汽车安全气囊的发展与应用.doc

合肥工业大学高等职业技术学院 毕业论文 合肥工业大学高等职业技术学院 毕业论文 汽车安全气囊的发展与应用姓 名：孙智恩指导老师: 何佳宝专 业：焊接技术及自动化班 级：08-04班 汽车安全气囊的发展与应用绪论英文翻译一.汽车安全的概述1.1 汽车安全1.2 安全带与安全气囊1.3 安全气囊的分类二.安全气囊的控制系统组成及工作原理2.1 控制系统的组成2.2 控制系统的控制原理2.3 安全气囊的工作过程三.安全气囊的发展现状3.1 安全气囊简史3.2 相关法律法规3.3 国外安全气囊的发展3.4 国内安全气囊的发展3.5 汽车安全气囊的发展趋势四.汽车安全气囊的应用4.1 安全囊的正确使用4.2 安全气囊的检修，储存和运输4.3 安全气囊的缺陷结论谢辞参考文献 绪论在我国，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.等诸多因素导致近年来汽车安全事故的损失逐年上升。所以，汽车的安全性就变得尤为重要。汽车安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，主要有防抱死系统，制动力分配系统等。被动安全是指在万一发生事故的情况下汽车上的配置保护乘员的能力。目前主要有安全带、安全气垫 、防撞式车身和安全气囊防护系统( Airbag Restraint System)等。（以下简称为：安全气囊。）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。关键词：汽车 被动安全 辅助约束系统 安全气囊 Introduction In China, with Development of Highway and improve vehicle performance, vehicle driving faster and faster, especially as car ownership increased rapidly, more and more crowded traffic and many other factors . . Car safety in recent the loss of accident year by year. Therefore, the vehicle safety becomes especially important. An automotive vehicle into the safety of both active safety and passive safety. Active safety refers to the ability of vehicles to prevent accident, there are anti-lock braking system, brake force distribution systems. Passive safety in the event of an accident is the case of the configuration of the car the ability to protect the occupants. At present, there are seat belts, safety cushion, the airbag crash-type body and protection system (Airbag Restraint System) and so on. (Hereinafter referred to as: air bags.) The whole process of vehicle collision is divided into two stages: in the car with no motor vehicles or vehicle and the obstacle as a collision between the first stage of the collision. The first stage will inevitably lead to vehicle collisions have reduced speed, the car people will be because of the inertia of acceleration to a certain direction to the crash occurred, if the acceleration is large enough, will result in personnel and vehicle components collide, this collision is called the collision The second phase, the assault phase. The role of the airbag in the collision between the first and second phases, the rapid component in the car between staff and a car filled with gas cushion, in the collision damping exhaust through the process of airbag occupant absorption kinetic energy, so that the second phase of the collision mitigation to reduce the degree of impact injury to personnel. Airbags are car occupants, passive safety protection device. Seat belt in the passive protection of which play a major role in the process, and airbags are Supplemental Restraint System (Supplemental Restraint System), the SRS. Key words: automobile passive safety airbag supplemental restraint system 一. 汽车安全的概述1.1汽车安全汽车的安全性分为两大类，一类叫做“主动安全性”，又称“积极安全性”，所谓主动可理解为防范于未然。重点是将车轮悬架、制动和转向的性能调教到最好的程度，尽量提高汽车行驶的稳定性和舒服性，减少行车时所产生的偏差。例如安装制动防抱死装置（Antilock Braking System）以提高制动性能防止甩尾现象，安装驱动防滑装置（Acceleration Slip Regulation）防止汽车产生侧滑，采用转向动力辅助减轻驾驶者的疲劳程度，采用新式光源提高照明射程，等等。另一类叫做“被动安全性”，又称“消极安全性”，顾名思义就是一旦事故发生时，汽车保护内部乘员及外部人员的安全程度。安全带和安全气囊就属于汽车乘员“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。它的作用是弥补佩带安全带仍不能保护的汽车乘员头部、脸部和胸部。1.2安全带与安全气囊 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4349；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重伤害。下图为安全带与安全气囊对驾驶员和乘员的安全防护作用的比较。图1安全带与安全气囊对驾驶员和乘员的安全防护作用的比较项 目安全带系统安全气囊系统安全保护范围对乘员能够提供各种碰撞事故和滚翻事故的全方位保护在汽车发生严重的正面碰撞和侧面碰撞时，对乘员提供头部和胸部有效的保护装备的可靠性可以随时对系统的零部件故障进行检查依靠诊断装置进行一般故障检查，但无法进行系统零部件的无损检查装备的方便性需要佩带和解开安全带，即使采用自动安全带，对乘员的行动有很大的约束，可以防止乘员从座位上甩出，乘员的碰撞范围较小对乘员无任何约束，但在汽车发生碰撞时，乘员可能会甩出座椅，在很大的范围内与车内装备发生碰撞维修的方便性安装、维修、更换都很方便维修较复杂，如零部件出现大的故障，则要更换全套安全气囊系统使用的普及性及成本普及容易，成本低廉，不需要提高汽车总造价正在普及驾驶员和前排座安全气囊，并作为汽车标准装备装车，但造价高。其他形式的安全气囊暂时为选装件发展方向电子控制安全带预收紧（与安全气囊电子控制系统统一控制）多方位、多个气囊的电子控制的安全气囊系统；智能安全气囊系统1.3安全气囊的分类1按其总体结构可分为机械式与电子式两大类。目前汽车上采用的安全气囊系统普遍都是电子式。2按SRS气囊的数量可分为单安全气囊系统、双安全气囊系统和多安全气囊系统。单安全气囊系统只装备有驾驶席气囊。双安全气囊系统装备有驾驶席和前排乘员席两个安全气囊。多安全气囊系统装备有三个或三个以上的安全气囊。3按照保护对象分类（1）驾驶员防撞安全气囊。驾驶员防撞安全气囊装在转向盘上。（2）前排乘员防撞安全气囊。由于乘员在车内位置不固定，因此为保护其撞车时免受伤害，设计的防撞安全气囊也较大。（3）后排乘员防撞安全气囊。装在前排座椅上。（4）侧面防撞安全气囊。装在车门上，防止乘员受侧面撞击。 二.安全气囊控制系统的组成及工作原理2.1 控制系统的组成 汽车安全气囊控制系统是由传感器和电子控制器所组成，如下图：传感器电子控制器气体发生器气囊控制系统模块气囊组件模块 其中比较常见的传感器有电子传感器，机电式传感器，机械式传感器，新型传感器，中央传感器和安全传感器六种类型。而电子控制器则包括微处理器，信号输入和输出系统，安全气囊系统电源，警告和诊断系统，辅助组成五大部分组成。下面从传感器开始介绍安全气囊控制系统的组成。一传感器 在安全气囊控制系统中，普遍采用了传感器来感知汽车在发生碰撞时的信号，检测汽车在发生碰撞时的碰撞强度，一旦碰撞强度达到或超过设计所允许的强度后，各个传感器立即起作用，同时产生和输出一系列被碰撞的信号，这些碰撞信号传输给中央电子控制器，由中央电子控制器中的微处理器来进行处理和判断，决定是否引爆安全气囊。汽车安全气囊控制系统中所采用的传感器，主要类型为惯性加速度传感器，正常情况下，依靠弹性元件使传感器保持在断开状态，当汽车发生碰撞时，惯性元件克服弹性元件的阻力，使传感器立即被接通并产生碰撞信号。 按照碰撞传感器的功能和使用情况不同，传感器可分为碰撞传感器、中央传感器和安全传感器等。碰撞传感器可以装在汽车的前部和侧面，通过直接感知碰撞作用力或从车身结构件的变形，来检测汽车在发生碰撞时的碰撞强度。中央传感器是用来检验和判断由传感器输入的碰撞信号。安全传感器则起着保险作用，可以防止在汽车紧急制动、跨越凹坑或低于规定强度等条件时，因产生强烈振动而引起的“误判”。 几乎所有的传感器对温度都非常敏感，必须保证传感器能够在相当大的温差范围内都能够正常稳定地工作，保证其可靠性。另外传感器应尽量地布置在温度变化较小的部位，或采取一定的隔热措施。2 电子控制器 安全气囊的中央电子控制器（Electronic Control Unit）是以微处理器为核心的控制系统，主要组成部分见图3。 不同的国家、不同的汽车生产厂家以及研究部门，在不同时期、不同的车型上，开发和设计了多种多样的中央电子控制器，随着技术的不断进步，中央电子控制器也不断地改进和完善。安全气囊中央电子控制器一般由微处理器，信号输入输出系统，安全气囊系统电源，警告和诊断系统，辅助组件构成。下面介绍各组成部分的主要功能。图3 ECU的结构框图1. 微处理器 微处理器是中央电子控制器的核心，担负安全气囊的系统控制、信号处理和判断、发生引爆电脉冲等重要控制工作。在微处理器中有安全气囊的控制软件，还包括A/D转换器、串行接口、定时器、信息储存器、RAM、ROM、EEPROM等，它具有以下主要功能： （1）控制碰撞传感器、中央传感器和安全传感器输入的电信号，对减速信号进行处理、筛选和判定，防止因紧急制动、通过沟堑或低速碰撞等引起安全气囊的误爆。 （2）将碰撞传感器、中央传感器和安全传感器输入的电信号与微处理器控制软件中已储存的计算程序和数据进行对比和评估，判断是否需要引爆安全气囊，并确定引爆的时间。如果判断与确定无误，则适时地发出安全气囊引爆的电脉冲，同时起动安全带卷收器锁紧安全带，对乘员产生约束力。自动控制安全气囊引爆的限值，对没有佩带安全带的乘员，提供最佳保护。 （3）在安全气囊点火引爆电路接通后，立即将有关安全气囊的工作全过程、故障方式和故障持续时间的信息，储存到储存器中，记录当前的故障代码。 （4）通过信号系统和诊断器，对整个安全气囊控制系统内部和外部的功能进行检测和监控，并对安全气囊系统零部件进行诊断。2. 信号输入输出系统 信号系统负责输入传感器的信号、输出安全带锁紧信号、安全气囊引爆信号、灯光报警信号和音响报警信号等。信号系统分布在汽车的各个部位上，依靠导线和各种插接器来连接。 （1）输入信号装置有：碰撞传感器、中央传感器和安全传感器。按照碰撞传感器、中央传感器和安全传感器的逻辑控制原理，在汽车受到碰撞时产生碰撞信号，并立即输入到中央电子控制器中。 （2）输出信号装置有：驾驶员用安全气囊引爆电路、前排座乘员用安全气囊引爆电路以及其他安全气囊的引爆电路等。它们按照中央电子控制器的指令引爆安全气囊，倘若只装备驾驶员用安全气囊，则只需要一套安全气囊引爆电路。如果装备有多个安全气囊系统，则需要多个安全气囊引爆电路。在中央电子控制器的控制下，每条引爆电路都可以单独激发，也可以在中央电子控制器的控制下，按一定顺序进行激发，并在各个安全气囊引爆激发之间，设置预定的延迟响应时间。另外，还对安全带卷收器发出锁紧信号。3. 安全气囊系统电源 蓄电池是安全气囊系统的主要电源，只要汽车在碰撞时不损坏蓄电池，仍然由蓄电池供应所需电流。另外，在安全气囊系统中还必须设置辅助电源（应急电源），保证在汽车发生碰撞、蓄电池被损坏时，安全气囊系统仍然正常工作。辅助电源包括一个直流稳压器和一个电容储能器。 直流稳压器是起稳压和过压保护作用的集成稳压装置，它具有比较、放大和调节的功能。通常产生一个低压（5V）线性电源作为安全气囊系统的工作电源，当加在中央电子控制器上的电压过高时，稳压器便自行调节，保证提供系统稳定的电压，使系统能够正常工作，不会因电压过高而引起“误爆”。 电容储能器是利用电容来储能，一般在安全气囊系统接通电源后10ms时间内，电容器即充电。在轿车发生碰撞时，蓄电池被破坏失去主电源后，电容储能器还能保证在100ms的时间内为安全气囊系统提供电能。在安全气囊引爆后，电容储能器仅仅能够再提供10ms左右时间的电能。因此，必须是在蓄电池保持完好的条件下，中央电子控制器才能将有关安全气囊工作的全过程进行监控，并将安全气囊有关信息储存到储存器中，同时记录当前的故障代码。4. 警告和诊断系统 安全气囊系统的监控系统一般有警告灯和诊断器。（1）警告灯 警告灯位于仪表板内，符号为“Air Bag”，其功用一是故障提示，二是显示故障代码。当点火开关置于ACC或ON位置时，警告灯闪亮6s，这段时间内，ECU中对系统进行自检，即向中央气囊传感器、微处理器以及点火电路输出模拟信号，以检查信号响应是否正确。若响应正确，则说明系统工作正常，警告灯闪亮6s后熄灭。若出现异常响应，则警告灯在6s过后仍然闪亮，提示人们应进行修理。（2）诊断器（TDCL) TDCL 是 Total Diagnostic Communication Link的缩写，它与ECU各引脚相连，ECU有几个引脚，TDCL也相应有几个插口，另外还增加A、B两个插口用于诊断置零（即清除故障代码）。TDCL的作用是激活诊断系统，对安全气囊系统进行自检，见图4。图4诊断器插口1AB插口 2Tc插口 3E1插口 4Tc与E1端子跨接导线5.辅助组成 除了以上主要的组成部件外，还有一些辅助单元或模块，分别如下：（1）比较器定时电路。负责监测微处理器，当微处理器失效，它会使警告灯以3Hz频率闪亮，提出警告。（2）串行通讯接口。供与外界装置双向通讯用。（3）点火电压生成电路和点火储能电路。为气体发生器的激发提供电流。供气体发生器激发的点火电源有两个：一个是直接取自车上的蓄电池，另一个是由点火储能电路提供。若碰撞中未及点火之时，ECU至蓄电池的连接被切断，则只能靠点火储能电路供电。（4）气囊点火电路。负责向引发器发出引发电流。气囊点火电路都有自己的储能单元，ECU点火输入端接通最低工作电压之后10s，点火电路便可完成储能。（5）测试电路。负责检测气囊点火电路和气体发生器有关电路的故障状态。（6）低压开关状态监测电路。应用于混合式气体发生器。 2.2 控制系统的控制原理 由于汽车生产厂家不同和汽车型号、结构不同，安全气囊控制系统布置方式也有所不同。其中主要的布置方式有多点式安全气囊控制系统，单点式安全气囊控制系统，两点式安全气囊控制系统和防侧撞安全气囊控制系统。虽然布置方式不相同，但是控制原理是一样的。其控制原理如下： 安全气囊控制系统的动作信号是由碰撞传感器、中央传感器和安全传感器来产生，然后由中央电子控制器来判断各个传感器输入的信号。安全气囊的引爆过程是根据运动学的规律，用力学方法对碰撞加速度强度进行计算，确定碰撞加速度强度的平均值，储存在中央电子控制器的微处理器中。 中央电子控制器接收到碰撞传感器的信号，并经过与微处理器中储存的加速度平均值相比较和认定，如果达到或超过储存加速度平均值，中央电子控制器才能发出电脉冲来引爆安全气囊。避免了由于汽车紧急制动、通过不平路面以及通过沟堑时产生的强烈振动，发生“误爆”而引起不良的后果。2.3 安全气囊的工作原理1 安全气囊组件 安全气囊组件有气体发生器和气囊。（1）气体发生器 气体发生器是气囊组件中非常重要而又复杂的一部分。该装置最突出的特点是燃爆品，在极短的时间内可使环境发生剧烈变化。是安全气囊控制系统的执行元件，它能否按照系统控制的要求及时引爆，是能否对驾驶员或乘员提供安全保护的关键。气体发生器可以分为燃料燃烧式和储气燃烧式两种。气体发生器主要由外壳、雷管（机械式和电子式）、增压剂、气体发生剂以及过滤器等部分组成。在气体发生器总成中，过滤装置起过滤和冷却作用，防止高温气体灼伤乘员，并防止燃烧中的微粒子弹出，造成对乘员的伤害。 (2)气囊 气囊是安全气囊系统的核心部件，气囊的用途不同时，气囊的形状、结构、容积、充气的速度、充气的压力等都有所不同。 图5是根据安全气囊的功能要求，对其编织物材料物理性能的具体要求。 为了实现安全气囊的可控制充气过程，设计了有阻尼作用的气囊。在气囊的内表面缝制阻尼带，引导安全气囊在展开时，加速向侧面膨胀，以避免安全气囊自由地展开。或采用其他方式对高压气体产生阻尼作用。 在气囊的背面设置排气孔和排气缝隙，或设置一些通气孔，来减少固体燃料爆炸时的压力，缓和对乘员的冲击力。气囊在充气后，在排气孔和排气缝隙，或通气孔不断地排出高压气体的过程中，吸收碰撞时的能量，直到气囊完全瘪塌为止。在气体发生器总成中，过滤装置起过滤和冷却作用，防止高温气体灼伤乘员，并防止燃烧中的微粒子弹出，造成对乘员的侵害。 2 安全气囊的工作过程 由于车辆型号和安全气囊的种类不同，安全气囊的工作过程受到多种外界因素的影响。但是其工作过程大体上是相同的。 安全气囊的作用过程如下：碰撞碰撞传感器电子控制器（电脉冲）气体发生器气囊展开乘员保护。汽车发生正面碰撞时驾驶员的安全气囊展开过程如图1所示（其中具体时间与多种因素有关，图示时间仅供参考）： 以图1为例，从汽车开始碰撞计时： a010ms：在汽车特定的敏感部位处，装置碰撞传感器。碰撞传感器受到足够的碰撞冲量作用时，在10ms的瞬间内，将触发信号输送到中央电子控制器。 b1020ms：在中央电子控制器中，主要有对安全气囊系统进行监测和控制的微处理器，能够对传感器输入的触发信号立即进行计算、比较和判断。如果碰撞冲量超过预先的设定值，中央电子控制器立即释放一个电脉冲火花，使气体发生器中的雷管急速爆炸。 c2060ms：雷管的爆炸击穿装气体发生器的燃料盒，将固定燃料点燃并产生高温、高压气体（氮气），快速地经过滤器过滤冷却后冲入安全气囊。气囊在2060ms内张开达到最大容积，在乘员与车内装备之间形成一个气垫。在同一瞬间，乘员因惯性力的作用，可能向前冲出150200mm，头部、脸部和胸部正好与迎面而来的气囊相接触。但高压气囊膨胀的能量，会把乘员“回弹”到座椅上，使得乘员身体受到一定损伤。 d60100ms：与此同时，装在气囊后面的排气孔打开，气囊泄气并收缩。由气体的阻尼作用，吸收了碰撞的能量，缓解了气囊对乘员头部和脸部的压力，使乘员陷入较柔软的气囊中。由于安全气囊将乘员与车内装备隔开，而使得乘员得到保护。最后气体全部从排气孔排出，气囊瘪下。图1汽车正面碰撞时安全气囊发生作用的过程示意图 整个碰撞安全气囊展开对乘员的安全保护过程，大约60100ms。安全气囊展开进行保护的过程，是一种不可逆的过程，在完成保护过程后，必须重新安装安全气囊控制器和安全气囊总成。 一般来说，车辆的轻微碰撞不会使气囊打开。只有在车辆正面一定角度范围内碰撞才能使气囊打开。安全气囊打开需要合适的速度和碰撞角度。从理论上讲，只有车辆的正前方左右大约60之间位置撞击在固定的物体上，速度高于30KM/h，这时安全气囊才可能打开。这里所说的速度不是我们通常意义上所理解的车速，而是在试验室中车辆相对刚性固定障碍物碰撞的速度，实际碰撞中汽车的速度高于试验速度气囊才能打开。后碰，侧碰，翻转都不会引发气囊打开。 安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部，防止脆弱的乘客肉体与车身产生直接碰撞，大大减少受伤的可能性。此外，气囊爆发时的音量大约只有130分贝，在人体可忍受的范围；气囊中78的气体是氮气，十分安定且不含毒性，对人体无害；爆出时带出的粉末是维持气囊在折叠状态下不粘在一起的润滑粉末，对人体亦无害。 安全气囊同样也有它不安全的一面。据计算，若汽车以60km的时速行驶，突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下，而气囊则会以大约300km/h的速度弹出，而由此所产生的撞击力约有180公斤，这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承。因此，如果安全气囊弹出的角度、力度稍有差错，就有可能酿出一场“悲剧”。需要强调的是：安全气囊只是起到辅助作用。在不系安全带的情况下安全气囊不但不能对乘员起到防护作用，还会对乘员有严重的杀伤力。安全气囊的爆发力是惊人的，足以击断驾驶者的颈椎。因此，系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。 三 安全气囊的发展现状 3.1 安全气囊简史 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。 最早发展安全气囊系统的国家是美国。目前，已在北美、欧洲、日本等发达国家和各地区流行，但只有在美国以立法的形式强制安装。 1953年8月，John WHeTrick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。进入90年代以来，安全气囊的安全性已经被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。但是，对于驾驶员和乘员来说，安全驾驶才是第一位的，这是任何先进的安全装置都无法替代的。3.2 相关法律法规国际上现行的安全气囊标准包括：(1)ISO12097-1-2002道路车辆安全气囊部件，第1部分：术语；（2）ISO12097-2-1996道路车辆安全气囊部件，第2部分：安全气囊模块试验；（3）ISO12097-3-2002道路车辆安全气囊部件，第3部分：气体发生器组件试验；（4）ISO/TR 10982-1998道路车辆.评估汽车使用者与展开气囊的相对位置偏移的试验方法；（5）ISO/TR 14645-1998道路车辆.评估与展开气囊相互作用的儿童约束保护系统的测试程序；（6）ISO/TR 14933-2001道路车辆.评价驾驶员与展开的冲击气囊的交互作用的试验方法。我国汽车标准的制修订工作由“全国汽车标准化委员会”承担，关于安全气囊的标准由“车身分标委”负责。为了气囊产业的发展，我国还在2001年成立了“汽车安全气囊标准研究工作组”。工作组2002年起开始着手参照ISO12097标准起草我国的推荐性国家标准。同时，工作组还将美国政府于2000年5月颁布的FMVSS208中关于智能化安全气囊的最终修正案、ECE中关于安全气囊认证的法规草案等列入了研究范围。（1）参照欧洲ECER94.00版本，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，已于2000年1月1日实施。这个设计规则明确提出了对汽车乘员在发生汽车碰撞时的安全标准。（2）国家机械局567号文件要求新车型于2001年1月1日前，所有车型于2002年7月1日前达到CMVDR 294中所述的安全要求。3.3 国外安全气囊的发展一.世界各国安全气囊的发展安全气囊最早是美国1953年发明，70年代美国、日本和德国等国的汽车公司开始采用，安全气囊近20多年在这些国家和地区发展迅速。1992年底，美国已有1000多万辆汽车装配了安全气囊系统。1994年生产的客车85为前排座椅安装了双侧安全气囊（即驾驶员侧与副驾驶员侧），6只在驾驶员侧装备，其绝对数量为1400万套；1995年统计数字分别为90、7和1500万套；1996年为98、2和1550万套；1997年以后，为前排座安装双侧气囊的比例接近100。随着汽车产量的增加，2000年安全气囊的绝对数量达到2000万套。在看到人们对安全气囊系统安全性的认可及汽车安装该系统所带来的巨大社会效益，美国各大汽车公司也越来越重视安全气囊系统的研究和发展。通用（GM）汽车公司1990年售出的轿车15装配了安全气囊。现已在所有的汽车驾驶员侧装配了安全气囊；福特（Ford）汽车公司已在 90年代中期把驾驶员和乘客用安全气囊作为福特汽车标准装备；克莱斯勒（Chrysler）汽车公司在这一领域保持世界领先的地位，早在90年代初期就已在本公司生产的所有车型上装配了安全气囊系统。欧洲在安全气囊方面起步较美国晚一些。1994年生产的客车20为前排座椅安装双侧安全气囊，30只在驾驶员侧装备，其绝对数量为800万套；1995年为25、35和1000万套。以后逐年上升，到2000年达到60、40和2500万套，即装备率达到100。日本汽车一直倾向于安装自动（座椅）安全带，只在少数几种高级轿车上做为标准装备安装了安全气囊，对其他车型则为选用装备。1994年生产的客车对安全气囊的相应装备率分别为20、 9和500万套；1995年为25、10和700万套；2000年达到55、16和3400万套。虽然安全气囊系统在日本的安装比例不太高，但它日益显示的强大保护作用已引起该国各大汽车公司的关注。丰田（Toyota）汽车公司正逐步把安全气囊作为其生产的各种车型的标准装备。日产（Nissan）汽车公司于1995年起，在其生产的轻型载货汽车和大多数轿车上安装了驾驶员侧安全气囊和副驾驶员侧安全气囊；本田（Honda）汽车公司1990年起就已在两种车型上把驾驶员侧安全气囊作为标准装备，在1993年后，销往美国的本田汽车上，把驾驶员侧安全气囊和副驾驶员侧安全气囊都作为标准装备。以上这些国家在汽车安全气囊系统这一领域内的发展起步较早，技术水平和普及率比较高，较具代表性。其他还有许多国家也正致力于这方面的研究和发展，如瑞典、意大利等国家。二.美欧安全气囊的比较 美国和欧洲一些国家是最早开发和使用安全气囊的国家和地区。因此，这两个地区安全气囊的发展非常具有代表性。从下面的比较中可以看出这两种安全气囊的优劣及其发展前景。（1）在美国，安全气囊系统要求对未佩带安全带的乘员能提供安全保护。很明显，对于未佩带安全带的乘员来说，即使在轿车较低速时发生碰撞，就有可能对乘员造成伤害。因此，在设定气囊起动车速范围时，汽车对固定物碰撞的车速为1820km/h。超过此碰撞速度，安全气囊就能点火起爆。车速在1820km/h时，安全气囊能够点火起爆，就要求安全气囊系统中的传感器和中央电子控制器具有对碰撞性质有高敏度的识别能力和高度的可靠性。在一些汽车上，由于传感器和中央电子控制器对汽车在剧烈紧急制动或在速度为15km/h以下的轻微碰撞，产生“判断失误”。而发生安全气囊“误爆”，使得驾驶员受到突然的惊骇，同时鼓起来的安全气囊还会短时间遮蔽驾驶员的视线，造成事故。因此，这种安全气囊对传感器和中央电子控制器有很高的要求。因为未佩带安全带的乘员在汽车发生碰撞时，乘员没有安全带的约束和减少惯性力的作用，乘员可能被甩出座椅，并在更大的范围与车内的装备发生猛烈的二次碰撞。因此，这种安全气囊系统需要更大的气囊，在更大范围内将乘员与车内的装备隔开。所以，驾驶员用安全气囊的容积达到6080L，前排座乘员用安全气囊的容积达到120160L。（2）在欧洲，按照法规规定：汽车必须装配安全带，并强制所有乘员必须佩带安全带。三点式安全带完全可以在汽车碰撞速度30km/h以下时，为乘员提供良好的束紧和保护。但试验结果表明，在汽车碰撞速度超过30km/h时，安全带不能对驾驶员和乘员的头部、面部提供有效的保护。在正确使用三点式安全带的基础上，于是就开发了安全气囊系统来提高安全防护能力。在汽车发生碰撞事故时，主要由安全带来约束乘员并承受主要的惯性力的作用，安全气囊只是用于保护乘员的头部和面部。安全气囊系统气囊起动车速达到3040km/h，这就使得安全气囊产生“误爆”的可能性较小，危险性也较小。在这种安全气囊系统中，可采用单点式传感器等装置来控制，因而使得其控制系统也更加简单一些。因此，在欧洲的安全气囊系统中，驾驶员用安全气囊的容积为2030L，前排座乘员用安全气囊的容积为6080L，比美国的安全气囊系统中的气囊容积要小得多，可以实现小型化，更加适合在装有安全带的中、小型汽车上装备的安全气囊。由以上对比可知，美国和欧洲在安全气囊系统的开发上，指导思想是不同的，有着明显的差异。欧洲式安全气囊系统适合装在装有安全带的中小型汽车上，与安全带共同组成汽车的安全保护体系。但在欧洲生产的一些大型豪华汽车上，为了满足出口与市场竞争的要求，在这些汽车上也装备了美国式被动安全气囊系统。安全带和安全气囊共同构成了汽车辅助保护体系。在安全带和安全气囊发展过程中，围绕对安全带和安全气囊在保护乘员的主、从的作用的关系上，美国和欧洲一些国家之间形成了对开发安全气囊的两种不同的思想，并且形成了两种不同的安全气囊系统美国式安全气囊系统和欧洲式安全气囊系统。这两种不同的安全气囊系统的布置方法、传感器的配置、中央控制器的性能参数、气囊容积和安全气囊启动时的汽车速度等方面，都有较大的差异，如表7所示。但这两种安全气囊系统在工作原理上还是基本相同的。表7 美国式安全气囊系统和欧洲式安全气囊系统的比较项 目美国式安全气囊系统欧洲式安全气囊系统驾驶员安全气囊容积 /L60802535前排座乘员安全气囊容积 /L1201606080气囊质量 /g18002200600800气囊质量比 /10050气囊启动时的车速 /km/h18203040点火时间 /ms1025气囊展开的时间 /ms25502030气囊启动时的噪声大小气囊的气压大小传感器及控制系统2个碰撞传感器1个中央传感器单点传感器气体发生器的体积大小气囊展开后对驾驶员视野影响有妨碍无妨碍安全气囊系统价格比 /10030503.4 国内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我过自行研制的FS-01安全气囊系统通过汽车碰撞试验。同时，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。一. 安全气囊的研制生产状况 在研制生产方面，目前主要有：石家庄久乐汽车安全设备公司、锦州锦恒汽车安全系统股份有限公司、锦州和昌汽车安全气囊有限公司、广东省珠海市生生赫达有限公司、西安庆华电器制造厂和徐州徐港电子企业有限公司，等等。石家庄久乐汽车安全设备公司。我国最早研究开发汽车安全气囊企业之一石家庄久乐汽车安全设备有限公司现已形成年产A型（驾驶位）、B型（副驾驶位）安全气囊10万套的生产能力。石家庄久乐汽车安全设备有限公司开发、生产的久乐安全气囊，采用了复式点火装置智能电子式机械式，更加提高了安全气囊的可靠性。久乐气囊独具黑匣子记忆功能，即可对撞车事故记录分析，并具有自检即安全气囊性能检查、计算机通讯等功能。其各项性能指标已基本达到国际先进水平。锦州锦恒汽车安全系统股份有限公司。1996年底组建的锦恒汽车安全系统股份有限公司，近三年来先后与同行业领先的美国Breed公司、德国西门子约束系统公司和一汽集团长春汽车研究所等进行合作，并投资2500万元人民币引进了美国Breed公司两条模块生产线，建成了具有世界先进水平的产品研发中心。目前，这家公司已开发了与富康系列轿车相匹配的单侧式安全气囊、与红旗系列轿车相匹配的双侧安全气囊等产品。投资1.5亿元人民币的二期技术改造工程已于2000年9月份开始。目前已达到单班年产三十万套安全气囊的生产规模，是中国规模最大的汽车安全气囊生产基地。锦州和昌汽车安全气囊有限公司。锦州和昌汽车安全气囊有限公司是辽宁和昌汽车安全气囊集团的核心企业，是目前国内集汽车安全气囊科研、设计、生产、经营为一体的高新技术企业。和昌公司拥有过亿元总资产、8项安全气囊方面的专利技术和一批国家级专家。近期由该公司和清华大学联合开发的HCQ2型数字化汽车安全气囊智能控制器，通过了国家机械局的鉴定，被称为是涉及到实车碰撞理论、神经元、模糊数学以及实用数学等学科知识的、具有国际先进水平的产品。该公司还相继用桑塔纳、夏利、广东宏远大吉普车、山东荣城大吉普车、北京中华子弹头、富康、奥迪、红旗、北京吉普车等20几种车型与和昌气囊进行匹配，完成了实车、台车碰撞试验，试验规范和试验结果均符合美国FMVSS208和欧洲EEC和ECE标准。广东省珠海市生生赫达有限公司。广东省珠海市生生赫达有限公司生产出了汽车安全气囊。这种汽车安全气囊装在司乘人员前方，由传感器、计算机处理系统、气体发生器和气囊组成。一旦发生撞车事故，从撞车到鼓起气囊，全过程只有44ms。国家技术监督检验中心进行的试验表明，该产品达到国际同类产品水平，具有较强的抗干扰能力。该项产品已正式投入生产，工厂已具备年产10-20万套气囊生产能力。西安庆华电器制造厂。西安庆华电器制造厂汽车安全气囊生产线，建设气体发生器、药剂、气袋、安全气囊总成生产线，年生产能力100万套，近期有些项目正在招商。徐州徐港电子企业有限公司。该公司是韩国在我国的代理公司，现隶属于江苏天宝电子集团有限公司，其生产的安全气囊系统分为两种型号，I型为不附带方向盘的安全气囊系统，即安装气囊组件时原车方向盘不更换；II型为带方向盘的安全气囊系统，即安装气囊组件时需将原车方向盘更换。这两种型号的安全气囊系统均是机械式安全气囊。二. 安全气囊的应用状况在20世纪80年代末，