碰撞過程中駕駛員座椅后移設(shè)計(jì)

孟　妮

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 咸陽 712000）

碰撞過程中駕駛員座椅后移設(shè)計(jì)

孟妮

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 咸陽 712000）

為了能提高駕駛員行車過程中的安全性，本文設(shè)計(jì)一種碰撞過程中駕駛員座椅后移的裝置。裝置中采用了加速度傳感器、重量傳感器、ECU、點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器、活塞罐等部件。通過加速度傳感器向ECU傳遞減速度值信號(hào)，重量傳感器向ECU傳遞后排座椅上的重量值信號(hào)，由ECU判斷是否需要開啟駕駛員座椅后移裝置。在座椅需要后移的情況下，ECU向點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，炸藥爆炸，氣體膨脹，最終推動(dòng)汽車座椅后移。

碰撞事故；汽車座椅；座椅后移

0　引言

近年來，隨著社會(huì)日益發(fā)展，汽車保有量在不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國(guó)汽車的保有量達(dá)到1.72億輛，預(yù)計(jì)2016年我國(guó)汽車保有量將突破1.9億輛。隨之而來，汽車正面的碰撞事故也在不斷發(fā)生。

目前，汽車安全裝置中保護(hù)駕駛員最有效的方法主要是安全氣囊和安全帶結(jié)合的使用。雖然這兩種方法在碰撞時(shí)都能在一定程度上保護(hù)駕駛員。但是碰撞時(shí)由于慣性駕駛員的身體向前運(yùn)動(dòng)，而車體的變形運(yùn)動(dòng)方向向后。二者運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)，導(dǎo)致身體和儀表臺(tái)之間的距離縮短，在駕駛室變形較大的情況下，會(huì)對(duì)駕駛員造成一定的傷害，尤其是駕駛員移動(dòng)過多還可能使腿部碰撞儀表板，腳部也可能會(huì)卡在踏板中間，對(duì)身體傷害加大。并且身體被擠壓，駕駛室空間變小，在營(yíng)救時(shí)會(huì)使駕駛員很難及時(shí)被救出，延長(zhǎng)救援時(shí)間[1]。

因此，如果在碰撞時(shí)，氣囊和安全帶起作用同時(shí)，駕駛員座椅后移，就可以加大駕駛員身體與儀表臺(tái)之間的距離，減小身體與儀表臺(tái)的沖擊力，減小身體傷害，并增大施救空間，更有利于及時(shí)地將受傷駕駛員搶救出來。

山東華宇工學(xué)院的張文、許明發(fā)明了一種碰撞時(shí)座椅后移裝置，其中包括兩個(gè)設(shè)置有碰撞壓縮桿并充入高壓氣體的氣囊，以及兩個(gè)氣缸體，每個(gè)氣囊分別通過通過一根高壓管和一個(gè)氣缸體相連，氣囊安裝在車體的前方，氣缸體安裝在座椅的調(diào)節(jié)齒條前端，氣缸體的活塞桿與調(diào)節(jié)齒條相連接。碰撞時(shí)壓縮桿擠壓氣囊，使氣囊內(nèi)的高壓氣體推動(dòng)活塞桿，通過調(diào)節(jié)齒條帶動(dòng)座椅后移，從而實(shí)現(xiàn)碰撞時(shí)座椅自動(dòng)后移[2]。

為了能降低碰撞過程中對(duì)駕駛員造成的危害，總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)一種碰撞過程中駕駛員座椅自動(dòng)后移的裝置。

1　設(shè)計(jì)目的及原理

1.1 設(shè)計(jì)目的

為了使碰撞過程中除了安全氣囊和安全帶之外，提供一種有效的被動(dòng)安全裝置。該裝置設(shè)計(jì)的主要目的在于提供一種碰撞過程中駕駛員座椅自動(dòng)后移的裝置，用于汽車在發(fā)生正面碰撞時(shí)起到作用，使駕駛員座椅自動(dòng)后移，使駕駛員的身體遠(yuǎn)離儀表臺(tái)、腳踏板等部件，從而減小駕駛員的身體受傷害的程度。

以碰撞時(shí)車輛的減速度大小以及駕駛員后排座椅是否坐有乘員為依據(jù)，通過ECU接收和分析數(shù)據(jù)并發(fā)出指令，使駕駛員座椅自動(dòng)后移一段距離。從而使駕駛員的身體遠(yuǎn)離儀表臺(tái)，使駕駛員的腿部、腳步遠(yuǎn)離踏板，減少碰撞時(shí)駕駛員受到的傷害。

1.2 設(shè)計(jì)原理

設(shè)計(jì)的基本原理是通過使用加速度傳感器和重量傳感器分別測(cè)量車輛的減速度和駕駛員后排座椅是否坐有乘員[3]。只有當(dāng)碰撞時(shí)車輛的瞬時(shí)減速度達(dá)到一定值，比如減速度達(dá)到-40g，行駛速度達(dá)到50公里/小時(shí)以上，車輛發(fā)生正面碰撞，碰撞物體為剛性，重量傳感器檢測(cè)到的駕駛員后排座椅重量大于一定值，比如15公斤的情況下，只有當(dāng)碰撞過程中兩個(gè)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)滿足以上兩個(gè)條件時(shí)，駕駛員座椅才會(huì)自動(dòng)后移[4][5][6]。

2　組成結(jié)構(gòu)

如圖1所示，為座椅自動(dòng)后移裝置的組成結(jié)構(gòu)圖，其中（a）為裝置的安裝位置圖，（b）圖為裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖1　組成結(jié)構(gòu)圖

該裝置主要包括安裝在座椅下方的座椅后移裝置、安裝在后排座椅內(nèi)的重量傳感器、安裝在儀表臺(tái)內(nèi)的報(bào)警燈、安裝在儀表臺(tái)內(nèi)的ECU、該裝置的加速度傳感器為安全氣囊的加速度傳感器、蜂鳴器為車載多媒體的音箱。

汽車座椅后移裝置安裝在駕駛員座椅正下方，主要包括滑桿、滑槽、帶兩個(gè)圓柱孔的長(zhǎng)桿、裝有炸藥的活塞罐、推桿。安裝在座位下方的滑桿和安裝在地板上的滑槽相配合，在裝置作用時(shí)滑桿能在滑槽上迅速移動(dòng)。帶圓柱孔的長(zhǎng)桿和滑桿頭相配合，二者之間為過盈配合，在裝置未作用時(shí)，滑桿頭安裝在長(zhǎng)桿的圓柱孔內(nèi)，當(dāng)裝置發(fā)生作用時(shí)，隨著滑桿的移動(dòng)，滑桿頭迅速離開圓柱孔，使座椅后移，滑桿頭的尺寸略小于滑桿的桿身。

氣體發(fā)生器包括有點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器、活塞罐、炸藥。點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器安裝在活塞罐的尾部，炸藥安放在活塞罐內(nèi)，裝置起作用時(shí)點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器接收到ECU的命令點(diǎn)火，隨著炸藥的爆炸產(chǎn)生大量氣體，推動(dòng)連接在活塞罐上的推桿移動(dòng)，在推桿的作用下，滑桿在滑槽上迅速移動(dòng)。

3　工作過程

如圖2所示，為該裝置的工作過程圖，在碰撞過程中裝置具體的工作過程如下所述：

（1）通過加速度傳感器檢測(cè)汽車行駛的減速度大小，并且將信號(hào)傳遞給ECU，如果ECU判斷車輛的減速度過小，則不可以開啟座椅自動(dòng)后移裝置。

圖2　工作過程圖

（2）在判斷車輛減速度的同時(shí)，重量傳感器檢測(cè)駕駛員后排的乘員座椅上的承重大小，并且將信號(hào)傳遞給ECU，由ECU判斷后排座椅是否坐著乘員，如果后排座椅上坐著乘員，則不能開啟座椅自動(dòng)后移裝置。

（3）在ECU接收到上述兩個(gè)信號(hào)判斷出車輛的減速度達(dá)到一定值，并且后排座椅沒有坐成員的情況下，ECU向點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)，觸發(fā)點(diǎn)火，活塞罐內(nèi)炸藥爆炸，產(chǎn)生大量氣體，促使推桿移動(dòng)，在推桿的作用下滑桿頭與帶圓柱孔的長(zhǎng)桿脫離開來，滑桿在滑槽上迅速移動(dòng)，駕駛員座椅自動(dòng)后移。

4　結(jié)論

該裝置涉及到汽車碰撞過程中駕駛員的安全性保護(hù)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用火藥產(chǎn)生動(dòng)力，生產(chǎn)成本較低，安裝方便，可以較大范圍的使用，能夠在一定程度上能夠提高駕駛員的安全性。尤其針對(duì)面包車，平頭卡車等車頭前部較短，碰撞時(shí)車頭的緩沖吸能作用較差，駕駛室容易變形的車輛，采用該裝置在碰撞過程中能夠使駕駛員的身體遠(yuǎn)離儀表臺(tái)和踏板，能在很大程度上提高駕駛員的腿部、腳部的安全性。

以上的設(shè)計(jì)方案僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的，而不是限制性的。另外，碰撞過程中該駕駛員座椅后移裝置僅是初步的研究設(shè)計(jì)，還有許多尚未考慮到的因素，需進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)研究。

[1]韓明明.汽車的被動(dòng)安全與碰撞試驗(yàn)[J].上海:汽車與配件,2000(04):22-23.

[2]張文,許明.汽車座椅自動(dòng)后移裝置:中國(guó), 105438024[P].2016,03(30.

[3]王化祥,張淑英.傳感器原理及應(yīng)用[M].天津:天津大學(xué)出版社,2007.

[4]楊玉祥.自動(dòng)后退汽車座椅防撞裝置[J].中國(guó):20198850[P]. 2011,10(05).

[5]郭登剛,李麗,張樂.基于被動(dòng)安全的汽車安全座椅[J]. 北京：科技風(fēng),2015(13):55.

[6]韓玉科.具有防撞擊功能的汽車座椅：中國(guó),204845617[P].2015-06-18.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.210

孟妮（1982-），女，陜西西安人，碩士，講師，研究方向:汽車技術(shù)。