两个档板传感器中只要有一个闭合，诊断模块就对电子传感器送来的信号进行处理和判断，当认为有必要点火时，就发出点火信号使气袋充气9。目前，由于点爆控制算法越来越完善，单点传感式气袋系统正在逐步取代多点传感式气袋系统。图2-7 传感器种类示意图3 控制系统控制系统是气袋系统的核心部件，其控制机理是各生产厂家严格保密的核心技术。气袋控制系统要能准确判断出正撞、偏撞、斜撞、撞树等各种复杂情况的碰撞强度，并准时点爆气袋。控制系统主要有机械式 、 模拟电子式 、智能式几种。机械式控制系统主要用于低成本的气袋系统，应用正在减少。现在大部分都采用带微处理器的智能控制系统，对电子式传感器测量得到的信号进行处理，输出点爆信号。其原理框图如图2-8所示的安全传感器是一机电式传感器，如图2-9所示，它在不低于3g的加速度时闭合，主要是为了提高系统的抗干扰性。气袋控制器一般具备如下特性：在不影响系统可靠性的前提下，尽量采用集成元件，元器件的个数应尽量少；元件及电路应为可在线测试的；减少耗电，使系统在主电源掉电情况下可继续工作；储存故障代号，以备事后诊断。图2-8 智能式传感器原理框图 图2-9 安全传感器示意图4 气袋的形式如图2-10所示，气袋的形式有两种：一种体积比较大，即使乘客不系安全带也能起到良好的保护作用，主要在美国市场，因为美国法规对安全带的佩戴没有强制性；一种体积较小，与安全带配合使用，是将安全气袋与三点式安全带共同组成一个乘员保护系统使之达到最佳的乘员保护效果。这种气袋主要在欧洲市场应用，因为欧洲对安全带的佩戴有强制性要求。图2-10 气袋形式示意图5 气体发生器气体发生器有压缩气体式(冷式)、燃烧式( 热式)、混合式三种。压缩气体式(冷式)：主要与机械式传感器及控制器连用。由于其产气量少、充气速度慢等缺点，应用较少。燃烧式( 热式)：如图2-11a所示，通过燃烧剂燃烧产生大量气体，产气量大，容易控制，应用较多。燃烧剂有叠氮化钠等种类。叠氮化钠燃烧产生无害的氮气，但产生大量的热量和固体颗粒，所以要采取降温、过滤等相应措施。为防止火药产生的热量对乘员造成伤害，有些气袋内部涂有隔热涂层。叠氮化钠融于水后有毒，对环保不利。各气袋生产厂家都在发展新型的燃烧剂。可燃气体式是其中的一种，它将氢气和氧气按一定比例混合加压储存在储气瓶中。它燃烧后产生水，没有固体颗粒，燃烧前也没有害，是一种理想燃烧剂。混合式：如图2-11b所示，是用少量的燃烧物质产生足够的热量，使得压缩气体迅速膨胀而充满气袋。其产气量大，而产生的热量少，是今后的发展方向。 a b图2-11 气体发生器种类示意图混合型气体发生器性能上的优势：对温度的敏感性较低，低温条件下性能变化不大；通过调整，容易满足客户对峰值压力、压力上升曲线、溢出气体的速度等性能的要求；对环境有利。无毒性材料；优异的抗老化性能；气体发生器表面温度低。在气体发生器作用后，其表面温度至多上升75度，塑料件可与气体发生器接触；溢出的气体无害。产生的少量非毒性颗粒，92的颗粒是KCl，产出的颗粒浓度比采用叠氮化钠等燃烧剂的热式气体发生器低；优异的燃烧剂抗老化性能。在车体中15年无变化，推进剂不会吸湿。气体发生器有单级和两级气体发生器。单级气体发生器有一个产气部件，两级气体发生器有两个相互独立的产气部件，适当组合两个部件的工作时间，即可获得不同的充气特性。适用与智能乘员保护系统。2.2.3 汽车安全气囊的关键技术及分类1、关键技术（1）碰撞判断准确汽车的碰撞形式是各式各样的，如图2-12所示。其碰撞强度、减速度波形、车体变形等都是不一样的，但都要求气袋系统能准确地判断出强度如何，并能准确控制气袋点爆。图2-12