安全气囊的发展与应用

安全气囊的发展与应用
学院：江西科技学院商学院
专业：汽车维修与检测
班级： 10级四(4)班
学生姓名：梁小东
指导老师：周洁
完成日期：2013年10月11日
本科论文原创性申明
本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日
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学位论文作者签名（手写）：指导老师签名（手写）：
签字日期：年月日签字日期：年月日
摘要
随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车的行驶速度越来越快，特别是由于汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，使得事故更为频繁，所以汽车的安全性就变得尤为重要。

以此汽车的安全也就随之产生，随后很快的出现了一系列的汽车安全系统。

汽车的安全性分为主动安全和被动安全两种，主动安全是指汽车防止发生事故的能力，被动安全是指在万一发生事故的情况下，汽车保护乘员的能力。

当汽车发生事故时，对乘员的伤害是在瞬间发生的。

例如，以车速50公里/时进行正面撞车时，其发生时间只有十分之一秒左右。

为了在这样短暂的时间中防止对乘员的伤害，必须设置安全装备，目前主要有安全带、防撞式车身和安全气囊防护系统(SupplementalInflatableRestraintSystem，简称SRS)等。

由于很多事故是难以避免的，因此被动安全性也非常重要，安全气囊作为被动安全性的研究成果，由于使用方便，效果显著，造价不高，得到了迅速的发展和普及。

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。

此外还会向智能化、小型化、多样化、无污染的方向发展的趋势。

关键词：安全气囊，技术，应用，发展
Abstract
In China, with Development of Highway and improve vehicle performance , vehicle driving faster and faster, especially as car ownership increased rapidl y, more and more crowded traffic and many other factors ... .. Car safety in rec ent the loss of accident year by year. Therefore, the vehicle safety becomes e specially important. An automotive vehicle into the safety of both active safety and passive safety. Active safety refers to the ability of vehicles to prevent acc ident, there are anti-lock braking system, brake force distribution systems. Pa ssive safety in the event of an accident is the case of the configuration of the c ar the ability to protect the occupants. At present, there are seat belts, safety c ushion, the airbag crash-type body and protection system (Airbag Restraint Sy stem) and so on. (Hereinafter referred to as: air bags.)
The whole process of vehicle collision is divided into two stages: in the ca r with no motor vehicles or vehicle and the obstacle as a collision between the first stage of the collision. The first stage will inevitably lead to vehicle collisio ns have reduced speed, the car people will be because of the inertia of accele ration to a certain direction to the crash occurred, if the acceleration is large e nough, will result in personnel and vehicle components collide, this collision is called the collision The second phase, the assault phase. The role of the airba g in the collision between the first and second phases, the rapid component in the car between staff and a car filled with gas cushion, in the collision dampin g exhaust through the process of airbag occupant absorption kinetic energy, s o that the second phase of the collision mitigation to reduce the degree of imp act injury to personnel. Airbags are car occupants, "passive safety protection device." Seat belt in the passive protection of which play a major role in the pr ocess, and airbags are Supplemental Restraint System (Supplemental Restrai nt System), the SRS.
Key words:automobile passive safety airbag supplemental restraint system
目录
第一章汽车安全的概述 (4)
1.1 汽车安全 (4)
1.2安全带与安全气囊 (4)
1.3 安全气囊的分类 (5)
第二章安全气囊系统的结构及工作原理 (5)
2.1 安全气囊系统的组成 (6)
2.2 安全气囊系统的基本工作原理 (6)
2.3 安全气囊的工作过程 (7)
第三章安全气囊的发展趋势 (8)
3.1 安全气囊智能化 (9)
3.2 安全气囊的绿色环保化 (10)
3.3 安全气囊的、轻型化 (10)
3.4 安全气囊的的全方位保护化 (11)
3.5 安全气囊的虚拟技术化 (11)
第四章安全气囊的应用 (11)
4.1 正确使用安全气囊 (11)
4.2 安全气囊的检修、储存和运输 (12)
4.3 安全气囊的缺陷 (13)
4.4 正在研制的安全气囊 (13)
参考文献 (15)
附录 (16)
致谢 (17)
第一章汽车安全的概述
1.1汽车的安全
汽车安全对于车辆来说分为主动安全和被动安全两大方面。

主动安全就是尽量自如的操纵控制汽车。

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以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。

厦礴恳蹒骈時盡继價骚。

1.2安全带与安全气囊
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。

图1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
1.3安全气囊的分类
1．按其总体结构可分为机械式与电子式两大类。

目前汽车上采用的安全气囊系统普遍都是电子式。

2．按SRS气囊的数量可分为单安全气囊系统、双安全气囊系统和多安全气囊系统。

单安全气囊系统只装备有驾驶席气囊。

双安全气囊系统装备有驾驶席和前排乘员席两个安全气囊。

多安全气囊系统装备有三个或三个以上的安全气囊。

3．按照保护对象分类
（1）驾驶员防撞安全气囊。

驾驶员防撞安全气囊装在转向盘上。

（2）前排乘员防撞安全气囊。

由于乘员在车内位置不固定，因此为保护其撞车时免受伤害，设计的防撞安全气囊也较大。

（3）后排乘员防撞安全气囊。

装在前排座椅上。

（4）侧面防撞安全气囊。

装在车门上，防止乘员受侧面撞击。

第二章安全气囊系统的结构及工作原理
2.1 安全气囊系统的组成
尽管各款汽车的安全气囊在控制不见的结构，数量和安装位置不同，但其基本组成大致相同，主要有传感器，安全气囊组件，安全气囊系统指示灯和SRS ECU 四部分组成。

安全气囊系统的基本结构如图-2。

1.传感器用于检测汽车发生事故后的碰撞信号，并将信号输送给SRS ECU,并用以判断是否发生碰撞。

传感器一般安装在车身的前部和中部。

分为前碰撞传感器，中英碰撞传感器和防护传感器。

2.安全气囊组件主要由气囊，气体发生器，点火器，地板和装饰盒等组成。

3.安全气囊指示灯用于指示安全区囊的工作状态。

当系统发生异常时，指示灯自动发亮报警。

4.SRS ECU 有备用电源电路，故障记忆电路，故障诊断与检测电路和点或引爆电路组成。

2.2 安全气囊系统的基本工作原理
由于汽车生产厂家不同和汽车型号、结构不同，安全气囊控制系统布置方式也有所不同。

起重主要的布置方式有多点式安全气囊控制系统，单点式安全气囊控制系统，两点式安全气囊控制系统和防侧撞安全气囊控制系统。

虽然布置方式不相同，但是控制原理是一样的。

其控制原理如下如图-3
图-3安全气囊系统工作原理
当汽车遭受前方一定角度范围内的碰撞时，车体会受到强烈的撞击，车速急剧下降。

安装在汽车前端的碰撞传感器和安装在SRS ECU 内部的中央传感器都会检测到汽车突然减速的信号，并将此信号输送给SRS ECU ，以判断是否发生碰撞。

当汽车遭受碰撞且减速度达到设定值时，SRS ECU发出控制指令由驱动电路将气囊组件中的点火器电路接通，引爆雷管引燃点火剂，点火剂引爆时，迅速产生大量热量，使充气剂受热分解出大量气体并经过过滤后进入安全气囊，气囊便冲开气囊组件上的装饰盖迅速打开，在驾驶员和乘员面部和胸部前形成弹性气垫，即使泄露和收缩，将人体与车内构件之间的碰撞变为弹性碰撞，通过气囊产生变形和排气节流来吸收人体碰撞产生的动力，从而有效的保护人体。

2.3 安全气囊的工作过程
由于车辆型号和安全气囊的种类不同，安全气囊的工作过程受到多种外界因素的影响。

但是其工作过程大体上是相同的。

安全气囊的作用过程如下：碰撞→碰撞传感器→电子控制器→（电脉冲）→气体发生器→气囊展开→乘员保护。

汽车发生正面碰撞时驾驶员的安全气囊展开过程如图1所示（其中具体时间与多种因素有关，图示时间仅供参考）：
以图-4为例，从汽车开始碰撞计时：
a．0～10ms：在汽车特定的敏感部位处，装置碰撞传感器。

碰撞传感器受到足够的碰撞冲量作用时，在10ms的瞬间内，将触发信号输送到中央电子控制器。

b．10～20ms：在中央电子控制器中，主要有对安全气囊系统进行监测和控制的微处理器，能够对传感器输入的触发信号立即进行计算、比较和判断。

如果碰撞冲量超过预先的设定值，中央电子控制器立即释放一个电脉冲火花，使气体发生器中的雷管急速爆炸。

c．20～60ms：雷管的爆炸击穿装气体发生器的燃料盒，将固定燃料点燃并产生高温、高压气体（氮气），快速地经过滤器过滤冷却后冲入安全气囊。

气囊在20～60ms内张开达到最大容积，在乘员与车内装备之间形成一个气垫。

在同一瞬间，乘员因惯性力的作用，可能向前冲出150～200mm，头部、脸部和胸部正好与迎面而来的气囊相接触。

但高压气囊膨胀的能量，会把乘员“回弹”到座椅上，使得乘员身体受到一定损伤。

d．60～100ms：与此同时，装在气囊后面的排气孔打开，气囊泄气并收缩。

由气体的阻尼作用，吸收了碰撞的能量，缓解了气囊对乘员头部和脸部的压力，使乘员陷入较柔软的气囊中。

由于安全气囊将乘员与车内装备隔开，而使得乘员
得到保护。

最后气体全部从排气孔排出，气囊瘪下。

图-4
整个碰撞——安全气囊展开对乘员的安全保护过程，大约60～100ms。

安全气囊展开进行保护的过程，是一种不可逆的过程，在完成保护过程后，必须重新安装安全气囊控制器和安全气囊总成。

一般来说，车辆的轻微碰撞不会使气囊打开。

只有在车辆正面一定角度范围内碰撞才能使气囊打开。

安全气囊打开需要合适的速度和碰撞角度。

从理论上讲，只有车辆的正前方左右大约60°之间位置撞击在固定的物体上，速度高于30KM/h，这时安全气囊才可能打开。

这里所说的速度不是我们通常意义上所理解的车速，而是在试验室中车辆相对刚性固定障碍物碰撞的速度，实际碰撞中汽车的速度高于试验速度气囊才能打开。

后碰，侧碰，翻转都不会引发气囊打开。

安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部，防止脆弱的乘客肉体与车身产生直接碰撞，大大减少受伤的可能性。

此外，气囊爆发时的音量大约只有130分贝，在人体可忍受的范围；气囊中78％的气体是氮气，十分安定且不含毒性，对人体无害；爆出时带出的粉末是维持气囊在折叠状态下不粘在一起的润滑粉末，对人体亦无害。

安全气囊同样也有它不安全的一面。

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”。

需要强调的是：安全气囊只是起到辅助作用。

在不系安全带的情况下安全气囊不但不能对乘员起到防护作用，还会对乘员有严重的杀伤力。

安全气囊的爆发
力是惊人的，足以击断驾驶者的颈椎。

因此，系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。

第三章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2000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ECER94 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。

随着科技的发展和人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，以便引爆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
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、绿色环保化、虚拟技术化等方向发展。

3.1 安全气囊智能化
随着电子信息技术的飞速发展，形形色色的智能技术在汽车上得到推广应用，智能化安全气囊就是其中之一。

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体、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。

这种气囊系统能够在汽车碰撞的一瞬间，根据碰撞条件和乘员状况来调节气囊的工作性能。

它解决了安全气囊膨胀过快而对乘客造成的挤压伤害问题。

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。

这种传感器还可以指示出乘客是否使用了安全带。

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。

3.2 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，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。

另外，最近法国地区发展规划和环境部建议，抓紧对汽车安全气囊进行技术改造，今后，车辆安全气囊中的迭氮化钠将由推进剂代替，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。

3.3 安全气囊的、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。

3.4 安全气囊的的全方位保护化
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。

3.5 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”，从而一方面减少人力、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。

而各种运算都是以现实交通中发生的同类事故为依据进行的。

第四章安全气囊的应用
安全气囊属于烟火类（PTI）器材，无论是装配、储存、使用以及运输，都必须按照有关易燃、易爆危险品的“爆破器材法”的规定来处理。

4.1 正确使用安全气囊
安全气囊是一种一次性的安全防护装置，不允许在装车后进行任何试验。

汽车若无碰撞事故正常行驶长达10年时，应更换新的安全气囊系统。

使用时应注意：
（1）安全气囊必须和安全带配合使用。

安全气囊属于辅助防撞安全装置，只有和安全带配合使用，才能获得满意的效果，所以驾驶员和乘员在汽车运行时必须系好安全带。

（2）注意日常检查。

主要检查各碰撞传感器的固定是否牢固，搭铁线部位是否清洁、连接是否可靠，方向盘转动时是否有卡滞现象，以判断方向盘内的SRS螺旋电缆是否完好。

起动车辆时特别要注意观察SRS报警灯是否自动熄灭，如果接通点火开关6s后，它依然闪烁或长亮不熄，则表示SRS系统有故障。

在运行过程中，如果指示灯闪烁5min后长亮，也表示SRS系统出现故障。

（3）及时排除安全气囊的故障，否则会产生两种严重后果。

一种是当汽车发生严重碰撞，需要安全气囊展开起保护作用时，它却不能工作。

另一种是在汽车正常运行，安全气囊不应工作时，它却突然膨胀展开，给驾驶员和乘员造成不应有的意外伤害，甚至发生安全事故。

（4）避免高温。

安全气囊装置的部件应妥善保管，不要让它承受85℃以上的高温，以免造成安全气囊误打开。

（5）避免意外磕碰和振动。

安全气囊传感器等部件对碰撞和冲击很敏感，因此应尽量避免碰撞和冲击，以免造成安全气囊不必要的突然展开。

（6）不要擅自改变安全气囊系统及其周边布置。

不能擅自改动系统的线路和组件及更改保险杠和车辆前面部分结构。

在方向盘和乘员侧气囊部位不可粘贴任何装饰品和胶条，以防影响气囊的爆开。

（7）乘员尽量坐后排。

儿童和身材矮小的乘员在乘坐有安全气囊的车辆时应尽量坐后排，因气囊对他们的保护效果并不理想。

（8）严格按规范保管安全气囊系统元器件。

安全气囊系统中有火药、传爆管等易燃易爆物品，必须严格按规范运输、保管，否则将会造成严重后果。

4.2 安全气囊的检修、储存和运输
1.检修安全气囊应注意日常的检修。

安全气囊的一般检查，应按故障代码显示的故障进行检修，可以由驾驶员或专业修理工严格按照维修手册操作规程进行。

不允许非专业人员对安全气囊系统进行拆开和检修。

在检修时应将点火开关断开，切断电源，因为拆除蓄电池后，故障代码会消失。

所以在拆除蓄电池之前，应读取和记住故障代码显示的故障特性。

电源切断要等待10min以上，让电容储能器内的电能完全释放后，才允许开始检修，以防止备用电源的电流引爆安全气囊。

在大多数情况下，一些主要的零部件如微处理。