Yang Guang

毕业设计(论文)节选一:汽车安全气囊的原理与案例分析

安全气囊的潜在危险性与案例分析

(一)、部分存在问题的高田气囊

1、问题背景

截止到2016年1月,因高田气囊发生的问题隐患死亡人数已上涨至16人;2017年9月,多家汽车厂商发布通知对部分产品进行召回,其主要原因是高田公司为整车配备的安全气囊存在安全隐患。

2、具体原因与分析:

正常情况下,安全气囊折叠在车辆内饰中。出现意外时,通过传感器触发ECU,引爆气体发生装置使气囊迅速膨胀。由于汽车发生碰撞的时间非常短,而要保证在这么短的时间内将气囊充满气,气囊发生装置会使用一种硝酸胍的化学物质。

而出现问题的高田气囊,使用的是另外一种成本较低但存在隐患的硝酸铵。硝酸铵在潮湿的环境下会发生挥发,使得剩下的引爆剂变的不稳定和威力更大,当事故发生时,引爆剂的威力太大,使得气囊增压泵的钢结构被崩碎并射出,造成对驾乘人员的二次伤害。

(二)、结合安全气囊的点爆过程进行分析

1、安全气囊的点爆过程。如图所示。

一个典型的正面碰撞的时间大约为120毫秒。0—15毫秒进行碰撞检测感应与分析;15—40(30)毫秒气囊展开;即大约在60毫秒气囊完全充满展开到位。

2、可能潜在的危险性

(1)由于对时间的要求很高,尤其是气囊充气的时间。所以,气囊的点爆过程相当于化学爆炸。气囊的展开速度高于300km/h并伴有相当高的冲击力,若此时人体也有相对一定的运动速度,这之间就会造成一定的危险性。

(2)安全气囊与乘员的接触位置并不固定。人有高低胖瘦,同样由于驾驶习惯的不同,距离安全气囊的位置可能会较近或较远,偏左或偏右。但安全气囊的引爆位置是固定的(厂家根据实验室的混三假人设计的位置和参数,所以该参数的区间范围是很小的),并不会随着主观条件的改变而改变点爆的位置,因而存在一定的危险性。

(3)安全带是最有效的乘员约束系统,而安全气囊仅仅是辅助性系统。安全气囊(Supplementary Restraint Systems 简称:SRS)的设计初衷在于配合安全带一起使用,并非单独使用。而一些驾驶员错误的认为自己的车辆配备的较多的安全气囊而不使用安全带,仅仅依靠安全气囊系统,而没有适当的约束,因而会错过安全气囊的最佳时机和位置,造成一定的危险。

(4)安全气囊的展开有一定的条件限制,对环境信息的资源收集依然有限。并不能结合实际的真实情况作出最合理的判断。例如:在照明不好的高速路上行驶,由于驾驶疏忽,自己驾驶的小轿车由于速度过高,直接钻入大货车的底部。此情况安全气囊并不会展开。

(三)、安全气囊对离位乘员(oop)、儿童的危险性

离位乘员:out of position occupants,简称oop。汽车的紧急制动、紧急加速或个人的驾驶习惯等问题,会使得驾驶员和乘员改变其原本初始设定的位置状态。而安全气囊的设计,是根据实验室混三假人进行模拟,其模拟过程中的车辆速度是缓慢提升的,所以并不存在碰撞前的离位状态。

但实际的行车过程中,很大一部分情况是:乘员和设定的初始坐姿并不一致。大部分的碰撞事故发生之前,往往存在车辆的紧急制动,因而改变乘员的初始坐姿。

除此之外,碰撞事故并非可能单单一起,也就是说:碰撞事故可能存在连续。例如:一辆车以120km/h在高速上行驶,以20°角的状态斜撞上高速公路的护栏,之后驾驶员为了改变这种现状,紧急制动,随后以60km/h撞向旁边的树而停止。第一个碰撞事故,虽然速度高,但是由于高速公路的护栏本身也是一个能量吸收装置,且并非正面撞击,随着速度和力的分解,并没有到达安全气囊的引爆条件。

1、乘员的初始位置位于气囊的展开路径上。

尤其是体型较小的乘客,例如:儿童。其位置会离安全气囊更近。

2、在气囊点爆前,由于之前或正在发生的碰撞,乘客的位置会在气囊展开路径上发生改变。例如:

碰撞前的制动;在气囊点爆前,乘员距离气囊的空间更小;脱离路面或较长的碰撞脉冲会导致气囊的点爆更晚;未使用安全带或错误使用安全带的乘员可能发生离位。

(四)、碰撞感知和预测存在难度

根据汽车发展的趋势,汽车中往往会增加更多的碰撞传感器来更全面的检测汽车的碰撞。通过安全气囊ECU的算法得出是否对安全气囊进行引爆。但这之间也存在一定的问题,信号感知越多,信息量越大,对算法的要求就越高。但信息量越少,也会造成信息不准确的问题。

碰撞传感器一般使用碰撞波形加速度信号。通过积分算法作出速度、位移等结果表征碰撞强度。

由于具体的算法均为各厂商的机密,这里使用早先的气囊点爆算法结论为例。如图所示。

算法中包含汽车质量、车速、加速度对时间的导数、车辆抖动。通过设定参数的阈值,衡量点爆准则。而参数和阈值的可靠性、鲁棒性、区分性既是安全气囊点爆算法中的难点。

除此之外,汽车碰撞的前期的参数往往是有限的,所以需要基于这些算法作出一定的感知预测,同样存在难度。

例如:同样一个12G的碰撞强度,或者可以点爆气囊,也或者气囊不应点爆。又或者,同样是48km/h的初始速度,一个向30°角进行碰撞;一个向正前方的柱状进行碰撞。对于传感器来说,区分度很差。柱状碰撞会使得信号感知变长,撞击柱子,一开始是保险杠中间位置,而前纵梁已经越过,而碰撞继续发生,进而撞到发动机,信号突然变强。所以,碰撞发生的初期,也就是从保险杠到发动机,信号较弱。所以,综合来讲就是一些碰撞的初始信号较弱,而后期突然很强。对早期的信号区分度依然难度较大。

参考文献:周青 《汽车安全碰撞基础》 清华大学公开课学堂在线

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评论

  1. 楚狂人 #1

    这……对我来说太专业了 😮

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    2017-12-7
  2. 安徽果玩果树苗木销售 #2

    安全气囊作用还是很大的,关键时刻的时候

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    2017-12-2
  3. 八角网赚站 #3

    不错的论文哦,很严谨

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    2017-11-22
  4. 无轨电动平车 #4

    好文章 顶一下

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    2017-11-22