淺析汽車被動安全系統(tǒng)的重要性和應(yīng)用

摘要近年來汽車發(fā)展迅猛，幾乎每家每戶都擁有汽車，隨之而來的汽車安全也開始成為社會關(guān)注的熱點，實際情況是從汽車“呱呱落地”那天起,汽車的安全問題也是汽車設(shè)計者考慮在內(nèi)的問題,針對汽車安全領(lǐng)域的研發(fā)和改進從來沒有停止過.經(jīng)過世界各個國家和組織包括汽車開發(fā)者有著齊心協(xié)力的目標,其安全技術(shù)在很多方向中也達到了不錯的成效.其顯而易見的成果即是在很大程度上減少了事故發(fā)生的幾率,減輕了由事故所帶來的傷亡和各方面的損失,分析和研究顯示汽車被動安全系統(tǒng)對于汽車本身的安全性起著無比巨大的作用。無數(shù)的事實證明整臺車的安全系數(shù)需要所有被動安全系統(tǒng)的約束再依靠其與主動安全系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，真正做到最大程度的保障乘車人員的生命安全。關(guān)鍵詞：車輛被動安全系統(tǒng)安全性能作用應(yīng)用發(fā)展趨勢前言汽車的優(yōu)勢給人類社會發(fā)展帶來了質(zhì)的飛越,隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高，高車速的汽車車速越來越快，讓人和人之間的距離由于速度縮短了,科技的發(fā)展減少了許多時間,與此同時帶來了不容小覷的災(zāi)難。我國是汽車大國，據(jù)報道每年有數(shù)萬人致殘或者喪生于道路交通事故，同時也造成了重大的經(jīng)濟損失。我們在看看其他國家，法國每年需要為交通事故付出撫恤金和處理毀壞車輛的費用高達幾百萬法郎。在韓國平均每一萬輛車因交通事故造成喪生的人數(shù)超過了發(fā)達國家的10倍，其經(jīng)濟損失占國民生產(chǎn)宗哲的2.5%，約占國際預(yù)算的10%以上。德國、日本、意大利、英國每年因車禍死亡的人數(shù)分別大約為2.7萬人、9千余人、9千余人和6千余人.據(jù)統(tǒng)計,中國這樣的人口大國，數(shù)據(jù)就很驚人了，每年都有成千上萬的人死于車禍，更有不計其數(shù)的因車禍受傷致殘，其中還有不少的兒童，而每年死于交通事故的人數(shù)同美國相同，但是在質(zhì)量上卻相差甚遠,只是美國的1/27，由此看出中國汽車行業(yè)的安全保障與其他國家技術(shù)水平的差距還很大.毋庸置疑改變也是迫在眉梢。為了緩解這個局面，不斷增強汽車的安全性能，汽車生產(chǎn)企業(yè)和開發(fā)人員也投入大量的資源去進行研發(fā)與探究，同時也向其他西方國家學(xué)習(xí)，呼吁人人關(guān)注汽車安全問題，強制要求駕駛員系上安全帶，兒童不能坐在前排，有效的保障乘車人員的安全和減少出現(xiàn)車輛安全事故的概率。不得不承認汽車的安全性概念很廣泛，本人在汽車行業(yè)工作多年，在本文里簡單介紹和描述了我國汽車被動安全技術(shù)技術(shù)定義,發(fā)展趨勢，以及汽車被動安全系統(tǒng)組成及原理等等。第1章汽車被動安全系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展趨勢汽車的發(fā)展從其1886正式誕生之日開始，就從來沒有停止過發(fā)展的步伐，畢竟這是人類科技的進步，成了“代步”工具，直觀的能夠感知到從最原始最簡單的輪子加發(fā)動機到現(xiàn)在一整套的內(nèi)飾以及值得吹噓的動力總成，汽車的安全也是其中一項隱形的進步。先從最普遍的安全帶說起，其歷史真的是很悠久，它最早出現(xiàn)在1885年英國的馬車上，然后出現(xiàn)在德國的飛機和賽車上，美國的福特轎車開始使用安全帶是在1955年，1963年沃爾沃汽車公司開始注冊并使用三點式汽車安全帶→1968年美國的所有汽車上規(guī)定裝上安全帶→隨后歐洲和日本也出臺了政策所有汽車必須裝上安全帶→中國是到1993年7月1日才實施所有的車輛必須裝置配備安全帶的條例。再說安全氣囊，其實很多人不知道它的存在，而安全氣囊的誕生也比較坎坷，其實第一個氣囊的專利的誕生在1953年，之所以沒有把這種想法或?qū)＠吨T實現(xiàn)是由于當(dāng)時技術(shù)水平的落后和局限性。直到1967年的時候，安全氣囊的雛形才真正形成。那么早期的汽車被動安全是靠什么來驗證的呢？主要是靠整車以及零部件碰撞試驗來完成。1947年首次采用滑道式整車（簡稱“滑車”）進行碰撞試驗。而我國汽車被動安全性系統(tǒng)研究起步雖然較晚，對汽車被動安全性研究也是在不斷學(xué)習(xí)的過程中，已經(jīng)有了良好的開端，汽車碰撞試驗設(shè)施的定點（主要有：一汽、二汽、天津、交通布試驗場和清華大學(xué)）標志著中國汽車被動安全試驗技術(shù)的新的里程碑。1.1被動安全系統(tǒng)的應(yīng)運而生汽車的誕生（1988年）和發(fā)展是個漫長的過程，發(fā)展之初最被注重的是汽車的外觀和造型，其動力和汽缸數(shù)量等等，而安全性一直是被人們忽略的環(huán)節(jié)。汽車在那個時代也十分脆弱，如果發(fā)生碰撞，引擎會直接沖入駕駛室里面。這樣的“粗暴”的方式一致持續(xù)到上個世紀50年代以后，這種情況才得以改善。確實一開始汽車廠商也是創(chuàng)造出堅固的車身用來提高汽車的安全性，后面才發(fā)現(xiàn)了“緩沖吸能”的理論，關(guān)鍵在于保障車內(nèi)的人的安全，而不是保證車堅如磐石。在發(fā)生碰撞時，剛性較弱的吸能區(qū)保證“吸能”，保護剛性較強的乘員區(qū)，使其不易發(fā)生變形。與此同時，安全帶，可潰縮的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，安全氣囊也相繼出現(xiàn)。而對當(dāng)代汽車來說，被動安全性已經(jīng)成為購車者關(guān)注的熱門，被動安全裝置在發(fā)生事故后能真正保護駕駛?cè)藛T的安全。1.2被動安全的概念和配置概念：被動安全之所以區(qū)別于主動，意為發(fā)生事故之后，汽車對車內(nèi)乘員的保護或者對車輛或行人的保護。換個說法就是，被動安全即為補救措施，降低交通事故對乘員的傷害。常見的被動安全配置主要有安全氣囊、安全帶、安全座椅、安全玻璃、防撞鋼梁、頭頸保護裝置等。不難看出，車身結(jié)構(gòu)是安全第一基礎(chǔ)，安全帶則是最重要的裝置。1.3被動安全系統(tǒng)的工作原理被動安全是可以具體量化的。本文這里簡單闡述安全氣囊工作原理：當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故時，安全氣囊傳感器接到碰撞的信號，它立即產(chǎn)生動作并向電子控制器發(fā)出信號。隨后由電子控制器接收到信號并判斷是否需要點爆安全氣囊，在必要情況下由驅(qū)動電路向氣囊模塊中的氣體發(fā)生器送去啟動點爆的信號。氣體發(fā)生器點爆后會將氣囊囊袋鼓起，形成一個“氣墊”（實際為縫紉好的PET或者PA的面料經(jīng)過無序或者有序的折疊），使氣囊在極短的時間內(nèi)迅速展開并到位吸能從而有效地保護在駕駛員或乘員的頭部和胸部，使免于于車內(nèi)硬性內(nèi)飾接觸而受傷。假想下沒有安全氣囊，人的頭可能砸在方向盤或者儀表板上，這種情況下需要配合安全帶，二者共同作用。安全氣囊控制系統(tǒng)工作過程大概為100ms左右，整個囊袋的到位比這時間還早，簡直比人的眼睛眨下還快速，這么短的時間要完成這一系列的信號傳輸并點爆完成，對系統(tǒng)要求是非常高的。整個系統(tǒng)是通過傳輸速率較快的F-CAN總線實現(xiàn)第2章汽車被動安全系統(tǒng)的技術(shù)定義被動安全技術(shù)簡單來說主要指碰撞安全技術(shù)以及之后的傷害減輕與防護技術(shù)等。2.1汽車乘員保護措施車身設(shè)計的環(huán)節(jié)是汽車乘員保護所采取的措施之一，在發(fā)生碰撞后，車身變形量小，這樣就能很好的保護車內(nèi)的乘車人員，另外就是需要安裝座位安全帶，安全座椅，以及看不到的安全氣囊配合完成。2.2汽車安全帶2.2.1汽車安全帶的組成安全帶的組成由織帶、鋼絲繩、金屬支架三部分組成，從功能細節(jié)來分：尼龍織帶、金屬插鎖、金屬鎖舌、高度調(diào)節(jié)器、卷收器、一級導(dǎo)向環(huán)（根據(jù)設(shè)計不同有的產(chǎn)品具有2級導(dǎo)向環(huán)）、預(yù)緊裝置，帶上件（根據(jù)設(shè)計不同可能包含固定點和出帶口）等。（1）織帶主要使用尼龍材料編織成的固定長度的帶子，根據(jù)法規(guī)要求，通過編織方法及材料預(yù)處理來達到法規(guī)所要求的強度、伸長率。它也是吸收沖突能量的一部分。各國法規(guī)對于安全帶的性能有不同的要求，同時對織帶在卷收器外的長度要求也有不同。（2）卷收器包含固定框架，卷簧，芯軸和很多復(fù)雜齒輪結(jié)構(gòu)，在安全帶拉出時通過卷簧彈力控制拉出力大小，涉及到顧客舒適性設(shè)計和安全性設(shè)計；在安全帶釋放回收過程時通過卷簧彈力回卷帶動齒輪結(jié)構(gòu)，鏈接心軸將織帶回收。主要用其卷簧的彈力來控制織帶回收的力量。另外中中高級車型設(shè)計均配備火藥預(yù)緊回收裝置，（3）固定機構(gòu)固定機構(gòu)包括鎖扣、鎖舌、固定支架和高條固定座等。2.2.2汽車安全帶的工作原理基本原理時通過火藥然后產(chǎn)生氣體推動鋼球或者塑料彈性體反向作用齒輪，帶動芯軸反向回收織帶，將乘員軀體固定在座椅的合適位置，減少胸部和臀部位移，配合正面氣囊展開，保護乘員免受傷害或者減少傷害。預(yù)緊力的大小以及預(yù)緊時間根據(jù)設(shè)計不同而不同，各個品牌的車型有著不同的設(shè)計。部分高配車型配備了扭力桿，用于在安全帶收縮后根據(jù)設(shè)定力矩大小，扭曲金屬桿來釋放部分織帶保證乘員胸部，頸部傷害降低，扭力桿定義需要和整個系統(tǒng)設(shè)計配合，因此不同車型，不同主機廠設(shè)計有所不同。預(yù)緊和扭力桿均為一次性使用，功能實現(xiàn)后安全帶無法繼續(xù)使用，需要更換新零件保證之后能實現(xiàn)原設(shè)計功能。常見安全帶類型:兩點式安全帶，三點式安全帶，五點式安全帶，六點式安全帶(賽車用)，零壓迫感智能安全帶.2.2.3汽車安全帶的性能（1）安全帶設(shè)計要素安全帶在設(shè)計上應(yīng)該滿足乘員的保護性能、提醒使用安全帶以及舒適性和方便性方面的要求。使上述幾點得以實現(xiàn)的設(shè)計手段是安全帶調(diào)節(jié)器位置的選定、安全帶的規(guī)格和采用的輔助裝置。（2）乘員保護性能汽車安全帶的乘員保護性能要求如下：盡早對乘員進行約束；盡量減小約束時乘員受到的壓力；保持約束位置不變，以使約束力避開人身體較脆弱的部位。作為實現(xiàn)上述目的的手段，上面所敘述的預(yù)張緊器和限力器的使用，使這些方面的性能得到顯著提高。2.2.4使用安全帶的規(guī)定簡單來講，只要上車就要系好安全帶，不管是坐在前排和后排，幼童使用安全座椅，大童則需要配合安全座椅使用安全帶。2.3汽車安全氣囊2.3.1安全氣囊的簡史1952年起，美國工程師JohnW.Hetrick因為一場交通事故而進行相關(guān)研究工作。一年后才取得美國輔助乘員保護系統(tǒng)專利。之后興起了在車上安裝安全氣囊，譬如福特和通用公司，還有標志性的奔馳汽車S系列在1980年成為第一輛在歐洲正式銷售配有氣囊的汽車。直到1984年，美國高速公路安全管理局制訂《聯(lián)邦汽車安全標準》里增加安裝氣囊的要求。1995年美國國會通過法案，之后的新車的標準配備需要有氣囊。2.3.2安全氣囊的開發(fā)流程圖2-1整個開發(fā)流程：得到客戶輸入的信息和相關(guān)的標準，系統(tǒng)會定義安全氣囊的保護區(qū)域進行系統(tǒng)開發(fā)，然后通過仿真等進行氣囊模塊進行驗證（概念驗證CV）,必要時需要制作點爆工裝用手工樣件進行試驗，CV試驗通過后接下來是設(shè)計的驗證（DV），DV中基本囊袋的袋型已經(jīng)基本確認，做的就是一系列試驗確認囊袋的完整性。DV中所有的零部件也是手工制作的。DV試驗通過后接下來是產(chǎn)線的驗證（PV）,PV主要是看生產(chǎn)的自動化，零部件都是模具中出來的。PV試驗通過后就是客戶量產(chǎn)。整個過程中系統(tǒng)都會在不同的階段進行滑車試驗，并進行對標，為碰撞試驗服務(wù)。2.3.3安全氣囊的種類（1）按照數(shù)量分類：單氣囊、多氣囊（2）按照保護對象分類：駕駛員安全氣囊(DAB)、乘員安全氣囊(PAB)、前排座椅安全氣囊（FSAB）、后排座椅安全氣囊（RSAB）,側(cè)器簾（CAB）、膝部安全氣囊（KAB）、遠端安全氣囊（centerAirbag）、BIR(baginroof)裝在頂棚里面的氣囊。2.3.4安全氣囊的使用安全氣囊保護人的例子比比皆是，它就像一個“充氣氣球”，柔軟的將撞擊力均勻地分布并吸收能量，防止硬性碰撞，大大減少受傷的可能性。不管怎樣在這里還是提倡大家系好安全帶，不排除有碰撞之后無安全帶的束縛，飛出車外的可能性。此外，氣囊爆發(fā)時的音量和氣體都在可以接受的范圍內(nèi)；安全氣囊同樣也有它不安全的一面。據(jù)計算，若汽車以60km的時速行駛，突然的撞擊會令車輛在0.2秒之內(nèi)停下，而氣囊彈出的速度極快，而由此所產(chǎn)生的撞擊力約有180公斤，這也是副駕駛不能坐兒童的原因，很多悲催的是被安全氣囊彈死的。當(dāng)然也不排除現(xiàn)實中存在的問題，譬如撞上石頭安全氣囊就彈出或者發(fā)生碰撞事故后，安全氣囊沒打開的情況，這就需要安全氣囊系統(tǒng)更精準，更智能，傳輸準確的信號，完成保護人的使命。2.4汽車安全轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)向柱顧名思義是轉(zhuǎn)向。通俗點講就是連接方向盤下面的那根棍。轉(zhuǎn)向柱的主要作用就是傳遞扭矩，帶動轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。安全式轉(zhuǎn)向柱是在轉(zhuǎn)向柱上設(shè)置能量吸收裝置，當(dāng)汽車緊急制動或者發(fā)生裝車事故時，吸收沖擊能量，減輕或者放著沖擊對駕駛員的傷害。安全式轉(zhuǎn)向柱有可分離式安全轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)和緩沖吸能式轉(zhuǎn)向操作機構(gòu)。2.5汽車座椅系統(tǒng)安全性在發(fā)生交通事故時，汽車座椅的骨架需要牢固，需要做到不變形或者變形量小，座椅滑軌不移動，才能保證座位上的乘客的安全。因此汽車座椅系統(tǒng)也需要進行一系列的試驗。同時還需要安裝側(cè)氣囊在座椅骨架上，外面包覆著座椅發(fā)泡里面進行試驗驗證。第3章被動安全設(shè)計的法規(guī)簡介全球趨勢以及被動安全相關(guān)的法規(guī)如下：圖3-13.1碰撞法規(guī)解釋（1）C-NACP：China-NewCarAssessmentProgram中國新車評價規(guī)程（2）IIHS:美國公路安全保險協(xié)會(InsuranceInstituteforHighwaySafety)，在歐洲和美洲每年都會有很系統(tǒng)和專業(yè)的碰撞測試，得出的安全性能指數(shù)對各個廠商的車型進行星級劃分。（3）NHTSA:NHTSA是美國高速公路安全管理局的簡稱。美國高速公路安全管理局(NHTSA)是美國政府部門汽車安全的最高主管機關(guān)。作為美國政府部門車輛安全監(jiān)管的權(quán)威性機構(gòu)，承擔(dān)著確保各類車輛必須符合機動車安全法規(guī)要求的重要職責(zé)。3.1.1中國用CNCAP的原因圖3-2表3-1美國歐洲中國法規(guī)FMVSS216FMVSS208FMVSS126FMVSS226無CrushRoofStrength評價規(guī)程SSFFish-hook無無評價機構(gòu)US-NCAPIIHS無CNCAP2021由圖表看出，我國餓翻滾事故并不是很高，因此中國汽車研究中心在不斷的研究和分析國外NCAP的基礎(chǔ)上，還需要結(jié)合我國的道路現(xiàn)狀確定了CNCAP的試驗和評分規(guī)則，并不斷改進，使得中國汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，并促使相應(yīng)的汽車行業(yè)不斷提高整車的安全性能。3.1.2CNCAP和中國安全法規(guī)標準的區(qū)別C-NCAP和中國安全法規(guī)標準所采取的試驗類型在某些部分上是相同的，兩者都站在客觀、公平、公正的基礎(chǔ)上對車輛的安全性能進行考察。不過，C-NCAP屬于第三方測評機構(gòu)，并非是國家強制性項目，它所設(shè)計的汽車安全試驗標準要高于中國安全法規(guī)的水準，不同的主機廠要求也不一樣。而且C-NCAP對試驗設(shè)置和要求都要比國家標準更為嚴謹和苛刻，與國際水平一致。簡單來說，C-NCAP的檢測標準是基于我國本土交通實況而制定的，并且會隨著外界情況變化不斷進行動態(tài)調(diào)整，這部分的不同直接導(dǎo)致了兩者檢測結(jié)果的差異。C-NCAP意指在給予消費者購買時提供參考標準，并促進車企按照更高的安全標準開發(fā)生產(chǎn)，從來有效的減少道路交通事故的傷害及損失。3.1.3CNCAP的試驗項目和評分圖3-3正面碰撞：正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗圖3-4正面碰撞：正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗圖3-5側(cè)面碰撞：圖3-6側(cè)面柱碰撞圖3-7鞭打試驗，考量追尾時產(chǎn)生鞭打現(xiàn)象而對頸部造成的傷害，主要考量座椅，不多做介紹圖3-8加分項：翻滾-對于配置安全氣簾的車輛，若滿足FMVSS226或氣簾內(nèi)部壓力保持性要求，則可獲得2分的加分?？偨Y(jié)如下：圖3-93.1.4CNCAP的星級劃分5+級、5級、4級、3級、2級、1級第4章汽車被動安全系統(tǒng)的應(yīng)用和未來發(fā)展目前幾乎所有新車都會配置安全帶和安全氣囊。需要再次提醒的是在安全氣囊與安全帶結(jié)合使用才是最佳配合。據(jù)NHTSA統(tǒng)計分析，安全氣囊結(jié)合安全帶使用可以有效保護車內(nèi)人員，不要存在任何僥幸心理，所以溫馨提醒：請系好安全帶！在某些城市也要求后排也需要系上安全帶，因為后排沒有安全氣囊的輔助?，F(xiàn)在也在研發(fā)中間安全氣囊/遠端安全氣囊，保護后排車內(nèi)人員安全。隨著大家對汽車安全意識的逐步提高，汽車被動安全系統(tǒng)被越來越重視，汽車安全法規(guī)日趨完善并越來越嚴苛，安全氣囊的裝配率也很高。2017年，我