翟银秀

摘 要： 在汽车碰撞事故中，车内前排乘员的下肢是仅次于头部的第二大受伤害区域， 在所有下肢受伤的情况中，膝盖受到损伤的情况占了较大的比例。目前各国的正面碰撞法规都对乘员的膝部伤害做了规定， 主要通过测量膝盖滑移量的大小判断车型对膝部保护效果的好坏。为了改善对乘员膝部的保护效果，各厂家主要通过改变护膝板的刚度或配置膝部气囊的方式实现。

关键词： 安全气囊，膝部，碰撞，专利

一、膝部安全气囊的发展概况及工作原理

20 世纪90 年代，美国成为世界上第一个在车上安装膝部挡板的国家。它是置于仪表板下的泡沫物质填充垫板，作用是可以保护前碰撞中乘员腿部和膝部。同时，出现了另一种安全保护装置—安全气囊，膝部安全气囊可以通过改变乘员碰撞力，使乘员上半身受到的冲击力减小，即使车内乖员未系安全带，也能减小大腿轴向力。高速公路安全保险协会认为，膝部安全气囊能够分散碰撞力，有效降低乘员腿部受伤的严重程度。

与常见的正面安全气囊类似，膝部气囊一般也由气体发生器、气袋、外壳、罩盖等零件组成。在碰撞事故中，膝部气囊接收到中央控制单元的点火指令后，其气体发生器点爆向外输出大量气体，充满气袋。膝部气囊一般安装在仪表板内靠近乘员的一边偏下的部位。点爆时，其气袋从下向上展开充满，在乘员小腿及膝盖与仪表板之间形成氣垫，从而提供缓冲保护。

从技术原理角度，膝部气囊不仅可以缓冲小腿与仪表板的冲击，还可以降低大腿的受力，并控制乘员的身体移动，提早乘员上半身的向前偏转运动，使安全带和正面气囊对乘员胸部和头部的负载更趋均匀，这意味着头部和上半身受伤的风险值被同步降低。

二、膝部安全气囊专利基础状况分析

膝部安全气囊专利技术检索的国内文献基于CNABS数据库，国外文献基于DWPI数据库，数据采集时间截至2016年5月。在DWPI中进行简单统计，得到B60R21/16和B60R21/32分类号下申请量的地域分布比值。目前膝部安全气帘的专利族申请量以美国居首，日本其次，其后为德国、欧洲、韩国，中国申请排在并列第5位。从侧面安全气帘的专利申请的地域分布可以看出，各国的申请量与其自身的汽车工业水平相符，美国、日本、德国均是世界汽车工业最为发达、汽车技术水平最为先进的地区之一。在膝部安全气帘领域，日、美、德的技术体系比较完备、技术覆盖比较全面，相关申请的检索应该重点关注这几个国家的文献。

三 技术演进发展和趋势

膝部安全气囊领域的相关专利申请主要围绕两个方面进行，分别为膝部安全气囊的安装位置、安全气囊的折叠方式。纵观侧面安全气囊的发展时间轴，1995-2004年这段时间内发展较快，相关技术创新不断涌现。到2010年后，技术发展脚步放缓，专利申请主要集中在气帘内部的气体流道优化。

由于转向系统安装在驾驶室，所以以前的膝部气囊安装在转向柱的下方。起初，膝部安全气囊是从仪表板上的一个门后弹出展开的。很多工程师不断研究膝部安全气囊一体化的方法，包括减小模块系统的尺寸大小、把它装在转向柱下方等。后来，许多膝部安全气囊模块设计成隐藏在仪表板的下方，起爆时沿仪表板气囊安装裂缝爆开；目前，该种方法仍然是主流。把这个可见面板设计得轻质稳定，是工程技术人员需要考虑的重要问题。由于气囊从面板裂缝弹出并展开，因此，面板必须非常轻薄，这样才能减小开启气囊盖板所需要的力。

在行业内，对膝部气囊的研究也开始从研究其功能意义为主转移到产品的应用研究为主，即在发挥其作用的同时降低其风险。在膝部气囊的应用技术研发方面，目前国际上主要的被动安全厂家都有涉及。经过对国内外企业申请公开的专利进行解读分析，目前行业内研究的技术热点主要分布于膝部气囊模块结构设计、气袋结构设计、气袋折叠设计等方面。从工程应用的角度看，这些热点也正是实践中有较多问题需要解决的领域。国内该领域的工程师应抓住重点进行研究，以掌握核心技术。

但是在仪表板下面板和膝部表面如此小的空间安装膝部安全气囊是比较困难的。为了克服这个问题，优化膝部安全气囊的形状，需要应用实验设计 （DOE）方法设计膝部安全气囊的折叠方式并利用冲击试验来设计膝部气囊的形状。

市场方面，膝部气囊在美国和欧洲已大量应用。宝马、奥迪、通用和大众等品牌已走在前列。在国内，少量进口车型和合资车型已经开始配备膝部气囊。随着对膝部气囊了解的增加，特别是在理解了膝部气囊对车辆整体保护性能的积极作用后，部分自主品牌整车厂也开始在新车规划中设计膝部气囊.

四、主要申请人分析

1.丰田自动车株式会社：丰田自动车株式会社自从1989年批量生产驾驶席气囊以来，开发出了侧面气囊、后座气囊等各种产品，实现了免受所有角度撞击的360°全方位保护。除批量生产行人保护装置外，还积极地开发预防安全技术等新一代技术。搭载于转向柱下方以及副驾驶席侧的仪表盘下方。在车辆发生正面撞击时，气囊膨胀，保护乘客下肢。

2.高田株式会社：自汽车时代早期创业以来，高田已经从最初小规模的安全带生产商成功发展为今天涉域广泛的驾驶及副驾驶席安全装置的重要供应商，服务范围从最初日本汽车工业拓展到今天的全球汽车工业。1976 高田开始致力于安全气囊的研究。1983 公司商号变更为高田株式会社。2002 成立高田（上海）汽车安全装置有限公司，开始安全带、安全气囊和方向盘的生产和销售。2005 开始量产世界首创的新型双囊袋气囊。在中国成立高田（长兴） 汽车安全装置有限公司作为气体发生器的制造基地。

3.TRW莱帕有限公司：为了保证气囊展开的稳定性，一般设置一定数量的拉带。拉带可以根据乘员百分位尺寸和车辆实际状况做出相应的调整。拉带技术是天合公司（TRW）早期的创新成果，并获得了专利认证。该技术改善了气袋的充气方式，提高了气囊模块的约束性能。除了模块化零部件（如气体发生器），膝部安全气囊模块的位置也是最关键的因素之一，它能够确保膝部安全气囊尽早展开，提供应有的保护效果，比较理想的安装位置是乘员膝部的正前方。

五、结语

车辆安全性的日益提高是不可改变的趋势。可以预见，未来膝部气囊将会成为乘用车的常规配置。国内相关公司可以密切关注该领域的发展动态，采取恰当的技术发展战略和市场策略，以保持或提高自身的市场竞争能力。■

参考文献

[1]王挺. 整车安全及膝部安全气囊仿真方法的研究[D].合肥工业大学，2013.

[2]周厚林. 汽车膝部安全气囊[J]. 科技创新导报，2014，01：68.

[3]主动膝部垫式安全气囊（Active Knee Bolster）[J]. 汽车与配件，2004，11：38.