汽车被动安全技术

汽车被动安全技术

学院：汽车与交通工程学院

班级：车辆工程095

姓名：闫爽

学号：091201130

汽车被动安全技术

闫爽

(辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁，121001)

摘要：汽车给人类创造效益的同时也带来了灾难性的损失，我国每年死于交通事故的人数与美国相当，但汽车的保有量仅是美国的1/27，可见我国汽车的行车安全性与西方国家水平相差甚远。汽车安全性涉及的范围很广，本文简述我国汽车被动安全技术现状、发展趋势及被动安全标准。着重介绍了汽车被动安全系统组成、原理。现代汽车车速愈来愈高，汽车行驶安全性日益受到人们的重视，随着我国道路条件的改善，汽车的行驶速度的提高，强制推行汽车座椅安全带，推广安全气囊，改进汽车车身结构和转向盘和转向柱、汽车座椅系统等举措对减少事故后人民生命财产损失具有十分重要的意义。希望通过论述，对国内汽车安全性起到一定帮助作用。

关键词：汽车被动安全,安全带和安全气囊,转向盘和转向柱,汽车座椅系统，安全车身结构。

Automobile Active Safety Technology

Yan Shuang

(College of Automobile and Traffic Engineering,Liaoning University of Technology,

Liaoning,121001)

Abstract：Creating effective vehicle for humanity but also catastrophic losses, the number of traffic accidents in China die each year with the U.S. equivalent, but car ownership in the United States, only 1 / 27, shows that our safe driving and the Western far from the national level. Auto safety involves a wide range, This paper describes our automotive passive safety technology status, development trends and passive safety standards. Focuses on the automotive passive safety system components, principle. Hyundai Motor speed higher and higher, increasing the safety car driving by people's attention, as China's road conditions improved, the improvement 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 accident is of great significance. This paper reviewed research in the automotive safety technology status, security, technology trends; brief passive safety standards at home and abroad; automotive passive safety measures, focusing on the automotive passive safety system components, principle.Hope that through discussion, 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

中国的汽车被动安全性研究经过了近十年的历程，已经有了良好的开端。在一汽、二汽、天津、交通部试验场和清华大学都建立了汽车碰撞试验设施，具备了执行中国汽车碰撞法规的能力，中国汽车被动安全试验技术有了显著的进步和

发展。2001年，美国汽车工程师学会主席带团来华参观后，对中国在汽车被动安全性研究方面有如此快的发展感到十分惊奇，并对有关方面所做的工作给予充分的肯定。

1 汽车安全带

1.1 回顾安全带的发展

1955年，福特公司首先把二点式座椅安全带作为选装件安装在轿车上。到1959年，由瑞典沃尔沃公司开发了三点式座椅安全带，相继为各国汽车制造企业所采用。1962年日本TAKATA株式会社首先在汽车上安装安全带，并在相关机构配合下进行了实车的碰撞试验，验证了安全带的保护效果，后来就逐渐扩大了安全带的适用范围，装配的安全带形式也从二点式发展到三点式。以后，又经过多次改进，逐渐发展到现在的形式。统计数据表明，佩戴安全带使碰撞造成的乘员

【1】 伤亡率减少了15%～30%。

1.2 汽车安全带的组成、原理

研究表明，汽车事故中人体内伤和脑损伤与减速度直接有关，骨折与作用力有关，组织损伤与剪切应力有关。所以，提高汽车内部安全性就是要降低人体的减速度。

如果汽车和乘员以等速Vo作直线运动，在时间 to时发生前部撞车，驾驶室按直线减速到零，如果乘员没有安全限位装置，则乘员将以Vo继续运动，到t 时撞到车内坚硬障碍物(如仪表板)上，而后减速，由于变形行程很小，因此产生很大的减速度，乘员将承受可能致命的载荷。在设置了限位装置后，乘员在t 之前以Vo在车内运动，在t1时，限位装置生效，乘员减速。滞后时间T越长，则乘员减速度延续时间越长。所以要求撞车后，限位装置迅速生效。降低事故中人体的减速度的有效措施是限制乘员的位移。最简单有效的是座椅安全带。

安全带的基本机构均有织带、卷收器、带扣和长度调整机构组成。为了进一步降低碰撞时乘员“潜水”造成腹部伤害，提高安全带保护效果，还采用了预紧器和锁紧装置等。

(1)织带

为了在汽车发生碰撞时限制乘员的移动量，要求安全带在规定伸长率以内有效地束缚住乘员，并尽量减轻乘员所受的冲击力，以避免造成人员伤亡。为此，要求安全带有高的强度，一定的延伸量，良好的能量吸收性。另外，为提高织物的耐久性，带织物应具有良好的耐磨性、耐气候性。

(2)卷收器

卷收器用于收卷、储存部分或全部织带，并在增加某些机构后起到指定作用的装置。卷收器具有两种功能：其一是在正常情况下，将织带放长或收短，以适应使用者身材的大小肥瘦，一旦使用者将安全带扣好后，卷收器可以将过长的织

带收回，让织带以适应的卷收力将使用者拉住；其二是当汽车发生事故时，卷收器可以在瞬间将织带锁起来而不让它伸展，从而可以有效约束乘员。此外，在使用时还具有调整织带长度的功能。

紧急锁止式卷收器是一种目前应用最广泛的卷收器。在汽车正常行驶时允许织带自由伸缩，但当汽车速度紧急变化时，其锁止机构并保持安全带束紧力约束乘员。这种卷收器中装有惯性敏感元件和棘轮棘爪机构或中心锁止机构，织带缠绕在卷轴上。当汽车正常行驶时，卷收器借助卷簧的作用既能使织带随使用者的身体的移动而自由伸缩，又不会使织带松弛。但当紧急制动、碰撞或车辆行驶状态急剧变化时，卷收器内的敏感元件将驱动锁止机构锁止卷轴，使织带固定在某一位置上，并承受使用者身体加给织带的载荷。尽管卷收器的锁止机构各不相同，但其基本工作原理相同。

(3)带扣

无论带扣或安全带其他的塑料件，均应采用变形小、耐磨性能高、强度高、性能稳定的材料。在设计带扣按钮时，应考虑到避免乘员肘部误碰撞而使带扣开启，因为在碰撞发生时，乘员肘部很可能产生接触到带扣的动作。

(4)长度调整装置【2】

1.3 简述安全带的发展趋势

汽车座椅安全带的发展方向是：更好的初始约束特性；更好的吸能特性；舒适性和方便性。

目前涉及汽车座椅安全带的技术主要集中在以下方面。

(1)预拉紧器

安全带的预拉紧器在低强度碰撞时而安全气囊未打开的情况下，保护乘员头部；同时由于它能很好地消除在碰撞开始时织带与乘员之间的松弛量，故能使乘员与车体之间的相对运动减少，从而对乘员的胸腹部起到很好的保护作用。

(2)限荷器

限荷器可以改善安全带的能量吸收特性，对乘员施加比较均匀的约束力，从而降低使用安全带的不适感。

一种不需乘员动作，完全自动佩带在乘员身体上的被动安全带也已装车使用，但尚未普及。对安全带的改进，一个是解决织带对人体的伤害问题，有的在胸部的织带上装一个小气囊，有的在设法提高织带吸能性。

2 汽车安全气囊

2.1 汽车安全气囊的历史发展

使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。1952年美国汽车生产者联合会在理论中阐述了这样一种汽车安全系统的必要性。几乎同时，这种系统的原理图也绘制了出来。1953年，第一个气囊的专利就诞生了。但是，由于当时

技术水平的限制，还不能把这种想法或专利付诸实践。到了1980年，德国默谢台斯公司开始实现这种设想，它在自己生产的部分汽车上安装了安全气囊。而从1985年起，在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。随后，又出现了第一个保护驾驶员旁前排座乘员头部的气囊。

2.2 汽车安全气囊系统组成、原理

安全气囊系统主要由碰撞传感器、安全气囊电脑、SRS指示灯和气囊组件四部分组成。其中气囊组件由充气元件和气囊组成，均安装在方向盘内或工具箱上端，不可分解。充气元件由电爆管、点火药粉及气体发生剂组成。充气元件的功用是给气囊充气。气囊由尼龙布制成，材料厚度为0．45mm，为了保证气囊的气密性，在其内表面涂复薄薄一层介成橡胶或硅橡胶。在气囊的内表面固定有专门的带子，这些带子在气囊充气时能使其保持一定形状。气囊侧面设有许多孔，这些孔用来快速从气囊中排出气体。这点十分重要。否则，人就会被气囊推向后面或被一个气囊或几个气囊挤住而受伤。

车辆发生碰撞时，碰撞冲击力使碰撞传感器和触发传感器接通，将信号输送到中央电子控制器(ECU)，ECU检测到冲击力(减速度)超过设定值，经判断后确认是严重碰撞，SRS电脑接通引爆电路，使电流流过电爆管，使其发热将电爆管内的点火介质引燃，火焰随即扩散到点火药粉和气体发生剂。产生大量气体，气体经滤网冷却后进入气囊内，气囊急剧膨胀，冲破方向盘，在0．03秒钟的时间内即将气囊充气。气体的阻力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。乘员陷入较柔软的气囊中，使得乘员得到保护，6100ms后气袋排气孔打开，气囊泄气并收缩。充气元件与气囊安装在方向盘上，与方向盘一起转动，电爆管与SRS电脑之间的导线联接是靠螺旋导线(游丝)来联接的。

安全气囊根据安装的位置及保护对象不同，主要分为：对驾驶员进行保护的气囊，装备方向盘内，防止驾驶员与转向盘、仪表板及前挡风玻璃发生碰撞；对前排乘员进行保护的气囊，装在仪表板内，防止乘员与仪表板、前挡风玻璃发生碰撞；对后排乘员进行保护的气囊，一般安装在前排座椅的靠背上后部或头枕内部，防止乘员与前排座椅发生碰撞。由于后排乘员受到的伤害程度较轻，后座椅

【6】 安全气囊一般只在高级轿车上使用。

2.3 汽车安全气囊的发展趋势

在发达的西方国家，气袋已在轿车上普及使用，但在我国尚是发展中阶段。我国的微型轿车，如果不安装安全气袋是很难达到法规的要求。所以安全气袋在国产轿车的达标上是一条重要措施，而且根据发展趋势，也必然使用安全气袋。

气囊的改进主要是开发新的气体发生装置和更合理的点火不点火判别算法。目前在气体发生装置内的气体发生剂多为固态叠氮化钠，其引爆后产生的气体必须经过滤才能充入气袋，而且其残留物还需处理。代替的方法之一是用增大式充

气装置，即用少量固体燃料加热储存的气体；方法之二是采用有机气体发生剂；方法之三是用可燃气体混合剂。侧面碰撞保护气囊系统已在开发，有的已装车，它要解决在更短时间(约为正碰撞气囊时间的1/3)内传感引爆和充气问题，以及安装、展开空间小，气袋近距离快速膨胀可能伤及乘员问题。要实现对乘员的最佳保护，必须了解人体结构和伤害机理，它需要汽车行业和医学界、保险业的合作，尽可能多地收集关于乘员体型、尺寸、碰撞伤害程度的数据，结合人体生物

【3】 力学，制定科学的伤害评定标准，研制出更好的乘员保护装置。

3 汽车安全转向盘和转向柱

防止或减少碰撞能量对驾驶员造成伤害的转向柱，叫做能量吸收式转向柱。在汽车发生正碰时，碰撞能量使汽车前部发生塑性变形。布置在汽车前部的转向柱及转向盘在碰撞力的作用下要向后，即驾驶员胸部方向运动。这种运动的能量应该通过转向柱以机械方式予以吸收，防止或减少其直接作用于驾驶员身上而造成人身伤害。另一方面，在汽车发生正碰时，驾驶员受惯性的影响有冲向转向盘的运动。驾驶员本身的运动能量一部分由约束装置加以吸收另一部分传给转向盘和转向柱系统。这部分能量要通过转向盘和转向柱予以吸收，以防止超出人体承受能力的碰撞力伤害驾驶员。

吸能式转向盘，在撞车时，转向盘骨架发生变形，以吸收能量，减轻对驾驶

【4】 员的伤害。

吸能式转向柱和转向轴，大体上可分为二类：

(1)可分离式安全转向操纵机构 该机构的转向轴分为上下两段，当汽车发生撞车时，上下两段互相分离或互相移动，从而避免在第一次冲击时转向盘随车身后移对驾驶员造成伤害。

(2)缓冲吸能式转向操纵机构 这种操纵机构从结构上能使转向轴和转向柱在受到冲击后，轴向收缩并吸收冲击能量，从而有效缓和转向盘对驾驶员的冲击。其中有以下几种常见的形式：

①网格状转向管柱：转向管柱的部分管壁制成网格状，当撞车时而受到压缩时很容易受到轴向变形，吸收能量。

②波纹管变形吸能装置：其转向管柱和转向轴也都能分上、下两段，在转向轴上套有波纹管。当发生撞车时，上下转向轴和转向柱错开缩短，压缩波纹管吸收冲击能量。

③钢球滚压变形吸能装置：其转向轴和转向柱也都能分上下两段。上、下两段转向轴用安全销相联。上下转向管柱中间压入带有塑料隔套的钢球。当发生撞车时，安全销被破坏，上下转向轴轴向收缩，上下转向管柱也开始轴向收缩，其内的钢球边转动边在上下转向管柱的壁上挤压出沟槽，使之变形并消耗冲击能量。

4 汽车座椅系统安全性

汽车座椅安全性研究始于20世纪50年代。以往人们的研究主要集中在汽车尾部碰撞的乘员保护以及头枕和座椅靠背后部的冲击能量吸收等方面8并逐渐形成了两种主流设计概念——柔性设计及刚性设计。按照上述方法设计的各种结构形式的座椅在安全性试验中虽然取得了比较令人满意的结果，但是由于碰撞模型试验的条件具有相当的局限性，某些条件如乘员坐姿、加速度作用方向、约束系统的配带及使用状态、各种约束系统的相互影响等，在实发事故中千变万化，是实验室中不可能全面模拟的。

近年来我国在轿车被动安全性的法规、试验和研究方面已取得了一定的进展。相对于轿车，客车的乘员更多，因此人们对客车乘员的保护和碰撞安全性的研究更为集中。我国在2000年正式实施了《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》，这不仅对汽车正面碰撞控制结构设计理论和方法的研究更具有现实意义，还极大地带动了我国微型客车的安全性设计研究与发展。国内几家大型的微型客车厂纷纷着手对现有车型进行不同程度的改进以适应法规的要求。汽车后部碰撞安全性法规也有望在2003年问世，这必将进一步推动汽车安全性尤其是座椅系统安全性研

【5】 究工作的深入开展。

结 论

基于上述论证，我们可以知道，随着我国汽车工业的发展，汽车安全将会越来越受到关注，尤其是关于防止二次碰撞的乘员保护应该加大研究力度。具体到安全措施各个环节，包括汽车安全带、汽车安全气囊、汽车安全车身结构等方面都是在吸收和缓冲碰撞时产生的能量，减少乘员向前移动的位移，因而减少对乘员伤害。汽车被动安全发展趋势是要基于现代计算机和传感技术等一系列前沿科技的发展而发展，不断将精确的数据运算运用到汽车安全机构中去。另外，我国的汽车安全法规及标准已发展到较完善的地步，但与国外的标准法规相比还欠缺很多。国家应采取相应的政策倾斜措施，鼓励汽车行业进行汽车安全保护装置的开发和研制。汽车行业中具有一定技术实力的骨干企业应该从中国汽车工业的长远发展的战略高度出发，组织起来，集中资金和人力，推动开发研制工作的进展。

参考文献：

[1]钟志华，张维刚等主编.汽车碰撞安全技术.北京：机械工业出版社，2003.7

[2]钟志华，杨济匡.汽车安全气囊技术及其应用.中国机械工程，2000

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[4]I.Straub Electronische Steuerung Von Bremsanlagen Gesetzgebung(ECE R13)．XI International Heavy Vehide Conference Budapest，1994

[5]Richard Allsop.Urban Saftey Management[R].The Institution of Highways and Transportation,1990.

[6]谷正气.汽车车身现代技术. 北京：机械工业出版社，2009.10