關(guān)于汽車落水安全氣囊裝置的研究與開發(fā)

紀(jì)成　穆永晨　盧永輝　孟陸　李悅　龍顯金　孫涌　聶玉東

摘 要：汽車車身氣囊是裝置在車身外部。當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，汽車落入水后，車身氣囊會(huì)自動(dòng)開啟，使汽車在水中能夠保持平衡并且減緩汽車的下沉速度，為車內(nèi)人員提供更多的逃生時(shí)間。也能為救援人員和事后的搶險(xiǎn)打撈的工作人員帶來工作上的便利。

關(guān)鍵詞：氣囊;氣囊材料;傳感器

1 引言

隨著時(shí)代進(jìn)步，人們生活水平的提高，汽車的使用量也大大提高。人們?cè)谧非笃囃庥^、動(dòng)力、減震、內(nèi)飾的同時(shí)也慢慢地重視汽車安全性能。近幾年來，汽車落入水中造成人員死亡的事件頻繁發(fā)生。當(dāng)駕駛?cè)藛T因駕駛不慎使汽車落入水后，會(huì)出現(xiàn)各種復(fù)雜的情況都將威脅車內(nèi)人員的生命安全。如車窗車門可能很難打開，駕駛?cè)藛T不擅長(zhǎng)游泳甚至沒有機(jī)會(huì)去游泳，落入水后車內(nèi)人員慌張著急做出錯(cuò)誤行為等。均會(huì)給落難人員的安全帶來嚴(yán)重的威脅。因此我們所研究的汽車落水安全氣囊裝置正是針對(duì)這種情況，為車內(nèi)人員增加逃生機(jī)率。

2 設(shè)計(jì)思路

（1）傳感器精度的實(shí)驗(yàn)：當(dāng)汽車落水后，傳感器能夠準(zhǔn)確檢測(cè)壓力值。（2）研究氣囊材料實(shí)驗(yàn)：研究收縮性好材料適合的氣囊材質(zhì)。（3）檢測(cè)氣囊受到浮力大小的實(shí)驗(yàn)：氣囊所承受的浮力能夠承載汽車漂浮。

3 基本原理

（1）該裝置的基本原理：在汽車落水后，通過車身周圍安全氣囊自動(dòng)打開，使汽車獲得額外的浮力，從而達(dá)到提供車內(nèi)人員更多的逃生時(shí)間。（2）該裝置的工作原理：汽車落入水后，通過壓力傳感器和液壓傳感器將信號(hào)傳給控制器，當(dāng)控制傳感器判斷有必要打開氣囊組件時(shí)立即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，打開所有氣囊組件，使氣囊迅速充滿氣體，這樣會(huì)使汽車受到額外的浮力。當(dāng)汽車受到的浮力和氣囊受到的浮力大小于汽車本身的重力時(shí)，汽車會(huì)減緩落水速度。當(dāng)所受到浮力等于汽車的重力時(shí)，汽車將停止下落并且向上浮出水面。從而使車內(nèi)人員獲得更多的逃生時(shí)間。（3）為防止遇到積水路面時(shí)，氣囊安全組件自動(dòng)打開，在車內(nèi)設(shè)計(jì)個(gè)人可操縱的開關(guān)裝置，能避免夠避免意外發(fā)生。

4 墜落實(shí)驗(yàn)

本試驗(yàn)的目的是確定當(dāng)完整的安全氣囊模塊從規(guī)定的高度和方向墜落后，安全氣囊模塊是否失效。

5 氣囊浮力承載汽車實(shí)驗(yàn)

汽車落入水中當(dāng)汽車落水后受力分析如，為氣囊浮力，為汽車自身浮力、為汽車車重。

（1）當(dāng)汽車剛剛落水時(shí)，汽車處于下沉狀態(tài)。（2）當(dāng)汽車落水，感應(yīng)器件感應(yīng)到落水時(shí)，氣囊迅速打開，由0迅速增大。當(dāng)氣囊完全打開，汽車浮于水面上。（3）當(dāng)汽車基本浮于水面時(shí)，汽車處于平衡狀態(tài)。

6 安全氣囊材料的選擇

團(tuán)隊(duì)在具體研究裝置時(shí)，考慮到安全氣囊的材料要求要具有高強(qiáng)度，良好的伸長(zhǎng)性能，高彈性回復(fù)性，高能量吸收性，耐熱性耐老化和精確的空氣透過性能等要求，所以氣囊內(nèi)層初步選定材料為有高強(qiáng)聚酰胺纖維的聚酰胺66長(zhǎng)絲來制作縫制型無涂層織物氣囊，外層初步選定具有抗拉強(qiáng)度高，彈性和延伸率的，粘結(jié)性，抗水性和耐氣候性好，使用年限長(zhǎng)等特點(diǎn)的，主要以氯丁橡膠，丁基橡膠，三元乙丙橡膠，聚氯乙烯，聚異丁烯和聚氨酯等為原材料的橡膠類防水材料制作防水涂層薄膜。這可以氣囊在水中具有良好的防水性也有效的防止了氣囊被異物扎破。氣囊折疊放置時(shí)防止氣囊粘連要撒入防滑粉末。并且我們?cè)跉饽业膬?nèi)部涂有MPN膠料能夠防止氣囊扎漏和爆炸并且能夠自動(dòng)修復(fù)。

7 繼電器控制模塊分析設(shè)計(jì)

繼電器（Relay），它是一款電子控制元器件，常用于自動(dòng)控制的電路中，實(shí)際上其作用就是用小的電流控制大電流。表現(xiàn)出自動(dòng)開關(guān)的效果。因此在電路中可以起到主動(dòng)調(diào)節(jié)、保護(hù)電路安全、轉(zhuǎn)換等作用。團(tuán)隊(duì)在車內(nèi)駕駛艙裝有由個(gè)人可操控的開關(guān)裝置（繼電器），能避免汽車駕駛員在知道氣囊可能被觸發(fā)但不需要?dú)饽议_啟的情況下被觸發(fā)。繼電器模塊電路圖如圖1所示。

8 單片機(jī)型號(hào)的選擇與應(yīng)用

單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的主體，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起著最為關(guān)鍵的作用，單片機(jī)的選擇，就是在可以完成基本控制的情況下盡量降低成本。由于整個(gè)系統(tǒng)要驅(qū)動(dòng)的部分有AD轉(zhuǎn)換芯片、矩陣鍵盤、液晶屏、蜂鳴器，還有一些運(yùn)算，針對(duì)以上幾點(diǎn)考慮，最終選擇STC89C52

作為電子秤的主控芯片。總體設(shè)計(jì)電路圖如圖2所示。

9 裝置設(shè)計(jì)方案

該裝置是由傳感器，氣囊組件，氣囊安全系統(tǒng)，電子控制裝置組成。我們?cè)谲嚿硗獠恐車佳b有安全氣囊組件，在汽車的前保險(xiǎn)杠上裝有安全氣囊組件，車身底盤左右兩側(cè)裝有安全氣囊組件，后保險(xiǎn)杠也裝有氣囊觸發(fā)裝置。在氣囊組件中，氣體發(fā)生裝置和安全氣囊的連接處的安全閥內(nèi)安裝可活動(dòng)擋片，在氣體發(fā)生裝置的氣體進(jìn)入安全氣囊是擋片被擋開，結(jié)束放氣后氣囊內(nèi)的氣體推動(dòng)關(guān)閉擋片防止安全氣囊漏氣并且我們?cè)跉饽业膬?nèi)部涂有MPN膠料能夠防止氣囊扎漏和爆炸并且能夠自動(dòng)修復(fù)。傳感器采用水位傳感器和水壓力傳感器共同協(xié)作完成氣囊觸發(fā)要求的數(shù)據(jù)采集，能大大減少安全氣囊被誤觸，位于車前保險(xiǎn)杠和后保險(xiǎn)杠。在檢測(cè)到壓力達(dá)到設(shè)定數(shù)額氣囊將會(huì)自動(dòng)開啟，使汽車獲得額外的浮力。并在車內(nèi)裝有一鍵啟動(dòng)，通過手動(dòng)開啟，防止汽車發(fā)生碰撞使水壓力傳感器發(fā)生故障。

10 總結(jié)

該裝置結(jié)構(gòu)響應(yīng)靈敏，應(yīng)用廣泛，適合各個(gè)層次的人群，有效解決汽車落水的問題。

指導(dǎo)教師：孫涌，聶玉東