膝部安全氣囊專利技術(shù)綜述

翟銀秀

摘 要： 在汽車碰撞事故中，車內(nèi)前排乘員的下肢是僅次于頭部的第二大受傷害區(qū)域， 在所有下肢受傷的情況中，膝蓋受到損傷的情況占了較大的比例。目前各國的正面碰撞法規(guī)都對乘員的膝部傷害做了規(guī)定， 主要通過測量膝蓋滑移量的大小判斷車型對膝部保護(hù)效果的好壞。為了改善對乘員膝部的保護(hù)效果，各廠家主要通過改變護(hù)膝板的剛度或配置膝部氣囊的方式實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 安全氣囊，膝部，碰撞，專利

一、膝部安全氣囊的發(fā)展概況及工作原理

20 世紀(jì)90 年代，美國成為世界上第一個(gè)在車上安裝膝部擋板的國家。它是置于儀表板下的泡沫物質(zhì)填充墊板，作用是可以保護(hù)前碰撞中乘員腿部和膝部。同時(shí)，出現(xiàn)了另一種安全保護(hù)裝置—安全氣囊，膝部安全氣囊可以通過改變乘員碰撞力，使乘員上半身受到的沖擊力減小，即使車內(nèi)乖員未系安全帶，也能減小大腿軸向力。高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會認(rèn)為，膝部安全氣囊能夠分散碰撞力，有效降低乘員腿部受傷的嚴(yán)重程度。

與常見的正面安全氣囊類似，膝部氣囊一般也由氣體發(fā)生器、氣袋、外殼、罩蓋等零件組成。在碰撞事故中，膝部氣囊接收到中央控制單元的點(diǎn)火指令后，其氣體發(fā)生器點(diǎn)爆向外輸出大量氣體，充滿氣袋。膝部氣囊一般安裝在儀表板內(nèi)靠近乘員的一邊偏下的部位。點(diǎn)爆時(shí)，其氣袋從下向上展開充滿，在乘員小腿及膝蓋與儀表板之間形成氣墊，從而提供緩沖保護(hù)。

從技術(shù)原理角度，膝部氣囊不僅可以緩沖小腿與儀表板的沖擊，還可以降低大腿的受力，并控制乘員的身體移動，提早乘員上半身的向前偏轉(zhuǎn)運(yùn)動，使安全帶和正面氣囊對乘員胸部和頭部的負(fù)載更趨均勻，這意味著頭部和上半身受傷的風(fēng)險(xiǎn)值被同步降低。

二、膝部安全氣囊專利基礎(chǔ)狀況分析

膝部安全氣囊專利技術(shù)檢索的國內(nèi)文獻(xiàn)基于CNABS數(shù)據(jù)庫，國外文獻(xiàn)基于DWPI數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)采集時(shí)間截至2016年5月。在DWPI中進(jìn)行簡單統(tǒng)計(jì)，得到B60R21/16和B60R21/32分類號下申請量的地域分布比值。目前膝部安全氣簾的專利族申請量以美國居首，日本其次，其后為德國、歐洲、韓國，中國申請排在并列第5位。從側(cè)面安全氣簾的專利申請的地域分布可以看出，各國的申請量與其自身的汽車工業(yè)水平相符，美國、日本、德國均是世界汽車工業(yè)最為發(fā)達(dá)、汽車技術(shù)水平最為先進(jìn)的地區(qū)之一。在膝部安全氣簾領(lǐng)域，日、美、德的技術(shù)體系比較完備、技術(shù)覆蓋比較全面，相關(guān)申請的檢索應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注這幾個(gè)國家的文獻(xiàn)。

三 技術(shù)演進(jìn)發(fā)展和趨勢

膝部安全氣囊領(lǐng)域的相關(guān)專利申請主要圍繞兩個(gè)方面進(jìn)行，分別為膝部安全氣囊的安裝位置、安全氣囊的折疊方式。縱觀側(cè)面安全氣囊的發(fā)展時(shí)間軸，1995-2004年這段時(shí)間內(nèi)發(fā)展較快，相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)。到2010年后，技術(shù)發(fā)展腳步放緩，專利申請主要集中在氣簾內(nèi)部的氣體流道優(yōu)化。

由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝在駕駛室，所以以前的膝部氣囊安裝在轉(zhuǎn)向柱的下方。起初，膝部安全氣囊是從儀表板上的一個(gè)門后彈出展開的。很多工程師不斷研究膝部安全氣囊一體化的方法，包括減小模塊系統(tǒng)的尺寸大小、把它裝在轉(zhuǎn)向柱下方等。后來，許多膝部安全氣囊模塊設(shè)計(jì)成隱藏在儀表板的下方，起爆時(shí)沿儀表板氣囊安裝裂縫爆開；目前，該種方法仍然是主流。把這個(gè)可見面板設(shè)計(jì)得輕質(zhì)穩(wěn)定，是工程技術(shù)人員需要考慮的重要問題。由于氣囊從面板裂縫彈出并展開，因此，面板必須非常輕薄，這樣才能減小開啟氣囊蓋板所需要的力。

在行業(yè)內(nèi)，對膝部氣囊的研究也開始從研究其功能意義為主轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品的應(yīng)用研究為主，即在發(fā)揮其作用的同時(shí)降低其風(fēng)險(xiǎn)。在膝部氣囊的應(yīng)用技術(shù)研發(fā)方面，目前國際上主要的被動安全廠家都有涉及。經(jīng)過對國內(nèi)外企業(yè)申請公開的專利進(jìn)行解讀分析，目前行業(yè)內(nèi)研究的技術(shù)熱點(diǎn)主要分布于膝部氣囊模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣袋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣袋折疊設(shè)計(jì)等方面。從工程應(yīng)用的角度看，這些熱點(diǎn)也正是實(shí)踐中有較多問題需要解決的領(lǐng)域。國內(nèi)該領(lǐng)域的工程師應(yīng)抓住重點(diǎn)進(jìn)行研究，以掌握核心技術(shù)。

但是在儀表板下面板和膝部表面如此小的空間安裝膝部安全氣囊是比較困難的。為了克服這個(gè)問題，優(yōu)化膝部安全氣囊的形狀，需要應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) （DOE）方法設(shè)計(jì)膝部安全氣囊的折疊方式并利用沖擊試驗(yàn)來設(shè)計(jì)膝部氣囊的形狀。

市場方面，膝部氣囊在美國和歐洲已大量應(yīng)用。寶馬、奧迪、通用和大眾等品牌已走在前列。在國內(nèi)，少量進(jìn)口車型和合資車型已經(jīng)開始配備膝部氣囊。隨著對膝部氣囊了解的增加，特別是在理解了膝部氣囊對車輛整體保護(hù)性能的積極作用后，部分自主品牌整車廠也開始在新車規(guī)劃中設(shè)計(jì)膝部氣囊.

四、主要申請人分析

1.豐田自動車株式會社：豐田自動車株式會社自從1989年批量生產(chǎn)駕駛席氣囊以來，開發(fā)出了側(cè)面氣囊、后座氣囊等各種產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了免受所有角度撞擊的360°全方位保護(hù)。除批量生產(chǎn)行人保護(hù)裝置外，還積極地開發(fā)預(yù)防安全技術(shù)等新一代技術(shù)。搭載于轉(zhuǎn)向柱下方以及副駕駛席側(cè)的儀表盤下方。在車輛發(fā)生正面撞擊時(shí)，氣囊膨脹，保護(hù)乘客下肢。

2.高田株式會社：自汽車時(shí)代早期創(chuàng)業(yè)以來，高田已經(jīng)從最初小規(guī)模的安全帶生產(chǎn)商成功發(fā)展為今天涉域廣泛的駕駛及副駕駛席安全裝置的重要供應(yīng)商，服務(wù)范圍從最初日本汽車工業(yè)拓展到今天的全球汽車工業(yè)。1976 高田開始致力于安全氣囊的研究。1983 公司商號變更為高田株式會社。2002 成立高田（上海）汽車安全裝置有限公司，開始安全帶、安全氣囊和方向盤的生產(chǎn)和銷售。2005 開始量產(chǎn)世界首創(chuàng)的新型雙囊袋氣囊。在中國成立高田（長興） 汽車安全裝置有限公司作為氣體發(fā)生器的制造基地。

3.TRW萊帕有限公司：為了保證氣囊展開的穩(wěn)定性，一般設(shè)置一定數(shù)量的拉帶。拉帶可以根據(jù)乘員百分位尺寸和車輛實(shí)際狀況做出相應(yīng)的調(diào)整。拉帶技術(shù)是天合公司（TRW）早期的創(chuàng)新成果，并獲得了專利認(rèn)證。該技術(shù)改善了氣袋的充氣方式，提高了氣囊模塊的約束性能。除了模塊化零部件（如氣體發(fā)生器），膝部安全氣囊模塊的位置也是最關(guān)鍵的因素之一，它能夠確保膝部安全氣囊盡早展開，提供應(yīng)有的保護(hù)效果，比較理想的安裝位置是乘員膝部的正前方。

五、結(jié)語

車輛安全性的日益提高是不可改變的趨勢。可以預(yù)見，未來膝部氣囊將會成為乘用車的常規(guī)配置。國內(nèi)相關(guān)公司可以密切關(guān)注該領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，采取恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)發(fā)展戰(zhàn)略和市場策略，以保持或提高自身的市場競爭能力?！?/p>

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