关于汽车落水安全气囊装置的研究与开发

纪成　穆永晨　卢永辉　孟陆　李悦　龙显金　孙涌　聂玉东

摘 要：汽车车身气囊是装置在车身外部。当发生事故时，汽车落入水后，车身气囊会自动开启，使汽车在水中能够保持平衡并且减缓汽车的下沉速度，为车内人员提供更多的逃生时间。也能为救援人员和事后的抢险打捞的工作人员带来工作上的便利。

关键词：气囊;气囊材料;传感器

1 引言

随着时代进步，人们生活水平的提高，汽车的使用量也大大提高。人们在追求汽车外观、动力、减震、内饰的同时也慢慢地重视汽车安全性能。近几年来，汽车落入水中造成人员死亡的事件频繁发生。当驾驶人员因驾驶不慎使汽车落入水后，会出现各种复杂的情况都将威胁车内人员的生命安全。如车窗车门可能很难打开，驾驶人员不擅长游泳甚至没有机会去游泳，落入水后车内人员慌张着急做出错误行为等。均会给落难人员的安全带来严重的威胁。因此我们所研究的汽车落水安全气囊装置正是针对这种情况，为车内人员增加逃生机率。

2 设计思路

（1）传感器精度的实验：当汽车落水后，传感器能够准确检测压力值。（2）研究气囊材料实验：研究收缩性好材料适合的气囊材质。（3）检测气囊受到浮力大小的实验：气囊所承受的浮力能够承载汽车漂浮。

3 基本原理

（1）该装置的基本原理：在汽车落水后，通过车身周围安全气囊自动打开，使汽车获得额外的浮力，从而达到提供车内人员更多的逃生时间。（2）该装置的工作原理：汽车落入水后，通过压力传感器和液压传感器将信号传给控制器，当控制传感器判断有必要打开气囊组件时立即发出点火信号，打开所有气囊组件，使气囊迅速充满气体，这样会使汽车受到额外的浮力。当汽车受到的浮力和气囊受到的浮力大小于汽车本身的重力时，汽车会减缓落水速度。当所受到浮力等于汽车的重力时，汽车将停止下落并且向上浮出水面。从而使车内人员获得更多的逃生时间。（3）为防止遇到积水路面时，气囊安全组件自动打开，在车内设计个人可操纵的开关装置，能避免够避免意外发生。

4 坠落实验

本试验的目的是确定当完整的安全气囊模块从规定的高度和方向坠落后，安全气囊模块是否失效。

5 气囊浮力承载汽车实验

汽车落入水中当汽车落水后受力分析如，为气囊浮力，为汽车自身浮力、为汽车车重。

（1）当汽车刚刚落水时，汽车处于下沉状态。（2）当汽车落水，感应器件感应到落水时，气囊迅速打开，由0迅速增大。当气囊完全打开，汽车浮于水面上。（3）当汽车基本浮于水面时，汽车处于平衡状态。

6 安全气囊材料的选择

团队在具体研究装置时，考虑到安全气囊的材料要求要具有高强度，良好的伸长性能，高弹性回复性，高能量吸收性，耐热性耐老化和精确的空气透过性能等要求，所以气囊内层初步选定材料为有高强聚酰胺纤维的聚酰胺66长丝来制作缝制型无涂层织物气囊，外层初步选定具有抗拉强度高，弹性和延伸率的，粘结性，抗水性和耐气候性好，使用年限长等特点的，主要以氯丁橡胶，丁基橡胶，三元乙丙橡胶，聚氯乙烯，聚异丁烯和聚氨酯等为原材料的橡胶类防水材料制作防水涂层薄膜。这可以气囊在水中具有良好的防水性也有效的防止了气囊被异物扎破。气囊折叠放置时防止气囊粘连要撒入防滑粉末。并且我们在气囊的内部涂有MPN胶料能够防止气囊扎漏和爆炸并且能够自动修复。

7 继电器控制模块分析设计

继电器（Relay），它是一款电子控制元器件，常用于自动控制的电路中，实际上其作用就是用小的电流控制大电流。表现出自动开关的效果。因此在电路中可以起到主动调节、保护电路安全、转换等作用。团队在车内驾驶舱装有由个人可操控的开关装置（继电器），能避免汽车驾驶员在知道气囊可能被触发但不需要气囊开启的情况下被触发。继电器模块电路图如图1所示。

8 单片机型号的选择与应用

单片机是整个系统的主体，在系统设计中起着最为关键的作用，单片机的选择，就是在可以完成基本控制的情况下尽量降低成本。由于整个系统要驱动的部分有AD转换芯片、矩阵键盘、液晶屏、蜂鸣器，还有一些运算，针对以上几点考虑，最终选择STC89C52

作为电子秤的主控芯片。总体设计电路图如图2所示。

9 装置设计方案

该装置是由传感器，气囊组件，气囊安全系统，电子控制装置组成。我们在车身外部周围都装有安全气囊组件，在汽车的前保险杠上装有安全气囊组件，车身底盘左右两侧装有安全气囊组件，后保险杠也装有气囊触发装置。在气囊组件中，气体发生装置和安全气囊的连接处的安全阀内安装可活动挡片，在气体发生装置的气体進入安全气囊是挡片被挡开，结束放气后气囊内的气体推动关闭挡片防止安全气囊漏气并且我们在气囊的内部涂有MPN胶料能够防止气囊扎漏和爆炸并且能够自动修复。传感器采用水位传感器和水压力传感器共同协作完成气囊触发要求的数据采集，能大大减少安全气囊被误触，位于车前保险杠和后保险杠。在检测到压力达到设定数额气囊将会自动开启，使汽车获得额外的浮力。并在车内装有一键启动，通过手动开启，防止汽车发生碰撞使水压力传感器发生故障。

10 总结

该装置结构响应灵敏，应用广泛，适合各个层次的人群，有效解决汽车落水的问题。

指导教师：孙涌，聂玉东