汽车乘员安全保护技术及发展趋势分析毕业论文.doc

设计 论文 专用纸 汽车乘员安全保护技术及发展趋势分析毕业汽车乘员安全保护技术及发展趋势分析毕业 论文论文 目目 录录 绪 论 1 第 1 章 汽车乘员安全保护技术发展背景分析 3 1 1 汽车乘员安全保护技术概述 3 1 2 汽车乘员安全保护技术的研究背景 3 1 2 1 汽车安全技术的发展 3 1 2 2 中国汽车安全的现状 7 第 2 章 汽车乘员被动安全保护技术的结构及工作原理分析 9 2 1 预紧式安全带保护技术 10 2 1 1 预紧式安全带的结构组成 10 2 1 2 预紧式安全带的分类及其工作原理 11 2 1 3 汽车安全带的作用及其保护机理 13 2 1 4 预紧式安全带与普通安全带的比较 14 2 2 汽车安全气囊保护技术 15 2 2 1 汽车安全气囊的保护思想 15 2 2 2 汽车安全气囊的组成结构及其工作原理 16 2 2 3 汽车安全气囊的关键技术及分类 20 2 3 汽车安全座椅保护技术 25 2 3 1 安全座椅的种类及其作用 25 2 3 2 自动座椅系统组成结构及其工作原理 26 2 3 3 儿童安全座椅 28 2 4 海马 M5 被动安全保护技术 29 2 5 海马 S7 被动安全保护技术 32 设计 论文 专用纸 I 第 3 章 汽车主动安全保护技术的结构及其工作原理分析 34 3 1 车辆动力学控制系统 VDC 34 3 1 1 VDC 的结构及工作原理 34 3 1 2 VDC 对车辆安全性能的影响 36 3 2 电子控制的防抱死制动系统 ABS 36 3 2 1 防抱死制动系统 ABS 的基本结构组成 37 3 2 2 防抱死制动系统 ABS 的类型及布置形式 39 3 2 3 防抱死制动系统 ABS 的工作原理 39 3 2 4 防抱死制动系统 ABS 对车辆安全性能的影响 40 3 2 5 以 ABS 为基础的其他先进制动系统 40 3 3 ESP 电子稳定程序系统 42 3 3 1 ESP 简介 42 3 3 2 ESP 的组成部分 43 3 3 3 ESP 的工作过程 44 3 4 安全驾驶系统 45 3 5 自动避撞系统 46 3 6 海马 M5 主动安全保护技术 46 3 7 海马 S7 主动安全保护技术 48 3 8 哈弗 H6 主动安全保护技术 49 3 9 第九代雅阁主动安全保护技术 50 第 4 章 汽车乘员安全保护技术的现状及发展趋势分析 54 4 1 汽车乘员安全保护技术的现状 54 4 1 1 国内汽车安全保护技术的现状 54 4 1 2 国外汽车安全保护技术的现状 54 4 2 汽车乘员安全保护技术的发展趋势分析 54 4 2 1 汽车被动安全保护技术的发展趋势 54 设计 论文 专用纸 II 4 2 2 汽车主动安全保护技术的发展趋势 57 结 论 59 总结与体会 61 谢 辞 62 参考文献 63 附录一 英文原文 64 附录二 中文译文 73 设计 论文 专用纸 0 绪 论 汽车给人们的生活带来了很多便捷 也给人们带来了巨大的灾难 交通事故的发生率 不断增加 不仅给国家社会造成巨大的经济损失也给事故家属造成一定的精神伤害 因 此 人们在购车时也越加看中汽车的安全性能 随着人类社会的不断发展与进步 汽车 的普及和应用将更加普遍和深入 随之带来的道路交通安全问题也已成为世界性的大问题 目前 全球每年有众多的人死于因汽车引起的道路交通事故 每年因道路交通事故造成巨 额经济损失 道路交通事故已经严重威胁人类生命 因此 汽车的安全性能对人类生命和 财产安全的影响是不言而喻的 特别是近几年 随着科学技术的迅速发展 越来越多的先 进技术被应用到汽车上 汽车的安全性能正日趋完善 生命安全高于一切 发展汽车乘员安全保护技术显得至关重要 希望通过对这一课题 的研究 进一步掌握汽车乘员安全保护技术和汽车安全保护设施设备的结构 功能和工作 原理 汽车乘员安全保护技术通常可分为主动安全技术和被动安全技术 主动安全技术是 指通过预先的防范 避免事故发生的技术 主要包括车辆动力学控制系统 VDC 电子 控制的防抱死制动系统ABS 以ABS为基础的其它先进制动系统 电子制动力分配系统 EBD 加速防滑控制系统ASR等 安全驾驶系统及自动避撞系统等 被动安全技术则是 在事故发生过程中及事故发生后 尽量减少损害的方法与措施 主要包括安全带 安全气 囊以及安全座椅等 被动安全是事故发生后尽量减少伤亡损失 而主动安全才可以从源头 避免事故的发生 因此 主动安全更能防患于未然 汽车乘员安全保护技术是可以使汽车在行驶中发生碰撞时 最大程度地保护汽车上的 乘员 减少其伤亡程度 以达到安全保护成员的目的 汽车安全技术的高低 直接关系到 汽车乘员的生命安全 为了确保汽车安全行驶并发挥其最佳的安全保护性能 应该把最先 进的技术应用到汽车安全保护装置的研发设计上 汽车乘员安全保护技术的高低 直接关系到到行车安全以及车上乘员的生命安全 为 此许多汽车强国目前都在大力发展有关汽车乘员的安全保护技术 以最大程度地来减少发 生意外时汽车乘员的伤亡程度 为减轻交通事故中汽车乘员的伤亡 汽车乘员安全防护成 设计 论文 专用纸 1 为一项紧迫的课题 我们应该在搞懂汽车乘员安全保护技术的基础上认真分析与总结 让更先进的技术运 用在这些安全保护设备的开发设计上 以至于当汽车在行驶过程中遭遇交通事故时 以获 得保护成员安全的最佳效果 力求通过对这一课题的研究分析 能够对汽车乘员安全保护 技术的发展有一些参考价值 设计 论文 专用纸 2 第 1 章 汽车乘员安全保护技术发展背景分析 1 1 汽车乘员安全保护技术概述 汽车乘员安全保护技术就是汽车在行驶过程中 用来保障乘员生命安全的技术 汽车 乘员安全保护对于车辆来说分为主动安全保护 防止事故发生 和被动安全保护 减小事 故后果 两大方面 主动安全是指尽量自如的操纵控制汽车的安全系统措施 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过程中以及事故发生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 被动安全是事故发生后尽量减少伤亡损失 而主动安全才可以从源头避免事故的发生 因此 主动安全更能防患于未然 1 2 汽车乘员安全保护技术的研究背景 1 2 1 汽车安全技术的发展 自 1886 年 1 月 29 日人类发明了第一辆汽车至今 汽车工业已经有近 130 年的发展 汽车的普及极大地方便了人类的出行 推动了经济的高速发展 与此同时 世界卫生组织 数据显示 世界上每天大约有 3500 人因道路交通碰撞而死亡 每年有几千万人遭受伤害 或致残 儿童 行人 骑自行车的人以及老年人是最脆弱的道路使用者 道路交通伤害已 成为全球第八大死因 而且是 15 至 29 岁年轻人的主要死因 如不采取紧急行动 到 2030 年 道路交通伤害将上升为全球第五大死因 1 据估计全世界每年约有 120 万人死于 设计 论文 专用纸 3 汽车交通事故伤害 受伤者多达 5000 万人 根据联合国和世界卫生组织的报告 在诸多 日常交通事故中 汽车交通事故伤害是最危险的 2012 2013 年间 欧盟国家交通事故 死亡率见表 1 1 2 其中 旅行里程死亡率即每亿人公里死亡人数 旅行时间死亡率即每 亿人小时死亡人数 即 旅行里程死亡率 死亡人数 出行总人数 旅行里程 旅行时间死亡率 死亡人数 出行总人数 旅行时间 表表 1 11 1 欧盟国家交通事故死亡率比较欧盟国家交通事故死亡率比较 2012 2013 2012 2013 年年 2 旅行旅程死亡率 10 8 km 旅行时间死亡率 10 8 h 公路0 95028 水运0 25016 空运0 0358 铁路0 0352 世界卫生组织的报告指出 全世界每天有 3 000 多人死于汽车交通事故伤害 因汽车 交通事故伤害引起的死亡人数中的 85 以及由此导致的 90 的伤残疾调整寿命年 DALYs 发生在中等收入和低收入国家 其中 DALY 为伤残疾调整寿命年 是一个测 量健康损失的指标 包含因早死损失的寿命年和伤残造成的健康寿命损失年的信息 研究表明 在 2000 2020 年期间 汽车交通事故死亡人数在高收入国家将下降 30 左右 而在中等收入和低收入国家则会大幅度增加 如果不采取适当措施 到 2020 年汽 车交通事故伤害预计将成为导致全球疾病与伤害的原因中的第 3 位 见表 1 2 表表 1 21 2 19901990 年与年与 20202020 年全球疾病负担前十大原因的排序年全球疾病负担前十大原因的排序 2 序次1990 年疾病或伤害序次2020 年疾病或伤害 1下呼吸道感染1缺血性心脏病 2腹泻病2抑郁症 3围产期疾病3汽车交通事故伤害汽车交通事故伤害 4抑郁症4脑血管疾病 5缺血性心脏病5慢性阻塞性肺病 设计 论文 专用纸 4 6脑血管疾病6下呼吸道感染 7结核病7结核病 8麻疹8战争 9汽车交通事故伤害汽车交通事故伤害9腹泻病 10先天性畸形10艾滋病病毒感染 汽车交通事故伤害在给人的生命造成巨大损失同时 还造成巨大的经济损失 根据有 关报告 汽车交通事故伤害的经济损失在低收入国家约占国民生产总值 gross national product GNP 的 1 在中等收入国家为 1 5 在高收入国家为 2 每年全球汽车交 通事故伤害的损失估计为 5180 亿美元 其中中等收入和低收入国家的每年损失为 650 亿 美元 因此 世界各国政府都将治理汽车交通事故伤害问题列为重要的事项 而且提出了具 体的目标 见表 1 3 在此基础上 许多国家和地区还制订了具体的政策和分解目标 这些政策的提出 大大地刺激汽车安全技术的发展 对汽车安全性能提出了更高的要求 表表 1 31 3 部分国家和地区计划减少车祸死亡的目标部分国家和地区计划减少车祸死亡的目标 2 减少车祸死亡数的目标国家或地区起始年目标年 减少幅度 其他目标 澳大利亚19972005 10 奥地利1998 20002010 50 加拿大1991 19962008 2010 30 丹麦19982012 40 欧盟20002010 50 2010 37 芬兰2000 2025 75 法国19972002 50 2005 20希腊2000 2015 40 设计 论文 专用纸 5 爱尔兰19972002 20 意大利1998 20002010 40 马来西亚20012010 3 人 万辆车 荷兰19982010 30 新西兰19992010 42 波兰1997 19992010 43 沙特阿拉伯20002015 30 瑞典19962007 50 英国1994 19982010 40 美国19962008 20 日本19992010 2000 人 汽车安全技术可分为主动安全技术和被动安全技术 在 1886 年 汽车刚诞生时 车 上未配备任何安全装置及技术 人们在选购汽车时 主要关注钢板的厚度 强度及结实与 否 技术人员也主要研究汽车玻璃在发生事故破碎后 如何减少尖锐度以减轻对乘员的损 伤 同时另一主要研究内容为发生撞击后如何减少零部件的脱落 降低对乘员造成的危害 如安全带的出现 在 1959 年 沃尔沃公司成功研制出前座三点式安全带 1953 年 第一 个安全气囊被发明并申请专利 但直到 1980 年 安全气囊才开始逐步在部分汽车上安装 使用 1966 年 碰撞缓冲区的概念在车上开始用 主要是指车辆发生碰撞时 利用车辆 的前部和侧面钢板吸收碰撞时产生的能量 1970 年 儿童安全座椅开始在汽车上装备 总体而言 在汽车发展前期 汽车安全技术的发展主要关注的是如何在事故发生后将伤害 程度减小到最低 即被动安全性方面 而在主动安全技术方面 相关技术的研发和应用均较晚 最具代表性的 ABS 防抱死 制动系统 技术于 1920 年由英国人霍纳摩尔发明 1936 年德国博世公司取得 ABS 专利权 但直到 20 世纪 50 年代才开始在汽车上应用 20 世纪 90 年代初期 博世公司发明 ESP 电子稳定系统 并首先应用在奔驰汽车上 进入 21 世纪以来 随着汽车技术的发 展以及人们对汽车安全性能要求的不断提高 各大品牌汽车生产制造厂家也越来越重视汽 设计 论文 专用纸 6 车安全技术的研制与开发 越来越多的先进安全技术被应用到汽车上 如 汽车驱动防滑 控制系统 ASR 汽车电子控制制动系统 EBS 可控悬架系统 汽车电控动力转向 系统 轮胎压了监控系统等等 据相关统计数据显示 随着现代汽车技术的快速发展 汽 车安全技术将朝着集成化 智能化的方向迈进 能 防患于未然 同时在发生事故后给予 有效保护的汽车安全技术的研究与发展将是世界各国汽车高新技术发展永恒的主题之一 3 1 2 2 中国汽车安全的现状 随着中国社会的进步 人民安全意识的提高 中国产生的交通事故在逐年减少 但交 通事故伤亡率的不断增长体现出中国汽车安全整体水平较低 见图 1 1 虽然在汽车产 销和保有量上有很大突破 中国汽车安全技术的发展仍然比较落后 图图 1 11 1 交通事故次数 伤亡人数及伤亡率交通事故次数 伤亡人数及伤亡率 4 汽车工业发展 100 多年以来 汽车安全技术在不断的进步之中 特别是在 20 世纪 80 年代后期汽车安全技术越来越受到全球的重视 欧洲经济委员会 Economic Commission for European ECE 及欧洲经济共同体 European Economic Community EEC 的 ECE EEC 法规 欧洲新车评价规程 European New Car Assessment Program Euro NCAP 全球技术法规 Global technical regulations GTR 以及美国联邦机动车安全标 设计 论文 专用纸 7 准 Federal Motor Vehicle Safety Standards and Regulations FMVSS 中汽车安全相关内容 突出了全球汽车产业在这一方面所取的成果 中国汽车技术研究中心于 2006 年引进了 NCAP 新车评价体系 4 并根据中国国情制 定了适合于自己的中国新车评价规程 C NCAP 评价体系 揭开了中国汽车安全技术飞速 发展的序幕 国内消费者从以往的只重外表不重质量的观点逐渐转变为以车辆的安全性能 为选购的首要标准 C NCAP 对汽车安全性能的星级评价能够帮助消费者更加直观地鉴别 车辆的安全性能 正因为有这样的第三方评价机构 有力地促进了国内汽车企业在汽车安 全技术研发和安全配置上加大投入力度 不仅为了达到国家的法律法规标准 而是更深层 次地去挖掘和满足消费者的安全需求 中国整车的安全性能要求逐步提高 对汽车零部件 质量的要求也越来越高 安全零部件供应商积极引进国际先进技术并加大新产品的研发投 入以提升国内汽车安全零部件的整体效能 消费者 主机厂 供应商之间相互影响有效地 刺激了国内汽车安全技术和产业化的进步 设计 论文 专用纸 8 图图 2 22 2 德国被动安全技术发展进程德国被动安全技术发展进程 4 第 2 章 汽车乘员被动安全保护技术的结构及工作原理分析 科技的进步使得车辆保有量增加 人们在享受便利的同时 也迫切的感知到交通安全 严重性 近年来 我国的交通事故发生率却居高不下 每年由车辆交通事故致死的人数数 目惊人 为了减少交通事故的伤亡率 提高汽车乘员的保护 在交通事故发生时 汽车被 动安全技术能最大限度的降低对人员的伤害 保护乘员的安全 如图 2 1 所示为国内 2006 2012 年来的交通事故统计图 从图 2 1 中我们可以看出 国内由汽车交通事故导致 的伤亡情形仍很严重 因此 汽车被动安全的研究仍然是我们应该重视的 图图 2 12 1 我国我国 20062006 年至年至 20122012 年交通事故统计年交通事故统计 5 被动安全技术的产生起源于欧美 随着相关技术的产生及运用 交通事故中所产生的 伤害得到了明显的改善 如图 2 2 所示 设计 论文 专用纸 9 2 1 预紧式安全带保护技术 在汽车碰撞事故中 安全带系统是最重要的成员保护装置 汽车安全带是将乘员约束 在座椅上的安全装置 当事故发生时 限制乘员的位置 乘员尚未向前移动时它会首先拉 紧织带 立即将乘员紧紧地绑在座椅上 然后锁住织带防止乘员身体前倾 有效保护乘员 的安全 避免乘员与车体其他部位发生碰撞伤害 同时它的缓冲作用能吸收大量动能 降 低事故对驾乘人员的伤害程度 随着汽车安全碰撞性能的不断提高 安全带技术获得飞速 的发展 安全带系统的技术已日趋于成熟 在满足安全性能的同时 人们对安全带系统的 舒适性要求也越来越高 因而主被动安全系统的结合 智能化系统的运用成为未来安全带 系统的一个发展方向 2 1 1 预紧式安全带的结构组成 预紧式安全带主要由传感器 动力装置 安全带收紧结构 防逆转结构等组成 1 传感器 与安全气囊系统共用 一旦检测到来自前方的冲击高于规定值时 预紧式安全带与安 全气囊系统会同时启动 2 动力装置 由用于点火的加热器 点火剂 推动剂 活塞等组成 根据来自传感器的信号点火 利用产生的气压推动气缸中的活塞 从而生成拉紧安全带的动力 对预拉紧装置中最重要 的推动剂中添加了具有良好耐热性和耐久性的成分 3 安全带收紧结构 安全带穿过固定齿轮和移动齿轮之间 通常情况下使用不会产生任何阻力 动力装置 启动后产生的推力 通过滑轮转换成回转运动 另外 可动齿轮转动的同时夹住与固定齿 轮之间的安全带 从而边转动边拉紧安全带 4 防逆转结构 一旦收紧安全带 乘客安全带的张力则会使防反向转动齿轮咬合并保持咬合状态 为 设计 论文 专用纸 10 了确实防止反向转动 在齿轮的 4 个部位进行咬合 预紧式安全带不仅为乘员提供了最为可靠的安全保障 而且由于它确保了乘客正确的 坐姿 也是安全气囊能否正常发挥作用的关键 每种安全带都是由织带 安装固定件和卷 收器等部件组成 预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同 除了普通卷收 器的收放织带功能外 还具有当车速发生急剧变化时 能够在 0 1 秒左右加强对乘员的约 束力 因此它还有控制装置和预拉紧装置 1 预拉紧式卷收器的控制装置分有两种 一种是电子式控制装置 由电子控制单元 ECU 检测到汽车加速度的不正常变化 经过电脑处理将信号发至卷收器的控制装置 激发预拉紧装置工作 这种预紧式安全带通常与辅助安全气囊组合使用 另一种是机械式 控制装置 由传感器检测到汽车加速度的不正常变化 控制装置激发预拉紧装置工作 这 种预紧式安全带可以单独使用 2 汽车安全带卷收预紧装置是目前国外在安全带上普遍采用的一项新技术 它的主 要作用是在车辆碰撞刚一开始 乘员尚未来得及向前移动时 快速回卷安全带 以消除由于 乘员衣着等因素所产生的安全带松弛量 瞬间约束乘员的身体 从而使安全带系统有效地利 用车辆有限的空间快速吸收乘员的动能 减轻车辆碰撞对乘员造成的伤害 安全带预紧装 置通常与安全气囊连动 根据安全带卷收预紧装置的驱动方式不同 可以分为机械式预紧装置和火药式预紧装 置两大类 机械式预紧装置大多设计安装在安全带的带扣处 当传感器感应到车辆碰撞信号后 触发机械式驱动装置带动安全带带扣向后移动 并回拉安全带来消除其松弛量 火药式预紧装置设计安装在卷收器总成中 卷收器中的卷轴与预紧转轴相咬合 当传感 器感应到车辆碰撞信号后 触发点火装置 通过高压气体发生器产生的爆破力来推动活塞 向下移动 带动钢丝绳使卷收器卷轴回卷安全带 使安全带快速拉紧以消除其松弛量 2 1 2 预紧式安全带的分类及其工作原理 预紧式安全带是近年来发展的一种安全带 一般 为了乘员的舒适 安全带的预紧力 不能太大 安全带与人体之间总有一定的间隙 当乘员衣服较厚时 此间隙会较大 在碰 设计 论文 专用纸 11 撞时 这个间隙将减小安全带的有效作用范围 降低安全带的效能 安全带使用预紧器后 可在碰撞达到一定强度时 启动预紧器 带动锁扣回缩或卷收器回转 使得安全带缩短一 定距离 有效消除间隙 可以提高安全带的作用 预紧式安全带是在普通安全带上增加预 紧器构成的 预紧器可以与锁扣结合在一起 锁扣预紧器 也可以与卷收器结合在一起 卷 收器预紧器 下面就以预紧式安全带为例介绍一下安全带的组成结构 1 锁扣预紧器 锁扣预紧器结构如图 2 3 所示 使用火药作为动力 锁扣上面与织带相连 下面由钢 丝绳与预紧器内的活塞相连 发生碰撞时 通过点火设备点爆安装在预紧器上的火药 火 药燃烧产生气体充入气室内 活塞在气体的压力下向右移动 通过钢丝绳将锁扣向下拉回 约 80mm 消除安全带与乘员间的间隙 在活塞中安装有钢球 使得活塞只能向右移动 防止在安全带的拉力下活塞向左移动 图图 2 32 3 锁扣预紧器结构示意图锁扣预紧器结构示意图 2 卷收器预紧器 安装在卷收器的侧面 使用火药作为动力 发生事故时 点燃火药 推动齿条移动 从而带动卷收器回卷 如图 2 4 所示 发生碰撞时 预紧式安全带的传感器一旦检测到前方碰撞高于规定值 电力信号即被 传送到动力装置的电子点火器 完成预拉紧式安全带的启动 在乘客因碰撞向前方移动之 设计 论文 专用纸 12 前 预紧式安全带收紧并保持该状态 使乘客能够牢固地坐在座椅上 当安全带尚未松弛 时 安全带约收紧约 50mm 若安全带多少有些松弛的话 安全带最大会收紧约 100mm 另 外 安全带的拉紧负荷设置在不会伤害乘客的程度 图图 2 42 4 卷收器预紧器结构示意图卷收器预紧器结构示意图 2 1 3 汽车安全带的作用及其保护机理 1 安全带的作用 安全带的主要作用在于事故发生时 将驾乘人员牢牢地拴在座椅上 防止二次碰撞 避免造成人员与车体其他部位的碰撞伤害 同时它的缓冲作用能吸收大量的动能 降低事 故对驾乘人员的伤害程度 6 安全带是最典型的被动安全装置 它可对驾乘人员进行系绊 约束和相对固定 能有效地减轻交通事故发生时乘员与车身的碰撞的几率 并将乘员的损 伤程度降至最低 其工作原理很简单 缓拉时无阻力 急拉时可锁紧 即当车辆出现紧急 制动 正面碰撞或发生翻滚时 乘员会使安全带受到快速而猛烈的拉伸 此时卷收器的自 锁功能可在瞬间卡住安全带 使乘员紧贴座椅 避免乘员身体冲出座椅与车内饰件发生二 次碰撞 安全带作为主要的乘员约束保护装置 是目前最有效的安全设备 其单独使用时 可以减少 42 左右的死亡率 7 事实证明 在正面碰撞 追尾碰撞及翻车事故中 普通安 全带对乘员保护效果很好 尤其是对乘员头部 胸部的保护 为了进一步降低碰撞时乘员 设计 论文 专用纸 13 的 潜水 现象 即乘员沿座椅下滑 1 造成的腹部伤害 目前很多汽车生产厂采用织带预张 紧器或织带夹紧装置的安全带 这种安全带同改进的座椅结构及安全气囊相接合 便可大 大提高对乘员的保护性能 2 保护机理 在典型的安全带系统中 安全带与一个卷收器相连 卷收器中的核心元件是卷轴 它 与安全带的一端相连 在卷收器内部 一个弹簧为卷轴提供旋转作用力 或扭矩 它会 旋转卷轴 以便卷起任何松弛的安全带 当拉出安全带时 卷轴将逆时针旋转 并使相连 的弹簧也沿相同方向旋转 若松开安全带 弹簧将收紧 并顺时针旋转卷轴 直至使安全 带张紧 目前安全带多配有预紧器系统来收紧安全带 在发生碰撞时收紧安全带的松弛部分 一些较高级的安全带系统使用负载限力器来尽可能减少安全带造成的伤害 当有巨大的作 用力施加到安全带上时 额外释放更多安全带 6 2 1 4 预紧式安全带与普通安全带的比较 预紧式安全带是在普通安全带上的改进 预紧式安全带与普通安全带见表 2 1 预紧 式安全带不仅为乘员提供了最为可靠的安全保障 而且由于它确保了乘客正确的坐姿 也 是安全气囊能否正常发挥作用的关键 当发生正面碰撞时 预紧式安全带能够在瞬间收紧 使乘客能够牢固地坐在座席上 从而进一步提高了安全带的功效 采用预紧装置 不仅达 到了使用简单 舒适的效果 而且可以进一步提高保护效果 如果同时使用预紧式安全带 与安全气囊系统 则能够进一步提高对乘客的保护效果 表表 2 12 1 预紧式安全带与普通安全带的比较预紧式安全带与普通安全带的比较 普通安全带预紧式安全带 有无预紧器无预紧器 采用了锁扣预紧器或卷收预紧器 结构方面 卷收器的功能卷收器只有收放织带的功能 除了有收放织带的功能外 还有 预拉紧及当车速发生急剧变化时 快速锁紧安全带的作用 设计 论文 专用纸 14 有无气体发生剂与引 发剂 无 所以无一定的使用期限 有 有一定的使用时间 有效期 满必须更换 安全带的效能 安全带与人之间总有一定的间隙 从而减小安全带的有效作用范围 降低安全带的效能 可在碰撞达到一定强度时 启动 预紧器 有效消除间隙 可以提 高安全带的作用 适用范围一般车均可使用 只允许安装在为其设计和制造的 汽车上 不允许随意改装在其他 汽车上 2 2 汽车安全气囊保护技术 当车辆发生碰撞时 可有效地减少地乘员伤害 同时因其价格适中 因而得到了迅速 的发展和普及 汽车安全气囊的基本思想是 在发生第一次碰撞后第二次碰撞前 迅速在 乘员和汽车内部构件之间插人一个充有气体的气囊 让乘员 扑 在气囊上 通过气囊上的 排气节流阻力吸收乘员的动能 使猛烈的第二次碰撞得以减缓 以达到保护乘员的目的 8 2 2 1 汽车安全气囊的保护思想 如图 2 5 所示 气囊的基本保护思想是 在发生碰撞后迅速在乘员和车内部件之间打 开一个充满气体的袋子 让乘员扑在气袋上 以达到保护乘员的目的 图图 2 52 5 气囊的基本保护思想示意图气囊的基本保护思想示意图 设计 论文 专用纸 15 2 2 2 汽车安全气囊的组成结构及其工作原理 1 安全气囊组成 如图 2 6 所示 安全气囊系统主要由传感器 控制器 气体发生器和气袋等组成 传 感器感受汽车碰撞强度并将其传给控制器 控制器进行判断并在适当时机发出点火信号触 发气体发生器 气体发生器点火后迅速产生大量气体展开气袋 从而达到保护乘员生命安 全的目的 图图 2 62 6 气囊系统工作原理图气囊系统工作原理图 2 传感器 1 传感器的种类 如图 2 7 所示 目前主要有机械式 机电式 电子式等几种 其中电子集成式集成度 高 其内部集成有加速度传感 低通滤波器 温度补偿等模块 接口简单 可靠性高 具 有自测试功能 可及时发现异常现象 是目前广泛应用的一种 2 传感方式 传感方式有多点式和单点式 目前正在使用的多点传感式安全气袋系统的典型配置 共有三个传感器 一个机电式左档板传感器 一个机电式右档板传感器和诊断模块中的一 个电子传感器 司机侧和乘客侧各有一个气袋 两个档板传感器中只要有一个闭合 诊断 设计 论文 专用纸 16 模块就对电子传感器送来的信号进行处理和判断 当认为有必要点火时 就发出点火信号 使气袋充气 9 目前 由于点爆控制算法越来越完善 单点传感式气袋系统正在逐步取代 多点传感式气袋系统 3 控制系统 控制系统是气袋系统的核心部件 其控制机理是各生产厂家严格保密的核心技术 气 袋控制系统要能准确判断出正撞 偏撞 斜撞 撞树等各种复杂情况的碰撞强度 并准时 点爆气袋 控制系统主要有机械式 模拟电子式 智能式几种 机械式控制系统主要用于低 成本的气袋系统 应用正在减少 现在大部分都采用带微处理器的智能控制系统 对电子式传感器测量得到的信号进行 处理 输出点爆信号 其原理框图如图 2 8 所示的安全传感器是一机电式传感器 如图 2 9 所示 它在不低于 3g 的加速度时闭合 主要是为了提高系统的抗干扰性 气袋控制器 一般具备如下特性 在不影响系统可靠性的前提下 尽量采用集成元件 元器件的个数 应尽量少 元件及电路应为可在线测试的 减少耗电 使系统在主电源掉电情况下可 继续工作 储存故障代号 以备事后诊断 图图 2 72 7 传感器种类示意图传感器种类示意图 设计 论文 专用纸 17 图图 2 82 8 智能式传感器原理框图智能式传感器原理框图 图图 2 92 9 安全传感器示意图安全传感器示意图 4 气袋的形式 如图 2 10 所示 气袋的形式有两种 一种体积比较大 即使乘客不系安全带也能起 到良好的保护作用 主要在美国市场 因为美国法规对安全带的佩戴没有强制性 一种体 积较小 与安全带配合使用 是将安全气袋与三点式安全带共同组成一个乘员保护系统使 之达到最佳的乘员保护效果 这种气袋主要在欧洲市场应用 因为欧洲对安全带的佩戴有 强制性要求 设计 论文 专用纸 18 图图 2 102 10 气袋形式示意图气袋形式示意图 5 气体发生器 气体发生器有压缩气体式 冷式 燃烧式 热式 混合式三种 压缩气体式 冷式 主要与机械式传感器及控制器连用 由于其产气量少 充气速 度慢等缺点 应用较少 燃烧式 热式 如图 2 11a 所示 通过燃烧剂燃烧产生大量气体 产气量大 容易控 制 应用较多 燃烧剂有叠氮化钠等种类 叠氮化钠燃烧产生无害的氮气 但产生大量的 热量和固体颗粒 所以要采取降温 过滤等相应措施 为防止火药产生的热量对乘员造成 伤害 有些气袋内部涂有隔热涂层 叠氮化钠融于水后有毒 对环保不利 各气袋生产厂 家都在发展新型的燃烧剂 可燃气体式是其中的一种 它将氢气和氧气按一定比例混合加 压储存在储气瓶中 它燃烧后产生水 没有固体颗粒 燃烧前也没有害 是一种理想燃烧 剂 混合式 如图 2 11b 所示 是用少量的燃烧物质产生足够的热量 使得压缩气体迅速 膨胀而充满气袋 其产气量大 而产生的热量少 是今后的发展方向 设计 论文 专用纸 19 混合型气体发生器性能上的优势 对温度的敏感性较低 低温条件下性能变化不大 通过调整 容易满足客户对峰值压力 压力上升曲线 溢出气体的速度等性能的要求 对环境有利 无毒性材料 优异的抗老化性能 气体发生器表面温度低 在气体发 生器作用后 其表面温度至多上升 75 度 塑料件可与气体发生器接触 溢出的气体无 害 产生的少量非毒性颗粒 92 的颗粒是 KCl 产出的颗粒浓度比采用叠氮化钠等燃烧 剂的热式气体发生器低 优异的燃烧剂抗老化性能 在车体中 15 年无变化 推进剂不 会吸湿 气体发生器有单级和两级气体发生器 单级气体发生器有一个产气部件 两级 气体发生器有两个相互独立的产气部件 适当组合两个部件的工作时间 即可获得不同的 充气特性 适用与智能乘员保护系统 2 2 3 汽车安全气囊的关键技术及分类 1 关键技术 1 碰撞判断准确 汽车的碰撞形式是各式各样的 如图 2 12 所示 其碰撞强度 减速度波形 车体变 a b 图图 2 112 11 气体发生器种类示意图气体发生器种类示意图 设计 论文 专用纸 20 形等都是不一样的 但都要求气袋系统能准确地判断出强度如何 并能准确控制气袋点爆 图图 2 122 12 汽车的碰撞形式示意图汽车的碰撞形式示意图 目前气袋系统有两种形式 如图 2 13 所示 一种是与安全带配合使用 当低速碰撞 时 主要是安全带对乘员起保护作用 当发生高速碰撞时 才启动气袋对人进行保护 此 时气袋主要保护人的面部 又称之为 面袋 第二种是单独起保护作用 发生碰撞时 气 袋要保护人的头部和胸部 第二种气袋的体积较大 对司机侧气袋为 60 升以上 充气时 间长 充气量大 启动气袋的碰撞车速较低 造价高 第一种气袋的体积较小 对司机 侧气袋为 40 升左右 充气量小 充气时间短 启动气袋的碰撞车速高 造价低 就我国 情况看 第一种气袋更适合我国国情 气袋的点爆车速与各个国家的事故形式有关 通常是根据大量的事故统计数据 总结 出在不同车速的碰撞事故对乘员造成的伤害程度 据此确定何种车速需启动气袋对乘员进 行保护 目前国外的资料中可以得知 对使用安全带的 面袋 来说 一般规定 20km h 以下正面撞墙时 气袋不点爆 30km h 以上正面撞墙时 气袋一定点爆 20 30km h 设计 论文 专用纸 21 之间为点火的模糊区 气袋可点爆也可不点爆 对不使用安全带的气袋 一般是 12 8km h 8mph 正面撞墙时气袋不爆 20 9km h 13mph 正面撞墙时气袋要点爆 如果高 速碰撞时气袋没有点爆 漏点火 会造成乘员的严重伤害 是绝对不允许的 图图 2 132 13 安全气袋形式示意图安全气袋形式示意图 2 点火时刻准确 以司机侧气袋为例 气袋点爆后 气体发生器的充气时间约是 30 毫秒 对处于正常 位置的假人 最佳情况下是发生碰撞时 气袋刚刚充满气体后 人的头部即与气袋接触 这样保护作用最好 如果人头部接触到气袋时 气袋尚未充气完毕 迟点火 则气袋不仅 不能起到缓冲吸能作用 巨大的爆炸力反而会将人打伤 如果气袋充气完毕后很长时间人 的头部才与气袋接触 早点火 由于气袋节流小孔的排气作用 气袋中没有足够的气体压 力 同样会影响对人的保护作用 如果乘员乘坐位置偏离了正常位置 如司机离方向盘过近或过远 称为离位乘员 气 袋对离位乘员具有较强的伤害作用 以司机侧气袋为例 根据美国有关机构的尸体试验结 果 如果气袋点爆时尸体胸部靠在方向盘上 气袋会将其肋骨打断 如果胳膊靠在方向盘 上 气袋会使得胳膊骨折 气袋对离位儿童乘员的伤害尤为严重 因此美国在推行低能量 气袋 即延长气袋的充气时间 减少气袋爆出时的侵略性 3 粗糙路面干扰能力强 气袋系统是一次性使用的安全防护系统 若意外点爆 除了会造成经济损失 由于气 袋点爆时的巨大声响和体积 会对乘员造成惊吓 可能会引发不必要的事故 因此必须具 设计 论文 专用纸 22 有高的抗粗糙路面干扰能力 根据清华大学的总结 当汽车以 20 60km h 的速度通过下述路面时 气袋不应点爆 上下 110 毫米高的台阶 铁路铁轨 270 毫米深的坑及国标路面 计有扭曲路面 坑洼路 面 石块路面 搓板路面 卵石路面等 这些情况都会产生较大的汽车减速度 气袋系统 必须能识别出此种状况 气袋不能点爆 4 高可靠性与工作稳定性 由于汽车的工作环境比较复杂 如图 2 14 所示 气袋必须有较高的工作可靠性和稳 定性 1 如汽车在雨中工作 2 汽车在高温气候中行驶 3 汽车在寒冷的地区使用 4 汽车在高海拔的地区使用 5 汽车在强电磁干扰环境中等 5 汽车在强电磁干扰环境中等 图图 2 142 14 气袋必须有较高的工作可靠性和稳定性示意图气袋必须有较高的工作可靠性和稳定性示意图 这些环境都不能引起气袋系统的失效 另外 某些时候汽车上的电瓶电压可能偏低 在发生碰撞时 可能在碰撞的最初时刻即将电瓶破坏 使气袋系统失去电源 因此气袋系 设计 论文 专用纸 23 统要有很宽的工作电源范围 并且当电源失掉后 应能有数百毫秒的持续工作能力 2 汽车安全气囊的分类 按保护对象分为 侧气囊 侧气囊是安装在座椅外侧的 目的是减缓侧面撞击造成的伤害 很多厂家的车型都会 标配前排两个座椅的侧气囊 而装配后排侧气囊的车型则很少 膝部气囊 膝部气囊的大多数车型都只配备了主 副驾驶安全气囊 侧气囊等 其实车辆在真正 发生正面碰撞时 下面是更应该受保护的 下面的膝部与中控台的距离最短 是最易造成 骨折损伤的部位 10 膝部安全气囊是用来降低乘员在二次碰撞中车内饰对乘员膝部的伤害 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 头部气囊 头部气囊也叫侧气帘 在碰撞时弹出遮盖车窗 以达到保护乘客的效果 头部气囊主 要针对侧撞时乘车人的头部进行保护 侧窗玻璃 甚至安全带侧面支撑扣都有可能成为车 祸中的杀手 那么头部气囊就会把乘员和这些东西隔开 以侧气囊为例分析安全气囊的安全性 侧面安全气囊系统最早引入车辆大约在 1995 年 是为了保护乘员在侧面碰撞中受伤 国际研究表明 侧安全气囊在减轻乘员死亡和损 伤的风险上是有效的 在维多利亚 车辆发生侧面碰撞时 利用警方报告的保险损害赔偿数据认识侧安全气 囊在减少乘员伤亡程度上所发挥的作用 我们可以发现头部和躯干保护的双安全气囊系统 旨在保护头部 颈部 面部 胸部和腹部 能有效降低驾驶员伤亡程度 因为这些部分靠 近侧面碰撞区域 据统计 从伤亡人的整个身体区域来看 受伤区域显着减少 41 1 从 头部 颈部 面部 胸部及腹部来看 受伤区域减少 48 17 结果表明 车辆的头部和躯 干侧安全气囊系统是一个非常有效的安全技术 它可以减少车辆在近侧碰撞中乘客伤亡的 程度 通过减少伤亡程度的这些数据可以表明 在显著减少整个道路交通事故的作用上 具有这一安全技术的各种车辆是优先考虑的 设计 论文 专用纸 24 2 3 汽车安全座椅保护技术 2 3 1 安全座椅的种类及其作用 1 安全座椅的种类 1 滑移式汽车安全座椅 在汽车座椅底座处沿车身纵向设置滑槽 利用不同的方 式在汽车发生碰撞时实现驾乘人员随汽车座椅一起向前或向后滑移 以减少人员在惯性力 下与汽车转向盘 仪表板等发生挤压的危害 这类安全座椅制造和使用都很简单 但其仍 旧属于被动安全范畴 滑移距离不易于控制 对后排人员安全威胁较大 2 后倾式汽车安全座椅 后倾式汽车安全座椅的基本思路是 在汽车发生正面碰 撞时 在一定条件下使得座上人员随座椅后仰 以避让危害 这类安全座椅对后排人员威 胁较小 但如何将人员固定于座椅上 如何实现后仰 如何让锁止等问题都是不容易解决 的难题 3 综合式座椅 这类安全座椅对后排人员威胁较小 但如何将人员固定于座椅上 如何实现后仰 如何让锁止等问题都是不容易解决的难题 综合式安全座椅可以较充分地 利用座椅的特殊位置 以提高汽车的安全性能 但其在技术上比滑移式和后倾式要求都要 高出许多 2 安全座椅的作用分析 汽车座椅是汽车设备中的一个重要的部分 同时也是必不可少的重要部分 在汽车座 椅中设置安全性能可以更好的发挥汽车的整体安全功能和作用 另外 汽车的座椅在提高 汽车安全性能方面也有着非常重要的作用 通过对汽车座椅安全性能的改良不仅能够有效 的降低汽车的安全使用成本 也可以为汽车安全性能提供一个更加广阔的思路 因此汽车 座椅在汽车安全中的作用不仅是最经济实惠的 也是表现效果最佳的 11 在现代汽车安全事故中 多数汽车交通事故都是汽车碰撞或追尾 而在这些交通事故 中 一部分是由于汽车座椅设计的不符合人体工程学 导致汽车座椅舒适性较差 易产生 疲劳 同时座椅的包裹性能差 发生碰撞时不能对人体进行有效的保护 一部分是由于座 椅强度不足 在发生碰撞时 座椅骨架发生断裂或变形 从而未能对乘员进行保护 有的 设计 论文 专用纸 25 甚至还发生二次伤害 而汽车座椅的安全问题是指汽车座椅能够有效的预防汽车事故以及 事故突发之后对车内人员进行保护 降低车祸造成的伤害与车祸之后在救援中带来的二次 伤害 所以汽车座椅的设计首要目标就是要保证乘员的绝对安全 并且能够避免二次碰撞 座椅安全在事故发生时与事故发生后对于驾驶员受到伤害的防范工作可以分为主动安全性 和被动安全性 汽车座椅的主动安全性是指 汽车座椅能够为乘员提供舒适安全的乘坐环境 为驾驶 员提供良好的驾驶环境 从而保证驾驶员集中注意进行驾驶 从主观上避免汽车事故的出 现 汽车座椅主动安全性能必须有效的防止事故的发生 12 汽车座椅的合理设计与布置直 接影响着驾驶人员的视野开阔程度 汽车操作的稳定性能和其他汽车控制系统的功能正常 发挥 这就要求在汽车整体布局中 乘员坐姿符合人体工程学 保证驾驶和乘坐的舒适性 与方便性 汽车座椅的被动安全性主要表现在汽车座椅的强度 汽车座椅的记忆功能 以 及汽车座椅外形曲线的科学性 汽车座椅安全气囊及安全带等方面 这些对于驾驶员的安 全具有直接的影响 12 首先 在事故发生时 驾驶员和其他成员处在汽车内的狭小空间 这样就使得驾驶员和乘员必须依靠座椅记性防护 避免其他载体进入到这一空间 头枕的 被动调节可以根据身体位置的变换与身体对靠背作用力的大小来进行变换 用以达到防止 乘员产生挥鞭伤害 其次 驾驶员和其他成员在事故发生时的姿势由汽车座椅的曲线所决 定 这样就要求汽车座椅内必须装有安全带和安全气囊 这两部分保护系统正常的发生作 用保证驾驶员的人身安全 因此汽车座椅设计必须保持两个要求 首先要保证座椅的机械 性能 避免座椅在事故中安全性能失灵 其次要保证驾驶人员的舒适性 为驾驶员创造良 好的驾驶环境 避免产生误操作和疲劳驾驶 目前各个汽车厂商对汽车座椅的主 被动安 全性能都有一定的重视 在座椅开发过程中就已经考虑在保证座椅强度的前提下增加座椅 调节头枕 座椅侧气囊与可调节腿托等增强舒适性的功能来直接或间接保护乘员的零部件 2 3 2 自动座椅系统组成结构及其工作原理 1 八种多功能存储式座椅 如图 2 15 所示 现代自动座椅 存储式座椅 可以作到八个方向可变 1 座椅前后 设计 论文 专用纸 26 调节 2 靠背倾斜调节 3 座椅上下调节 4 头枕上下调节 5 头枕前后调节 6 座椅前部调节 7 侧背支撑调节 8 腰椎支撑的气垫调节 图图 2 152 15 现代自动座椅结构示意图现代自动座椅结构示意图 2 自动座椅系统工作原理 以凌志 LS400 轿车为例 日本丰田 Toyota 汽车公司的凌志 LS400 型轿车自动座椅的控制装置有 电子控制 器 EGU 座椅 调整 开关 存储和复位开关 腰垫开关 位置传感器及驱动电机等 如表 2 2 所示 表表 2 22 2 凌志凌志 LS400LS400 型轿车自动座椅各个装置的主要功能型轿车自动座椅各个装置的主要功能 装置名称功能 ECU 座椅 ECU 控制电动座椅的电源通断 存储执行和复位动作 当收到接自电 座椅开关的输入信号后 在 ECU 内的继电器动作 控制电动座椅运动 座 椅的存储和复位由电驱动的倾斜和伸缩 ECU 和座椅 ECU 之间的相互联系 进行控制 电动座椅开关 该开关接通时向 ECU 输入滑动 前垂直 后垂直 倾斜或头枕位置信号 设计 论文 专用纸 27 位置储存和复位开关 通过倾斜和伸缩 ECU 将记忆和复位信号输送给座椅 ECU 腰垫开关 该开关接受来自 DOOR CB 的电源 当开关接通时 电源输入腰垫电机 开关控制电机的转向和电流的接通和关断 该开关不接至 ECU 而且调整 位置不能储存在复位用的存储器中 位置传感器 该传感器将每个电机 滑动 前垂直 后垂直 倾斜和头枕 位置信号送 至 ECU 用作存储和复位 电机 这些电机由来自电动座椅 ECU 或腰垫开关的电流驱动 用来直接驱动座椅 的各部分 每个电机具有内设电路断路器 2 3 3 儿童安全座椅 儿童安全座椅是一种系于汽车座位上 供儿童乘坐 有束缚设备 并能在发生车祸时 束缚着儿童以保障儿童安全的座椅 汽车安全座椅符合汽车座位形状 结构牢固 具备安 全带固定设备 易安装 座椅可多角度调整 材质舒适 通气 易拆洗等特点 当汽车受 到外部强烈撞击时能保护儿童免受或减轻伤害 13 如图 2 16 位儿童安全座椅结构示意图 图图 2 162 16 儿童安全座椅结构示意图儿童安