錢 海 傅院霞

(蚌埠學(xué)院理學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

隨著近些年汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車進(jìn)入了越來越多的中國家庭，其安全性更是備受社會關(guān)注。在眾多的交通事故中，汽車落水事故致死率相對其它交通事故而言比較大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年會發(fā)生300余起關(guān)于汽車落水的事故，然而車內(nèi)被困人員獲救率卻不到10%[1-2]。因此，該項(xiàng)設(shè)計(jì)從被困人員的角度出發(fā)，汽車防沉氣囊利用撞擊水面的壓力，使裝置觸發(fā)，將汽車浮于水面，達(dá)到保護(hù)被困人員的作用。

1 汽車防沉氣囊的工作原理

汽車防沉氣囊采用了壓力傳感技術(shù)、氣囊快速充氣技術(shù)、控制和發(fā)生裝置等裝置。其基本原理是在汽車落水的一瞬間，壓力感應(yīng)裝置探測到汽車撞擊水平面時產(chǎn)生的巨大的撞擊力，通過電子控制單元處理傳感信號，并對是否需要點(diǎn)爆氣囊做出判斷，當(dāng)汽車防沉氣囊中的氣體發(fā)生裝置接收到由電子控制單元輸入的點(diǎn)爆信號時，電子控制單元就會立即點(diǎn)爆氣囊，瞬間產(chǎn)生大量氣體，通過氣體發(fā)生裝置產(chǎn)生的氣體的浮力，以及氣囊膨脹所排開的周圍水的體積使汽車從水中浮起，從而增加人們獲救的時間和可能性[2]。

2 汽車防沉氣囊組成結(jié)構(gòu)

2.1 壓力傳感器

壓力傳感器是指能夠?qū)⑵嚨乃軌毫?shí)時地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)電流信號的儀器。壓力傳感器以一個可以產(chǎn)生變形的精密元件為基準(zhǔn)，設(shè)置一定程度的彈性形變量為觸發(fā)點(diǎn)。當(dāng)壓力產(chǎn)生的彈性形變和電壓量達(dá)到觸發(fā)點(diǎn)的啟動位置時，壓力感應(yīng)器就會判斷該車掉入水中并迅速給電子控制系統(tǒng)發(fā)出一個電信號，使電控裝置迅速開啟并激發(fā)汽車防沉氣囊點(diǎn)爆裝置讓氣體發(fā)生器開始工作，并向氣囊內(nèi)充氣。當(dāng)汽車防沉氣囊工作時，壓力感應(yīng)信號需要由電壓信號轉(zhuǎn)換為可用的電流信號。電壓信號主要是由壓阻式壓力傳感器轉(zhuǎn)換而來，產(chǎn)生的電壓信號比較微弱；電流信號則為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，它是由電壓信號經(jīng)差分放大器處理后，再由變送芯片轉(zhuǎn)換而來的。電流信號通過線路來進(jìn)行遠(yuǎn)距離的信號傳輸，緊接著傳送到主機(jī)端，然后再由主機(jī)端通過內(nèi)部電阻來將電流信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為電壓信號[3]。由此得到的電壓信號還需要被轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，這個是由A/D轉(zhuǎn)換器來完成的。數(shù)字信號再經(jīng)由單片機(jī)程序的處理及相關(guān)變換后便可以得到實(shí)際的壓力信號。

2.2 汽車防沉氣囊的電子控制器和氣體觸發(fā)器

電子控制器將通過運(yùn)用單片機(jī)來進(jìn)行相關(guān)程序的書寫。首先需要選取一個51單片機(jī)，將相關(guān)的觸發(fā)程序和一些子程序來寫入單片機(jī)的ROM之中。將把壓力傳感器的信號傳出接口接到單片機(jī)的輸入端口。當(dāng)壓力傳感器中由于壓力過大產(chǎn)生電壓和電流進(jìn)入到單片機(jī)中時，會引起單片機(jī)內(nèi)本身的狀態(tài)發(fā)生改變。單片機(jī)會從它的記憶存儲“容器”ROM中找到要執(zhí)行的命令，接收到命令后分析是否需要進(jìn)行程序的運(yùn)行，最后按照相應(yīng)程序的內(nèi)容來進(jìn)行相應(yīng)的執(zhí)行。

氣體的發(fā)生裝置與單片機(jī)輸出端相連，氣體的發(fā)生器主要包括了電子感應(yīng)器、化學(xué)反應(yīng)原料以及細(xì)小的點(diǎn)火裝置。當(dāng)電子感應(yīng)器被開關(guān)打開后，控制線路立即處于產(chǎn)生氣體的工作狀態(tài)，此時對于汽車落水是否而產(chǎn)生的足夠大的壓力信號進(jìn)行判定[4]。若探測回路對信號的判定達(dá)到了汽車防沉氣囊的開啟條件，則點(diǎn)火裝置會快速地啟動，點(diǎn)爆器在接收到氣體發(fā)生裝置電源所發(fā)出的電流信號后會進(jìn)行瞬時加熱，將氮化鈉等化學(xué)劑快速點(diǎn)燃?？焖俚幕瘜W(xué)反應(yīng)會瞬間產(chǎn)生大量的穩(wěn)定氣體，這種混合氣體的主要成分是氮?dú)夂鸵恍┢渌容^穩(wěn)定的氣體組成，氣體對汽車防沉氣囊進(jìn)行充氣，直至充滿[5]。同時氣體在擴(kuò)張時具有強(qiáng)大的擠壓力，汽車防沉氣囊在充氣膨脹的同時可以擠開周圍大量的液體，最終展開至內(nèi)外壓力相對來說比較穩(wěn)定的狀態(tài)可以膨脹到的最大體積狀態(tài)。

2.3 汽車氣囊

首先，不是所有的材料都適用于充當(dāng)汽車的防沉氣囊，對汽車防沉氣囊有以下要求：(1)選擇的材料需要具有完全的密封性，可以保證在充氣的同時不會釋放氣囊中所產(chǎn)生的氣體。(2)需要用比較好的防水材料，防止氣囊由于吸水而產(chǎn)生多余的重量和由于吸水而導(dǎo)致氣囊充氣體積變小，從而無法使汽車成功地浮于水面。(3)這個氣囊需要一定程度的彈性空間和柔軟性，可以保證在充氣過程中容納更多的氣體，可以讓車浮在水面上的時間加長。柔軟性是防止氣體過多導(dǎo)致氣囊爆炸從而造成更多的損傷。

2.4 電源

汽車防沉氣囊和普通的安全氣囊一樣，同時擁有蓄電池和發(fā)動機(jī)的一套電源，和一個備用手動遙控器可以直接引發(fā)氣體發(fā)生器的一個直接控制電源。當(dāng)汽車掉入水中時，可能會由于進(jìn)水而導(dǎo)致的電源失靈狀況，應(yīng)該將電源包裹上相應(yīng)的防水材料和散熱材料，為汽車防沉氣囊的打開提供更多的時間，提高汽車防沉氣囊的安全性。

3 汽車防沉氣囊觸發(fā)流程

汽車防沉氣囊觸發(fā)流程如圖1所示。

圖1 汽車防沉氣囊觸發(fā)流程圖

4 汽車防沉氣囊的安裝與測試

汽車防沉氣囊所安裝的不同位置和不同的數(shù)量會導(dǎo)致不同的結(jié)果。我們給出了以下的2種情況來適用于不同的情況和車輛。

第1種：將6個汽車防沉氣囊置于不同的位置，來達(dá)成車輛穩(wěn)定地浮于水面之上。這里，我們需要使用2個較大的氣囊分別置于汽車的頭部與尾部下面，另外4個分別置于靠近車輪的位置，6個氣囊將會同時充氣，將汽車平穩(wěn)地停在水面上。

第2種：將一個巨大的汽車防沉氣囊置于汽車的尾部，在汽車防沉氣囊迅速膨脹時，將汽車頭部插入水中，浮起車尾，車內(nèi)人員就可以利用后備箱來逃生。大部分車型都會設(shè)有后備箱逃生通道，由于后備箱逃生通道的開關(guān)是機(jī)械裝置的，不需要通電。因此，我們就不用擔(dān)心由于車子進(jìn)水了，后備箱的逃生通道由于電路進(jìn)水發(fā)生問題而無法正常使用。這時我們可以通過后備箱的通道進(jìn)入到車輛的外面，人們可以大聲呼救，或者可以通過一些其它方式來拯救自己。

汽車防沉氣囊需要大量的不同車型的實(shí)驗(yàn)，首先，需要用載人量較大的公交車來進(jìn)行測驗(yàn)，在公交車的實(shí)驗(yàn)中我們使用第一種方法，但是需要增加安全氣囊的數(shù)量。由于公交車上空間和本身體積較大，可以打開燈來引起注意。

對于小轎車以及其它的家用型小型車輛，我們既可以使用第1種，對于可以在車內(nèi)手動打開后備箱的車輛，我們可以使用第2種方法。

5 結(jié)語

本文認(rèn)為汽車防沉氣囊在將來的車輛上會成為和汽車安全氣囊一樣實(shí)用、一樣普及安裝的產(chǎn)品。在目前的社會中，人們已經(jīng)脫離了貧困階段，他們對于生活的需求和安全性會提出更高的要求，以此來保護(hù)他們正常的出行。本文相信，在將來的汽車落水事故中，如果車輛安裝了汽車防沉氣囊，將會為救援人員提供更多的救援時間。同時，落水的人們可以通過自己的能力來保護(hù)或救援自己。

要牢記爭分奪秒的理念，這是實(shí)施下一步實(shí)際行動前所必要的心理素質(zhì)，在生命面前一定不能猶豫。因?yàn)椴还苁?t重的大SUV還是重不過1t的小型車，根據(jù)密封情況不同，車輛下沉速度雖然不一樣，但是入水的時間差距不會很大，都是幾十秒到幾分鐘的事。所以當(dāng)汽車開始下沉?xí)r一定要動作迅速，不能因?yàn)榘惭b了汽車防沉氣囊而心存僥幸，要利用爭取來的時間，為自己多提供一份保障。