汽车安全气囊的发展与应用(修改版)(2)

2019-04-21 23:19

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23%。新泽西某一医院整形外科在4年时间里对2300起事故作了研究后认为,配有安全带和安全气囊的驾驶员在车祸中面部受伤减少了75%,而这主要是安全气囊的功劳。可见,安全气囊能够在交通事故中起到很大的保护作用。

1953年8月,John ?W?He?Trick首次提出了“汽车用安全气囊防护装置”,并获得了题为“汽车缓冲安全装置的美国专利US2649311。他在1952年的一次事故后,萌发了设计撞车安全装置的想法。在一次事故中,他为躲避一个障碍物而猛打方向盘,并进行制动,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有一个更好的装置来保护乘员,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。

但由于当时技术水平及人们观念的限制,未被广泛接受或认可,当时的美国人更倾向于安装安全带。而当意识到只有不到15%的汽车驾驶员和乘员使用安全带时,60年代末,美国高速公路行车安全管理局(NHTSA)开始顾虑汽车厂商发展安全气囊。

70年代,美国通用,德国奔驰、日本丰田等汽车公司以及美国MONTON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。

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,NHTSA在著名的“联邦机动车安全标准”FMVSS(Federal Motor Vehicle Safety

Standard) 208条《乘员碰撞保护》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。

1993前后,美国政府立法规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座均应装备安全气囊。另外,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。

安全气囊在近几年得到飞速发展,价格大幅下降,装备安全气囊的轿车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安全气囊(即双气囊

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规格),乘客用安全气囊与驾驶员用安全气囊相似。只是气囊的体积要大一些,所需的气体也多一些而已。

二 、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 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。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。

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。 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,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、T akawa、Mobis

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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。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。

第四节、 汽车安全气囊的工作原理及结构

驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内,因此,当您看见方向盘上标有\或\字样,就可知此车装有安全气囊。

一、汽车安全气囊的组成及作用

安全气囊系统主要由传感器、微处理器(ECU)、气体发生器和气囊等主要部件组成。传感器和微处理器用以判断撞车程度,传递及发送信号;气体发生器根据信号指示产生点火动作,点燃固态燃料并产生气体向气囊充气,使气囊迅速膨胀。气囊装在方向盘毂内紧靠缓冲垫处,其容量约 5 0 至 90 升不等,做气囊的布料具有很高的抗拉强度,多以尼龙材质制成,折叠起来的表面附有干粉,以防安全气囊粘着在一起在爆发时被冲破;为了防止气体泄漏,气囊内层涂有密封橡胶;同时气囊设有安全

阀,当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体,避免将乘客挤压受伤;气囊中所用的气体多是氮气。

SRS中电控系统中的传感器,按其功能可分为碰撞强度传感器和防护碰撞传感器;而碰撞强度传感器按其安置位置又可分为包括左前碰撞传感器,右前碰撞传感器和中央碰撞传感器的前碰撞传感器和中心碰撞传感器两种。

碰撞传感器和防护碰撞传感器串连在一起,其功能都是检测车辆发生碰撞时的惯性力或减速度值,并把信号传输给 srs 的 e cu。所不同的是,碰撞强度传感器是用来检测车辆发生碰撞时所受碰撞的激烈程度,其信号是供系统的控制单元判断是否引

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爆点火剂 而使气体发生剂给气囊充气;而防护碰撞传感器则是防治碰撞强度传感器短路而导致安全气囊误膨开,其信号是供控制单元判断是否 发生碰撞。

ECU为一独立安装的控制系统,它不与其他系统的控制单元合用,其功能是接受个传感器发来的信号并判断是否引爆使气囊膨开。

二、汽车安全气囊的工作原理

汽车被动性安全装置主要有安全带和安全气囊。实验表明安全带对乘员有良好的约束力,可以防止乘员被惯性力甩离座位,并且在汽车发生碰撞时能够吸收由惯性力所产生的大部分能量。但在汽车碰撞实验分析中,发现安全带对乘员,特别对驾驶员的头部、胸部以及膝部所能提供的保护是很薄弱的。而安全气囊则对驾驶员头部、胸部以及膝部的保护效果特别明显,大大地减少了乘员的死亡率和减轻了乘员的损伤程度。

值得指出的是,安全气囊只是辅助保护系统,需要佩带安全带才能起到预想的保护效果。交通事故统计数据表明,“三点式安全带+安全气囊”的防护效果最好,其有效保护率高达60%;仅使用安全带的情况下,有效保护率为43~49%;而仅使用安全气囊,有效保护率急剧下降到18%。引用上述统计数据有助于我们消除两个误区:第一?安全气囊不是万能的;第二?佩带安全带十分重要。现在人们的统一认识是:必须通过强制措施提高安全带的佩带率;在低速碰撞中,安全气囊的展开反而会增加意外伤害的可能性而降低保护效果;在中等或严重程度的碰撞事故中,安全气囊对乘员有明显的保护作用。一般说来,车内乘员如果未系安全带的话,在速度为20km/h左右的固定壁障碰撞中就会受到严重伤害;而系了安全带的乘员,在30km/h的固定壁障碰撞中才会受到严重伤害。下图为安全带与安全气囊对驾驶员和乘员的安全防护作用的比较。

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第二章、安全气囊控制系统的组成及工作原理

第一节、控制系统的组成

汽车安全气囊控制系统是由传感器和电子控制器所组成, 控制系统模块 气囊组件模块其中比较常见的传感器有电子传感器,机电式传感器,机械式传感器,新型传感器,中央传感器和安全传感器六种类型。而电子控制器则包括微处理器,信号输入和输出系统,安全气囊系统电源,警告和诊断系统,辅助组成五大部分组成。下面从传感器开始介绍安全气囊控制系统的组成。

在安全气囊控制系统中,普遍采用了传感器来感知汽车在发生碰撞时的信号,检测汽车在发生碰撞时的碰撞强度,一旦碰撞强度达到或超过设计所允许的强度后,各个传感器立即起作用,同时产生和输出一系列被碰撞的信号,这些碰撞信号传输给中央电子控制器,由中央电子控制器中的微处理器来进行处理和判断,决定是否引爆安全气囊。汽车安全气囊控制系统中所采用的传感器,主要类型为惯性加速度传感器,正常情况下,依靠弹性元件使传感器保持在断开状态,当汽车发生碰撞时,惯性元件克服弹性元件的阻力,使传感器立即被接通并产生碰撞信号。

按照碰撞传感器的功能和使用情况不同,传感器可分为碰撞传感器、中央传感器和安全传感器等。碰撞传感器可以装在汽车的前部和侧面,通过直接感知碰撞作用力或从车身结构件的变形,来检测汽车在发生碰撞时的碰撞强度。中央传感器是用来检验和判断由传感器输入的碰撞信号。安全传感器则起着保险作用,可以防止在汽车紧急制动、跨越凹坑或低于规定强度等条件时,因产生强烈振动而引起的“误判”。 几乎所有的传感器对温度都非常敏感,必须保证传感器能够在相当大的温差范围内都能够正常稳定地工作,保证其可靠性。另外传感器应尽量地布置在温度变化较小的部位,或采取一定的隔热措施。

信号系统负责输入传感器的信号、输出安全带锁紧信号、安全气囊引爆信号、灯光,报警信号和音响报警信号等。信号系统分布在汽车的各个部位上,依靠导线和各种插接器来连接。

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