汽车安全气囊的应用与发展.doc

毕业设计（论文）标 题： 汽车安全气囊的应用与发展学生姓名： 系 部： 汽车系 专 业： 汽车技术 班 级： 指导教师： 株洲职业技术学院教务处制 目 录摘 要II前 言IV1.安全气囊的概述11.1安全气囊基础概述11.2安全气囊的设计思想11.3安全气囊发展史11.3.1. 国外汽车安全气囊的发展史11.3.2. 国内汽车安全气囊的发展史22.安全气囊系统部件的结构与原理32.1安全气囊系统部件的结构42.1.1传感器42.1.2电子控制器42.2安全气囊系统部件的工作原理43.安全气囊的检修53.1凌志LS400型轿车安全气囊系统63.2中央传感器总成的检测74.安全气囊的应用84.1安全气囊使用中的缺点84.2对现有安全气囊的改进84.2.1磁电式传感器的采用84.2.2智能化控制系统的采用84.2.3乘员探测系统的选择94.2.4气体发生器的多元化发展95.安全气囊的未来发展趋势95.1安全气囊的智能化95.2安全气囊的绿色环保化105.3安全气囊的虚拟技术化105.4安全气囊的小型、轻型化105.5安全气囊的保护全方位化11结 论12参 考 文 献13后 记14摘 要随着高速公路的发展和汽车性能的提高，车速度越来越快，车流量也越来越大，交通拥堵越来越严重，使得交通事故频发，所以汽车的安全性就变得尤为重要。而安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。安全气囊是现在安全问题的一种有效的解决方法，因其使用方便，效果显著，造价不高，所以得到了迅速的发展和普及。而今天的气囊已经发展到可以在任意方向的碰撞中（包括侧向碰撞）起保护车内人员头部、躯干和膝部的作用。今后还会向智能化、小型、轻型化、保护全方位化、绿色环保化、技术虚拟化的方向发展。关键词：安全气囊 应用 发展SummaryWith the development of the highway and the improvement of the performance of the car, the car speed is getting faster and faster, the traffic flow is also growing more and more serious traffic congestion, frequent traffic accidents, car security becomes particularly important .The airbag is a compelling new technology devices in modern cars. Airbag is now an effective solution to security problems, because of its ease of use, the effect is significant, does not cost much, and so has been the rapid development and popularity. Today airbag has been developed to in any direction of the collision (including the lateral collision) from the protection of occupants head, torso and knee. But also to intelligent, small, light and protect the full range of green technology virtualization direction development.Keywords: airbag applications development前 言汽车是现代道路交通系统的重要组成部分，但由于汽车产业的飞速发展，道路交通等各方面的发展，车流量也迅速加大，随之而来的便是关于汽车的安全问题与隐患。那么汽车的安全系统自然而然成为当今人们所关注的。汽车安全系统是汽车电子领域增长最快的一部分。这将带动中国汽车电子市场的安全气囊（也称辅助乘员保护系统）的广泛应用与发展。所以安全气囊的应用与发展也就成为了当今的一个重要课题。III1.安全气囊的概述1.1安全气囊基础概述 汽车的被动安全性是指汽车在发生事故的过程和之后，如何保证乘员不受伤害或最大限度减少伤害程度的能力？因此，人们经常考虑从汽车的被动安全部件，如车身结构、安全带、安全气囊、吸能式转向柱、座椅、头枕及内饰件等方面考虑。而其中的安全气囊，它是一种当汽车遭到碰撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲气囊，可以保护车内乘员不致撞到车厢内部，为了减少汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代汽车在驾驶员方向盘中央普遍装有安全气囊，有些汽车在副驾驶座前的手套箱上端和乘员座位上也装有安全气囊。根据相关的调查与证明，汽车装用安全气囊后，汽车发生正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减小。1.2安全气囊的设计思想 在汽车发生了碰撞之后，乘员与车内的构件碰撞之前，会迅速在两者之间打开一个充满气体的气垫，使乘员不是直接碰撞车内的构件而是扑到气垫上，从而达到最大程度上减轻乘员伤害程度的目的。1.3安全气囊发展史1.3.1. 国外汽车安全气囊的发展史安全气囊的发展历史过程可以概括为：发明于50年代，开发于60年代，应用于70年代，发展于80年代，推广于90年代。它的雏形是美国人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，是一种纯机械装置。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。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。1973年美国通用汽车公司开始出售可供顾客选配的汽车气囊系统。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 Motor Vehicl 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。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。在这几十年的发展历程中，安全气囊也曾遭受过十分不利的局面，例如因气囊设计不合理而停止使用，因安全气囊误引爆问题，还被召回等问题。1.3.2. 国内汽车安全气囊的发展史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。我国研究单位先后建成或引进了汽车碰撞试验台，1992 年，我过自行研制的 FS-01 安全气囊通过撞车试验。在汽车安全措施问题上，我国刚开始对小型客车驾驶员和前排乘员强制使用安全带，随后国产轿车也开始研究配装安全气囊。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发生汽车碰撞时的安全标准。随着我国的政策法规的颁布，为我国汽车业的发展提供了良好的发展前景。 历经十多年的研究与发展过程, 我国许多大学与事业单位的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作了大量的研究工作，这对我国的汽车安全气囊研究具有重要的指导作用。南京理工大学关于安全气囊方面的研究也正日益受到国际安全气囊产业的关注，还曾受国外著名公司邀请到德国做过多次评估，且得到他们的认可。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。它有国内一流的研发中心，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。另外国内的一些汽车公司成功地开发了两次动作的双安全气囊系统，根据汽车的速度和减速度的大小自动地选择是工作方式，这样可以保证了在低速发生碰撞时不浪费气囊，在速度大于30mh发生碰撞时，便于保护司乘人员的安全。目前就我国安全气囊零部件例如其ECU、气袋、气体发生器、布料的国内采购率还很低，气囊组件配套还有很大的发展空间。因此，我们还要继续关注汽车安全气囊系统技术研究与开发工作。2.安全气囊系统部件的结构与原理2.1安全气囊系统部件的结构汽车安全气囊控制系统是由传感器和电子控制器所组成，（如图1）所示：气体发生器气 囊传 感 器电子控制器控制系统模块 气囊组件模块图1 安全气囊的组成2.1.1传感器前方传感器 此传感器安装在保险杠后与挡泥板之间，用来感测低速冲撞的信号。前方左右2个传感器结构相同，都是偏心锤式机械传感器。传感器装在1个密封的防振保护盒内。中央传感器 中央传感器装在中央控制器内，用来感测汽车发生高速冲撞的信息，并将其输送到电子控制器，用来引爆气囊电雷管，使气囊张开。同时前方传感器也引爆了预紧器的电雷管，即安全带预紧和气囊张开同时起作用。 中央传感器是1个固体半导体压力传感器，它具有稳定性好、应变灵敏系数K值大(约100-150)及压敏电阻效应线性好等特点。安全传感器 本系统设立了2个安全传感器，用来防止系统在非冲撞时引起气囊的误动作。它们装在中央控制器内，是1个水银常开开关。当发生冲撞时，足够大的减速度力将水银抛上，接通电雷管电路。2.1.2电子控制器电子控制器包括引爆控制电路、驱动电路、储存电路和诊断电路等。它们都集中装在中央控制器上。2.2安全气囊系统部件的工作原理当车辆之间发生碰撞时，安全气囊中的传感器感受汽车碰撞强度并将碰撞强度信号传递给中央控制器，中央控制器接受、处理传感器传来的信号并进行判断，若碰撞强度达到了安全气囊控制系统设计的展开安全气囊的条件时，中央控制器立即通过点火控制电路向气体发生器传送安全气囊的点火信号触发气体发生器，气体发生器点火后使迅速产生大量的气体，经过过滤后充入气袋，在乘员和汽车内部结构之间展开一个充满气体的气袋，使得在发生碰撞事故时，乘员能够与比较柔软的气袋相接触，而不是与坚硬的汽车结构猛烈碰撞，从而达到减少伤窖、保护乘员生命的作用。（如图2）所示：气体发生器对气囊充气点火器点火中度以上碰撞 微处理器 CPU碰撞发生传感器碰 撞 结 束图2 安全气囊的工作原理图3.安全气囊的检修3.1凌志LS400型轿车安全气囊系统安全气囊系统自身就设有自诊断功能，系统有故障时，仪表盘上的故障报警灯报就会点灯，提示驾驶员安全气囊系统有故障，同时把故障以故障代码的形式储存起来。维修人员可根据读取故障码的形式排除故障。按操作方式分一般分为手工调码和解码器调码两种。 (1)安全气囊系统的检测与故障排除，（如图3）所示：警告灯常亮连接ECU有故障处理故障清除故障图3 系统检测与故障排除（2）SRS警告灯不灭的检修。打开点火开关至ACC或0N档时，安全气囊提示灯点亮6s后熄灭，表示系统正常，若灯不熄灭或在汽车行驶中灯点亮，则表明SRSECU已存储故障码。（3）读取故障代码。1使用检查用导线 2使用手持式检试仪,连接手持测试仪，根据屏幕上的提示读取故障码（4）清除故障代码。1不使用检查用导线点火开关关闭，则故障代码便清除 2使用检查用导线3使用手持式检测仪将手持式检测仪连接在DLC3插头上，接照屏幕提示清除故障代码.凌志LS400的安全气囊系统又称辅助乘客保护系统，简称SRS。该车SRS系统主要由仪表板上SRS警告灯、气囊前传感器、气囊中央传感器总成、组合开关内的螺旋电缆、气囊、导线及其连接器组成，其电路图如下：图4 凌志LS400的安全气囊系统3.2中央传感器总成的检测 中央传感器总成由中央传感器、安全传感器、点火控制及驾驶电路和诊断电路组成，该总成具有从安全传感器接收信号、判断气囊是否必须启动和SRS系统诊断等功能。若中央传感器总成出现故障，则给出代码31，其检测过程如下： 1.若输出故障代码31的同时输出另外的故障代码，首先排除其他故障。 2.清除存储器中的故障代码41，点火开关置LOCK。 3.20s后将点火开关旋到ACC或NO。 4.20s后再次将点火开关旋到LOCK。 5.反复3-4步5次以上后进行读码操作。 6.若不输出故障代码31，则中央传感器总成工作正常，否则应更换。4.安全气囊的应用4.1安全气囊使用中的缺点1气囊可能在很低的车速时打开。汽车在很低车速行驶而发生碰撞事故时，乘员和驾驶员系上安全带即可，完全不需要安全气囊展开起保护作用。如果这时展开气囊反而会造成不必要的浪费，甚至还可能因安全气囊的展开加重碰撞伤害。2气囊的启动会对乘员造成伤害。安全气囊系统启动时将冲开气囊盖板，并且在瞬间展开充气，很可能对乘员造成冲击；产生的灼热气体也会灼伤乘员和驾驶员。3当乘客偏离座位或座位上无人或儿童乘坐时，气囊系统的启动不仅起不到应有的保护作用，还可能会对乘员造成一定的伤害。4.2对现有安全气囊的改进4.2.1磁电式传感器的采用为使传感器能够方便地安装在各个需要的感应部位，使其能够正确、适时地感应碰撞，可选用磁电式传感器。4.2.2智能化控制系统的采用针对安全气囊在使用中的缺陷，必须进一步提高控制系统灵活性、准确性，为此我们可以采用智能式控制系统。4.2.3乘员探测系统的选择针对气囊未能对不同的乘员做出相应的保护，我们可在乘员座位上安装一个乘员探测系统，对车座上是否有人，乘员的体型大小，以及就座时偏离正中情况进行探测。4.2.4气体发生器的多元化发展针对安全气囊气体伤人的情况，更是要求对气体发生器加以改进，积极研制其它类型的气体发生器，包括混合气体型气体发生器、液体（液态气）型气体发生器、压缩空气蓄能型气体发生器和硝化纤维型气体发生器等。5.安全气囊的未来发展趋势5.1安全气囊的智能化这是一个知识经济时代，更是一个信息时代。随着电子信息技术的飞速发展，智能技术在汽车上得到推广应用，智能化安全气囊便是其中之一。它是在普通安全气囊的基础上增设传感器和与之相配套的计算机软件而制成。其重量传感器能根据重量感知乘客是大人还是儿童，其红外线传感器能根据热量探测座椅上是人还是物，其超声波传感器能探明乘员的存在和位置等。计算机软件则能根据乘客的身高、体重、所处位置和是否系安全带以及汽车碰撞速度及撞击程度等，及时调整气囊的膨胀时机、速度和程度，使安全气囊对乘客提供最合理有效的保护。杰戈娃汽车公司生产的轿车座椅上还装有一种德尔福传感器公司开发的乘客体重传感器和一个皮带扣夹张紧传感器，可以指示乘客的体重和身材。整个传感器系统将由神经网络控制。为保证精确地确定乘客的位置，采用了4个超声波传感器：来自这些传感器的信息输送给神经网络，然后计算出乘客的体重和位置、衣服穿戴的类型等。还能确定他们的精确位置，身体向后仰还是向前倾。控制系统和传统的进行数字信号处理的微处理器结合使用。该系统提供两种膨胀的速度，采用了TRW公司开发的2级安全气囊充气装置，由控制系统决定是否起动安全气囊。例如，如果乘客的身驱支靠着仪表板，则不启动安全气囊。如果需要展开安全气囊，一级和二级充气装置都将启动。这种新安全气囊的其中一个优点，是比普通气囊展开的次数少。5.2安全气囊的绿色环保化目前汽车安全气囊中普遍使用了叠氮化钠。从环保和人体健康角度讲，叠氮化钠是一种有毒物质，其毒性是砷的近30倍。此外，从安全角度讲，叠氮化钠在被激活后释放的气体冲起气囊的同时，还会生成固态的钠，钠的化学性质非常活泼，特别是在与水接触时可以直接燃烧。因而，避免使用有潜在危险和有毒性的含钠物质，采用新型气体发生技术，使之符合环境保护的要求，是汽车安全气囊发展的一个方向。如TRW公司采用非叠氮化合物的推进剂作动力，替代了原来安全气囊所用的固体氮化合物；有采用空气和氢的混合物的安全气囊，氢燃烧后产生的热气体，能以很快的速度充满安全气囊；也有其他采用氦气其膨胀的新型安全气囊系统。 5.3安全气囊的虚拟技术化采用计算机模拟的“虚拟技术”方式替代轿车实物碰撞。它由一台超级计算机进行“虚拟试验”，一方面减少人力、物力、财力的消耗；另一方面也加快了产品的开发周期。超级计算机位于一间配有精密气候调控系统的机房中，进行模拟碰撞试验时，一方面测算轿车的设计对减少驾驶员和乘客受伤的风险能起多少作用，另一方面研究轿车受撞变形的方式，以及安全带和安全气囊之类防护系统应如何设计，才能达到最佳的防护效果。5.4安全气囊的小型、轻型化安全气囊总成将采用体积小的新型气体发生器，它采用压缩气体的混合式气体发生器及采用有机气体的纯气体式气体发生器。另外，安全气囊作为一个高度集成化的系统和模块，德尔福传感器公司将推出了世界上最小的安全气囊模块，使方向盘既美观简洁，又有足够的空间来集成更多的控制系统。德尔福的技术可以提供高度紧凑型的乘员正面保护安全气囊，而且气囊系统的盖板与方向盘的接缝非常细小，几乎看不出来；安装的位置也比较独特，且方向盘看上去更漂亮。5.5安全气囊的保护全方位化安全气囊不再仅局限于保护驾驶员与前座乘员。现代汽车还将采用了窗帘一般的侧气囊，这样即使是侧面被撞，车内乘员的安全也能得到充分的保证。如：侧翼气囊，它是置于车门两侧及车顶的气囊装置。来自侧翼撞击的力量必须足够大时才能触发气囊充气，仅是踢踹或撞击产生的能量还不足以造成气囊装置的触发。当侧面撞击发生时，撞击力虽被分散，但还有一部分由车门传至装有传感器的座椅上，就在门与传感器接触的刹那，火焰推动两个气体发生器，以高达每秒2000米的速度，差不多是七倍的音速为气囊充满氮气。它还可以在撞击发生的关键瞬间，自始至终地保护着人体的上身。此外，还有以下正在研制的此型保护气囊还有以下5种： (1)安装在转向盘下方膝垫部位的安全气囊可保护膝盖以下的脚在正碰撞中免受伤害。 (2)安装在制动踏板下的安全气囊以保护脚和踝关节在正碰撞中免受伤害。 (3)安装在前座椅靠背上的安全气囊以保护后座乘员。 (4)安装在汽车发动机罩下的安全气囊，保护行人。 (5)安装在前挡风玻璃边框的安全气囊以减少行人在汽车碰撞事故中头部的损伤。结 论综上所述，我们可以清楚看到安全气囊在整个汽车的安全系统中的重要作用。安全气囊是一种集机械、电子、化学化工等多学科于一体的高新产品，技术含量高、结构复杂、装配精度高、安全要求高是它的特点。安全气囊的研究还在继续创新，安全气囊的工作状况的好坏直接影响驾乘的安全。安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。据有关机构统计。在所有可能致命的车祸中，如果使用安全带，可挽救45%的生命；如果同时使用安全气囊，这一比例将上升到60%。在不系安全带的状况下，安全气囊不但不能对乘员起到保护作用，还会对乘员有严重的杀伤力，安全气囊的爆发力是惊人的。足以给驾驶者以重创。安全气囊的新技术还在不断被开发、革命。它性能的好坏是评价汽车安全性的重要指标。汽车用安全气囊是从零起点开始的，所以，尚需投入大量的精力来进行进一步的研究和开发。参 考 文 献1 邓楚南,轿车构造下册 .北京: 人民交通出版社 2000.6 2陈志恒，汽车电控技术.北京:高等教育出版社2008.63 刘希恭.国产汽车安全气囊系统.北京：机械工业出版社.2007 4 陈守文.汽车安全气囊的研究与发展.汽车研究与开发.2002(1)5 赵龙庆.汽车安全气囊及其检修要点.汽车研究与开发.1995(6) 6 钟志华.汽车安全气囊技术及其应用.中国机械工程.2000(11)7 何文.汽车安全气囊技术的新发展.汽车研究与开发.2000(4) 8 徐安.汽车安全气囊技术发展趋向.北京：人民交通出版社.2006后 记历经这么长时间的艰苦，终于完成了我的论文。当我写完这篇毕业论文的时候，心情十分激动，感慨良多。从开始进入课题到资料的搜集再到论文的顺利完成，整个过程都离不开老师、朋友们的热情帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 首先，我要感谢我的论文指导老师石老师。这篇论文的每一步都是在石老师的悉心指导下完成的，其间倾注了石老师大量的心血。石老师为人随和热情，治学严谨细心。在闲聊中他总是能像知心朋友一样鼓励我，而在论文的写作上他却总会以“专业标准”严格要求我，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，石老师始终认真负责地给予了我深刻而细致地指导。我写论文途中跟他沟通比较严密，他多次从繁忙的工作中抽出时间询问我的研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路。正是有了石老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，这里，我要诚挚的向石老师说一声：“谢谢您，石老师。”除此之外，石老师一丝不苟的工作作风，严谨求实的治学态度也深深的感染了我，在他身上我可以深切的感受到一个学者的严谨和务实，这些都让我受益菲浅，并且将终生受用。 其次，我要感谢身边的朋友们。在这次论文写作过程中，他们对我总是有求必应，帮助我搜集和提供了大量有价值的文献资料，帮助我理清了论文的写作思路，对我的论文提出了诸多宝贵的意见和建议。借此机会，我要对各位朋友们的帮助表示真挚的感谢，谢谢你们！ 最后，我也要感谢我自己。在论文的整个写作过程中，自己总是积极主动的和老师、朋友们沟通、交流，不耻下问。通过这篇论文的写作，我更加理解了“态度决定一切”这句话的深刻道理。当然，最终呈现出来的这篇论文肯定与老师、朋友们的期望还有很大的差距，这实在是由于我个人的能力所限。这将启示我在今后的学习和研究中更要向石老师这样的学者型专家学习，以更加严谨、务实的态度，更加精益求精的作风，以期在专业论文创作上取得新的更大的进步。13