德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 張松 于士軍

汽車碰撞倒退座椅設(shè)計(jì)

德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 張松 于士軍

近年來(lái)，汽車保有量的增加導(dǎo)致道路交通事故不斷增加，為了減輕車內(nèi)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(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)吸能裝置在一定程度上起到了保護(hù)作用，但仍有局限性，本文提出一款具有更高性能，基于測(cè)速和測(cè)距的汽車碰撞倒退座椅。

汽車碰撞；倒退座椅；激光測(cè)距

1引言

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，隨之帶來(lái)的是交通的高速發(fā)展，交通事故的發(fā)生率也有上升的趨勢(shì)，交通事故帶來(lái)的大量人員傷亡，不但讓無(wú)數(shù)家庭遭遇不幸，也阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。正因?yàn)榻煌ㄊ鹿蕩?lái)的后果嚴(yán)重，故世界各國(guó)傾注大量的物力、人力和財(cái)力出臺(tái)事故預(yù)防應(yīng)對(duì)措施，制定完善的道路交通法律，但是呈爆發(fā)性增長(zhǎng)的車輛，依然使交通事故發(fā)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(yù)警、保護(hù)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(jiàn)的有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)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(duì)人體的傷害，但仍不算是行之有效的方法。

2.1.1 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的吸能裝置

汽車發(fā)生正面碰撞時(shí)，沖擊能量使汽車前部發(fā)生變形而吸收能量，吸能裝置的安裝增大了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度和成本，也降低了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操控性和穩(wěn)定性，而且靠塑性形變來(lái)吸收碰撞危害，能力有限。

2.1.2 安全氣囊

碰撞發(fā)生時(shí)，安全氣囊的控制器在短時(shí)間內(nèi)判定碰撞強(qiáng)度，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的保護(hù)條件時(shí)，對(duì)氣囊內(nèi)的傳感器下達(dá)指令，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火器引爆固態(tài)氮?dú)饬Ｗ?，迅速形成膨脹氣囊，?duì)駕駛員進(jìn)行保護(hù)。

缺點(diǎn)是如果汽車碰撞發(fā)生時(shí)處于很低的車速，此時(shí)只需要安全帶的保護(hù)即可，沒(méi)必要啟動(dòng)安全氣囊。如果安全氣囊在這時(shí)候展開(kāi)，不但造成了浪費(fèi)，而且還有可能對(duì)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(shí)后仰一定角度以減輕碰撞帶來(lái)的危害，但普通安全座椅具有遲滯性，且碰撞保護(hù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，駕駛員生命安全無(wú)法得到有效的保障。

2.2 安全座椅特點(diǎn)

為有效地降低碰撞帶來(lái)的危害，開(kāi)發(fā)的安全座椅將具備以下特點(diǎn)：

（1）可準(zhǔn)確測(cè)定距離，測(cè)定速度，預(yù)測(cè)碰撞危險(xiǎn)的發(fā)生；

（2）可重復(fù)使用，降低成本；

（3）穩(wěn)定性高，有效吸收碰撞能量。

3 汽車碰撞倒退座椅設(shè)計(jì)

3.1 汽車碰撞倒退座椅保護(hù)流程

電子控制單元通過(guò)分析比較碰撞傳感器傳遞的信號(hào)，判斷是否彈出安全氣囊，如果此時(shí)撞擊力較小，那么通過(guò)倒退座椅的倒退旋轉(zhuǎn)調(diào)整，保證駕駛員安全。如果沖擊力較大，那么將同時(shí)啟動(dòng)倒退座椅和安全氣囊裝置，共同保護(hù)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(hù)流程

3.1.1 脈沖式激光測(cè)距裝置

圖2 脈沖式激光測(cè)距裝置工作流程

如圖2所示，激光測(cè)距設(shè)備向測(cè)量目標(biāo)發(fā)射激光，平面鏡對(duì)激光進(jìn)行反射，此時(shí)激光進(jìn)入反饋計(jì)時(shí)模塊，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換處理器由光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)傳遞進(jìn)入時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的開(kāi)始計(jì)時(shí)端；另一束激光脈沖經(jīng)過(guò)透鏡處理壓縮形成發(fā)散角后，在空氣中飛行遇到目標(biāo)物產(chǎn)生漫散射，反射的部分激光進(jìn)入激光反射接受模塊，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換處理器由光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)傳遞進(jìn)入時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的結(jié)束計(jì)時(shí)端，整個(gè)測(cè)量過(guò)程結(jié)束。

其中，設(shè)D為激光發(fā)射端與目標(biāo)物距離，T為往返兩點(diǎn)所花時(shí)間，C為激光在空氣中傳播速度（已考慮環(huán)境變量），n為測(cè)量時(shí)的大氣折射率，可得：

通過(guò)原理我們可以看出，把對(duì)距離的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)時(shí)間差的測(cè)量，激光的穿透力強(qiáng)，所以受環(huán)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(shí)間內(nèi)測(cè)量距離，配合車速傳感器工作，當(dāng)車速/車距達(dá)到設(shè)定的安全值時(shí)，啟動(dòng)預(yù)警功能。

3.1.2 汽車安全座椅技術(shù)關(guān)鍵

通過(guò)汽車上現(xiàn)有的傳感器對(duì)汽車的碰撞檢測(cè)，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，單片機(jī)接收信號(hào)，并控制電磁閥門，氣瓶?jī)?nèi)的高壓氣體在短時(shí)間內(nèi)充入氣缸，氣缸活塞受力彈出，使座椅繞軸向后旋轉(zhuǎn)25°，座椅椅墊在汽車行駛慣性方向?qū)︸{駛員產(chǎn)生束縛力，這樣慣性力施加的部位便由頭部、胸部轉(zhuǎn)到髖部，降低駕駛員或者乘客在碰撞時(shí)受到的傷害。

監(jiān)測(cè)流程圖如圖3所示；座椅如圖4所示。

圖3 監(jiān)測(cè)流程圖

圖4 汽車碰撞倒退座椅

4 總結(jié)

交通事故往往發(fā)生于一瞬間，而如何在這短暫的時(shí)間內(nèi)采取有效的措施來(lái)挽救駕駛員生命至關(guān)重要，文中所提出的汽車安全座椅通過(guò)存儲(chǔ)于高壓氣瓶的高壓氣體進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，具有反應(yīng)快、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。而且通過(guò)脈沖測(cè)距裝置，提前預(yù)警，也提高了響應(yīng)能力。此外，由于汽車內(nèi)部空間有限，并沒(méi)有在汽車后排安裝安全氣囊，后排乘客安全無(wú)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(bǔ)這個(gè)空缺。將易受傷部位所受載荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，降低受傷程度。

[1]郭登剛.基于被動(dòng)安全的汽車安全座椅[J].長(zhǎng)安大學(xué),2015.

[2]張吉康.基于測(cè)速與測(cè)距技術(shù)的汽車安全座椅設(shè)計(jì)[J].汽車工程師,2012.

[3]謝友志.汽車安全座椅改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2009.06.