汽车安全气囊技术及其发展趋势

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:3

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摘要：本文概述了汽车安全系统涵盖的内容，着重介绍了汽车安全气囊技术，阐述了安全气囊系统的工作原理、主要组成及系统开发程序。指出了汽车安全气囊的未来的发展方向。
关键词：主动安全；被动安全；安全气囊

汽车安全系统是汽车电子领域增长最快的一部分。汽车的安全设计在整车设计中所占的比例也越来越大。汽车安全性分为主动安全和被动安全两种，主动安全系统旨在提高车辆行驶的稳定性，防范事故于未然。被动安全系统是事故发生后开始起作用，以减缓事故严重程度。

汽车安全涵盖的内容很多，图1显示了汽车安全方面的分类。

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汽车安全气囊属于被动安全系统。我国2000年实施了CMVDR 294《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》，该法规等效于欧洲ECE R94法规。最近，我国的侧面碰撞法规已经开始实施，这将对我国车辆的碰撞安全性能和驾乘人员保护系统提出更高的要求。汽车安全法规体系的不断完善，将带动中国汽车电子市场的发展。据预测，2009年前排乘客侧面保护气囊的安装率将会是2006年的2倍，侧气帘的安装率将是2006年的4倍。美国和欧洲两种安全气囊系统的比较如表1所示。

安全气囊技术应用

安全气囊系统，属于辅助约束系统(SRS)。它的作用是在碰撞过程中弥补佩带安全带仍不能保护乘员头部、脸部、胸部和膝部的缺陷。安全气囊系统的组成如图2所示。

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图2：安全气囊系统组成

早期的安全气囊为机械式安全气囊系统，现在国内外气囊厂家主要采用的是电子式安全气囊系统。基本型安全气囊系统包含了驾驶员、乘员正面保护安全气囊及安全带预紧装置。

电子式安全气囊系统特点是由传感器感知车辆运动情况，由MCU监控并作出判断，判断当前的事件是否是严重碰撞事件，如果是严重碰撞事件则驱动气囊展开，保护驾乘人员的安全。安全气囊作用过程为：碰撞发生后0~20ms内传感器将信号输送到中央电子控制器(ECU)，ECU判断后确认是严重碰撞则引发气体发生器，在20~60ms内高温、高压气体(氮气)经过滤冷却进入气袋，气袋张开形成气垫，将乘员与车内装备隔开，60~100ms后气袋排气孔打开，气囊泄气并收缩。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，乘员陷入较柔软的气囊中，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3为安全气囊系统基本装车形式，图中DAB是驾驶员气囊，PAB是乘员气囊，PSB是安全带预紧装置。

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图3：基本型安全气囊系统的装车形式

由于安全气囊系统属于汽车安全部件，它所采用的电子器件均有较高的特殊性能要求，需要精度高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。

常规安全气囊的电子控制系统包括加速度传感器和MCU等。当前国内外气囊厂家常用的安全气囊传感器为微机电系统(MEMS)传感器，MEMS传感器的感应范围比较宽，可以感应1G到100G值的加速度，感应方向可从单轴向到三轴向，在正面、侧面、垂直三个方向感应汽车碰撞过程中的加速度变化，并输出模拟信号。

安全气囊控制要求MCU运算能力强、I/O口充足等，从可靠性角度考虑，需要使用汽车级的具有一些特殊功能模块的MCU。根据系统性能的不同要求使用的MCU有8位、16位，对于更复杂的系统，许多气囊系统供应商已经采用了32位的高性能MCU。

安全气囊系统开发

开发安全气囊是一项涵盖内容较多的智能系统，具有周期长、试验量大、费用高等特点。整个过程包含了零部件开发、系统开发、系统的整车工程匹配、参数匹配等多项工作。涉及化工、机械、电子等多种技术。

安全气囊系统开发过程中的关键点是气囊点火控制算法及目标点火时刻的确定。

确定目标点火时刻，首先要解决如何评价乘员的伤害，由于气囊不可避免的要和乘员发生碰撞，会导致乘员的伤害，定量地分析乘员的伤害指标，才能分析气囊在不同时刻点火对乘员的保护效果。

汽车被动安全性评价指标是根据人体生物工程研究的成果来确定的。执行标准有欧洲标准ECE R94，美国标准FMVSS208 ，中国的法规为CMVD R294，日本一般引用的是美国标准。

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