德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院 李雪 于士軍

汽車(chē)駕乘人員腿部安全裝置設(shè)計(jì)

德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院 李雪 于士軍

為了在發(fā)生事故時(shí)能夠保證駕乘人員的腿部具有足夠的安全空間并保護(hù)駕乘人員腿部不受到事故的傷害，本文設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)保護(hù)汽車(chē)駕乘人員的腿部安全的裝置。該裝置采用阻尼彈簧和氣壓支撐桿及安全氣囊等的多重保護(hù)作用，讓駕乘人員及時(shí)安全地脫離危險(xiǎn)區(qū)域，從而對(duì)駕乘人員的腿部進(jìn)行保護(hù)。

駕乘人員腿部；保護(hù)；裝置

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車(chē)的普及程度越來(lái)越高，極大地便利了人們的出行。然而，汽車(chē)仍存在一些行車(chē)安全問(wèn)題，給人們的出行帶來(lái)困擾。當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，盡管市面上的汽車(chē)配有安全氣囊加之安全帶的配合使用，對(duì)駕乘人員起到了一定的保護(hù)作用，但是仍不能完全保證駕乘人員全身各部位的安全，特別是駕駛員腿部往往因?yàn)檐?chē)身變形受到極大傷害，致使駕乘人員無(wú)法在第一時(shí)間脫離危險(xiǎn)區(qū)域，從而可能受到事故的二次傷害，因此設(shè)計(jì)一種專(zhuān)門(mén)保護(hù)汽車(chē)駕乘人員的腿部安全的裝置具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

2 設(shè)計(jì)方案

當(dāng)汽車(chē)發(fā)生事故，汽車(chē)外形受到外力作用變形時(shí)，通過(guò)保護(hù)板保證駕乘人員具有足夠的安全空間，讓駕乘人員及時(shí)安全地脫離危險(xiǎn)區(qū)域，在此過(guò)程中通過(guò)碰撞保護(hù)板保證駕乘人員的腿部安全。此裝置采用穩(wěn)定的機(jī)械原理，即使汽車(chē)電子系統(tǒng)被破壞也不影響保護(hù)板的使用，生產(chǎn)和加工汽車(chē)保護(hù)板的費(fèi)用低。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 組成部分

該裝置的組成如圖1、2所示。

圖1 主視圖

圖2 側(cè)視圖

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下所述：

（1）滑道需要安裝在車(chē)架上；

（2）阻尼彈簧安裝在滑道上；

（3）氣壓支撐桿需要斜向安裝在車(chē)架上，以保證提供足夠的支撐力；

（4）碰撞保護(hù)板安裝于汽車(chē)前圍板的后方；

（5）氣壓支撐桿由兩部分組成，由上端的伸縮桿和下端的發(fā)生器組成；

（6）氣體發(fā)生器用來(lái)引爆氣壓支撐桿下端裝有的疊氮化鈉和硝酸鉀的反應(yīng)，是一個(gè)引發(fā)裝置；

（7）安全氣囊電信號(hào)來(lái)自于汽車(chē)安全氣囊電腦的信號(hào)，來(lái)控制氣體發(fā)生器工作；（8）為了保證氣體發(fā)生器的正常工作和靈敏性，借助汽車(chē)安全氣囊的電腦系統(tǒng)來(lái)控制；

推力發(fā)生器（7）內(nèi)裝有反應(yīng)所需要的疊氮化鈉和硝酸鉀，并且包含有氣體發(fā)生器，是一個(gè)發(fā)生裝置。

3.2 工作原理

當(dāng)發(fā)生事故或受到撞擊時(shí)，汽車(chē)會(huì)受到一個(gè)突然的碰撞力，此時(shí)汽車(chē)受到的這個(gè)碰撞力超出車(chē)身承受的范圍時(shí)，往往會(huì)使汽車(chē)駕駛艙的圍板發(fā)生變形，導(dǎo)致駕乘人員的安全駕乘空間被擠壓。據(jù)此根據(jù)所受碰撞力的大小可以分為兩種情況，具體分析如下。

第一種情況：當(dāng)碰撞力作用在汽車(chē)碰撞保護(hù)板上，保護(hù)板受力，會(huì)向后有一定的滑移量，這個(gè)碰撞力就會(huì)作用于阻尼彈簧，由于阻尼彈簧可以提供一定的阻力，當(dāng)阻尼彈簧無(wú)法全部阻擋時(shí)，阻尼彈簧上方的氣壓支撐桿就會(huì)被壓縮，上部的伸縮桿就會(huì)向下壓縮氣壓支撐桿內(nèi)部的氣體，開(kāi)始時(shí)壓縮進(jìn)程較大，隨著支撐桿不斷被壓縮，氣體的可壓縮性越來(lái)越低，當(dāng)這個(gè)碰撞力作用完畢后，氣體支撐桿就會(huì)有一個(gè)反方向的膨脹力，膨脹力推動(dòng)碰撞保護(hù)板向前有一定的滑移量，以保證駕乘人員的安全和逃離空間，防止駕乘人員受到二次傷害。

第二種情況：當(dāng)汽車(chē)受到的碰撞力的大小超出第一種情況時(shí)，阻尼彈簧和氣壓支撐桿的前期行程不足以阻擋這個(gè)力，就由氣壓支撐桿下端的推力發(fā)生器來(lái)作用，推力發(fā)生器內(nèi)部含有疊氮化鈉和硝酸鉀，當(dāng)這個(gè)碰撞力足夠大時(shí)，汽車(chē)的安全氣囊就會(huì)打開(kāi)，借助汽車(chē)安全氣囊電腦給安全氣囊的電信號(hào)立即觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器的工作過(guò)程與汽車(chē)安全氣囊內(nèi)的發(fā)生器的工作原理一致。氣體發(fā)生器接受點(diǎn)火信號(hào)后立即點(diǎn)火，推力發(fā)生器內(nèi)的疊氮化鈉和硝酸鉀迅速發(fā)生反應(yīng)，生成大量的氮?dú)?，此氣體會(huì)推動(dòng)氣壓支撐桿向外推動(dòng)保護(hù)板的移動(dòng)，抵消外來(lái)的汽車(chē)碰撞力，并且產(chǎn)生一個(gè)向外的推力，擴(kuò)大駕乘人員的駕駛和乘坐空間，防止駕乘人員受到二次傷害。

3.3 主要零件設(shè)計(jì)

3.3.1 阻尼彈簧的設(shè)計(jì)

假設(shè)汽車(chē)質(zhì)量是1500kg，以60km/h的速度行駛，發(fā)生碰撞，碰撞時(shí)間為5s，選用碳素彈簧鋼絲C級(jí)，外徑D=50mm，旋繞比選定為10，查表可得σB=1470MPa，則[τ]=0.8×0.5×σB=588MPa。

總計(jì)三根彈簧，碰撞力傳遞到駕駛室只剩百分之三十，則每根彈簧上的碰撞力為：

若是人員碰撞鋼板，假設(shè)人員質(zhì)量為60kg，碰撞時(shí)間為5s，速度為30km/h，彈簧壓縮量λ2為10mm，則

查表取G=80000MPa，則彈簧圈數(shù)為

取n=17。

3.3.2 活塞及活塞桿設(shè)計(jì)

單根活塞桿受力為

供氣壓力為ρ=0.6MPa，效率η=50℅則活塞直徑為

取D=160mm；

活塞桿直徑為

取d=40mm。

4 結(jié)論

文章對(duì)汽車(chē)駕乘人員腿部安全裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具體包括碰撞保護(hù)板、氣壓支撐桿、阻尼彈簧等部分，可以在發(fā)生碰撞時(shí)很好地對(duì)駕乘人員進(jìn)行保護(hù)。下一步需完善結(jié)構(gòu)，優(yōu)化參數(shù)。

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