冯如杯创意论文模板修订

1、第二十七届“冯如杯”学生创意大赛论文汽车外置安全气囊基于电磁活塞缓冲技术摘要汽车的安全设施主要是为保护车内人员的安全设计的，而许多交通事故发生在汽车与行人、汽车与非机动车之间，当汽车与行人或骑自行车的人发生碰撞时，后两者是没有任何安全保护的弱势一方，这种情况下受到的伤害更大，我突然想到，应当为车外的交通参与者提供一定的安全保护，这样他们万一被汽车碰撞，也能尽量减轻伤害。那么，什么样的装置能减轻交通事故中受到碰撞一方的伤害呢？我首先想到的是气囊，如果在汽车的前保险杠部位增设主动式安全气囊，当汽车在急刹车也无法避免碰撞时，在碰撞前的一瞬间能主动弹出气囊，在车头与被撞者之间形成一个气垫，这样碰撞时接

2、触人身体的就不是钢铁做成的坚硬的车头，而是柔软的气垫，利用气垫的缓冲作用，减轻对被撞者的冲力和对肇事汽车的反作用力，就能减轻对被撞者及肇事汽车的伤害。关键词：安全气囊，外置一、引言1.1 作品背景及创意来源交通事故一直是人们在日常生活中难以避免的一种危险。交通事故的严重后果从统计资料看，世界上每年大约因道路交通事故造成 50万人死亡，1000 万人受伤，造成的经济损失相当于国民经济生产总值的 1%2%。我国的情况更是不容乐观，每年死亡 914 万人左右，平均每天死亡 250 多人，相当于每天坠毁一架大型客机，损失之大，不言而喻。交通事故对生命与财产的吞噬，已经给肇事者自身、受害人家庭和社会带来

3、了巨大危害。所以在防范交通事故方面进行一些创新是十分有必要的。上应急救援课时看到的各种车祸现场视频给了我一些启发。1.2 国内外研究现状经查阅资料，国外已经有设计成熟的减震设备。有一些厂商考虑将发动机罩抬高以增加这个缓冲距离，这就是主动式的发动机罩行人保护系统（active pedestrian protection system)。目前 APPS 系统，有行人保护气囊（如 V40）和行人保护举升机构。有行人保护气囊和行人保护举升机构。但是由于二次伤害不易处理的原因，该机构目前只应用于车前盖上，用于减少二次撞击对行人头部的伤害。而暂时无法解决一次冲击带来的直接伤害。安全气囊目前已经是汽车最重要

4、的安全配置，能够在碰撞发生时保护车内乘员，减少损伤。不过，虽然车内人员安全得到了保障，但对于路上的行人和车辆本身来说，却仍是“硬碰硬”。对此，车辆安全专业人士想出了一个大胆的点子将气囊装在车辆外部，完全包裹车体。如此一来，既能够在碰撞发生时保护车辆本身，而且还可以为行人提供缓冲。研究者总结认为，外部安全气囊可以将侧向碰撞冲击力削减30%左右。一家日本科技公司Toyoda Gosei将会在东京车展公布一款名为Flesby的小型概念车。这款汽车的最大的亮点就是安全气囊在汽车外面，采用外置设计，当汽车发生剧烈碰撞时，安全气囊将会从车身之外弹出。除了外置安全气囊设计外，Toyoda还将会在本次车展上公

5、布多项安全性技术，比如说Signal Cockpit link技术。通过SCL技术，驾驶员可以利用LED灯在车内构建车外环境全景图像，方便及时掌握车外环境。同时，该技术还可以感知驾驶员的情绪状态和体态姿势，并通过改变车内环境使得驾驶员达到最佳状态，比说调节车内的灯效、音乐等等。据悉，这款采用安全气囊外置设计的Flesby概念车会在本月29日在东京车展正式亮相，不过得等到2030年才能在市场上进行推广。沃尔沃V40以率先采用外置安全气囊，该气囊位于车辆前发动机舱内，主要用于行人保护，会在车辆传感器检测到可能与行人发生碰撞时自动弹出。目前，ZF和TRW正在探索其他可能。1.2.1 挡风玻璃外置安全

6、气囊1.3 系统主要组成及功能概述1.3.1 信息接收器国外目前针对此的难点便是因为触发需要靠行人身体撞击保险杠，在行人受到冲击时弹出的气囊会对行人造成二次伤害。所以信息接收器必须做到在行人撞到车上前就能接收到“撞击”信号。1.3.2 减震气囊汽车保险杠的内部填充有塑料泡沫，其目的之一就是在撞击时减少对行人的伤害，但它还不够软。所以安全气囊将安装在保险杠的位置，并隐藏在车头内部。1.3.3 电磁缓冲装置考虑到减震装置足够的缓冲性能和可控性的需求。采用电磁减震装置1.4.4 超声波预警装置为能在车祸发生前激活装置，采用超声波预警装置。信号经过预置计算机处理，分析出汽车与人相撞的概率。当概率大于一

7、定数值时启动装置。 二、技术支持2.1 超声波预警装置2.1.1超声波预警原理车头部分安装超声波发射和接收装置，获得超声波发射和返回时的频率数据。通过多普勒效应，在预置计算机中通过计算得出汽车与人相撞的概率，大于平均值便触发。传感器电路分为距离传感器、速度传感器、加速度传感器三部分，分别用来采集汽车与被撞者的距离、汽车行驶速度和汽车刹车产生的加速度，我采用的距离传感器是超声波传感器，设定的距离是80厘米。控制器电路需要设计一个程序，让单片机根据以上信息和安全气囊弹出用时（一般是30毫秒）进行综合分析计算，一旦计算结果是“无法避免碰撞”，就立即减速并启动安全气囊，并保证在碰撞前弹出气囊，使汽车与

8、被撞者相碰的是完全弹出的柔软气囊。2.2 气动电磁减震装置2.2.1 气动电磁减震装置结构组成减震气囊，活塞体，减速线圈，电磁铁，气阀2.2.1 电磁减震装置结构示意 2.2.2 气动电磁减震装置工作原理首先，当预置计算机判断相撞后，将信号发送给气动装置打开气阀，释放出高压气体将活塞推出，使安全气囊突出车头，营造减震空间。当活塞完全打开后，打开排气通道，启动电磁铁，并给减速线圈通电。利用电磁力给受撞击的活塞减速。F=2nBlv。F 的大小通过计算获得。人体撞击气囊首先通过动量定理 m1v1=(m1+m2)v1+Ft。t由平时实验得出。然后便是恒力减速段，人体最大承受的平均加速度在 5g 到 9

9、g 之间，通过统计，得出平均加速度 a 和平均体重 m，计算出 F=ma，用于设计减速线圈圈数 n，宽度 l 和电磁场强度 B。应用电磁减震的原因如下：1. 电动装置反应快，与计算机相容性更好。2. 电磁力为恒力，并且控制起来更精准。可以达到最大程度分散冲击力的效果。三、预计技术难点3.1 结构重量结构重量相比于纯气体减震装置过重，主要在于后端的气动装置和电磁铁减速装置。这样会增大耗油量，不受欢迎，并可能会导致装置启动速度降低。增大误差。3.2 成本电磁铁减速需要的设备成本较高，长期使用需要消耗较高的费用。3.3 空间结构较复杂，需要一定的空间来安置装置，保证装置能正常运行四、创意应用前景初代

10、的安全气囊设想仅仅是利用气体吸收冲击力保护车内人员，然而对车外人员无任何保护作用，并且车内安全气囊同样可能会造成窒息等危险。之后的安全气囊为了防止弹出气囊危害乘客变为膨胀略慢的低膨胀气囊，今后安全气囊也将集成各种传感器来更精准的保护乘员安全。而如果将气囊外置，既可以保护双方，起到内置气囊的保护作用，还可以消除内置气囊的弊端。目前沃尔沃已经设计了车两侧和车前窗的外置安全气囊，并且经过测试起到了很好的效果。不设计车头外置安全气囊的主要原因是怕造成二次伤害。而该装置的超声波预警装置为解决这一问题提供了一个很好的想法。并且电磁减速装置经过优化同样可以发挥其精髓：恒力减速。气阀弹出的启动方式同样可以得到改进。五、结束语随着社会的不断发展，人们对于出行安全的需求与来越高。现代交通的发达虽然给人们带来了无尽的便利，但同时也增加了许多安全隐患。有人曾称交通事故为“现代社会的交通战争”，交通事故像一个隐形的杀手，潜伏在马路上等待着违章违规的人出现。交通安全状