關于汽車落水安全氣囊裝置的研究與開發

紀成　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。當發生事故時，汽車落入水后，車身氣囊會自動開啟，使汽車在水中能夠保持平衡并且減緩汽車的下沉速度，為車內人員提供更多的逃生時間。也能為救援人員和事后的搶險打撈的工作人員帶來工作上的便利。

關鍵詞：氣囊;氣囊材料;傳感器

1 引言

隨著時代進步，人們生活水平的提高，汽車的使用量也大大提高。人們在追求汽車外觀、動力、減震、內飾的同時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生。當駕駛人員因駕駛不慎使汽車落入水后，會出現各種復雜的情況都將威脅車內人員的生命安全。如車窗車門可能很難打開，駕駛人員不擅長游泳甚至沒有機會去游泳，落入水后車內人員慌張著急做出錯誤行為等。均會給落難人員的安全帶來嚴重的威脅。因此我們所研究的汽車落水安全氣囊裝置正是針對這種情況，為車內人員增加逃生機率。

2 設計思路

（1）傳感器精度的實驗：當汽車落水后，傳感器能夠準確檢測壓力值。（2）研究氣囊材料實驗：研究收縮性好材料適合的氣囊材質。（3）檢測氣囊受到浮力大小的實驗：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打開，使汽車獲得額外的浮力，從而達到提供車內人員更多的逃生時間。（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傳給控制器，當控制傳感器判斷有必要打開氣囊組件時立即發出點火信號，打開所有氣囊組件，使氣囊迅速充滿氣體，這樣會使汽車受到額外的浮力。當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，汽車會減緩落水速度。當所受到浮力等于汽車的重力時，汽車將停止下落并且向上浮出水面。從而使車內人員獲得更多的逃生時間。（3）為防止遇到積水路面時，氣囊安全組件自動打開，在車內設計個人可操縱的開關裝置，能避免夠避免意外發生。

4 墜落實驗

本試驗的目的是確定當完整的安全氣囊模塊從規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驗

汽車落入水中當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）當汽車剛剛落水時，汽車處于下沉狀態。（2）當汽車落水，感應器件感應到落水時，氣囊迅速打開，由0迅速增大。當氣囊完全打開，汽車浮于水面上。（3）當汽車基本浮于水面時，汽車處于平衡狀態。

6 安全氣囊材料的選擇

團隊在具體研究裝置時，考慮到安全氣囊的材料要求要具有高強度，良好的伸長性能，高彈性回復性，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，所以氣囊內層初步選定材料為有高強聚酰胺纖維的聚酰胺66長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度高，彈性和延伸率的，粘結性，抗水性和耐氣候性好，使用年限長等特點的，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。氣囊折疊放置時防止氣囊粘連要撒入防滑粉末。并且我們在氣囊的內部涂有MPN膠料能夠防止氣囊扎漏和爆炸并且能夠自動修復。

7 繼電器控制模塊分析設計

繼電器（Relay），它是一款電子控制元器件，常用于自動控制的電路中，實際上其作用就是用小的電流控制大電流。表現出自動開關的效果。因此在電路中可以起到主動調節、保護電路安全、轉換等作用。團隊在車內駕駛艙裝有由個人可操控的開關裝置（繼電器），能避免汽車駕駛員在知道氣囊可能被觸發但不需要氣囊開啟的情況下被觸發。繼電器模塊電路圖如圖1所示。

8 單片機型號的選擇與應用

單片機是整個系統的主體，在系統設計中起著最為關鍵的作用，單片機的選擇，就是在可以完成基本控制的情況下盡量降低成本。由于整個系統要驅動的部分有AD轉換芯片、矩陣鍵盤、液晶屏、蜂鳴器，還有一些運算，針對以上幾點考慮，最終選擇STC89C52

作為電子秤的主控芯片。總體設計電路圖如圖2所示。

9 裝置設計方案

該裝置是由傳感器，氣囊組件，氣囊安全系統，電子控制裝置組成。我們在車身外部周圍都裝有安全氣囊組件，在汽車的前保險杠上裝有安全氣囊組件，車身底盤左右兩側裝有安全氣囊組件，后保險杠也裝有氣囊觸發裝置。在氣囊組件中，氣體發生裝置和安全氣囊的連接處的安全閥內安裝可活動擋片，在氣體發生裝置的氣體進入安全氣囊是擋片被擋開，結束放氣后氣囊內的氣體推動關閉擋片防止安全氣囊漏氣并且我們在氣囊的內部涂有MPN膠料能夠防止氣囊扎漏和爆炸并且能夠自動修復。傳感器采用水位傳感器和水壓力傳感器共同協作完成氣囊觸發要求的數據采集，能大大減少安全氣囊被誤觸，位于車前保險杠和后保險杠。在檢測到壓力達到設定數額氣囊將會自動開啟，使汽車獲得額外的浮力。并在車內裝有一鍵啟動，通過手動開啟，防止汽車發生碰撞使水壓力傳感器發生故障。

10 總結

該裝置結構響應靈敏，應用廣泛，適合各個層次的人群，有效解決汽車落水的問題。

指導教師：孫涌，聶玉東