汽车安全气囊论文摘要

1952年Hetrick发明了他自己之称为“汽车安全气垫”的装置，用来减轻急刹车或正面碰撞带来的严重伤害。这是一种纯机械装置。用于使气囊膨胀的压缩空气贮存在一个压力容器中，连接着弹簧的质量块用来感应汽车的减速度。当质量块产生位移时，能打开一个阀使压力空气从压力容器中冲出来，以使气囊膨胀。气囊可装在方向盘中、手套箱门上、仪表板上部以及前排座椅的靠背。早期的空气囊主要用于与其它安全装置一起防止飞机着陆时与地面的碰撞。1960年，安全气囊技术开始在原有的基础上研制并转为民用。60年代末,美国高速公路交通安全委员会(NHTSA)开始建议制定一个可选择的安全气囊法则,鼓励汽车厂商去发展安全气囊。70年代,美国通用、福特,德国奔驰，日本丰田等汽车公司以及美国MORTON公司、TRW公司、德国TEMIC公司、ICT研究院、日本DAICEL公司、瑞典AUTOLIV公司等均开始投入大量资金和人力研究与发展安全气囊,其中1971年5月德国的一个研究小组成功地将火箭推进技术应用于汽车安全气囊。这些综合力量使安全气囊的研究与发展进入了一个全新的发展阶段。1984年,美国高速公路交通安全委员会(NHTSA)在著名的“联邦汽车安全标准”中的208条款《乘员碰撞保护》(FederalMotorVehiclSafetyStandard208,简称FMVSS208)中增加了安装气囊的要求,这为安全气囊的发展和使用提供了一个明确的法则及指导方向。FMVSS208条款是汽车安全气囊发展史上的一个重要的里程碑。此后,欧洲也颁布了ECER94法规,紧接着日本丰田、本田,美国福特、克莱斯勒,德国宝马,瑞典富豪等汽车公司纷纷开始销售配有安全气囊的汽车。20世纪90年代后期,美国、欧共体、日本已正式立法在汽车上配置安全气囊,双气囊已成为绝大多数主流轿车的标准件。安全气囊由美国人约翰•赫特里特（John•Hotrich）发明。他是一位自学成才的阿宾夕法尼亚州工程师。1952年，在遭遇一次事故后，他萌发了设计撞车安全装置的想法。在这次事故中，约翰为躲避一个障碍物而猛打方向盘进行制动，他和妻子都用手臂本能地保护坐在前座中间位置上的女儿。这次事故后他意识到必须要有一个良好的方法来保护乘员，两周之后他绘好了设计图纸交给了代理人，这份图纸确定了今天安全气囊的雏型。1953年8月18日，他获得了"汽车缓冲安全装置"的美国专利。安全气囊从1952年就取得了专利，但在应用推广中经历了几上几下的波折，足足走过了30多年的漫长路途。直至1984年，汽车碰撞安全标准(FMVSS208)在美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施，其中规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊，同时还要求1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊，自此才确认了安全气囊的作用。如今，这个在当年颇具创意性的发明已转为千百万个产品，种类也发展为正面气囊、侧面气囊、安全气帘等等。各国生产的中高级轿车，大多数都装有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。在国内，随着CMVDR294碰撞安全法规的开始实施，国内消费者对汽车被动安全性能的要求也越来越高，但目前除了极少数高级车装备了侧面气囊之外，大部分车型还只是安装了正面气囊。安全气囊在近几年得到了飞速的发展，价格大幅度下降，装备了安全气囊的轿车也从过去的中高级轿车向中低级轿车发展。同时，有些轿车前排安装了乘客用的安全气囊（即双安全气囊规格），乘客用的安全气囊与驾车者用的安全气囊相似，只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已。进入90年代以来，安全气囊的安全性能已被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。了解安全气囊的工作原理及注意事宜对我们更好的保护自己有很重要的作用，但对于驾驶员来说，安全驾驶才是第一位的，这是任何先进的安全装置都无法替代的。国内汽车安全气囊的发展我国对汽车安全气囊的研究起步较晚。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。1992年，我过自行研制的FS-01安全气囊通过撞车试验。我国的政策法规也对我国汽车工业的发展提供了良好的发展空间。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)。这个设计规则明确提出对汽车乘员在发生汽车碰撞时的安全标准。所述的安全要求。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。在十多年的研究与发展过程中,国内许多大学与事业公司的研究与产品已初具基础,其中部分研究与技术已接近国际水平。清华大学的黄世霖等人在汽车碰撞实验研究中,系统地研究了多种国产汽车中安全气囊的匹配技术对汽车安全气囊的点火控制模拟、汽车碰撞的过程模拟和实验验证以及有关软件在汽车安全气囊系统设计中的应用等方面作了大量工作,对国内的汽车安全气囊研究具有重要的指导作用。坐落在锦州经济技术开发区的锦恒公司是国内唯一一家具有自主知识产权的汽车安全气囊生产企业，其生产能力和所占市场份额在国内最大。锦恒公司建有国内一流的研发中心，实验室通过了国家CNAL认证，具有正面碰撞、角度碰撞、柱撞、侧面撞等实车碰撞试验能力和台车试验能力。公司的主要碰撞、检测设备和组装生产线均由国外引进，技术装备水平国内领先。他们通过引进美国公司的安全气囊生产技术，开发出填补国内空白的机械式安全气囊产品；与一汽汽研所共同承担了国家“九五”汽车电子产品攻关计划，开发出具有独立知识产权的电子式安全气囊产品。目前，该公司共为国内20多个汽车生产厂家的30多个车型研发、配套安全气囊，已形成单班年产20万套安全气囊总成、120万只气囊、15万只饰盖的生产能力，是国内同行业中首家实现为整车配套的企业。近年，他们还与国际著名的安全气囊供应商签订加工安全气囊零部件的协议，产品将走向欧洲、北美等国家。2000年以来，我国安全气囊市场需求平均每年都有超过200%的速度在增长，到2004年我国安全气囊市场总配套量接近400万套。目前，国内生产安全气囊企业有近20家，2004年产量超过200万套，安全气囊的国产化率超过50%。国内安全企业的生产和配套市场基本上分外资企业和国产企业两大阵营。外资企业主要以Autoliv、Plast、Takawa、Mobis等为代表，国内80%以上的安全气囊由他们生产，外资企业占据着我国安全气囊的中高端配套市场。国产企业主要是以锦州锦恒、东方久乐、上海比亚迪等为代表，他们国内安全气囊的产量只占15%左右，主要在一些国产化的经济型乘用车有所配套。我国安全气囊在经历安全气囊的进口高峰后，进口安全气囊的高速增长是势头已经跌落，2005年上半年已经出现进口负增长。目前，进口安全气囊在国内配套市场所占比重不到一半。2004年底开始，跨国安全气囊企业相继在中国投资气囊组件的生产，加强了安全气囊上游零部件本地化供应配套的能力。到2007年，我国80%以上的安全气囊组件将实现本地化生产。目前，我国安全气囊零部件ECU、气体发生器、气袋、布料的国内采购率只有5%左右，气囊组件配套还有很大的发展空间。国内安全气囊的评价尽管我国安全气囊的研究与发展已初具基础和规模,但是离世界先进水平还相距甚远,这些差距主要包含安全气囊法规、撞车实验系统、安全气囊的设计、制造和测试等方面。事实上,我国的撞车实验系统还不能完全满足美国FMVSS208条款的技术要求;其次在安全气囊方面,我们还缺少关键技术的自主知识产权;此外,传感器、气体发生器和气囊的技术规范及检测还未达到一个令人满意的状态。因此，我们业内人士还要付出艰辛的努力！汽车安全气囊的发展趋势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。汽车安全气囊属于被动安全系统。我国2000年实施了CMVDR294《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》，该法规等效于欧洲ECER94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。随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，汽车安全技术中的安全气囊技术近年来也发展得很快，智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用1级点火还是多级点火、点爆力有多大，并与安全带形成总体控制。通过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳保护。网络技术的应用也是安全气囊系统的发展方向。在汽车网络中，有一种应用面比较窄，但是非常重要的网络即Safe-By-Wire。Safe-By-Wire是专门用于汽车安全气囊系统的总线，Safe-By-Wire技术旨在通过综合运用多个传感器和控制器来实现安全气囊系统的细微控制。Safe-By-WirePlus总线标准是由汽车电子供应商和部件供应商如飞利浦、德尔福等公司提出。与整车系统常用的CAN、FlexRay等总线相比，Safe-By-Wire的优势在于它是专门面向安全气囊系统的汽车LAN接口标准。为了保证系统在汽车出事故时也不受破坏，Safe-By-Wire中嵌入有多重保护功能。比如说，即使线路发生短路，安全气囊系统也不会因出错而起动。Safe-By-Wire技术将会在汽车安全气囊系统中获得广泛的应用。汽车安全气囊作为一种设想提出来后到今天成为必需的安全装备在汽车上广泛应用已经过了整整半个世纪的历程。安全气囊有效地减小了在汽车碰撞事故中乘员的伤亡，它的保护效果在汽车安全研究领域得到广泛的认识和高度重视。随着汽车安全气囊的普遍推广应用，安全气囊系统的各关键技术环节均成为汽车安全研究领域的重点。当前安全气囊新技术的开发研究可以概括为向着气囊的智能化、小型化、多样化、无污染的方向发展。（1）安全气囊的智能化传统的正面碰撞安全气囊系统是根据前座乘员的常规乘座位置和气囊的理想点火时刻为原则设计的。但是在实际的汽车碰撞事故中，影响气囊保护性能的因素很多，例如乘员的身高和体重、乘员相对于方向盘河南机电高等专科学校毕业论文7或仪表板的位置、碰撞的剧烈程度等等。不同的碰撞条件及乘员和乘员的位置的变化会导致乘员不是在最佳时刻与气囊接触，从而降低对乘员的保护效果。为了充分发挥安全气囊的保护效果，自适应式或称为智能型安全气囊的概念也就应运而生。近年来，智能型安全气囊的研究致力于开发一种能够最大限度地保护乘员的安全气囊系统。这种气囊系统能够在汽车碰撞的一瞬间根据碰撞条件和乘员状况来调节气囊的工作性能。智能型气囊的关键技术之一是先进的传感系统和电子运算系统，它们在事故发生的短暂时刻内能够提供可靠的碰撞环境的信息。这些信息包括汽车碰撞的剧烈程度，碰撞的方位，乘员的身材、体重、位置，乘员是否系有安全带。智能气囊系统根据原有探测的信息作出判决怎样调节和控制气囊的工作性能，使气囊能充分发挥其保护效果。(2)安全气囊的小型化缩小安全气囊总成的体积是当前发展的趋势之一。新型发生器工作时，压缩气体从气罐中喷出充满气袋。这种发生器气体产生率高，因而尺寸小，便于安装布置。(3)环境保护型安全气囊采用压缩气体的气体发生器对人体无毒害，且易于回收处理，没有环境污染的问题。(4)安全气囊的多样化驾驶员和前座乘员安全气囊已成为轿车生产中的标准设备，作为正碰撞事故中的安全措施。侧面碰撞气囊正在迅速发展。不同设计形式的侧碰撞气囊可分别安装在坐椅靠背外侧、车门中部、车身中立柱、车身顶部与车门交界部位。这些安装在不同部位的侧碰撞气囊可分别起到保护乘员头部、胸部和臀部的作用。正在研制的新型保护气囊还有以下5种：①安装在转向盘下方膝垫部位的安全气囊可保护下脚正碰撞中免受伤害。②安装在制动踏板下的安全气囊以保护脚和踝关节在正碰撞中免受伤害。③安装在前座椅靠背上的安全气囊以保护后座乘员。④安装在汽车发动机罩下的安全气囊，保护行人。⑤安装在前挡风玻璃边框的安全气囊以减少行人在汽车碰撞事故中头部的损伤。汽车安全气囊的组成驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内，因此，当您看见方向盘上标有"SRS"或"Airbag"字样，就可知此车装有安全气囊。安全气囊系统主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等主要部件组成。传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器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。气囊装在方向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约50至90升不等，做气囊的布料具有很高的抗拉强度，多以尼龙材质制成，折叠起来的表面附有干粉，以防安全气囊粘着在一起在爆发时被冲破；为了防止气体泄漏，气囊内层涂有密封橡胶；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，避免将乘客挤压受伤；气囊中所用的气体多是氮气。Srs中电控系统中的传感器，按其功能可分为碰撞强度传感器和防护碰撞传感器；而碰撞强度传感器按其安置位置又可分为包括左前碰撞传感器，右前碰撞传感器和中央碰撞传感器的前碰撞传感器和中心碰撞传感器两种。碰撞传感器和防护碰撞传感器串连在一起，其功能都是检测车辆发生碰撞时的惯性力或减速度值，并把信号传输给srs的ecu。所不同的是，碰撞强度传感器是用来检测车辆发生碰撞时所受碰撞的激烈程度，其信号是供系统的控制单元判断是否引爆点火剂而使气体发生剂给气囊充气；而防护碰撞传感器则是防治碰撞强度传感器短路而导致安全气囊误膨开，其信号是供控制单元判断是否发生碰撞。ECU为一独立安装的控制系统，它不与其他系统的控制单元合用，其功能是接受个传感器发来的信号并判断是否引爆使气囊膨开。安全气囊系统的分类1.按引爆方式分类按引爆方式分类，安全气囊系统可分为机械控制式和电子控制式两类。机械控制是安全气囊系统机械控制是安全气囊系统不需要电源，电子电路和电路配线，其全部零件都组装在转向盘装饰盖板的下面，检测碰撞动作和引爆点火剂都是利用机械装置的动作来完成的。目前，这种类型的安全气囊很少使用。（1）电子控制是安全气囊系统电子控制式安全气囊系统是目前普遍采用的一种安全气囊系统。这种类型的传感器是利用碰撞传感器来检测碰撞信号并把信号发送到安全气囊系统的控制单元，控制单元根据碰撞传感器发送来的信号由在其内部预先设置的程序不断不得进行数学计算和逻辑判断，当判断结果是发生碰撞时，srs的ecu便立即发出点火指令引爆点火剂，点火剂引爆时所产生的大量热量使叠氮化钠药片的气体发生剂分解，产生大量的氮气使气囊膨开。(2)目前日本的本田公司的雅阁，市民，丰田公司的凌志，皇冠，佳美，日产公司的尼桑星球，瑞士沃尔沃公司的850,960，美国福特公司的林肯城市，通用公司的凯迪拉克，国产轿车的红旗世纪星，奥迪a6，帕萨特b5，捷达王以及高尔夫等轿车采用的都是电子控制式安全气囊系统。2.按安全气囊数量分类按安全气囊数量分类可分为单安全系统，双安全气囊系统和多安全气囊系统。（1）单安全气囊系统单安全气囊系统，只是在驾驶员侧的转向盘中安装拉一个安全气囊。（2）双安全气囊系统近几年生产的轿车大多都采用拉双安全气囊系统，即在驾驶员侧和前座乘员侧各安装了一个安全气囊，如本田雅阁，市民，丰田佳美，马自达626,929，福特林肯城市及国产的奥迪a6等轿车均采用的是双安全气囊系统。由于前座乘员在汽车发生碰撞时的危险性比驾驶员的要大，所以前座乘员侧的安全气囊的尺寸通常比较大，并与驾驶员侧的安全气囊同时起作用。（3）多安全气囊系统多安全系统是指在车上安装了3个或3个以上的安全气囊。例如，瑞典沃尔沃850,960，通用的别克，上海大众帕萨特轿车等。3.按保护类型分类按保护类型分类安全气囊系统可分为驾驶员用安全气囊，前排成员安全气囊，防侧撞安全气囊和后座成员用安全气囊。（1）驾驶员用安全气囊驾驶员用安全气囊是汽车最广泛采用的安全气囊，他在车辆发生碰撞时对驾驶员起保护作用。这种气囊分为美式和欧式两种，并安装在转向盘中。美式安全气囊的设计原则是嘉定驾驶员未系座椅安全带时车辆发生碰撞，为了更好的保护驾驶员，所以气囊体积较大，约60升。欧式安全气囊则是假定驾驶员系上安全带时车辆发生碰撞，这时由于安全带已起保护作用，所以其体积较小，通常约为40升。（2）前排成员用安全气囊前排成员用安全气囊也分为欧式，美式两种。由于前排成员在车内的位置不固定，所以设计的安全气囊的体积也较大，以保证在发生撞车时成员免受伤害。通常美式前排成员用安全气囊体积约为160升，欧式前排成员安全气囊设计约为75升。（3）防侧撞安全气囊根据使用要求的不同，防侧撞安全气囊可以安装在车门上横梁中，车门内板中或座椅侧面。安装在车门上横梁中的防侧撞安全气囊，用以保护乘员的头部，安装在车门板内的防侧撞安全气囊和安装在座椅侧面的防侧撞安全气囊，用以保护乘员的胸部和心，肺脏等重要器官。由于空间的限制，通常防侧撞安全气囊的体积都较小，安装在车门板内的安全气囊体积通常为35~40升，而安装在座椅侧面的安全气囊体积仅为12升左右。（4）后排座成员用安全气囊近年来，由于对后排座成员的安全防护的重视，所以在后排座椅上不仅安装了安全带，而且还在前排座椅的后面安装了保护后排座成员的安全气囊。后排座成员安全气囊在结构上同其他安全气囊基本相同，其体积通常可达100升。在车辆发生碰撞并引爆后，安全气囊便在后排座乘员与前排座椅间形成一个防护气垫，从而达到对后排座成员的保护作用。汽车安全气囊的工作原理当车辆发生碰撞时，安全气囊控树模块快速对信号做出处理，确认发生碰撞的严重程度已超出安全带的保护能力，便迅速释放气囊，使乘员的头、胸部直接与较为柔软有弹性的气囊接触，从而通过气囊的缓：中作用减轻乘员的伤害。一般说来，轻微的碰撞不会打开安全气囊，只有在车辆正面一定角度范围内才是打开安全气囊的有效碰撞范围，后碰、侧碰、翻转都不会引发安全气囊打开。需要强调的是，安全气囊只是辅助，在不系安全带的状况下，安全气囊不但不能对乘员起到防护作用，还会对乘员有严重的杀伤力。安全气囊的爆发力是惊人的，足以击断驾驶者的颈椎。因此，系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。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。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。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。现代安全气囊系统由碰撞传感器，缓冲气囊，气体发生器及控制块等组成。气体发生器。安全气囊系统要求气体发生器能够在较短的时间内（30ms左右）产生大量的气体充满气囊，产生的气体必须对人体无害，且不能温度太高，同时要求气体发生器有很高的可靠性和稳定性。气体发生器主要有：压缩气体式、烟火式和混合式三种型式。混合式气体发生器是压缩气体式和烟火式相结合的发生器，也是目前广泛应用一种气体发生器。控制装置。一般集成在微计算机中。当汽车发生碰撞事故时，电控装置接收多个传感器传来的车身不同位置的减速信号，经过反复不断的分析、比较、计算，决定是否发出点火信号。要求控制装置能够在复杂的碰撞情况下作出非常准确的判断，点火时刻也必须精确控制。虽然安全气囊在结构上会有所不同，但其工作原理基本一致。汽车行驶过程中，传感器系统不断向控制装置发送速度变化（或加速度）信息，由控制装置（中央控制器）对这些信息加以分析判断，如果所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值（即真正发生了碰撞），则控制装置向气体发体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火，点火后发生爆炸反应，产生N2或将储气罐中压缩氢气释放出来充满碰撞气袋。乘员与气袋接触时，通过气袋上排气孔的阻尼吸收碰撞能量，达到保护乘员的目的。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，装在方向盘内，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，后座椅安全气囊一般只在高级轿车上使用。汽车的安全气囊内有叠氮化钠、或硝酸铵等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时，这些物质会迅速发生分解反应，产生大量气体，充满气囊。新型安全气囊加入了可分级充气或释放压力的装置，以防止一次突然点爆产生的巨大压力对人头部产生的伤害，特别在乘客未佩戴安全带的时候，可导致生命危险。具体形式有：①分级点爆装置，即气体发生器分两级点爆，第一级产生约40%的气体容积，远低于最大压力，对人头部移动产生缓冲作用，第二级点爆产生剩余气体，并且达到最大压力。总的来说，两级点爆的最大压力小于单级点爆。这种形式，压力逐步增加。②分级释放压力方式，囊袋上开有泄压孔或可调节压力的孔，分为完全凭借气体压力顶开的方式或电脑控制的拉片Tether。这种方式，一开始压力达到设定极限，然后瞬时释放压力，以避免过大伤害。

试析基于QFD与TRIZ的产品质量优化研究

产品质量(Quality)指的是在商品经济范畴，企业依据特定的标准，对产品进行规划、设计、制造、检测、计量、运输、储存、销售、售后服务、生态回收等全程的必要的信息披露。以下是一篇关于试析基于QFD与TRIZ的产品质量优化研究的论文范文，供大家阅读参考!

论文摘要： 随着经济的持续发展和技术的不断进步，如何使自身产品可以紧随时代潮流并经久不衰，成为企业越来越重视的话题。需求是经济发展的动力，面对顾客需求的多变性和多样化，企业应该不断创新、改进自己的产品，增加产品功能，提升产品质量，以动态、持续地满足顾客需求，扩大市场份额，提升产品市场竞争力。

论文关键词： QFD TRIZ 产品质量 优化研究

1 绪论

选题背景及意义

质量功能展开(QFD)作为在产品设计和生产过程中分析顾客需求与技术特性、为产品质量改进和优化提供方向的一种技术方法理论，被应用于诸多企业的质量管理中。它通过质量屋(HOQ)将顾客需求分层次展开，确定需求重要度，并进行重要性排序;构建顾客需求-技术特性相关矩阵，以及技术特性自相关矩阵，依照需求重要度和技术特性相关关系，进行工艺改进和质量优化，实现产品创新。为了增强质量功能展开理论应用过程中的客观性和科学性，诸多学者将 QFD 与各种理论方法(如模糊集理论、AHP、RAHP、KANO 模型、田口方法、TRIZ 理论等)相结合，以便更加深入分析、抽取顾客需求，找出需要改进的技术特性，为产品创新提供方向。创新是一切进步的源泉!国家对创新的重视和制定的相关政策，既引领着企业的发展道路，也推动了创新技术方法在国内的推广和应用。发明问题解决理论(TRIZ)作为创新方法中的一种，与其他方法相比具有打破思维定势，提升创新效率的优势，已逐步在我国得到推广和应用，并日益受到企业的重视[1]。它是阿奇舒勒审阅世界 250 万份专利后，总结出来的发明规律和发明问题解决模式，是最切合企业实际和行之有效的创新方法。TRIZ 理论现已在美国、日本、韩国、欧洲等地得到广泛应用，并在企业应用中取得了成效。但在我国，该理论只是在近几年才得到重视，应用于少数省份和企业。目前，国内外学者逐步加强了对 TRIZ 理论的应用拓展研究，并结合企业实际，将其与诸如计算机辅助创新技术、六西格玛、QFD、冲突解决图表等结合使用，以提升创新的效率。但众多成功应用 TRIZ 的企业案例以国外居多，国内屈指可数。

国内外研究状况

质量功能展开(QFD)主要应用于产品设计阶段，确定客户需求与质量特性的关系，以最大限度提升顾客满意度为目的，进行产品的优化设计与改进。国外学者对质量功能展开的定义有不同的理解：20 世纪 70 年代，赤尾洋二教授第一次提出了质量展开(Quality Development, QD)的概念：将顾客的需求转换为质量属性，将产品质量标准系统地展开到影响各个零部件和生产工艺的要素上，使产品或服务预先实现质量保证，符合客户需求[2]。水野滋博士认为，QFD 是将保证质量的职能或业务，按照目的、手段系统展开，以确保满足客户需求，它是一种体系化的管理方法[2]。Mazur 和 Glenn 认为，QFD 就是用于提高产品/服务顾客满意水平的工具[3]。Joachim K. 和 Feng J. W 等人认为，QFD 是将顾客需求进行分解、展开和转化，通过一系列的量化评分表和相关矩阵组合，对影响质量的主要因素和指标进行详细分析，最后实现系统化[4]。Lou Colen 认为，QFD 是一种评价和衡量方法，使得产品开发小组能够清晰了解客户的需求，并对产品或服务的性能满足客户需求的程度进行系统地评价[5]。20 世纪 50 年代企业质量控制活动在日本得到广泛开展，人们意识到生产过程需要进行质量控制，设计过程更需要进行质量控制，提前控制产品质量，可以减少原材料损耗，进而降低企业成本。质量功能展开(QFD)最早产生于日本，在质量展开的概念被提出后，日本的神户造船厂开发出了质量表的雏形，弥补了质量展开的不足。

2 相关理论概述

质量功能展开(QFD)理论

如何了解客户对企业产品的需求，发现顾客的魅力型需求，以及产品应如何改进才能更好地满足顾客需求是企业在产品设计与质量优化中的重点。质量功能展开可通过质量屋技术细化顾客需求，识别需要改进的技术特性和工艺，为产品质量优化提供方向。赤尾洋二教授对 QFD 的定义在国外比较具有代表性，而国内具有代表性的观点认为 QFD 既是一种直观的、系统的、强有力的产品规划工具，又是一种以顾客需求为依据、综合产品开发阶段的各项技术要素进行系统创新的方法[22]。其基本思想是将顾客的需求贯穿到产品开发与生产的全过程。综合国内外学者的研究，本文认为质量功能展开(QFD)是指结合市场、成本等因素，综合各种量化方法和管理思想分析客户的当然需求，挖掘客户的魅力型需求，寻找符合客户需求的产品技术特性及产品关键控制点进行产品设计，以提升客户满意度和产品市场竞争力的系统性的`技术与方法。四个阶段的矩阵相当于简易的质量屋，各个阶段的质量屋存在内在联系，即下一道工序使上一道工序的“顾客”，将上一道工序的顾客需求转变为下一道工序的技术特性。产品规划矩阵将客户需求转化为技术特性;零部件开发阶段将产品规划阶段的技术特性作为顾客需求，分析影响该技术特性的零部件特性(如技术参数、大小尺寸、材料等)，进行产品设计，并利用最重要的零件特征构建产品质量屋。前两个阶段是产品设计阶段的质量屋构建，本文主要应用的是 QFD 的前两个阶段，即通过分析顾客需求，确定需要改进的技术特性，并进一步具体到与需要改进的技术特性相关联的零件生产和加工工艺。

灰色关联分析

灰色关联分析(Grey Relational Analysis, GRA)是根据各因素变化曲线几何形状的相似程度，来判断因素之间关联程度的方法[23]。此方法主要用于计算比较数列和参考数列的相关关系;灰色关联度越大，表示比较数列与参考数列的关系越密切[24]。故障模式与影响分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)是在一项产品出厂之前，确认、消除产品整个设计、生产过程中已知的和潜在的问题与错误的技术方法，也称作潜在失效模式及后果分析[25]。该方法是通过 FMEA 表格分析产品或服务的零部件或工艺流程的故障模式及其影响，预先查找产品质量缺陷或故障，降低产品生产风险和成本，提升顾客满意度。FMEA 一般分为设计 FMEA 和过程 FMEA，其中设计 FMEA 的表格构成为：设计功能、潜在故障模式、潜在故障影响、关键特性、严重度(SEV)、故障原因、发生度(OCC)、检测方法、检测度(DET)、风险顺序数(RPN)、建议措施、责任人/责任范围/完成日期、落实措施的结果[25]。

3 矛盾分析与系统优化模型的构建 21

构建基于灰色关联分析与 FMEA 的质量屋模型 ...... 21

建立系统优化模型.......... 29

确定矛盾冲突 29

解决矛盾冲突 30

系统优化模型 32

4 汽车安全气囊发生器质量优化实证分析 .......... 34

分析 A15 汽车安全气囊发生器组件的顾客需求 ...... 34

构建 A15 汽车安全气囊发生器质量屋 354

基于 TRIZ 的 A15 汽车安全气囊发生器质量优化方案设计........ 47

5 结论与展望. 50

研究工作与结论.. 50

研究展望........... 50

4 汽车安全气囊发生器质量优化实证分析

安全气囊是汽车必不可少的一部分，它的质量和可靠性与乘员的生命安危息息相关。汽车在行驶中出现安全事故时，会产生两次碰撞，第一次是汽车和外部事物的碰撞，导致汽车行驶的速度迅速下降;第二次是由于汽车速度急速下降所产生的惯性使乘员和汽车内部构件之间发生碰撞。汽车安全气囊的主要作用是：在两次碰撞之间，安全气囊迅速弹出、膨胀，降低乘员的碰撞程度，以起到保护作用。汽车安全气囊的工作原理为：当汽车发生碰撞事故时，安全气囊控制系统检测到冲击力(减速度)超过设定值时，安全气囊电子控制装置立即接通充气元件中的传爆管电路，点燃传爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在 的时间内即将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲破方向盘，缓冲碰撞对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出[26]。X 汽车安全系统有限公司主要从事汽车主、被动安全技术和产品的研发、设计和制造，是国内最大的自主品牌安全气囊和安全带的供应商。公司在生产过程中实行ISO/TS16949 质量保证体系，并通过了 ISO14001 环境体系认证。公司根据顾客对不同车型安全气囊发生器的需求，进行产品的创新设计和质量优化，以最大限度满足顾客需求，赢得市场份额。本文选择 X 公司的 A15 汽车安全气囊发生器组件作为研究对象，通过 QFD 与 TRIZ 的集成应用，帮助企业分析顾客需求，实现产品创新设计和质量优化。

结论

本文基于 FMEA 与灰色关联分析构建了质量屋规划模型，并利用 TRIZ 对 A15 汽车安全气囊发生器进行优化设计和改进。其中所做的研究工作主要有：

(1)对 QFD、TRIZ 的拓展研究以及 QFD 与 TRIZ 的集成应用做了国内外研究现状评价和总结，并提出了自己对 QFD 定义的理解;

(2)介绍了 QFD 的相关理论知识和内容及其核心技术——质量屋技术，并对质量屋的组成部分和构建过程进行了详细、重点介绍;

(3)对 QFD 质量屋构建过程中使用的灰色关联分析和故障模式与影响分析(FMEA)进行详细介绍，通过灰色关联分析方法计算顾客需求重要度，确定顾客需求与技术特性相关关系矩阵，利用 FMEA 修正技术特性重要度，既消除了数据获取的主观性和随意性，又尽量避免了产品优化过程中的质量缺陷和成本、资源浪费，使产品在提升顾客满意度的前提下实现质量优化。

(4)QFD 的质量屋构建过程是根据顾客需求发现产品或系统中存在的冲突，而TRIZ 则是根据发现的冲突，运用固有的技术方法解决冲突和问题。QFD 与 TRIZ 的集成应用实现了优势互补，将发现问题、分析问题和解决问题结合起来，推动产品创新设计与质量优化。

(5)本文将 X 公司的 A15 汽车安全气囊发生器作为研究和模型应用对象，通过灰色关联分析和 FMEA 将安全气囊发生器进行质量功能展开，发现产品设计与优化过程中的冲突和问题，并用 TRIZ 分析问题，提出相应的解决思路，以实现该类汽车安全气囊发生器的优化设计，为 X 公司和类似公司产品的质量优化提供借鉴。

参考文献(略)

你好主要由安全气囊传感器、防撞安全气囊及电子控制装置等组成。驾驶员侧防撞安全气囊装置在方向盘中；乘员侧防撞安全气囊装置一般装在仪表板上。安全气囊传感器分别安装在驾驶室间隔板左、右侧及中部；中部的安全气囊传感器和安全气囊系统与电子控制装置安装在一起。气囊组件主要由安全气囊、气体发生器和点火器等组成。电子控制装置如用来进行数据采集与数据处理、诊断安全气囊的可靠性，保证在达到预设的数值时，及时发出点火信号保证驱动气体发生器有足够大的驱动电流等，就差不多这样

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