我国安全气囊应用现状及发展特征
刘艳丰
【摘 要】安全气囊是汽车被动安全的重要组成部分.在探讨安全气囊基本原理、种类和国外应用现状的基础上,对国内安全气囊应用现状和发展特征进行分析,结果表明:我国安全气囊市场连年增长,但增长速度趋缓,国产化稳步提高;由于经济型轿车的大量上市,气囊平均安装个数下降,但市场潜力巨大;虽然我国安全气囊出口和国产化率逐年增大,但产品大多为国外关键部件组装产品,在核心技术方面主要还是靠引进国外技术.需要加强核心技术攻关研究.
【期刊名称】《农业科技与装备》
【年(卷),期】2010(000)010
【总页数】5页(P41-45)
【关键词】机械工程;安全气囊;被动安全;国产化率
【作 者】刘艳丰
【作者单位】辽宁职业学院,辽宁,铁岭,112001
【正文语种】中 文
【中图分类】U461.91
安全气囊最早出现在美国，欧洲起步较晚，后来才到日本和韩国。我国对汽车安全气囊的研究起步更晚[1]，20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[2]。随着中国经济和汽车产业的发展，中国的安全气囊市场也有了很大的提升。
根据汽车行业的调研结果，采用安全带和安全气囊之后，在汽车碰撞事故中，乘员的生存率可以提高70%以上。装有安全气囊的汽车发生前部碰撞时，可降低驾驶员的死亡率，大客车降低30%，中型客车降低11%，轿车降低14%。在法国，每年有大约650人因安全气囊的保护而避免了死亡，3 400人避免了重伤。美国专家估计，如果安全气囊配合安全带普及率接近 100%的话，每年可挽救 1.5 万人[3－4]。 如果在我国，则每年挽救的人数会更多。
1 安全气囊关键技术
1.1 基本工作原理
汽车安全气囊的基本思想是：在发生一次碰撞后、二次碰撞前，迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子，让乘员扑在气囊上。通过气囊的排气节流阻尼吸收乘员的动能，使猛烈的二次碰撞得以缓冲，以达到保护乘员的目的[5]。
其工作原理为：传感器感受汽车碰撞强度并将其传给控制器，控制器接收并处理传感器的信号，当控制器判断有必要打开气囊时，立即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，在驾驶员和汽车内部结构之间展开一个充满气体的气囊，使得在发生碰撞事故时，驾驶员能够与比较柔软的气囊相接触，而不是与坚硬的汽车结构猛烈碰撞，从而达到减少伤害、保护乘员生命安全的目的，系统组成如图1所示。现在美国、欧洲等先进国家除了在方向盘上、仪表板安装前碰撞气囊外，还在后排座椅配备前碰撞安全气囊，在座椅侧面或车身上配备侧碰撞气囊，在汽车顶部配备滚翻气囊。这样汽车一旦发生了碰撞事故，能够全方位地起到保护乘员的作用。
图1 安全气囊系统组成Figure 1 System configuration of ABRS
1.2 安全气囊种类
针对不同撞车方位和保护乘员不同部位来分，有正面碰撞气囊、侧面碰撞气囊、膝部气囊、翻滚气囊、幕屏式气囊等[6－11]，具体介绍如下。
1）司机侧正面气囊。司机侧正面气囊是普遍装备的气囊模块，该模块一般内嵌到方向盘上，通过旋转连接器和ECU相连，由于方向盘的尺寸限制，因此该模块的大小也受到了一定的限制，图2是一个典型的司机侧正面气囊。
2）副司机侧正面气囊。副司机侧正面气囊一般装在仪表板上，其容积更大。该气囊打开的方式有两种，一是点爆后直接向乘员空间展开，二是点爆后通过前挡风玻璃进行引导性的展开。一般来说，通过前挡风玻璃进行引导的展开更可控，因此可以防止由于装配精度或者其他外界因素对于气囊展开形状以及展开位置造成的影响。图3是一个典型的副司机侧正面气囊。
图2 司机侧正面气囊Figure 2 ABRS in front and on the sides of driver
图3 副司机侧正面气囊Figure 3 ABRS in front and on the sides of assistant driver
3）侧面帘式气囊。在侧撞中，乘员的躯干由侧撞气囊保护，头部靠车顶内饰缓冲。图4所示是一种典型的帘式气囊。气囊的发生器安装在A柱下端，气囊从A柱车门框横梁展开，保护乘员的头部。丰田公司的材料提到：在对该公司开发的一种帘式气囊的试验中发现，侧撞中假人的头部伤害指标HIC下降为未装气囊时的1／10。还有一种帘式气囊是安装于风挡上端的正面碰撞气囊，但由于性能很不稳定，没有得到广泛的应用。
图4 帘式气囊Figure 4 Curtain type ABRS
4）侧面气囊。侧面气囊和侧面帘式气囊一样，也是用来对乘员进行侧面碰撞保护的，只不过其展开形状更像气囊，而不是气帘，如图5所示。
5）膝部气囊。膝部气囊的主要作用是防止碰撞的时候膝盖部位受到伤害，如图6所示。
图5 侧面气囊Figure 5 ABRS viewed from side
图6 膝部气囊Figure 6 ABRS on the knees
6）气囊式安全带。安全带在约束乘员的过程中，往往会对乘员的胸部产生伤害，如果织带
刚度设计不合理，伤害还相当严重。气囊式安全带是一种借鉴了气囊特性的安全带产品，如图7所示。在发生碰撞时，安全带上的气囊展开，对人体产生缓冲作用，减少对胸部、腰部的伤害。
图7 气囊安全带Figure 7 ABRS safety belt
7）安全带式气囊。与气囊式安全带不同，安全带式气囊是一种安装于安全带上的正面碰撞气囊，如图8所示。气囊的袋子镶嵌在安全带的腰带上，发生器放在座椅下端，通过密封管连接。这种气囊可以避免传统气囊对人面部的冲击，但其实际应用效果还有待探讨。
图8 安全带气囊Figure 8 Safety belt type ABRS
8）腿部气囊。在碰撞中，膝部气囊可以保护乘员的小腿和膝部，而一些厂家还开发了腿部气囊，如图9所示。腿部气囊安装于座椅的前沿，碰撞时沿垂直大腿方向展开，从而起到调节座椅角度的作用。腿部气囊可以有效防止碰撞中乘员的“潜水”问题。
图9 腿部气囊Figure 9 ABRS for legs
9）足部气囊。足部气囊安装于踏板下方，目的是保护乘员的足部，如图10所示。
图10 足部气囊Figure 10 ABRS for feet
10）低能量气囊。低能量气囊的设计出发点和多级气体发生器类似，都是为了避免气囊点爆时可能对乘员造成的伤害，但是原理完全不同。低能量气囊是通过降低气囊点火的能量来实现的，如提早点火延长气囊的充气时间，或者选用新型的充气方式（如压缩空气）等。
2 国内外安全气囊现状与特征
2.1 国外安全气囊市场现状
全球各地区的气囊市场发展情况、发展程度不同。例如，北美、西欧、日本气囊市场已比较成熟，而巴西气囊的装配率还不到1／3。另外，正面碰撞气囊基本普及，而其在侧撞、滚翻、行人保护和儿童乘员保护方面的应用则是新的研究方向[12－16]。
在欧洲，奥托立夫公司是主要的安全气囊供应商。在前驾驶员座、前乘客座、侧面和侧面帘状安全气囊市场占有率达40%～55%，其最大的客户是福特汽车集团，其次为雷诺、日产和其他的日本汽车制造商。除欧洲外，日本安全气囊龙头为高田公司（包括在德国的高
田公司）和丰田的成员组织Toyoda Gosei。德国高田公司的主要客户有通用汽车、宝马、本田和戴姆勒·克莱斯勒。在美国，安全气囊领域的主要供应商为天合和德尔福，天合的客户为丰田、大众、戴·克、福特和通用等。天合在北美的市场份额为25%左右，德尔福在北美的市场份额为20%左右。
2.2 国内安全气囊应用现状
安全气囊是20世纪90年代开始在我国发展的汽车电子安全产品，至今已有近20 a的发展历史。1999年10月我国发布《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》（CMVDR294），对推动我国汽车安全气囊产业的快速发展起到了积极作用。据奥尔威咨询调查了解，目前我国有17家中外企业在从事汽车安全气囊的生产，主要有 Autoliv、Takata、Plast、Mobis、KSS 等跨国公司在中国投资的生产企业以及东方久乐、锦州锦恒、辽宁和昌、上海比亚迪等本土企业，全球五大安全气囊生产厂商都在中国设有安全气囊生产工厂。
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