德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 李雪 于士軍

汽車駕乘人員腿部安全裝置設(shè)計

德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 李雪 于士軍

為了在發(fā)生事故時能夠保證駕乘人員的腿部具有足夠的安全空間并保護駕乘人員腿部不受到事故的傷害，本文設(shè)計了一種專門保護汽車駕乘人員的腿部安全的裝置。該裝置采用阻尼彈簧和氣壓支撐桿及安全氣囊等的多重保護作用，讓駕乘人員及時安全地脫離危險區(qū)域，從而對駕乘人員的腿部進行保護。

駕乘人員腿部；保護；裝置

1 引言

隨著社會的發(fā)展，汽車的普及程度越來越高，極大地便利了人們的出行。然而，汽車仍存在一些行車安全問題，給人們的出行帶來困擾。當(dāng)發(fā)生事故時，盡管市面上的汽車配有安全氣囊加之安全帶的配合使用，對駕乘人員起到了一定的保護作用，但是仍不能完全保證駕乘人員全身各部位的安全，特別是駕駛員腿部往往因為車身變形受到極大傷害，致使駕乘人員無法在第一時間脫離危險區(qū)域，從而可能受到事故的二次傷害，因此設(shè)計一種專門保護汽車駕乘人員的腿部安全的裝置具有很強的實用性。

2 設(shè)計方案

當(dāng)汽車發(fā)生事故，汽車外形受到外力作用變形時，通過保護板保證駕乘人員具有足夠的安全空間，讓駕乘人員及時安全地脫離危險區(qū)域，在此過程中通過碰撞保護板保證駕乘人員的腿部安全。此裝置采用穩(wěn)定的機械原理，即使汽車電子系統(tǒng)被破壞也不影響保護板的使用，生產(chǎn)和加工汽車保護板的費用低。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 組成部分

該裝置的組成如圖1、2所示。

圖1 主視圖

圖2 側(cè)視圖

結(jié)構(gòu)特點如下所述：

（1）滑道需要安裝在車架上；

（2）阻尼彈簧安裝在滑道上；

（3）氣壓支撐桿需要斜向安裝在車架上，以保證提供足夠的支撐力；

（4）碰撞保護板安裝于汽車前圍板的后方；

（5）氣壓支撐桿由兩部分組成，由上端的伸縮桿和下端的發(fā)生器組成；

（6）氣體發(fā)生器用來引爆氣壓支撐桿下端裝有的疊氮化鈉和硝酸鉀的反應(yīng)，是一個引發(fā)裝置；

（7）安全氣囊電信號來自于汽車安全氣囊電腦的信號，來控制氣體發(fā)生器工作；（8）為了保證氣體發(fā)生器的正常工作和靈敏性，借助汽車安全氣囊的電腦系統(tǒng)來控制；

推力發(fā)生器（7）內(nèi)裝有反應(yīng)所需要的疊氮化鈉和硝酸鉀，并且包含有氣體發(fā)生器，是一個發(fā)生裝置。

3.2 工作原理

當(dāng)發(fā)生事故或受到撞擊時，汽車會受到一個突然的碰撞力，此時汽車受到的這個碰撞力超出車身承受的范圍時，往往會使汽車駕駛艙的圍板發(fā)生變形，導(dǎo)致駕乘人員的安全駕乘空間被擠壓。據(jù)此根據(jù)所受碰撞力的大小可以分為兩種情況，具體分析如下。

第一種情況：當(dāng)碰撞力作用在汽車碰撞保護板上，保護板受力，會向后有一定的滑移量，這個碰撞力就會作用于阻尼彈簧，由于阻尼彈簧可以提供一定的阻力，當(dāng)阻尼彈簧無法全部阻擋時，阻尼彈簧上方的氣壓支撐桿就會被壓縮，上部的伸縮桿就會向下壓縮氣壓支撐桿內(nèi)部的氣體，開始時壓縮進程較大，隨著支撐桿不斷被壓縮，氣體的可壓縮性越來越低，當(dāng)這個碰撞力作用完畢后，氣體支撐桿就會有一個反方向的膨脹力，膨脹力推動碰撞保護板向前有一定的滑移量，以保證駕乘人員的安全和逃離空間，防止駕乘人員受到二次傷害。

第二種情況：當(dāng)汽車受到的碰撞力的大小超出第一種情況時，阻尼彈簧和氣壓支撐桿的前期行程不足以阻擋這個力，就由氣壓支撐桿下端的推力發(fā)生器來作用，推力發(fā)生器內(nèi)部含有疊氮化鈉和硝酸鉀，當(dāng)這個碰撞力足夠大時，汽車的安全氣囊就會打開，借助汽車安全氣囊電腦給安全氣囊的電信號立即觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器的工作過程與汽車安全氣囊內(nèi)的發(fā)生器的工作原理一致。氣體發(fā)生器接受點火信號后立即點火，推力發(fā)生器內(nèi)的疊氮化鈉和硝酸鉀迅速發(fā)生反應(yīng)，生成大量的氮氣，此氣體會推動氣壓支撐桿向外推動保護板的移動，抵消外來的汽車碰撞力，并且產(chǎn)生一個向外的推力，擴大駕乘人員的駕駛和乘坐空間，防止駕乘人員受到二次傷害。

3.3 主要零件設(shè)計

3.3.1 阻尼彈簧的設(shè)計

假設(shè)汽車質(zhì)量是1500kg，以60km/h的速度行駛，發(fā)生碰撞，碰撞時間為5s，選用碳素彈簧鋼絲C級，外徑D=50mm，旋繞比選定為10，查表可得σB=1470MPa，則[τ]=0.8×0.5×σB=588MPa。

總計三根彈簧，碰撞力傳遞到駕駛室只剩百分之三十，則每根彈簧上的碰撞力為：

若是人員碰撞鋼板，假設(shè)人員質(zhì)量為60kg，碰撞時間為5s，速度為30km/h，彈簧壓縮量λ2為10mm，則

查表取G=80000MPa，則彈簧圈數(shù)為

取n=17。

3.3.2 活塞及活塞桿設(shè)計

單根活塞桿受力為

供氣壓力為ρ=0.6MPa，效率η=50℅則活塞直徑為

取D=160mm；

活塞桿直徑為

取d=40mm。

4 結(jié)論

文章對汽車駕乘人員腿部安全裝置進行了設(shè)計，具體包括碰撞保護板、氣壓支撐桿、阻尼彈簧等部分，可以在發(fā)生碰撞時很好地對駕乘人員進行保護。下一步需完善結(jié)構(gòu)，優(yōu)化參數(shù)。

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