汽車駕駛員電磁緩沖防撞裝置設計

胡瑞明

（河南理工大學電氣工程與自動化學院 鶴壁汽車工程職業學院汽車工程系，河南 鶴壁 458030）

汽車安全是汽車性能的重要指標，各國都在提高汽車的安全性能。汽車安全有主動安全和被動安全之分，各個國家對主動安全的研究都在不斷提升，大大提高了汽車安全性，降低了安全事故。同時，對汽車被動安全的研究也是社會的研究熱點，如何降低車內人身的再次傷害成了社會的主要焦點。對于駕駛員的安全不容忽視，當車輛發生嚴重碰撞時，如何更好地保護駕駛員的安全尤為重要。目前，對于駕駛員的安全主要是安全氣囊，這對駕駛員大大提高了安全性，但同時安全氣囊的瞬間爆發性對駕駛員的傷害也不容忽視。本文主要是為了解決這個問題而進行設計，利用電磁力的緩沖，更好地保護駕駛員，避免再次傷害。

1 設計部分

1.1 總體結構

汽車駕駛員電磁緩沖防撞系統設計（圖1）包括碰撞傳感器、處理器、車載電源、安全帶超導線圈、轉向盤超導線圈，利用電流流過電磁線圈產生電磁力，同極性電磁力互相排斥的原理，達到緩沖并防止駕駛員身體上部碰撞轉向盤。

本設計處理器采用ECU電子控制單元，碰撞傳感器采用碰撞烈度傳感器，車載電源采用汽車蓄電池，安全帶超導線圈、轉向盤超導線圈均采用超導磁體線圈。

圖1 電磁緩沖防撞系統的硬件結構圖

1.2 結構說明

處理器采用ECU電子控制單元。ECU由微處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口、模數轉換器以及整形、驅動等大規模集成電路組成。發動機在運行時，處理器采集傳感器傳過來的信息進行分析、計算、處理，然后進行輸出，控制外面的執行機構。圖2為處理器的連接原理圖。

圖2 處理器的連接原理圖

碰撞傳感器采用碰撞烈度傳感器。碰撞傳感器用于檢測汽車受碰撞程度，該傳感器按安裝位置分為：左前碰撞傳感器、右前碰撞傳感器和中央碰撞傳感器。

碰撞傳感器的輸出端連接著處理器的輸入端，碰撞傳感器用于檢測車輛是否發生碰撞，檢測到碰撞信號通過P1.7口傳送到處理器。碰撞傳感器原理圖如圖3所示。

車載電源的輸出端連接著處理器的輸入端，車載電源通過車載蓄電池為處理器進行供電，車載電源通過VCC進行供電。圖4為車載電源原理圖。

圖3 碰撞傳感器原理圖

圖4 車載電源原理圖

處理器的輸出端連接著安全帶超導線圈的輸入端，處理器通過A1、A2口輸出信號到超導線圈（圖5），超導線圈中有電流流過，產生電磁力。

安全帶超導線圈、轉向盤超導線圈均采用超導磁體線圈。電磁力是一種非接觸力，其大小主要與電流、距離等因素有關，電磁力變化是非線性變化。距離越小，電磁力越大，成指數上升。當車輛出現強烈碰撞時，線圈內會流過強大的電流，人體向前傾，會產生強大的電磁力，該力會緩沖人體和轉向盤的接觸，很大限度地防止人體直接接觸轉向盤而造成二次傷害。

圖5 超導線圈接線原理圖

2 工作原理

汽車駕駛員電磁緩沖防撞系統的工作原理為：通過在轉向盤內放置超導線圈，安全帶需要特殊設計，使正對轉向盤的安全帶部分內置超導線圈，當車輛車頭猛烈撞擊時，碰撞傳感器發出信號，信號傳遞到ECU中進行處理，使轉向盤和安全帶內的超導線圈通電，產生同極性磁場，互相排斥，使人身前傾緩沖，兩者越接近，排斥力越大，致使人體不碰撞到轉向盤，保護人身安全。

3 小結

本文利用電磁力的特性，結合汽車電子電路的設計，達到降低駕駛員的再次傷害，也避免了安全氣囊瞬間爆發性所帶來的二次傷害，提高了汽車的整體安全性。

［1］ 胡瑞明.汽車駕駛員電磁緩沖防撞系統裝置的研究［J］.黑龍江科技信息，2015（24）：5.

［2］ 吳建立，劉琴，王陽，等.電磁力在汽車主動安全技術中的探究［J］.硅谷，2014（16）：117-118.

［3］ 何正威，李莽，王陽，等.汽車電磁防撞系統探究［J］.創新科技，2014（16）：90-91.