汽車碰撞倒退座椅設計

德州學院汽車工程學院 張松 于士軍

汽車碰撞倒退座椅設計

德州學院汽車工程學院 張松 于士軍

近年來，汽車保有量的增加導致道路交通事故不斷增加，為了減輕車內乘員及駕駛員在碰撞事故中受到的傷害，安裝安全帶，安全氣囊、轉向機構吸能裝置在一定程度上起到了保護作用，但仍有局限性，本文提出一款具有更高性能，基于測速和測距的汽車碰撞倒退座椅。

汽車碰撞；倒退座椅；激光測距

1引言

經濟的高速發展，隨之帶來的是交通的高速發展，交通事故的發生率也有上升的趨勢，交通事故帶來的大量人員傷亡，不但讓無數家庭遭遇不幸，也阻礙社會經濟發展和社會穩定。正因為交通事故帶來的后果嚴重，故世界各國傾注大量的物力、人力和財力出臺事故預防應對措施，制定完善的道路交通法律，但是呈爆發性增長的車輛，依然使交通事故發生率居高不下。為了減輕駕駛員及乘員在交通碰撞事故中遭受的傷害，本文介紹一款集預警、保護功能于一體的碰撞安全座椅，最大限度地保障人身生命安全。

2常用降低碰撞危害方法分析

2.1 常用降低碰撞危害方法

降低碰撞危害的方法多種多樣，常見的有轉向機構吸能裝置、安全氣囊、普通安全座椅，雖然這些方法能在一定程度上減輕碰撞對人體的傷害，但仍不算是行之有效的方法。

2.1.1 轉向機構的吸能裝置

汽車發生正面碰撞時，沖擊能量使汽車前部發生變形而吸收能量，吸能裝置的安裝增大了轉向機構的設計難度和成本，也降低了轉向系統的操控性和穩定性，而且靠塑性形變來吸收碰撞危害，能力有限。

2.1.2 安全氣囊

碰撞發生時，安全氣囊的控制器在短時間內判定碰撞強度，當強度達到設計的保護條件時，對氣囊內的傳感器下達指令，驅動點火器引爆固態氮氣粒子，迅速形成膨脹氣囊，對駕駛員進行保護。

缺點是如果汽車碰撞發生時處于很低的車速，此時只需要安全帶的保護即可，沒必要啟動安全氣囊。如果安全氣囊在這時候展開，不但造成了浪費，而且還有可能對駕駛員及其身邊的乘員造成二次傷害。

2.1.3 普通安全座椅

在碰撞時后仰一定角度以減輕碰撞帶來的危害，但普通安全座椅具有遲滯性，且碰撞保護時間過長，駕駛員生命安全無法得到有效的保障。

2.2 安全座椅特點

為有效地降低碰撞帶來的危害，開發的安全座椅將具備以下特點：

（1）可準確測定距離，測定速度，預測碰撞危險的發生；

（2）可重復使用，降低成本；

（3）穩定性高，有效吸收碰撞能量。

3 汽車碰撞倒退座椅設計

3.1 汽車碰撞倒退座椅保護流程

電子控制單元通過分析比較碰撞傳感器傳遞的信號，判斷是否彈出安全氣囊，如果此時撞擊力較小，那么通過倒退座椅的倒退旋轉調整，保證駕駛員安全。如果沖擊力較大，那么將同時啟動倒退座椅和安全氣囊裝置，共同保護駕駛員的生命安全。如圖1所示。

圖1 汽車碰撞倒退座椅保護流程

3.1.1 脈沖式激光測距裝置

圖2 脈沖式激光測距裝置工作流程

如圖2所示，激光測距設備向測量目標發射激光，平面鏡對激光進行反射，此時激光進入反饋計時模塊，經光電轉換處理器由光信號轉變為電信號，電信號傳遞進入時數轉換芯片的開始計時端；另一束激光脈沖經過透鏡處理壓縮形成發散角后，在空氣中飛行遇到目標物產生漫散射，反射的部分激光進入激光反射接受模塊，經光電轉換處理器由光信號轉變為電信號，電信號傳遞進入時數轉換芯片的結束計時端，整個測量過程結束。

其中，設D為激光發射端與目標物距離，T為往返兩點所花時間，C為激光在空氣中傳播速度（已考慮環境變量），n為測量時的大氣折射率，可得：

通過原理我們可以看出，把對距離的測量轉化為對時間差的測量，激光的穿透力強，所以受環境影響因素不是很大，光的傳播速度極快，輔以高效高能的處理器，可短時間內測量距離，配合車速傳感器工作，當車速/車距達到設定的安全值時，啟動預警功能。

3.1.2 汽車安全座椅技術關鍵

通過汽車上現有的傳感器對汽車的碰撞檢測，當汽車發生碰撞時，單片機接收信號，并控制電磁閥門，氣瓶內的高壓氣體在短時間內充入氣缸，氣缸活塞受力彈出，使座椅繞軸向后旋轉25°，座椅椅墊在汽車行駛慣性方向對駕駛員產生束縛力，這樣慣性力施加的部位便由頭部、胸部轉到髖部，降低駕駛員或者乘客在碰撞時受到的傷害。

監測流程圖如圖3所示；座椅如圖4所示。

圖3 監測流程圖

圖4 汽車碰撞倒退座椅

4 總結

交通事故往往發生于一瞬間，而如何在這短暫的時間內采取有效的措施來挽救駕駛員生命至關重要，文中所提出的汽車安全座椅通過存儲于高壓氣瓶的高壓氣體進行驅動，具有反應快、穩定性好的優點。而且通過脈沖測距裝置，提前預警，也提高了響應能力。此外，由于汽車內部空間有限，并沒有在汽車后排安裝安全氣囊，后排乘客安全無法有效保障，文中介紹的方法不需要占用很大空間，可以填補這個空缺。將易受傷部位所受載荷進行轉移，降低受傷程度。

[1]郭登剛.基于被動安全的汽車安全座椅[J].長安大學,2015.

[2]張吉康.基于測速與測距技術的汽車安全座椅設計[J].汽車工程師,2012.

[3]謝友志.汽車安全座椅改進設計[J].湖北汽車工業學院學報,2009.06.