毕业设计论文安全气囊的发展与应用.docx

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毕业设计论文安全气囊的发展与应用

毕业综合训练

课题名称安全气囊的发展与应用

学院汽车工程学院

专业汽车制造与装配技术

班级12级汽装4班

姓名学号112101010304

指导老师

江西科技学院

毕业综合训练任务书

学院汽车工程学院专业汽车制造与装配年级12级班级汽装4班姓名谢斌起止日期2015.2月-2015.4月题目安全气囊的发展与应用1．毕业综合训练任务及要求（根据题目性质对学生提出具体要求）

1.汽车安全气囊概述

2.安全气囊的改进和引用

3.汽车安全气囊的发展趋势

2．毕业综合训练的原始资料及依据（包括做调研报告的背景，研究条件、应用环境等）

随着我国汽车安全气囊的快速发展，汽车安全气囊公司在我国也迅速发展起来，作为汽车安全气囊在市场上的重要地位，汽车安全气囊公司的发展发挥了不可或缺的作用。

但与此同时汽车安全气囊的安全性问题也面临许多问题需要解决，本课题对汽车安全气囊的应用与发展进行分析，并提出解决建议。

3．主要参考资料、文献

[1]刘希恭.《国产汽车安全气囊系统》【M】.北京：

机械工业出版社.2007

[2]苏慧青.《安全气囊的使用》【M】.北京：

机械工业出版社.2006

[3]徐安.《汽车安全气囊技术发展趋向》【M】.北京：

人民交通出版社.2006

[4]陈守文.《汽车安全气囊的研究与发展》【M】.汽车研究与开发.2002

（1）

[5]黄宁军.《汽车安全带安全气囊的新发展》【M】.汽车科技.2001（3）

[6]徐焕彰.《安全气囊简介》【M】.北京汽车.1997

[7]李令举.《汽车安全气囊概述和机械式气囊》【M】.汽车电器.1997（6）

[8]钟志华.《汽车安全气囊技术及其应用》【M】.中国机械工程.2000（11）

指导教师王满珍

2015年4月24日

指导教师评语

建议成绩：

优良中及格不及格

指导教师签字

年月日

最终评定成绩：

优良中及格不及格

学院院长签字

年月日

第1章汽车安全气囊概述...................................1

一、汽车安全气囊基础概述...........................................3

二、汽车安全气囊发展史.............................................3

绪论一、智能化控制系统的采用...........................................5

二、汽车发生器的多元化发展.........................................6

第3章汽车安全气囊的发展趋势................................6

一、安全气囊的智能化...............................................7

二、安全气囊的绿色环保化...........................................7

三、安全气囊的虚拟技术化...........................................8

四、安全气囊的小型、轻型化.........................................8

五、安全气囊的保护全方位化.........................................8

六、正在研制的此型保护气囊还有以下5种：

...........................9

第4章总结.................................................9

参考文献...................................................摘要

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公里每小时进行正面撞车时，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，必须设置安全装置，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

摘要1

一、绪论2

二、汽车安全气囊的概述3

（一）、汽车安全气囊基础概述3

（二）、汽车安全气囊发展史3

三、汽车安全气囊的发展趋势5

四、总结7

参考文献8

一、绪论

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1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（SupplementalRestraintSystem）即SRS。

气囊作为车身被动安全性的辅助装置，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有SupplementalRestraintSystem，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，副驾驶的气囊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碰撞，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在车门上，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驶人员来自侧面撞击导致的腹部，胸部外侧，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1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。

二、汽车安全气囊的概述

（一）、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之后，如何保证乘员不受伤害或是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、系能式转向柱、座椅、头枕及内饰件等方面考虑，来减轻对乘员伤害的程度。

（二）、汽车安全气囊发展史

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%的汽车驾驶员和乘客使用安全带时，60年代末，美国高速公路行车安全管理局（NHTSA）开始鼓励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MONTIN公司、TRW公司、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（FederalMotorVehicleSafetyStandard）208条《乘员碰撞保护》中增加了安全气囊的要求，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，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，所需的气体也要多一些而已。

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程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，我国自行研制的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10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，这无疑是我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试验研究中，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。

（三）、安全气囊的改进和引用

1、智能化控制系统的采用

对安全气囊控制系统的要求是准确判断事故的碰撞强度，控制气囊的展开与否。

针对安全气囊在使用过程中的缺陷，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。

2、气体发生器的多元化发展

对于气体发生器，不仅要求其工作可靠，性能稳定，耐久性好，符合环保要求，而且要求尽量减轻其质量和降低成本。

尤其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。

目前汽车上的气囊系统大量采用以叠氮化物作为气体发生物质的推进剂型气体发生器，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也在积极研制。

三、汽车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CMVDR294《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。

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。

1、安全气囊的智能化

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。

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，迭叠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，迭叠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。

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”，从而一方面减少了人力、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。

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、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。

来自于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。

6、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以保护下脚正碰撞中免受伤害。

（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）安装在前排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）安装在前排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。

四、总结

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、化学化工等多科学于一体的高新产品，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，其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，还会对乘员和驾驶员有严重的杀伤力。

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。

参考文献

[1]刘希恭.《国产汽车安全气囊系统》【M】.北京：

机械工业出版社.2007

[2]苏慧青.《安全气囊的使用》【M】.北京：

机械工业出版社.2006

[3]徐安.《汽车安全气囊技术发展趋向》【M】.北京：

人民交通出版社.2006

[4]陈守文.《汽车安全气囊的研究与发展》【M】.汽车研究与开发.2002

（1）

[5]黄宁军.《汽车安全带安全气囊的新发展》【M】.汽车科技.2001（3）

[6]徐焕彰.《安全气囊简介》【M】.北京汽车.1997

[7]李令举.《汽车安全气囊概述和机械式气囊》【M】.汽车电器.1997（6）

[8]钟志华.《汽车安全气囊技术及其应用》【M】.中国机械工程.2000（11）