安全气囊论文安全气囊,应用现状发展趋势

安全气囊论文安全气囊,应用现状发展趋势 机械电子工程概论论文 题 目:安全气囊系统 目 录 摘要 第1章 汽车安全气囊的发展现状 1.1国外汽车安全气囊的发展现状 1.2国内汽车安全气囊的发展现状及评价 第2章 安全气囊系统的结构及原理 2.1汽车安全气囊的组成和分类 2.2汽车安全气囊的工作原理 第3章 汽车安全气囊存在的问题及改进 3.1 安全气囊使用过程中存在的缺陷 3.2 对目前安全气囊的改进思考 第4章 汽车安全气囊的发展趋势 4.1 安全气囊的智能化 4.2 安全气囊的小型化 4.3 安全气囊的环保化 4.4安全气囊的多样化 参考文献 摘要:随着汽车在世界范围内的不断发展和创新，汽车的安全设计在整车设计中所占的比例也越来越大。为了最大可能地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。汽车安全气囊系统(Supplemental Restraint System——SRS)是轿车上的一种辅助保护系统，与座椅安全带配合使用，可以为乘员提供十分有效的防撞保护。现在，世界上许多汽车制造厂及专业生产厂都在设计和生产安全气囊。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)起保护乘员头部、躯干和膝部的作用。不过现在我国自主生产的汽车配置的安全气囊性能普遍较低，还存在很大的缺陷和改进空间，今后安全气囊会向智能化、小型化、多样化、无污染的方向发展的趋势。 关键词:安全气囊，应用现状，发展趋势 第1章 汽车安全气囊的发展现状 1.1国外汽车安全气囊的发展现状 安全气囊产生于上世纪50年代，中间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”中的 208 条款《乘员碰撞保护》(Federal MotorVehicl 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。FMVSS208 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。 现在，世界上许多汽车制造厂及专业生产厂都在设计和生产安全气囊，其中最大的是德国的波许公司。如今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)起保护乘员头部、躯干和膝部的作用。目前，世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。例如在美国，相应的法规已从1989 年起实施，该法规要求一定要安装大尺寸的气囊。而欧洲的专家们则认为最好的应该是安全带和小尺寸气囊的配合使用。 1.2国内汽车安全气囊的发展现状及评价 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。 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。 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 FMVSS208 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～ 第2章 安全气囊系统的结构及原理 2.1汽车安全气囊的组成和分类 组成: 图1.安全气囊的组成 安全气囊系统主要由碰撞传感器、安全气囊电脑、SRS指示灯和气囊组件四部分组成。 分类: 1)按引爆方式分类，安全气囊系统可分为机械控制式和电子控制式两类。 机械控制是安全气囊系统不需要电源，电子电路和电机械控制是安全气囊系统 路配线，其全部零件都组装在转向盘装饰盖板的下面，检测碰撞动作和引爆点火剂都是利用机械装置的动作来完成的。目前，这种类型的安全气囊很少使用。 2)按安全气囊数量分类，可分为单安全系统，双安全气囊系统和多安全气囊系统。 3)按保护类型分类，安全气囊系统可分为驾驶员用安全气囊，前排成员安全气囊，防侧撞安全气囊和后座成员用安全气囊。 2.2汽车安全气囊的工作原理 汽车行驶过程中，传感器系统不断向控制装置发送速度变化(或加速度)信息，由控制装置(中央控制器)对这些信息加以分析判断，如果所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值(即真正发生了碰撞)，则控制装置向气体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火，点火后发生爆炸反应，产生N2或将储气罐中压缩氮气释放出来充满碰撞气袋。乘员与气袋接触时，通过气袋上排气孔的阻尼吸收碰撞能量，达到保护乘员的目的。 图2.安全气囊的工作原理框图 第3章 汽车安全气囊存在的问题及改进 3.1 安全气囊使用过程中存在的缺陷 尽管世界各国都投人大量的人力物力致力予安全气囊的开发，使得安全气囊系统得到大力发展，在一些实际的碰撞事故中也证明安全气囊确实具有降低乘员伤亡的功效，但同时发现了其存在的一些问题。 安全气囊在使用中存在的问题有: 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，因为每个气囊只能使用一次，即安全气囊一旦引爆是不可能维修的，将不再有下一次保护的能力，引爆后须回厂换一个新的 气囊。 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。 据计算，若汽车以60km的时速行驶，突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下，而气囊则会以大约300km/h的速度弹出，而由此所产生的撞击力约有180公斤，这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承。因此，如果安全气囊弹出的角度、力度稍有差错，就有可能酿出一场“悲剧”。 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)目前汽车安全气囊中普遍使用了迭叠化钠。从环保和人体健康角度讲，迭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，迭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，因而安全气囊存在很大的潜在危险。 3.2对现有安全气囊的改进思考 从安全气囊在使用过程中存在的缺陷可知，现有安全气囊的基本设计目标是用来对付严重交通事故的，但在一些不太严重的事故中，系统反应过度，反而会对驾乘人员施加作用过大，适得其反，造成不必要的伤害。 针对实际使用中存在的问题，我们更希望在安全气囊展开之前，安全气囊系统能够精确感应汽车发生的碰撞，并按照程序来判断碰撞事故的严重程度，如果碰撞级别比较低的话，只需将安全带的预紧机构拉紧即可;如果碰撞级别比较高，需要启动安全气囊，则将点燃气囊的指令传递给气囊系统。这也就是要求安全气囊系统能够准确地感应所发生的碰撞事故;并且能模仿人脑，根据实际的碰撞程度来判别安全气囊是否需要展开，有一定灵活性;并且能够针对不同体形的乘员适当的调整安全气囊。关于发生剂，应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。 第4章 汽车安全气囊的发展趋势 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。 4.1 安全气囊的智能化 安全气囊的智能化发展，将集成先进的传感器技术和信息处理系统，它们在事故发生的短暂时间内能够提供可靠的碰撞环境方面的信息。这些信息包括汽车碰撞的剧烈程度，碰撞的形式(包括正碰撞、侧碰撞、翻滚等)，乘员的身材、体重、乘坐位置和乘坐姿态，以及乘员是否系有安全带等。智能安全气囊系统根据探测到的信息，通过其电子控制系统的计算分析，决定安全气囊何时及以何种程度展开，从而对乘员提供最优化的保护。新一代安气囊系统将由多种电子传感器、中央控制器、探测设备、智能化信息处理系统、多气囊、多安全带预紧器和接头等组成。 4.2 安全气囊的小型化 缩小安全气囊总成的体积是当前发展的趋势之一。新型发生器工作时,压缩气体从气罐中喷出充满气袋。这种发生器气体产生率高, 因而尺寸小, 便于安装布置。 4.3 安全气囊的环保化 安全气囊的环保化设计到两方面，一是对其发生剂的安全性和环保性要求，安全气囊作为危急时刻保护人员的设施，如果因为其中的制剂导致人员中毒或窒息就得不偿失了;二是对气囊材料本身的要求，由于现在使用的安全气囊是一次性的，一般安全气囊是用带橡胶衬里的特种织物尼龙制成，一次性舍弃必然造成浪费。所以在这两方面我们都要寻到到理想的产品，以后，车辆安全气囊中的迭氮化钠有望由推进剂代替，避免使用存在潜在危险和有毒性的含钠物质。而推进剂是火箭所使用的燃料，在特定条件下，它可以释放出强大的能量;目前已有公 司研制出以生物材料制成的安全气囊，新材料来自可再生的原材料，可减少资源浪费。 4.4安全气囊的多样化 驾驶员和前座乘员安全气囊已成为轿车生产中的标准设备, 作为正碰撞事故中的安全措施。侧面碰撞气囊正在迅速发展。不同设计形式的侧碰撞气囊可分别安装在坐椅靠背外侧、车门中部、车身中立柱、车身顶部与车门交界部位。这些安装在不同部位的侧碰撞气囊可分别起到保护乘员头部、胸部和臀部的作用。正在研制的新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下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。 总结 安全气囊是一种集机械、电子、化学、纺织等多学科于一体的高新技术产品。随着安全意识的提高，对安全气囊提出了更高的功能要求，而新型安全气囊的开发研究则对新技术提出了更高的要求。特别是对其可靠性的要求可与航空、航天产品的可靠性相比。国外先进的安全气囊系统的失效率均控制在百万分之一以下。 随着科学技术水平的发展，各种新型气囊将会逐步装备到汽车上，使得汽车的安全性得到进 一步的完善。尽管安全气囊是保护汽车乘员免受伤害的重要措施之一，但是还必须牢牢记住乘员的安全是由汽车的整体安全性能决定的，也是由乘员的安全意识来决定的。因此汽车乘员即使在装有安全气囊的汽车上也要应用其他的安全措施，以使乘员得到最佳的保护效果。 参考文献 [1]钟志华，杨济匡. 汽车安全气囊技术及其应用[J]( 中国机械工程，2000年2月第11卷第1-2期 [2]王建群等. 汽车安全气囊点火控制算法的研究[J](汽车工程，1997年第1期 [3]张金换等. 汽车安全气袋系统的研究[J]( 清华大学学报，1997年第11期第69,72页 [4]何文,钟志华,杨济匡. 汽车安全气囊技术的新发展[J]. 汽车研究与开发,2000,(04):33-37. 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