日照职业技术学院
毕业设计（论文）
题 目： 汽车安全气囊的发展与应用
院 部： 现代汽车学院
专 业： 汽车电子技术
学 号：
学生姓名：指导教师：
二O 一二 年 XX 月 十 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
目 录
第一章 汽车安全气囊概述 ............................................. - 1 -
1.1. 汽车安全气囊基础概述 ......................................... - 2 -
1.2. 安全气囊的设计思想 ........................................... - 2 -
1.3. 汽车安全气囊发展史 ........................................... - 2 -
1.3.1. 国外汽车安全气囊的发展 ................................. - 2 -
1.3.2. 国内汽车安全气囊的发展 ................................. - 3 -
1.4. 汽车安全气囊的工作原理及结构 ................................. - 4 -
1.4.1. 汽车安全气囊的组成及作用 ............................... - 4 -
1.4.2. 汽车安全气囊的工作原理 ................................. - 5 -
第二章 安全气囊控制系统的组成及工作原理 ............................. - 6 -
2.1控制系统的组成 ................................................ - 6 -
2.2 控制系统的控制原理 ........................................... - 10 -
2.3安全气囊的工作原理 ........................................... - 10 -
2.4安全气囊系统的分类 ........................................... - 12 -
第三章 安全气囊的正确使用 .......................................... - 14 -
第四章 安全气囊的检修，储存和运输 .................................. - 15 -
4.1检修 ......................................................... - 15 -
4.2储存和运输 ................................................... - 15 -
第五章 安全气囊的缺点 .............................................. - 16 -
第六章 安全气囊的改进和引用 ........................................ - 16 -
6.1磁电式传感器的采用分析 ....................................... - 16 -
6.2智能化控制系统的采用 ......................................... - 17 -
6.3乘员探测系统的选择 ........................................... - 18 -
6.4气体发生器的多元化发展 ....................................... - 18 -
6.5可分级充气或释放压力装置的采用 ............................... - 18 -
第七章 汽车安全气囊的发展趋势 ...................................... - 19 -
7.1安全气囊的智能化 ............................................. - 19 -
7.2安全气囊的绿色环保化 ......................................... - 20 -
7.3安全气囊的虚拟技术化 ......................................... - 20 -
7.4安全气囊的小型、轻型化 ....................................... - 21 -
7.5安全气囊的保护全方位化 ....................................... - 21 -
7.6正在研制的此型保护气囊还有以下5种： ......................... - 21 - 总 结 .............................................................. - 22 - 致 谢 .............................................................. - 23 - 参 考 文 献 ......................................................... - 24 -
第一章 汽车安全气囊概述
发生交通事故时，汽车不可避免的要发生碰撞。汽车发生碰撞全过程分为两个阶段：没有人参与的汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞作为碰撞的第一阶段。碰撞第一阶段必然导致汽车产生减速度，车内人员由于惯性就会以一定的加速度向撞击发生的方向运动，如果这个加速度足够大，将造成人员与车内构件相碰，把这个碰撞叫碰撞的第二阶段，即伤人阶段。安全气囊的作用即在碰撞的第一阶段和第二阶段之间，迅速在车内人员与汽车构件之间产生一个充满气体的气垫，在碰撞过程中通过气囊的阻尼排气等过程吸收乘员的动能，使碰撞的第二阶段得以减缓，以减轻碰撞对人员的伤害程度。安全气囊属于汽车乘员“被动安全性保护装置”。其中安全带在被动保护过程中起主要作用，而安全气囊属于辅助约束系统（Supplemental Restraint System），即SRS 。
气囊做为车身被动安全性的辅助配置，日渐受到人们的重视。当汽车碰撞后，乘员与车内构件尚未发生“二次碰撞前”迅速在两者之间打开一个充满气体的气垫，使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”从而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量，减轻乘员的伤害程度。
安全气囊分布在车内前方（正副驾驶位），侧方（车内前排和后排）和车外三个方向。在装有安全气囊系统的容器外部都印有Supplemental Inflatable Restraint System ，简称SRS 的字样，直译成中文，应为“辅助可充气约束系统”。英文名称中强调了安全气囊是辅助性的设备，应该与安全带配合工作才能起到最佳的保护作用。可惜的是中文名称中忽略了这一点，容易给用户带来误解，以为仅靠安全气囊就能获得良好的保护效果。其实，若不配合安全带使用的话，在某些情况下，安全气囊展开时会对乘员造成不必要的伤害。在正驾驶位的气囊装在方向盘的中间位置，副驾驶位的安全气囊安装在正前方的平台内部，在意外发生的瞬间可以有效的保护驾驶员和副驾驶位乘员的头部和胸部，因为正面发生的猛烈碰撞会导致车辆前方大幅度的变形，而车内乘员会随着这股猛烈的惯性向前俯冲，造成跟车内构件的相互撞击，另外车内正驾驶位置的安全气囊可以有效的防止在发生碰撞时方向盘顶到驾驶者的胸部，避免致命的伤害。
侧面气囊系统是保护汽车遭侧面碰撞以及车辆翻滚时乘员的安全一般安装于车门上，在车辆遭到侧面碰撞会导致车门严重变形，以至于无法开启车门，车内乘员被困于车内，侧面安全气囊可以有效的保护车内驾乘人员来自侧面撞击导致的腰部，腹部，胸
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部外侧，以及胳膊的伤害，保证身体上肢的活动能力和逃生能力。
随着整车被动安全重要性的深入人心，在一些高档豪华车中车现了高达30几个气囊从颈部、膝部、甚至是在车顶的两侧会配有两条管状气囊，在意外情况发生时能够有效的缓解来自车顶上方的下压力，配合侧面气帘能够有效的保护乘客的头部和颈部。膝盖部分的气囊位于前排驾驶座椅内，一旦打开能够有效保护后排乘客的腰下肢体部位，从而也能缓解来自正面碰撞的前冲力。
1.1. 汽车安全气囊基础概述
车辆的被动安全性是指车辆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。被动安全性包括车辆的耐撞性能、抗翻滚性能，乘员的约束系统、系能结构，不同车辆碰撞相容性问题和碰撞后的紧急撤离等。车辆主动安全性的提高，有助于减少事故的发生，但无法避免。当事故发生时，如何最大限度地降低事故带来的损失，减少乘员损伤，往往更加重要。因此，人们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，来减轻对乘员伤害的程度。
1.2. 安全气囊的设计思想
在汽车发生碰撞后，乘员与车内构件碰撞前，迅速在二者之间打开一个充满气体的气垫，使乘员扑到气垫上，达到减轻乘员伤害程度的目的。
1.3. 汽车安全气囊发展史
1.3.1. 国外汽车安全气囊的发展
安全气囊的使用已有近30年的历史，它对减少撞车伤亡有不可替代的作用。美国“高速公路安全保险机构”的报告指出，装有安全气囊的汽车在撞车时，死亡人数减少了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（Safety Cushion Assembly For Automotive Vehicles ）”
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、福特，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。
1.3.2. 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，2004年产量超过200万套，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 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。
1.4. 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"SRS" 或"Airbag" 字样，就可知此车装有安全气囊。
1.4.1. 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。
1.4.2. 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