开题报告

城南学院 毕业设计(论文)开题报告

题目：CS6型汽车前碰撞安全气囊防护效率研究

课 题 类 别： 设计 □ 论文 □√ 学 生 姓 名： 凌祥源 学 号： 200880250125 班 级： 汽服0801 专业（全称）： 汽车与服务工程 指 导 教 师： 刘鑫

2012年3月30日 一、本课题设计（研究）的目的： 当今世界上每年因汽车交通事故造成了巨大的人员伤亡和社会经济损失，汽车安全性问题引起了各个国家的高度重视。实践表明安全气囊是乘员在汽车碰撞中重要、有效的保护设备，在欧美等工业化发达国家已经成为轿车必备的安全装置。在我国，近年的新车基本上都安装了安全气囊。然而，交通流行病学研究表明，前碰撞安全气囊在提供乘员保护的同时，也会给部分乘员，尤其是离位的矮个子女性乘员和儿童造成伤害，因此如何发挥安全气囊的最大保护效果，同时减小其不利作用是气囊约束系统研究需要解决的关键问题。 安全气囊是汽车乘员约束系统的重要部件之一。前碰撞安全气囊在提供乘员保护的同时，也会给离位乘员造成伤害，因此如何发挥安全气囊的最大保护效果，同时减小其不利作用是气囊约束系统研究需要解决的关键问题。本课题主要研究包括： （1）人—车多刚体模型的建立，研究乘员碰撞过程中的运动状态； （2）安全气囊有限元模型的建立; （3）气囊模型参数分析，对安全气囊防护效率进行研究； （4）气囊模型参数最优化分析，获得最佳匹配参数。 二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）： 安全气囊安全气囊的研究起步于20世纪80年代后期，90年代开始得到迅速发展。安全气囊的装车使用大大降低了碰撞中乘员受伤的危险。安全气囊主要由传感器、气体发生器、气囊系统等3部分组成。传感器的功能是检测、判断车体所经受的撞击信号，决定是否启动安全气囊；气体发生器的功能是在传感器的控制下根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀展开保护乘员；气囊一般装在转向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约50～90L，气囊的材料要求具有很高的抗拉强度，同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体，避免乘客挤压受伤。安全气囊所用的充气气体多是氮气或一氧化碳。 传统安全气囊的设计是在发生正面撞车事故时避免车内乘员的头部、颈部和胸部强烈撞击在仪表盘、方向盘或挡风玻璃上。在后面碰撞、翻车或大多数侧面碰撞的情况下，它不会被引发。随着技术的发展，安全气囊的保护范围将进一步扩大，从现在的前排乘员前方保护扩展到前排乘员的侧面、膝部和后排乘员的前方与侧面以及车外行人。侧面安全气囊、发动机罩宽幅气囊、车外气囊等产品不断推出。同时，安全气囊已易受更大伤害。出现智能化，能识别乘员席有无乘员有无逆向儿童座椅以及乘员身材大小重量，坐姿、是否系戴安全带等，并根据上述信息调整动作，以求最大限度地减少失误和保护乘员。 安全气囊的防护效果与众多的因素有关。一方面是事故发生的客观情况，如碰撞强度，碰撞类型，乘员的身高、体重，乘坐位置，车辆的类型和大小等。另一方面是车辆上安装的防护系统及其使用情况，例如是否使用了安全带和安全气囊及它们的尺寸、容量等。因而，要对安全气囊有效性做出客观准确的评价，找到影响其防护效果的主要因素难度很大，是安全气囊研究领域的重要问题。它涉及到工程学、交通事故损伤流行病学、损伤生物力学和统计学等多个学科，是综合性很强的研究领域。安全气囊依据其作用的不同分为防止前碰撞损伤的驾驶员安全气囊、前座乘客安全气囊和侧面碰撞防护安全气囊等。安全气囊在防止重大损伤和减少事故死亡的同时，也可能由于它的快速展开而引发新的损伤，本文将此种损伤称为“气囊损伤”。如何保证安全气囊对各类汽车乘员在各种碰撞条件下提供最有效保护的同时，减少甚至避免气囊损伤，是目前汽车乘员约束系统研究的最主要问题之一。 我国对汽车安全气囊的研究起步更晚。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。特别是在我国“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)。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。2006年7月1日，有关汽车安全的国家强制性标准——《汽车侧面碰撞的乘员保护》和《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》正式实施。标准规定在2006年7月1日后上市的新车型必须要通过相应的侧面和后部碰撞测试才能给予申报审批，而目前已上市的车型则必须在2009年1月18日之前达到标准，否则将面临退市的危险。“侧碰”和“后碰”两项新标准的出台，完善了目前中国汽车在被动安全方面的评判标准，被看作是中国汽车产业走向成熟的标志，成为国内碰撞标准同国际接轨的重大举措。 在国家政策的引导下，汽车安全气囊越来越普及，将会成为中国小型、大型车的标配，主、侧部都会安装，因此安全气囊的控制系统前景很好。但这一市场热点对于绝大部分本土汽车电子厂商来说似乎只有望洋兴叹的份，气囊ECU、气囊方向和速度传感器中国根本做不了，至于引爆系统，西安有几家军转民企业有开发能力，但距离商用化还很早，预计未来一两年都不能实现产业化。况且开发安全气囊系统，仅碰撞实验就是一项耗资巨大的工程，非一般企业所能承受。因此安全气囊控制系统目前对绝大多数本土厂商来说还是一个不现实的梦。如今在安全气囊核心技术方面中国主要还是靠引进国外技术，包括少数在安全气囊业务上做得比较成功的汽车电子公司也是如此。 美国农业互助机动车保险公司在调查该公司投保用户事故数据后发表的研究结果显示，安全气囊的展开频率为27 次/ 161 万公里和每千次碰撞事故有95 次气囊展开；尽管气囊使损伤的发生率略有增加，但中等程度损伤和重伤下降了35%。英、法、德、日学者也有很多类似研究。在事故分析理论和损伤流行病学研究方面更具有参考价值的另一研究是MalliariS 等人完成的。这项研究所使用的数据是NASS / CDS1988 ～ 1994 和FARS1991 ～ 1994 事故数据。该项研究采用了EvanS配对比较法并使用统计学的方法分析数据的误差，在损伤和相关损失的评价中使用了HARM 指标，并采用了等价死伤率（EFE-Eguivalent fatality eStimate）等新概念评价损伤程度。研究针对约束系统的防护效率，分析了各种约束装置的使用与范围广泛的参变量之间的关系。结论为：使用不同约束系统降低死亡的效率为，安全气囊+ 安全带：（56.3 1 3.2）%，只有安全气囊：（25.4 1 11.8）%，只有安全带：（48.51 5.5）%；在前碰撞中对应的三项防护效率分别为（76.3 1 11.8）%，（19.4 1 17.8）%，（51.6 1 7.5）%。1996 年NHTSA 公布了各种汽车乘员碰撞安全约束系统防护效果的统计数据：安全气囊使正前碰撞事故中的死亡减少了31%，气囊和3 点式安全带共同使用使中等程度的头部损伤减少了83%，严重头部损伤减少了75%；中等程度胸部损伤减少了59%，严重胸部损伤减少了66%。 汽车安全气囊的应用拯救了许多乘员的生命。但随着汽车的应用越来越多，气囊错误弹出的情况也时有发生，这样反而会威胁到乘员的安全，所以必须提高安全气囊的控制性能。因此，我们也需要进一步研究气囊控制算法。汽车安全气囊技术发展到今天，其优劣已经不在于是否能够判断发生碰撞和实现点火，现代的安全气囊控制的关键在于能够在最佳时间实现点火和对于非破坏性碰撞的抗干扰。只有实现最佳时间点火，才能够更好的保护驾驶员和乘客。最佳时间的确定在于当汽车发生碰撞的过程中，乘员向前移动接触到气囊，此时气囊刚好达到最大体积，这样的保护效果最好。如果点火慢了，乘员在接触气囊的时候，气囊还在膨胀，这样会对乘员造成额外的伤害。如果点火快了，乘员在接触到气囊的时候气囊已经可以萎缩，则气囊不能对乘员的碰撞起到最好的缓冲作用，也就不能很好的起到对乘员的保护作用。 安全气囊作为提高汽车安全性的有效措施之一越来越受到人们的重视。世界各国都投人大量的人力物力致力予安全气囊的开发，使得安全气囊系统得到大力发展。在一些实际的碰撞事故中证明安全气囊确实具有降低乘员伤亡的功效，但也发现了其存在的一些间题。安全气囊在使用中存在的问题有： 1.气囊可能在很低的车速时打开。汽车在很低车速行驶而发生碰撞事故时，乘员和驾驶员系上安全带即可，完全不需要安全气囊展开起保护作用。如果这时展开气囊反而会造成不必要的浪费，甚至还可能因安全气囊的展开加重碰撞伤害。 2.气囊的启动会对乘员造成伤害。安全气囊系统启动时将冲开气囊盖板，并且在瞬间展开充气，很可能对乘员造成冲击；产生的灼热气体也会灼伤乘员和驾驶员。 3.当乘客偏离座位或座位上无人或儿童乘坐时，气囊系统的启动不仅起不到应有的保护作用，还可能会对乘员造成一定的伤害。 随着全球汽车保有量越来越高，道路交通安全事故日益增多，汽车的主动安全和被动安全问题成为汽车业的焦点，并成为汽车零部件跨国公司的“必争之地”。与过去追求汽车的大功率和高速度不同，现在人们越来越关心的是汽车的安全与环保。因此，消费者对安全的需求也正在变为零部件厂商开发新产品的动力，也为汽车安全气囊厂商开发带来机遇。另外， 2008年北京奥运会和2010年上海世博会释放出的汽车安全气囊的商机也是巨大的，这是由于随着北京奥运和上海世博会举办时间的临近，交通安全问题日益受到重视。 汽车工业的发展越来越受到安全、环保及节能要求的限制，安全、环保、节能体现了汽车科技创新的方向，也是汽车工业竞争的焦点。随着人们对汽车的舒适性、安全性、环保等要求的不断提高，汽车安全系统占汽车电子产品的比重越来越高，2006～2009年中国汽车安全系统市场规模将持续增长，市场销售额的年均复合增长率将超过30％，预计2006年汽车安全系统市场销售额达到169.7亿元，其同比增长率将达到33.8％。