汽車被動安全技術分析

摘要：隨著科學技術的發展， 汽車主動安全技術在交通安全中起著越來越大的作用。但盡管如此， 仍然不可避免地發生意外情況， 此時， 汽車的被動安全技術將是避免乘員受傷的唯一保障。汽車的被動安全技術主要包括安全帶、安全氣囊、安全轉向柱及安全座椅等幾個方面。

關鍵詞：汽車安全 碰撞 安全帶 氣囊

Auto Passive Security Technique Analysis

Teng Ying Yuan， Tuo Chen

（Safety Engineering， Shenyang Aerospace University， Shenyang Liaoning 110136，China）

Abstract：With the technological development， auto activesecurity technique plays more important role in the trafficsafety. Despite this， it is not avoidable to happen unexpected accidents. At this time， auto passive security technique will be anunique protection from wound. Auto passive security technique mainlyin cludes safety belt， safe air bag， safe steering pole， safe seat and so on.

Key words： Auto security； Crash； Safety belt； air bag

隨著我國經濟的不團發展，汽車作為現代化的交通工具已經走進了平常百姓的生活中。汽車數量的極大增加一方面給人們的日常生活帶來了方便，但同時不多出現的各類交通事故也帶來了極大的負面影響。國內外大量統計數據表明，汽車交通事故造成的人員傷亡和財產損失時巨大的。如2009年，全國共發生道路交通事故238351起，造成67759人死亡、275125人受傷，直接財產損失9.1億元。汽車安全性能越來越為人所關注。

1、汽車被動安全

車用安全系統根據是否為預防性質， 可分為主動安全（Active Safety System） 與被動安全（Passive Safety Systerns）兩類，前者為預防事故的發生，后者則為減緩事故發生的傷害程度。簡單的來說主動安全技術就是防患于未然，被動安全技術就是要做到汽車在不可避免發生事故時“車毀人安”。

汽車安全問題自汽車誕生的那天起就時刻的存在，但是由于早期汽車的速度較慢，數量也相對較少汽車事故并沒有引起社會的廣泛重視。隨著汽車大規模的運用，汽車技術的不斷革新，速度的增大和數量的增多，汽車安全問起變得越來越突出，據統計，目前每年死于車禍的人數多達100萬，傷殘人數達到數千萬人。汽車被動安全技術作為保障人員安全的最后一道屏障，也引起來人們的高度重視。

2、分散撞擊力車架

車架是汽車的基本骨架，現代的汽車的架設計不僅要考慮空間、重量和發動機的布局，更要考慮其安全性能，即在事故中抗沖撞的性能。通過精密計算與設計將汽車碰撞時的撞擊力分散開來，并最終將碰撞的撞擊力分散到整個車架的各個部位，減輕車內乘員承受的沖擊力，同時加強座艙的強度避免車體或發動機等部分凸入車廂內。通常這些分散撞擊力車架的橫向撐桿及縱向梁全都十分堅固和緊密相連，那些在撞擊時受力最大的地方都運用多種特質鋼材并經過特別的強化工序處理，或是增加了加固件。當然，分散撞擊力車架最重要的品質表現還在于當撞擊真的發生時車架將會如何折曲以吸收掉大部分的沖擊力，合理的折曲設計可以確保車廂結構完整，即實現所謂的“安全艙”，這對于保證車內乘員的脫險和搶救是至關重要的。

3、防撞鋼梁

一般包括汽車前后防撞梁和四車門防撞梁，防撞梁的主要作用是保證車輛在中低速行駛的過程中發生汽車前后碰撞，汽車側面碰撞等情況時，對車輛起到一定的保護作用，能在一定程度上保護駕乘艙人員的安全，但不能百分百保證安全。

前后防撞梁的意義就是車輛第一次承受撞擊力的裝置，在車身被動安全方面有一個重要理念就是一點受力全身受力。也就是說汽車車體的某一個位置受到了撞擊，如果僅僅讓這一部位去承受力的話，那么達到的保護效果會很差。如果在某一點受到力的時候，讓整個骨架結構去承受力，則可以最大限度的降低一個點所受到的力的強度，特別是前后防撞鋼梁在這里就起到很明顯的作用。

在汽車結構中防撞梁兩端連接的是屈服強度很低的低速吸能盒，然后通過螺栓的形式連接在車體縱梁上。低速吸能盒可以在車輛發生低速碰撞時有效吸收碰撞能量，盡可能減小撞擊力對車身縱梁的損害，這樣可以降低維修成本，而螺栓連接的方式可以更方便的對防撞梁進行更換。

在高速偏置碰撞中，防撞梁可以有效的將撞擊力從車身左側（或右側）傳遞到右側（或左側），盡可能讓整個車體去吸收碰撞能量。在發生低速碰撞時（一般為15km/h以下），防撞梁可以避免撞擊力對車身前后縱梁的損害，降低維修成本。

4、安全帶

汽車座椅安全帶是最重要的汽車乘員約束保護裝置，如今安全帶已經是汽車的標準安全配置，在減輕碰撞事故中乘員傷害程度方面起著重要作用。瑞典沃爾沃公司于1959年首先開發了三點式座椅安全帶， 此后被為國的汽車制造廠所采用。由于三點式安全帶使用方便維護簡單，保護效果比較明顯，后來就逐漸擴大了安全帶的使用范圍， 從小轎車車到載貨車、客車， 從短途車到長途臥鋪車， 從外側座椅到中間座椅。裝配的安全帶形式也從三點式到賽車運動的多點式。現在， 大部分汽車所有乘員的座位上都裝配安全帶，作為汽車安全標準裝備。

安全帶是最典型的被動安全裝置， 它可對駕乘人員進行系絆約束和相對固定， 能有效地減輕交通事故發生時乘員與車身的碰撞的幾率， 并將乘員的損傷程度降至最低。其工作原理很簡單， 緩拉時無阻力， 急拉時可鎖緊。即當車輛出現緊急制動、正面碰撞或發生翻滾時， 乘員會使安全帶受到快速而猛烈的拉伸， 此時卷收器的自鎖功能可在瞬間卡住安全帶， 使乘員緊貼座椅， 避免乘員身體沖出座椅與車內飾件發生二次碰撞。安全帶作為主要的乘員約束保護裝置， 是目前最有效的安全設備， 其單獨使用時可以減少42%左右的死亡率。事實證明， 在正面碰撞、追尾碰撞及翻車事故中， 普通安全帶對乘員保護效果很好， 尤其是對乘員頭部， 胸部的保護。為了進一步降低碰撞時乘員的“潛水”現象（即乘員沿座椅下滑）造成的腹部傷害， 目前很多汽車生產廠采用織帶預張緊器或織帶夾緊裝置的安全帶。這種安全帶同改進的座椅結構及安全氣囊相接合， 便可大大提高對乘員的保護性能[1]。

5、安全氣囊

安全氣囊是“輔助約束系統”（Supplement Restrain System，縮寫為SRS）的一部分，主要是為了防止汽車碰撞時車內乘員和車內部件間發生碰撞而造成的傷害，它通常是作為安全帶的輔助安全裝置出現，二者共同作用。汽車安全氣囊作為一種輔助的乘員約束系統， 其在汽車被動安全方面的作用是很明顯的， 已被汽車工業界廣泛接受為一種有效的被動安全措施， 且已在近幾代汽車上迅速推廣。許多測試項目和實踐表明，安全氣囊的保護作用是十分顯著的， 它能夠在汽車碰撞時大大減輕乘員受到的傷害， 其單獨使用可以減少18%的死亡率， 而與安全帶配合使用時則可以減少60%的死亡率[2]。

常用的汽車安全氣囊系統由碰撞傳感器、控制模塊（ECU）、氣體發生器及氣囊等組成其中， 控制裝置又包括傳感器、電子控制系統以及觸發裝置。汽車上的安全氣囊總成還應包括安裝安全氣囊系統的轉向盤、儀表板部分以及用于傳導的導線系統等[3]。安全氣囊的保護原理是：當汽車遭受一定碰撞力量以后，氣囊系統就會引發某種類似微量炸藥爆炸的化學反應，隱藏在車內的安全氣囊就在瞬間充氣彈出，在乘員的身體與車內零部件碰撞之前能及時到位，在人體接觸到安全氣囊時，安全氣囊通過氣囊表面的氣孔開始排氣，從而起到鋪墊作用，減輕身體所受沖擊力，最終達到減輕乘員傷害的效果。

6、主動頭部保護系統WHIPS

頭頸部受損傷是交通事故中最常見的傷害。在瑞典，每年就有2.5 萬人蒙受這類傷害。永久性頭頸部受傷害的比例約占受傷人員總數的1/10， 而且這類傷害往往很難被確診。WHIPS 頭頸部保護系統己成為所有型號Volvo 汽車的標準配置，可在發生追尾撞擊事故時使永久性頸部傷害的危險減少一半。MHIPS 一般設置于前排座椅。當轎車受到后部的

撞擊時，頭頸保護系統會迅速充氣膨脹起來，其整個靠背都會隨乘坐者一起后傾，乘坐者的整個背部和靠背安穩地貼近在一起，靠背則會后傾以最大限度地降低頭部向前甩的力量，座椅的椅背和頭枕會向后水平移動，使身體的上部和頭部得到輕柔、均衡地支撐與保護，以減輕脊椎以及頸部所承受的沖擊力，并防止頭部向后甩所帶來的傷害[3]。

7、兒童安全座椅

兒童安全座是指椅能夠固定到機動車輛上，由帶有卡扣的安全帶組件或柔韌性部件、調節機構、附件等組成的兒童安全防護系統。在發生汽車碰撞或突然減速的情況下，可以減少對兒童的沖擊力和限制兒童的身體移動來減少對他們的傷害。現今兒童安全座椅固定方式和附加裝置，包含兩個安裝在車內的錨扣環以及椅背和椅墊的結合裝置。在最近的創新設計里，兒童安全座椅還可連接第三個固定點，此接點連接汽車椅背上方，以提高兒童安全座椅在撞擊時的穩定度，避免座椅脫落。具備標準化的兒童安全座椅安裝方式，可將0～4 歲兒童的嚴重傷亡（尤其是在頸部）降低22%。

目前，我國在兒童安全座椅方面才剛剛起步，但隨著法規的不斷健全，如今在轎車上配有兒童用約束系統。例如兒童座椅、嬰兒床、附加兒童坐墊及兒童靠背等裝置。同時大量參照歐洲ECER44標準和美國FMVSS213法規，是我國的相關法律法規不斷的完善。

綜上所述， 汽車被動安全技術涉及的領域眾多，技術復雜，但發展空間巨大 其核心是在汽車碰撞事故中最大限度地保護乘員。而汽車碰撞過程是一個變化復雜的瞬時物理過程，需要成百上千個零件之間的復雜變形和相互配合， 具有很強的非線性特性， 其中包括以大形變、大應變力為特征的非線性幾何， 以彈性變形為特征的材料科學， 以及根據相關經驗與實驗總結的法律法規等。這些特性綜合起來使得汽車碰撞過程的分析變得非常復雜實驗的標準更加精確。在未來的設計、實驗、生產、使用等環節用更加注重系統安全的理念，在汽車壽命周期的所有階段，以使用效能、時間和成本為約束條件，應用工程和管理的原理、準則和技術，使系統獲得可接受的安全性。使得汽車被動安全在經濟性和安全性上更加平衡，更好的保護汽車相關人員的安全。

參考文獻：

[1] 李強.汽車被動安全技術分析.拖拉機與農用運輸車

[2] 姜立標， 趙桂范. 現代汽車最新安全控制裝置[M].北京： 人民交通出版社， 2003： 14～16.

[3] 鐘聲.最新汽車被動安全技術[J].汽車技術與知識.2009（3）

[4] 吳穹，劉哲.機電產品安全性量化模式研究[J].機電產品開發與創新.2010（9）

[5] 鐘志華，張維剛，曹立波. 汽車碰撞安全技術[M].北京： 機械工業出版社

[6] 國防科工委技術工業委員會，故障模式、影響及危害性分析程序[S].GJB1391—92，1992

[7] 方來華，吳宗之等.基于可靠性框圖法的安全功能失效概率定量分析[J].化工自動化及儀表.2008.35（2）