汽車被動安全技術(shù)

1、汽車被動安全技術(shù)學(xué)院：汽車與交通工程學(xué)院 班級：車輛工程 095 姓名：閆爽學(xué)號： 091201130汽車被動安全技術(shù)閆爽(遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧，121001)摘要：汽車給人類創(chuàng)造效益的同時也帶來了災(zāi)難性的損失，我國每年死于交通事故的人數(shù)與美國相當(dāng)，但汽車的保有量僅是美國的1/27,可見我國汽車的行車安全性與西方國家水平相差甚遠(yuǎn)。汽車安全性涉及的范圍很廣，本文簡述我國汽車被動安全技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及被動安全標(biāo)準(zhǔn)。著重介紹了汽車被動安全系統(tǒng)組成、原理?，F(xiàn)代汽車車速愈來愈高，汽車行駛 安全性日益受到人們的重視，隨著我國道路條件的改善，汽車的行駛速度的提高，強制推行汽車座椅安全帶，推

2、廣安全氣囊，改進(jìn)汽車車身結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱、汽車座椅系統(tǒng)等舉措對減少事故后人民生命財產(chǎn)損失具有十分重要的意義。希望通過論述，對國內(nèi)汽車安全性起到一定幫助作用。關(guān)鍵詞：汽車被動安全，安全帶和安全氣囊，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱，汽車座椅系統(tǒng)，安全車身結(jié)構(gòu)。Automobile Active Safety TechnologyYan Shuang(College of Automobile and Traffic Engin eer in g,Lia oning Un iversity of Tech no logy,Liaoning ,121001)Abstract : Creating effectiv

3、e vehicle for humanity but also catastrophic losses, the number of traffic accide nts in Chi na die each year with the U.S. equivale nt, but car own ership in the Un ited States, only 1 / 27, shows that our safe drivi ng and the Western far from the n ati on al level. Auto safety in volves a wide ra

4、n ge, This paper describes our automotive passive safety tech no logy status, developme nt trends and passive safety sta ndards. Focuses on the automotive passive safety system components, principle. Hyundai Motor speed higher and higher, increasing the safety car driving by people's atte ntio n

5、, as Chin a's road con diti ons improved, the improveme nt of vehicle speed, seat belts mandatory vehicle to promote the safety air bags,improved vehicle body structure and steering wheel and steering column automobile saddle systemand other measures to reduce loss of life and property after the

6、 accident is of great significanee. This paper reviewed research in the automotive safety tech no logy status, security, tech no logy tren ds; brief passive safety sta ndards at home and abroad; automotive passive safety measures, focus ing on the automotive passive safety system comp onen ts, prin

7、ciple.Hope that through discussi on, on the domestic auto safety to help play a role.Key words : Automotive passive safety， Seat belts and airbags， Steering wheel and steering column，Automobile saddle system ， Safety body structure中國的汽車被動安全性研究經(jīng)過了近十年的歷程， 已經(jīng)有了良好的開端。在 一汽、二汽、天津、交通部試驗場和清華大學(xué)都建立了汽車碰撞試驗設(shè)施，具

8、備 了執(zhí)行中國汽車碰撞法規(guī)的能力，中國汽車被動安全試驗技術(shù)有了顯著的進(jìn)步和發(fā)展。 2001 年，美國汽車工程師學(xué)會主席帶團(tuán)來華參觀后，對中國在汽車被動 安全性研究方面有如此快的發(fā)展感到十分驚奇， 并對有關(guān)方面所做的工作給予充 分的肯定。1 汽車安全帶1.1 回顧安全帶的發(fā)展1955 年，福特公司首先把二點式座椅安全帶作為選裝件安裝在轎車上。到 1959年，由瑞典沃爾沃公司開發(fā)了三點式座椅安全帶， 相繼為各國汽車制造企業(yè) 所采用。1962年日本TAKATA株式會社首先在汽車上安裝安全帶，并在相關(guān)機構(gòu) 配合下進(jìn)行了實車的碰撞試驗， 驗證了安全帶的保護(hù)效果， 后來就逐漸擴大了安 全帶的適用范圍，裝配

9、的安全帶形式也從二點式發(fā)展到三點式。以后， 又經(jīng)過多 次改進(jìn)， 逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的形式。 統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明， 佩戴安全帶使碰撞造成的乘員 傷亡率減少了 15%-30%【111.2 汽車安全帶的組成、原理 研究表明，汽車事故中人體內(nèi)傷和腦損傷與減速度直接有關(guān)，骨折與作用力 有關(guān)，組織損傷與剪切應(yīng)力有關(guān)。 所以，提高汽車內(nèi)部安全性就是要降低人體的 減速度。如果汽車和乘員以等速 Vo 作直線運動， 在時間 to 時發(fā)生前部撞車， 駕駛室 按直線減速到零，如果乘員沒有安全限位裝置，則乘員將以Vo繼續(xù)運動，到t時 撞到車內(nèi)堅硬障礙物 (如儀表板 )上，而后減速，由于變形行程很小，因此產(chǎn)生很 大的減速度，乘員將

10、承受可能致命的載荷。在設(shè)置了限位裝置后，乘員在 t 之 前以Vo在車內(nèi)運動，在t1時，限位裝置生效，乘員減速。滯后時間 T越長，則 乘員減速度延續(xù)時間越長。所以要求撞車后， 限位裝置迅速生效。 降低事故中人 體的減速度的有效措施是限制乘員的位移。最簡單有效的是座椅安全帶。安全帶的基本機構(gòu)均有織帶、卷收器、帶扣和長度調(diào)整機構(gòu)組成。為了進(jìn)一 步降低碰撞時乘員“潛水”造成腹部傷害，提高安全帶保護(hù)效果，還采用了預(yù)緊 器和鎖緊裝置等。(1) 織帶為了在汽車發(fā)生碰撞時限制乘員的移動量， 要求安全帶在規(guī)定伸長率以內(nèi)有 效地束縛住乘員，并盡量減輕乘員所受的沖擊力，以避免造成人員傷亡。為此， 要求安全帶有高的強

11、度，一定的延伸量，良好的能量吸收性。另外，為提高織物 的耐久性，帶織物應(yīng)具有良好的耐磨性、耐氣候性。(2) 卷收器 卷收器用于收卷、儲存部分或全部織帶，并在增加某些機構(gòu)后起到指定作用的裝置。卷收器具有兩種功能：其一是在正常情況下，將織帶放長或收短，以適 應(yīng)使用者身材的大小肥瘦， 一旦使用者將安全帶扣好后， 卷收器可以將過長的織 帶收回， 讓織帶以適應(yīng)的卷收力將使用者拉??； 其二是當(dāng)汽車發(fā)生事故時， 卷收 器可以在瞬間將織帶鎖起來而不讓它伸展，從而可以有效約束乘員。此外， 在使 用時還具有調(diào)整織帶長度的功能。緊急鎖止式卷收器是一種目前應(yīng)用最廣泛的卷收器。 在汽車正常行駛時允許 織帶自由伸縮， 但

12、當(dāng)汽車速度緊急變化時， 其鎖止機構(gòu)并保持安全帶束緊力約束 乘員。這種卷收器中裝有慣性敏感元件和棘輪棘爪機構(gòu)或中心鎖止機構(gòu)， 織帶纏 繞在卷軸上。當(dāng)汽車正常行駛時， 卷收器借助卷簧的作用既能使織帶隨使用者的 身體的移動而自由伸縮，又不會使織帶松弛。 但當(dāng)緊急制動、 碰撞或車輛行駛狀 態(tài)急劇變化時， 卷收器內(nèi)的敏感元件將驅(qū)動鎖止機構(gòu)鎖止卷軸， 使織帶固定在某 一位置上，并承受使用者身體加給織帶的載荷。 盡管卷收器的鎖止機構(gòu)各不相同， 但其基本工作原理相同。(3) 帶扣 無論帶扣或安全帶其他的塑料件，均應(yīng)采用變形小、耐磨性能高、強度高、 性能穩(wěn)定的材料。 在設(shè)計帶扣按鈕時， 應(yīng)考慮到避免乘員肘部誤碰

13、撞而使帶扣開 啟，因為在碰撞發(fā)生時，乘員肘部很可能產(chǎn)生接觸到帶扣的動作。(4) 長度調(diào)整裝置 【 2】1.3 簡述安全帶的發(fā)展趨勢 汽車座椅安全帶的發(fā)展方向是：更好的初始約束特性；更好的吸能特性；舒 適性和方便性。目前涉及汽車座椅安全帶的技術(shù)主要集中在以下方面。(1) 預(yù)拉緊器安全帶的預(yù)拉緊器在低強度碰撞時而安全氣囊未打開的情況下， 保護(hù)乘員頭 部；同時由于它能很好地消除在碰撞開始時織帶與乘員之間的松弛量， 故能使乘 員與車體之間的相對運動減少，從而對乘員的胸腹部起到很好的保護(hù)作用。(2) 限荷器 限荷器可以改善安全帶的能量吸收特性，對乘員施加比較均勻的約束力，從 而降低使用安全帶的不適感。一

14、種不需乘員動作，完全自動佩帶在乘員身體上的被動安全帶也已裝車使 用，但尚未普及。對安全帶的改進(jìn)，一個是解決織帶對人體的傷害問題，有的在 胸部的織帶上裝一個小氣囊，有的在設(shè)法提高織帶吸能性。2 汽車安全氣囊2.1 汽車安全氣囊的歷史發(fā)展使用安全氣囊來保護(hù)汽車乘員的想法最先產(chǎn)生于美國。 1952年美國汽車生產(chǎn) 者聯(lián)合會在理論中闡述了這樣一種汽車安全系統(tǒng)的必要性。 幾乎同時， 這種系統(tǒng) 的原理圖也繪制了出來。 1953年，第一個氣囊的專利就誕生了。但是，由于當(dāng)時 技術(shù)水平的限制，還不能把這種想法或?qū)＠吨T實踐。到了 1980年，德國默謝臺 斯公司開始實現(xiàn)這種設(shè)想，它在自己生產(chǎn)的部分汽車上安裝了安全氣

15、囊。而從 1985年起，在全部供應(yīng)美國市場的汽車上都有安裝了這種安全系統(tǒng)。隨后，又出 現(xiàn)了第一個保護(hù)駕駛員旁前排座乘員頭部的氣囊。2.2 汽車安全氣囊系統(tǒng)組成、原理安全氣囊系統(tǒng)主要由碰撞傳感器、安全氣囊電腦、SRS指示燈和氣囊組件四部分組成。 其中氣囊組件由充氣元件和氣囊組成， 均安裝在方向盤內(nèi)或工具箱上 端，不可分解。充氣元件由電爆管、點火藥粉及氣體發(fā)生劑組成。充氣元件的功 用是給氣囊充氣。氣囊由尼龍布制成，材料厚度為 0. 45mm為了保證氣囊的氣 密性，在其內(nèi)表面涂復(fù)薄薄一層介成橡膠或硅橡膠。 在氣囊的內(nèi)表面固定有專門 的帶子， 這些帶子在氣囊充氣時能使其保持一定形狀。氣囊側(cè)面設(shè)有許多孔

16、， 這 些孔用來快速從氣囊中排出氣體。這點十分重要。否則， 人就會被氣囊推向后面 或被一個氣囊或幾個氣囊擠住而受傷。車輛發(fā)生碰撞時，碰撞沖擊力使碰撞傳感器和觸發(fā)傳感器接通，將信號輸送 到中央電子控制器（ECU）, ECU檢測到?jīng)_擊力（減速度）超過設(shè)定值，經(jīng)判斷后確 認(rèn)是嚴(yán)重碰撞，SRS電腦接通引爆電路，使電流流過電爆管，使其發(fā)熱將電爆管 內(nèi)的點火介質(zhì)引燃，火焰隨即擴散到點火藥粉和氣體發(fā)生劑。產(chǎn)生大量氣體， 氣 體經(jīng)濾網(wǎng)冷卻后進(jìn)入氣囊內(nèi)，氣囊急劇膨脹，沖破方向盤，在0. 03秒鐘的時間內(nèi)即將氣囊充氣。 氣體的阻力作用吸收了碰撞的能量， 緩解了氣囊對乘員頭部和 臉部的壓力。乘員陷入較柔軟的氣囊中，

17、使得乘員得到保護(hù)，6100ms后氣袋排氣孔打開，氣囊泄氣并收縮。 充氣元件與氣囊安裝在方向盤上， 與方向盤一起轉(zhuǎn) 動，電爆管與SRS電腦之間的導(dǎo)線聯(lián)接是靠螺旋導(dǎo)線（游絲）來聯(lián)接的。安全氣囊根據(jù)安裝的位置及保護(hù)對象不同，主要分為：對駕駛員進(jìn)行保護(hù)的 氣囊，裝備方向盤內(nèi)，防止駕駛員與轉(zhuǎn)向盤、儀表板及前擋風(fēng)玻璃發(fā)生碰撞；對 前排乘員進(jìn)行保護(hù)的氣囊， 裝在儀表板內(nèi)，防止乘員與儀表板、前擋風(fēng)玻璃發(fā)生 碰撞；對后排乘員進(jìn)行保護(hù)的氣囊， 一般安裝在前排座椅的靠背上后部或頭枕內(nèi) 部，防止乘員與前排座椅發(fā)生碰撞。 由于后排乘員受到的傷害程度較輕， 后座椅 安全氣囊一般只在高級轎車上使用。2.3 汽車安全氣囊的發(fā)

18、展趨勢在發(fā)達(dá)的西方國家，氣袋已在轎車上普及使用，但在我國尚是發(fā)展中階段。 我國的微型轎車， 如果不安裝安全氣袋是很難達(dá)到法規(guī)的要求。 所以安全氣袋在 國產(chǎn)轎車的達(dá)標(biāo)上是一條重要措施，而且根據(jù)發(fā)展趨勢，也必然使用安全氣袋。氣囊的改進(jìn)主要是開發(fā)新的氣體發(fā)生裝置和更合理的點火不點火判別算法。 目前在氣體發(fā)生裝置內(nèi)的氣體發(fā)生劑多為固態(tài)疊氮化鈉， 其引爆后產(chǎn)生的氣體必 須經(jīng)過濾才能充入氣袋， 而且其殘留物還需處理。 代替的方法之一是用增大式充 氣裝置，即用少量固體燃料加熱儲存的氣體；方法之二是采用有機氣體發(fā)生劑； 方法之三是用可燃?xì)怏w混合劑。側(cè)面碰撞保護(hù)氣囊系統(tǒng)已在開發(fā)，有的已裝車， 它要解決在更短時間

19、 ( 約為正碰撞氣囊時間的 1/3) 內(nèi)傳感引爆和充氣問題，以及 安裝、展開空間小， 氣袋近距離快速膨脹可能傷及乘員問題。 要實現(xiàn)對乘員的最 佳保護(hù)， 必須了解人體結(jié)構(gòu)和傷害機理， 它需要汽車行業(yè)和醫(yī)學(xué)界、 保險業(yè)的合 作，盡可能多地收集關(guān)于乘員體型、尺寸、碰撞傷害程度的數(shù)據(jù)，結(jié)合人體生物 力學(xué)，制定科學(xué)的傷害評定標(biāo)準(zhǔn)，研制出更好的乘員保護(hù)裝置。 【3】3 汽車安全轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱防止或減少碰撞能量對駕駛員造成傷害的轉(zhuǎn)向柱，叫做能量吸收式轉(zhuǎn)向柱。在汽車發(fā)生正碰時， 碰撞能量使汽車前部發(fā)生塑性變形。 布置在汽車前部的轉(zhuǎn)向 柱及轉(zhuǎn)向盤在碰撞力的作用下要向后， 即駕駛員胸部方向運動。 這種運動的能量

20、應(yīng)該通過轉(zhuǎn)向柱以機械方式予以吸收， 防止或減少其直接作用于駕駛員身上而造 成人身傷害。另一方面， 在汽車發(fā)生正碰時， 駕駛員受慣性的影響有沖向轉(zhuǎn)向盤 的運動。駕駛員本身的運動能量一部分由約束裝置加以吸收另一部分傳給轉(zhuǎn)向盤 和轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)。 這部分能量要通過轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱予以吸收， 以防止超出人體承 受能力的碰撞力傷害駕駛員。吸能式轉(zhuǎn)向盤，在撞車時，轉(zhuǎn)向盤骨架發(fā)生變形，以吸收能量，減輕對駕駛 員的傷害?！?】吸能式轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向軸，大體上可分為二類：(1) 可分離式安全轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu) 該機構(gòu)的轉(zhuǎn)向軸分為上下兩段，當(dāng)汽車發(fā) 生撞車時， 上下兩段互相分離或互相移動， 從而避免在第一次沖擊時轉(zhuǎn)向盤隨車 身后

21、移對駕駛員造成傷害。(2) 緩沖吸能式轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu) 這種操縱機構(gòu)從結(jié)構(gòu)上能使轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱 在受到?jīng)_擊后， 軸向收縮并吸收沖擊能量， 從而有效緩和轉(zhuǎn)向盤對駕駛員的沖擊。 其中有以下幾種常見的形式： 網(wǎng)格狀轉(zhuǎn)向管柱：轉(zhuǎn)向管柱的部分管壁制成網(wǎng)格狀，當(dāng)撞車時而受到壓縮 時很容易受到軸向變形，吸收能量。 波紋管變形吸能裝置：其轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向軸也都能分上、下兩段，在轉(zhuǎn)向 軸上套有波紋管。當(dāng)發(fā)生撞車時， 上下轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱錯開縮短， 壓縮波紋管吸 收沖擊能量。 鋼球滾壓變形吸能裝置：其轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱也都能分上下兩段。上、下兩 段轉(zhuǎn)向軸用安全銷相聯(lián)。 上下轉(zhuǎn)向管柱中間壓入帶有塑料隔套的鋼球。 當(dāng)發(fā)生撞 車時

22、，安全銷被破壞，上下轉(zhuǎn)向軸軸向收縮，上下轉(zhuǎn)向管柱也開始軸向收縮，其 內(nèi)的鋼球邊轉(zhuǎn)動邊在上下轉(zhuǎn)向管柱的壁上擠壓出溝槽，使之變形并消耗沖擊能 量。4 汽車座椅系統(tǒng)安全性汽車座椅安全性研究始于 20世紀(jì) 50年代。以往人們的研究主要集中在汽車尾 部碰撞的乘員保護(hù)以及頭枕和座椅靠背后部的沖擊能量吸收等方面8 并逐漸形成了兩種主流設(shè)計概念柔性設(shè)計及剛性設(shè)計。 按照上述方法設(shè)計的各種結(jié)構(gòu)形 式的座椅在安全性試驗中雖然取得了比較令人滿意的結(jié)果， 但是由于碰撞模型試 驗的條件具有相當(dāng)?shù)木窒扌裕承l件如乘員坐姿、加速度作用方向、約束系統(tǒng) 的配帶及使用狀態(tài)、各種約束系統(tǒng)的相互影響等，在實發(fā)事故中千變?nèi)f化， 是實

23、 驗室中不可能全面模擬的。近年來我國在轎車被動安全性的法規(guī)、試驗和研究方面已取得了一定的進(jìn) 展。相對于轎車， 客車的乘員更多， 因此人們對客車乘員的保護(hù)和碰撞安全性的 研究更為集中。 我國在 2000年正式實施了 關(guān)于正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計規(guī)則 ， 這不僅對汽車正面碰撞控制結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和方法的研究更具有現(xiàn)實意義， 還極大 地帶動了我國微型客車的安全性設(shè)計研究與發(fā)展。 國內(nèi)幾家大型的微型客車廠紛 紛著手對現(xiàn)有車型進(jìn)行不同程度的改進(jìn)以適應(yīng)法規(guī)的要求。 汽車后部碰撞安全性 法規(guī)也有望在 2003年問世，這必將進(jìn)一步推動汽車安全性尤其是座椅系統(tǒng)安全性 研究工作的深入開展。 【5】結(jié)論基于上述論證， 我們可以知道，隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車安全將會越 來越受到關(guān)注， 尤其是關(guān)于防止二次碰撞的乘員保護(hù)應(yīng)該加大研究力度。 具體到 安全措施各