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序論：在您撰寫汽車安全氣囊論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
1)加速度法
該算法是通過測量汽車碰撞時的加速度（減速度），當加速度超過預先設(shè)定的閾值就彈出安全氣囊。
2)速度變量法
該算法是通過對汽車加速度進行積分從而得到加速度變化量，當加速度變化量超過預先設(shè)定的閾值時就彈出安全氣囊。
3)加速度坡度法
該方法是對加速度進行求導得到加速度的變化量作為判斷是否點火的指標。
4)移動窗積分算法[2]
對加速度曲線在一定時間內(nèi)進行積分，當積分值超過預先設(shè)置的閾值時，就發(fā)出點火信號。
1.1移動窗積分算法
下面具體介紹一下移動窗積分算法，選定以下幾個觀察量作為氣囊點火的條件指標。①汽車碰撞時的水平方向加速度（或減速度）ax。ax是直接反映碰撞激烈程度的信號，而且ax在最佳點火時刻的選取中起關(guān)鍵作用。②汽車碰撞時垂直方向的加速度ay，氣囊控制系統(tǒng)加入ay對非碰撞信號能起到很大的抗干擾作用，當汽車發(fā)生正向碰撞時，ay與ax有很大的不一致性[3]；而當汽車受到路面干擾，例如汽車與較高的臺階直接相撞時，ay與ax有很大的一致性[3]，可以由此來判別干擾信號。
結(jié)合這幾個量，得出一個判斷氣囊點火的最佳指標。
需要采樣一個時間段（從碰撞開始）ax的值，根據(jù)這一系列的值才能判斷碰撞的激烈程度.氣囊點火控制算法應在發(fā)生碰撞后20～30ms內(nèi)做出點火判斷，因為氣囊膨脹到最大需要時間大概為30ms[4]，在碰撞初速度為28.4km/h時，人體向前移動5inch到達接觸氣囊的時間大概為70ms，則目標點火時刻為70－30＝40ms，所以氣囊打開應該在碰撞后的40ms時刻，所以算法必須在20～30ms內(nèi)做出點火決定。這樣可以采樣碰撞后的20個加速度值（頻率是1kHZ）作為算法的輸入值。而對于垂直方向也可以如此采樣。則可得兩組值：ax(1)，ax(2)……ax(20)；ay(1)，ay(2)……ay(20).
移動窗算法中對ax的處理為（1）式：
(1)
圖2移動窗口算法示意圖
其中t為當前時刻，w為時間窗寬度（采樣時間寬度），對ax(t)進行積分，得到指標S(t，w)，當S(t，w)超過預先設(shè)定值時，則發(fā)出點火信號。
寫成離散形式，如式(2)：
(2)
n為當前時間點，k為采樣點數(shù)，f為采樣頻率。
加上垂直加速度之后，可以提高對路面干擾的抗干擾能力[3]，形式如式(3)：
(3)
S(n，k，ρ)為雙向合成積分量，n，f，k如上定義；ρ為合成因數(shù)，表征兩個方向加速度在合成算法中的權(quán)重。這種算法主要是考慮了汽車碰撞時的加速度因素，當加速度的積分達到一定值的時候，表示汽車的碰撞劇烈程度也到達一定值，會給乘員帶來一定傷害。而且這種算法對于判斷最佳點火時刻也是很有優(yōu)勢的，經(jīng)過實驗，利用這種算法得出的點火時刻離汽車碰撞的最佳點火時刻（利用攝像得出）僅差幾毫秒[2]，符合要求的精度。
但是這種算法也有其不足，例如沒有考慮碰撞時的速度以及座位上有沒有人的因素，這樣當汽車低速運行的時候，還是有可能引起誤觸發(fā)。如果將速度和座位上是否有人的信號引入，則可以進一步減少誤觸發(fā)的機會。
1.2利用數(shù)據(jù)融合提出的改進算法
由上面的敘述中我們可以知道，移動窗積分算法對于氣囊彈出與否進行判斷主要是根據(jù)積分量S，現(xiàn)在我們對積分量進行一些改造，可以克服上述缺點。具體做法如下，加入以下幾個觀察量：
（1）汽車碰撞時的水平方向速度v，v可以反映汽車碰撞時乘客的受傷害程度。v越大，乘客的動能就越大，碰撞時受到的傷害就越大。v是判斷氣囊是否應該打開的最直接的指標。（2）坐位上是否有乘員的信號[5]。坐位上無人時，當發(fā)生碰撞則可以不彈出氣囊，這樣做可以減少誤觸發(fā)的幾率，同時避免對其他乘員的傷害。
引入函數(shù)，這個函數(shù)的波形為：
圖3函數(shù)波形圖
當v超過30km/h的時候，y的值就大于1；反之就小于1?，F(xiàn)在普遍采用的標準是，安全帶配合使用的氣袋引爆車速一般為：低于20km/h正面撞擊固定壁時，不應點爆。而在大于35km/h碰撞時，必須點爆。在20km/h和35km/h之間屬于可爆可不爆的范圍。所以我們?nèi)0＝30km/h為標準點，這樣結(jié)合上面的移動窗積分算法，提出新的S1，則S1為：
(4)
這樣當v>v0時，汽車點火引爆的靈敏度就比原來大了；而v<v0時，點火靈敏度就比原來小了。再引入座位是否有人信號c，有人時c＝1，反之c＝0。
(5)
S''''即為加入了v和c的雙加速度合成積分量，其優(yōu)點是可以減少氣囊誤觸發(fā)的幾率，更好的保護乘員的安全。
再考慮到v>v0時引爆氣囊的靈敏度不需要太大，可以適當調(diào)整的系數(shù)為1/∏，此時y函數(shù)圖形如圖4。
由圖4可看到，采用增加了速度函數(shù)的算法后，使到v>v0時的靈敏度適當增加，同時也有效的減少了v<v0（低速）時的誤點火幾率。這個參數(shù)可以通過大量的碰撞實驗來確定，使得點火效果最優(yōu)。
1.3利用模式識別的方法提出的控制算法
上述利用數(shù)據(jù)融合改進的移動窗控制算法是一種利用直觀概念進行設(shè)計的方法，采用的是實時計算得出碰撞判決指標，缺點是計算量比較大，控制系統(tǒng)的性能要求較高。如果能夠直接根據(jù)輸入進行點火判斷，則計算量會大大減少。
為了減少計算量，使點火控制速度更加迅速，可以采用模式識別的方法。原理如下，在臺車碰撞試驗中采用第二節(jié)中提出的加入了速度函數(shù)的改進移動窗算法，對不同的輸入（加速度和速度）及其結(jié)果進行判斷，并將其記錄下來，得到一個數(shù)據(jù)庫。再利用模式識別的方法，結(jié)合大量的記錄，則可以求出某一車型的氣囊點火判斷的判別函數(shù)。然后在實際應用中可以利用判別函數(shù)對輸入的加速度和速度直接進行判別，對汽車狀態(tài)（氣囊彈出和氣囊不彈出）進行分類，從而大大減少計算量。
圖4函數(shù)波形圖
2設(shè)計判別函數(shù)原理
氣囊的彈出(w1)與不彈出(w2)可歸結(jié)為通過對對象（汽車的碰撞）n組特征觀察量（a1，a2....an，v）的判斷（這里取汽車碰撞的加速度和速度為特征觀察量），從而對x＝[a1，a2....an，v]進行歸類。在歸類中，我們總是希望錯誤率最小，所以可以采用基于最小錯誤率的貝葉斯決策[6]。
通過對上述數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計，我們可以得到氣囊彈出的概率P(w1)，從而P(w2)=1－P(w1)。
要對x進行分類，還需要類條件概率密度。p(x|w1)是氣囊彈出狀態(tài)下觀察x的類條件概率密度；p(x|w2)是氣囊不彈出狀態(tài)下觀察x的類條件概率密度。這樣我們可以算出w1和w2的后驗概率，如式(6)：
(6)
基于最小錯誤率的貝葉斯決策規(guī)則為：如果P(w1|x)>P(w2|x)，則把x歸類于彈出狀態(tài)w1，反之P(w1|x)<P(w2|x)，則把x歸類于不彈出狀態(tài)。把它設(shè)計成分類函數(shù)的形式，則可以直接利用分類函數(shù)進行判別。如式(7)：
(7)
x是樣本向量，w為權(quán)向量，w0是個常數(shù)。在實際操作中，可以通過上述數(shù)據(jù)庫中大量的樣本來計算出w和w0。得出g(x)后，則可以對實際中檢測到的一組特征值進行評估，以決定是否引爆氣囊。
二維的情況下g(x)的示意圖如圖5所示。
圖5分類函數(shù)示意圖
如圖5所示，分類函數(shù)g(x)可以將兩種狀態(tài)（引爆氣囊和不引爆氣囊）很好地區(qū)分開來，實現(xiàn)了對汽車碰撞狀態(tài)的即時判斷。而這種算法只要求系統(tǒng)進行一個查表的運算，大大減少計算量。
3總結(jié)
綜上所述，移動窗算法對于低速的抗干擾方面存在不足；而加入了速度函數(shù)的改進算法，能夠適當增加系統(tǒng)在高速時的靈敏度，又能減少低速時的氣囊誤觸發(fā)幾率，符合現(xiàn)代安全氣囊的控制要求；模式識別的控制算法是建立在前面正確的控制算法的基礎(chǔ)上，利用大量的歷史數(shù)據(jù)得出判別函數(shù)，從而直接對氣囊是否彈出進行判斷，大大減少計算量。
參考文獻
[1]鐘志華，楊濟匡.汽車安全氣囊技術(shù)及其應用[J]．中國機械工程，2000年2月第11卷第1-2期
[2]王建群等.汽車安全氣囊點火控制算法的研究[J]．汽車工程，1997年第1期
[3]鄭維等.雙向加速度合成氣袋控制算法及其抗路面干擾特性[J].清華大學學報，2003年第43卷第2期
[4]張金換等.汽車安全氣袋系統(tǒng)的研究[J]．清華大學學報，1997年第11期第69～72頁
[5]尹武良等.一種基于電容傳感的乘員感應裝置[J].汽車技術(shù)，2000年第8期
[6]邊肇祺，張學工.模式識別[M．清華大學出版社2000，第1～100頁
關(guān)鍵詞安全氣囊；汽車碰撞；數(shù)據(jù)融合；模式識別
1引言
汽車安全氣囊的應用拯救了許多乘員的生命。但隨著汽車的應用越來越多，氣囊錯誤彈出的情況也時有發(fā)生，這樣反而會威脅到乘員的安全，所以必須提高安全氣囊的控制性能。因此，我們也需要進一步研究氣囊控制算法。
汽車安全氣囊技術(shù)發(fā)展到今天，其優(yōu)劣已經(jīng)不在于是否能夠判斷發(fā)生碰撞和實現(xiàn)點火，現(xiàn)代的安全氣囊控制的關(guān)鍵在于能夠在最佳時間實現(xiàn)點火和對于非破壞性碰撞的抗干擾。只有實現(xiàn)最佳時間點火，才能夠更好的保護駕駛員和乘客。
最佳時間的確定在于當汽車發(fā)生碰撞的過程中，乘員向前移動接觸到氣囊，此時氣囊剛好達到最大體積，這樣的保護效果最好。如果點火慢了，則乘員在接觸氣囊的時候，氣囊還在膨脹，這樣會對乘員造成額外的傷害。如果點火快了，乘員在接觸到氣囊的時候氣囊已經(jīng)可以萎縮，則氣囊不能對乘員的碰撞起到最好的緩沖作用，也就不能很好的起到對乘員的保護作用。
圖1氣囊示意圖
第二個是氣囊的可靠性問題，也就是對于急剎車、過路坎和其他非破壞性碰撞時引起的沖擊信號的抗干擾。汽車在顛簸路面上行駛或以很低速度的碰撞產(chǎn)生的加速度信號可能會令氣囊誤觸發(fā)，一個好的控制系統(tǒng)應該能夠很好的識別這些信號，從而在汽車產(chǎn)生非破壞性碰撞時不會使氣囊系統(tǒng)誤打開。
第三個就是氣囊控制技術(shù)的基本指標，包括避免以下情況：①氣囊可能在很低的車速時打開。車輛在很低車速行駛而發(fā)生碰撞事故時，只要駕駛員和乘員系上了安全帶，是不需要氣囊打開起保護作用的。這時氣囊的打開造成了不必要的浪費。②當乘客偏離座位或座位上無人，氣囊系統(tǒng)的啟動不僅起不到應有的保護作用，還可能對乘客造成一定傷害[1]。
2安全氣囊點火控制的幾種算法
1)加速度法
該算法是通過測量汽車碰撞時的加速度（減速度），當加速度超過預先設(shè)定的閾值就彈出安全氣囊。
2)速度變量法
該算法是通過對汽車加速度進行積分從而得到加速度變化量，當加速度變化量超過預先設(shè)定的閾值時就彈出安全氣囊。
3)加速度坡度法
該方法是對加速度進行求導得到加速度的變化量作為判斷是否點火的指標。
4)移動窗積分算法[2]
對加速度曲線在一定時間內(nèi)進行積分，當積分值超過預先設(shè)置的閾值時，就發(fā)出點火信號。
2.1移動窗積分算法
下面具體介紹一下移動窗積分算法，選定以下幾個觀察量作為氣囊點火的條件指標。①汽車碰撞時的水平方向加速度（或減速度）ax。ax是直接反映碰撞激烈程度的信號，而且ax在最佳點火時刻的選取中起關(guān)鍵作用。②汽車碰撞時垂直方向的加速度ay，氣囊控制系統(tǒng)加入ay對非碰撞信號能起到很大的抗干擾作用，當汽車發(fā)生正向碰撞時，ay與ax有很大的不一致性[3]；而當汽車受到路面干擾，例如汽車與較高的臺階直接相撞時，ay與ax有很大的一致性[3]，可以由此來判別干擾信號。
結(jié)合這幾個量，得出一個判斷氣囊點火的最佳指標。
需要采樣一個時間段（從碰撞開始）ax的值，根據(jù)這一系列的值才能判斷碰撞的激烈程度.氣囊點火控制算法應在發(fā)生碰撞后20～30ms內(nèi)做出點火判斷，因為氣囊膨脹到最大需要時間大概為30ms[4]，在碰撞初速度為28.4km/h時，人體向前移動5inch到達接觸氣囊的時間大概為70ms，則目標點火時刻為70－30＝40ms，所以氣囊打開應該在碰撞后的40ms時刻，所以算法必須在20～30ms內(nèi)做出點火決定。這樣可以采樣碰撞后的20個加速度值（頻率是1kHZ）作為算法的輸入值。而對于垂直方向也可以如此采樣。則可得兩組值：ax(1)，ax(2)……ax(20)；ay(1)，ay(2)……ay(20).
移動窗算法中對ax的處理為（1）式：
(1)
圖2移動窗口算法示意圖
其中t為當前時刻，w為時間窗寬度（采樣時間寬度），對ax(t)進行積分，得到指標S(t，w)，當S(t，w)超過預先設(shè)定值時，則發(fā)出點火信號。
寫成離散形式，如式(2)：
(2)
n為當前時間點，k為采樣點數(shù)，f為采樣頻率。
加上垂直加速度之后，可以提高對路面干擾的抗干擾能力[3]，形式如式(3)：
(3)
S(n，k，ρ)為雙向合成積分量，n，f，k如上定義；ρ為合成因數(shù)，表征兩個方向加速度在合成算法中的權(quán)重。這種算法主要是考慮了汽車碰撞時的加速度因素，當加速度的積分達到一定值的時候，表示汽車的碰撞劇烈程度也到達一定值，會給乘員帶來一定傷害。而且這種算法對于判斷最佳點火時刻也是很有優(yōu)勢的，經(jīng)過實驗，利用這種算法得出的點火時刻離汽車碰撞的最佳點火時刻（利用攝像得出）僅差幾毫秒[2]，符合要求的精度。
但是這種算法也有其不足，例如沒有考慮碰撞時的速度以及座位上有沒有人的因素，這樣當汽車低速運行的時候，還是有可能引起誤觸發(fā)。如果將速度和座位上是否有人的信號引入，則可以進一步減少誤觸發(fā)的機會。
2.2利用數(shù)據(jù)融合提出的改進算法
由上面的敘述中我們可以知道，移動窗積分算法對于氣囊彈出與否進行判斷主要是根據(jù)積分量S，現(xiàn)在我們對積分量進行一些改造，可以克服上述缺點。具體做法如下，加入以下幾個觀察量：
（1）汽車碰撞時的水平方向速度v，v可以反映汽車碰撞時乘客的受傷害程度。v越大，乘客的動能就越大，碰撞時受到的傷害就越大。v是判斷氣囊是否應該打開的最直接的指標。（2）坐位上是否有乘員的信號[5]。坐位上無人時，當發(fā)生碰撞則可以不彈出氣囊，這樣做可以減少誤觸發(fā)的幾率，同時避
免對其他乘員的傷害。
引入函數(shù)，這個函數(shù)的波形為：
圖3函數(shù)波形圖
當v超過30km/h的時候，y的值就大于1；反之就小于1?，F(xiàn)在普遍采用的標準是，安全帶配合使用的氣袋引爆車速一般為：低于20km/h正面撞擊固定壁時，不應點爆。而在大于35km/h碰撞時，必須點爆。在20km/h和35km/h之間屬于可爆可不爆的范圍。所以我們?nèi)0＝30km/h為標準點，這樣結(jié)合上面的移動窗積分算法，提出新的S1，則S1為：
(4)
這樣當v>v0時，汽車點火引爆的靈敏度就比原來大了；而v<v0時，點火靈敏度就比原來小了。再引入座位是否有人信號c，有人時c＝1，反之c＝0。
(5)
S''''即為加入了v和c的雙加速度合成積分量，其優(yōu)點是可以減少氣囊誤觸發(fā)的幾率，更好的保護乘員的安全。
再考慮到v>v0時引爆氣囊的靈敏度不需要太大，可以適當調(diào)整的系數(shù)為1/∏，此時y函數(shù)圖形如圖4。
由圖4可看到，采用增加了速度函數(shù)的算法后，使到v>v0時的靈敏度適當增加，同時也有效的減少了v<v0（低速）時的誤點火幾率。這個參數(shù)可以通過大量的碰撞實驗來確定，使得點火效果最優(yōu)。
2.3利用模式識別的方法提出的控制算法
上述利用數(shù)據(jù)融合改進的移動窗控制算法是一種利用直觀概念進行設(shè)計的方法，采用的是實時計算得出碰撞判決指標，缺點是計算量比較大，控制系統(tǒng)的性能要求較高。如果能夠直接根據(jù)輸入進行點火判斷，則計算量會大大減少。
為了減少計算量，使點火控制速度更加迅速，可以采用模式識別的方法。原理如下，在臺車碰撞試驗中采用第二節(jié)中提出的加入了速度函數(shù)的改進移動窗算法，對不同的輸入（加速度和速度）及其結(jié)果進行判斷，并將其記錄下來，得到一個數(shù)據(jù)庫。再利用模式識別的方法，結(jié)合大量的記錄，則可以求出某一車型的氣囊點火判斷的判別函數(shù)。然后在實際應用中可以利用判別函數(shù)對輸入的加速度和速度直接進行判別，對汽車狀態(tài)（氣囊彈出和氣囊不彈出）進行分類，從而大大減少計算量。
圖4函數(shù)波形圖
3設(shè)計判別函數(shù)原理
氣囊的彈出(w1)與不彈出(w2)可歸結(jié)為通過對對象（汽車的碰撞）n組特征觀察量（a1，a2....an，v）的判斷（這里取汽車碰撞的加速度和速度為特征觀察量），從而對x＝[a1，a2....an，v]進行歸類。在歸類中，我們總是希望錯誤率最小，所以可以采用基于最小錯誤率的貝葉斯決策[6]。
通過對上述數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計，我們可以得到氣囊彈出的概率P(w1)，從而P(w2)=1－P(w1)。
要對x進行分類，還需要類條件概率密度。p(x|w1)是氣囊彈出狀態(tài)下觀察x的類條件概率密度；p(x|w2)是氣囊不彈出狀態(tài)下觀察x的類條件概率密度。這樣我們可以算出w1和w2的后驗概率，如式(6)：
(6)
基于最小錯誤率的貝葉斯決策規(guī)則為：如果P(w1|x)>P(w2|x)，則把x歸類于彈出狀態(tài)w1，反之P(w1|x)<P(w2|x)，則把x歸類于不彈出狀態(tài)。把它設(shè)計成分類函數(shù)的形式，則可以直接利用分類函數(shù)進行判別。如式(7)：
(7)
x是樣本向量，w為權(quán)向量，w0是個常數(shù)。在實際操作中，可以通過上述數(shù)據(jù)庫中大量的樣本來計算出w和w0。得出g(x)后，則可以對實際中檢測到的一組特征值進行評估，以決定是否引爆氣囊。
二維的情況下g(x)的示意圖如圖5所示。
圖5分類函數(shù)示意圖
如圖5所示，分類函數(shù)g(x)可以將兩種狀態(tài)（引爆氣囊和不引爆氣囊）很好地區(qū)分開來，實現(xiàn)了對汽車碰撞狀態(tài)的即時判斷。而這種算法只要求系統(tǒng)進行一個查表的運算，大大減少計算量。
4總結(jié)
綜上所述，移動窗算法對于低速的抗干擾方面存在不足；而加入了速度函數(shù)的改進算法，能夠適當增加系統(tǒng)在高速時的靈敏度，又能減少低速時的氣囊誤觸發(fā)幾率，符合現(xiàn)代安全氣囊的控制要求；模式識別的控制算法是建立在前面正確的控制算法的基礎(chǔ)上，利用大量的歷史數(shù)據(jù)得出判別函數(shù)，從而直接對氣囊是否彈出進行判斷，大大減少計算量。
參考文獻
[1]鐘志華，楊濟匡.汽車安全氣囊技術(shù)及其應用[J]．中國機械工程，2000年2月第11卷第1-2期
[2]王建群等.汽車安全氣囊點火控制算法的研究[J]．汽車工程，1997年第1期
[3]鄭維等.雙向加速度合成氣袋控制算法及其抗路面干擾特性[J].清華大學學報，2003年第43卷第2期
[4]張金換等.汽車安全氣袋系統(tǒng)的研究[J]．清華大學學報，1997年第11期第69～72頁
關(guān)鍵詞：傳感器;制動;汽車安全;自動檢測；ABS；SRS
中圖分類號：TH715 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1713702
Application of Automatic Detection Technology in Auto Safety System
ZI Guichang 1,LIU Yinxia1,GE Hua2
(1.Vocational & Polytechnical College,Liaoning Engineering Technical University,Fuxin,123000,China;2.Fuxin Kehui Electronic Co.Ltd.,Fuxin,123000,China)
Abstract：Along with continuous increase of traffic accident and the improvement of users′ safe consciousness,in order to decrease injury to drivers and passengers due to a tremendous force,in modern automobile,the Anti-lock Brake System(ABS)and the Supplemental Restraint System (SRS) is more and more popular. This article introduces the examination object and the examination principle of the automobile sensor. And introduces the concrete application of sensor in the ABS and the SRS in a detail.
Keywords：sensor;anti-lock brake;auto safety;automatic detection;ABS;SRS
自動檢測技術(shù)已廣泛地應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護、科學研究和人們的日常生活中，并起到越來越重要的作用，成為國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的一項必不可少的重要基礎(chǔ)技術(shù)。本文闡述了汽車用傳感器的檢測對象和檢測原理，并詳細介紹了汽車防抱死制動系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng)中相關(guān)傳感器的具體應用。
1 自動檢測技術(shù)在汽車安全系統(tǒng)中的應用
1.1 汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)
隨著新交法實施，交通安全越來越受到各方的重視，同時國家也開始頒布一系列強制實行的法規(guī)與國家標準對汽車安全性能進行嚴格的限制。汽車安全裝備最基本的主動安全裝置――ABS防止車輪抱死機械裝置，已經(jīng)開始強制安裝在規(guī)定的汽車上。世界上第一臺防抱死制動系統(tǒng)ABS(the Anti-lock Brake System)于1950 年問世，首先被應用在航空領(lǐng)域的飛機上。從1968 年才開始研究在汽車上應用，這是自20世紀80年代后期以來汽車技術(shù)的最大成就之一。
ABS是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點的汽車安全控制系統(tǒng),既有普通制動系統(tǒng)的制動功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車領(lǐng)域最先進、制動效果最佳的制動裝置。
ABS由傳感器、制動壓力調(diào)節(jié)器和電子控制器三大部分組成。電子控制器又叫電控單元(Electronic Control Unit,ECU)。測試車輪轉(zhuǎn)數(shù)的傳感器以及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)的控制儀是實現(xiàn)控制目標必不可少的元件，這是車用ABS系統(tǒng)研制的重要理論依據(jù)。汽車防抱死制動系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。
傳感器主要是安裝在車輪上的轉(zhuǎn)速傳感器，其作用是對車輪的運動狀態(tài)進行檢測，獲取車輪轉(zhuǎn)速(速度)信號，發(fā)出車輪將被抱死的信號；ECU的主要作用是接受車輪轉(zhuǎn)速傳感器送來的脈沖信號，計算出輪速、參考車速、車輪減速度、滑移率等，并進行判斷、輸出控制指令送給執(zhí)行器；制動壓力調(diào)節(jié)器是執(zhí)行器，在接受了電控單元ECU的指令后，驅(qū)動調(diào)節(jié)器中的電磁閥動作，調(diào)節(jié)制動器的壓力，使之增大、保持或減小，實現(xiàn)制動壓力的控制功能，使各車輪的制動力滿足少量滑動但接近抱死的制動狀態(tài)，以使車輛在緊急剎車時不致失去方向性和穩(wěn)定性。通過控制指令調(diào)節(jié)器降低該車輪制動缸的油壓，減小制動力矩，經(jīng)一定時間后，再恢復原有的油壓，不斷的這樣循環(huán)(可達5~10次/s)，始終使車輪處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)而又有最大的制動力矩。
1.2 安全氣囊系統(tǒng)
安全氣囊由美國人約翰?赫特里特(John?Hotrich)發(fā)明。1952年，在遭遇一次事故后，他萌發(fā)了設(shè)計撞車安全裝置的想法。安全氣囊主要由碰撞傳感器、安全氣囊控制組件(SRS ECU)、安全氣囊組件、安全氣囊系統(tǒng)指示燈等主要部件組成。
碰撞傳感器 安全氣囊的關(guān)鍵部分是碰撞傳感器，傳感器的作用是檢測出車輛發(fā)生碰撞時的沖擊或減速度值，再把信號傳遞給電子控制系統(tǒng)，判斷是否需要打開安全氣囊。
ECU 其作用是接收碰撞傳感器及其他各傳感器輸入的信號，判斷是否點火引爆氣囊，并對系統(tǒng)故障進行自診斷。
安全氣囊組件 主要由氣囊、螺旋彈簧、氣體發(fā)生器、點火器等組成。氣體發(fā)生器根據(jù)信號指示產(chǎn)生點火動作，點燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣， 使氣囊迅速膨脹。
SRS指示燈 用于指示安全氣囊的工作狀態(tài)，當發(fā)生異常時，指示燈自動發(fā)亮、報警。
安全氣囊的基本原理是當碰撞發(fā)生時，控制器根據(jù)碰撞沖擊速度(減速度)信號，識別和判斷碰撞的強度，當碰撞強度達到設(shè)定條件時，引爆氣囊的傳感器迅速觸動點火器引爆氮氣固態(tài)粒子，形成迅速膨脹的氣袋，以緩沖駕駛員所遭受的沖擊力度。
汽車安全氣囊有機械式和電子式兩大類型。全機械式安全氣囊系統(tǒng)的氣囊、充氣泵、傳感器等部件集中裝在轉(zhuǎn)向盤內(nèi)，安全氣囊的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在電子式安全氣囊系統(tǒng)中，當汽車發(fā)生碰撞時，根據(jù)傳感器感應碰撞的程度，并將感應信號送至電控單元ECU，由ECU對碰撞信號進行識別。若是輕度碰撞，氣囊不動作；若屬于中度至嚴重程度的碰撞時，ECU則會發(fā)出點火器點火的信號，使氣囊在極短時間內(nèi)充氣，以保護駕乘人員。電子式安全氣囊系統(tǒng)具體工作過程如圖3所示。
在電子式安全氣囊系統(tǒng)中，采用雙動作雙氣囊和雙安全帶預緊器的控制程序框圖如圖4所示。
圖4 電子式安全氣囊系統(tǒng)程序框圖其工作過程的步驟是：首先汽車點火起動，氣囊開始工作，CPU等電子電路復位，做好工作準備，然后自檢。在碰撞發(fā)生后，經(jīng)CPU判斷碰撞速度的大小，并發(fā)出不同的控制指令。當碰撞發(fā)生時，控制器根據(jù)傳感器發(fā)出的加速度信號，識別和判斷碰撞的強度，當碰撞強度達到設(shè)計條件的要求時，引爆氣囊的傳感器迅速觸動點火器引爆氮氣固態(tài)粒子，形成迅速膨脹的氣袋，以緩沖前排乘客所遭受的沖擊力度，主要保護其頭部不受傷害。當然不必緊張，傳感器會自動計算所受到碰撞的強烈程度，不會因駕駛員操作不當或汽車遇到小的障礙及較輕的碰撞而導致氣囊錯誤起爆。
2 結(jié) 語
隨著轎車的迅速發(fā)展，汽車防抱死制動系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，有更多的廠家研制和生產(chǎn)汽車防抱死制動系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng)，其技術(shù)越來越先進。需要指出的是，ABS只是制動的輔助系統(tǒng)，可以在制動時幫助駕駛者控制車輛狀態(tài)，防止車輛在制動中失去轉(zhuǎn)向能力，其中主要操控仍是駕駛者，所以超速駕駛?cè)詴l(fā)事故，而且需要強調(diào)的是，系好安全帶是安全氣囊發(fā)揮保護作用的一個重要條件。
參 考 文 獻
［1］孟立凡.傳感器原理及應用.北京：國防工業(yè)出版社，2005.
［2］劉偉.傳感器原理及實用技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2006.
［3］何希才.傳感器及其應用電路.北京：電子工業(yè)出版社，2001.
［4］王遂雙.電子控制系統(tǒng)的原理與檢修.北京：北京理工大學出版社，2004.
[題目]隨著汽車進入尋常百姓家,人們對駕駛汽車的安全性越來越關(guān)注。在新型汽車的方向盤和前排乘客座位前的儀表板內(nèi)都有折疊安全氣囊,該安全氣囊中含有疊氮化鈉(NaN3)50 %、硝酸鉀、二氧化硅粉等。
(1)一旦汽車發(fā)生有足夠強度的意外碰撞時,一個碰撞傳感器將激活特定的電路,使疊氮化鈉放電并在0.03 秒內(nèi)全部分解,生成鈉并放出單質(zhì)氣體X,則X的化學式為__________,寫出該分解反應的化學方程式為__________________。
(2)生成的金屬鈉與硝酸鉀發(fā)生二次反應,又有X生成,同時生成氧化鉀和氧化鈉,請寫出該反應的化學方程式___________________________;將該反應中的氧化劑與還原劑填入下列空格中,并標出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目和方向。
其中產(chǎn)物氧化鉀和氧化鈉,能與安全氣囊中二氧化硅發(fā)生反應,生成硅酸鹽。
(3)碰撞后瞬間釋放的氣體使安全氣囊脹大,從而能阻擋人體前沖。若安全氣囊內(nèi)放有260 克疊氮化鈉,產(chǎn)生的氣體有______升(假定此時氣囊內(nèi)壓強為101325 Pa,溫度為300 K)。在此后的0.1 秒內(nèi),氣體通過氣囊上的小孔迅速消散,氣囊收縮。
(4)在上述安全氣囊的配方中二氧化硅的質(zhì)量分數(shù)至少為_______________。
(5)氣囊中的二氧化硅是為了與氧化鉀和氧化鈉發(fā)生反應生成硅酸鹽,這一步有必要性嗎?請談談你的看法:______________________________。
[命題意圖]本題是受一道初中試題[1]的啟發(fā)創(chuàng)作而來。以汽車發(fā)生意外碰撞時安全氣囊中的物質(zhì)發(fā)生的化學反應為載體,融化學反應原理、氧化還原反應的概念及其方程式配平、阿佛加德羅定律、化學計算等知識于一體,實現(xiàn)了“情境載體――知識融通――能力實現(xiàn)”的基本命題思路,對學生接受與處理信息的能力、思維能力、計算能力和科學素養(yǎng)等進行綜合考查。本題以生活實際中情境為切入點,期望引導學生關(guān)心生活、科技和社會現(xiàn)實,激發(fā)學習興趣,促進學生感悟、體驗化學的價值與意義等情感目標的落實,發(fā)揮考試的教育功能。
[試題點評]
1. 情境來自現(xiàn)實,貼近學生生活。隨著社會的發(fā)展,汽車、汽車安全氣囊對學生來說都不再是陌生的話題,不少學生家里都有私家車。解決汽車安全氣囊中的化學反應問題,讓學生感受到化學就在自己身邊,聯(lián)通化學知識與現(xiàn)實生活,使學生培增學習化學的興趣,從而運用化學的理念思考和解決現(xiàn)實問題――而這正是科學素養(yǎng)的體現(xiàn)之一。
2. 弘揚化學學科的價值。汽車安全氣囊可提高汽車安全性的作用無容置疑。本題讓學生領(lǐng)略和感受到化學的價值和意義,為學生樹立積極健康的學科形象,拓展知識視野。試題的內(nèi)容和解題的過程有著鮮活的時代氣息。
3. 體現(xiàn)人文關(guān)懷、體現(xiàn)綠色化學的思想。安全氣囊中的主要反應結(jié)束之后,對產(chǎn)生的K2O和Na2O的處理,正是從環(huán)保角度思考,使解題過程充分體現(xiàn)科學和人文的融合。
4. 強調(diào)主干知識。試題考查的內(nèi)容――化學反應原理、氧化還原反應方程式配平、氧化還原反應的概念、阿佛加德羅定律、化學計算等都是化學學科的主干知識。主干知識的考查一直是高考重點,上述這些主干知識也一直是高考的重中之重。
5. 問題設(shè)置由易到難,具有較好的梯度。第一問是疊氮化鈉的分解,題干的表述非常清楚, X是氮氣可以說是一目了然。第二問是鈉與硝酸鉀的反應,對反應產(chǎn)物題干中亦有明確的表述,用化合價升降法配平此方程式、標出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目及方向也是最基本的要求,難度大于第一問。第三問要求算出300 K時的氮氣的體積,必須先根據(jù)第一、二問的方程式算出氮氣物質(zhì)的量,氮氣在標準狀況下的體積,然后根據(jù)阿佛加德羅定律算出300 K的氮氣體積。第四問由化學方程式算出K2O和Na2O的物質(zhì)的量,再由堿性氧化物和酸性氧化物反應的方程式算出所需SiO2的物質(zhì)的量,然后根據(jù)疊氮化鈉的質(zhì)量與百分含量算出SiO2的質(zhì)量分數(shù)。最后一問,要求學生從題干中提取信息,K2O和Na2O會隨氣體一起從氣囊中散出,會噴到駕駛員、乘客身上以及環(huán)境中,聯(lián)想到K2O和Na2O都是典型堿性氧化物,極易與水反應生成具有強腐蝕性的強堿,對駕駛員、乘客與環(huán)境都有危害,利用它們與二氧化硅反應生成無毒、無污染的硅酸鹽。本問對學生提取信息的能力、思維能力、語言表達能力要求較高。
[試題解析]
(1)疊氮化鈉分解,題干的表述非常清楚,不難得到X是氮氣,但需要注意的是在書寫化學方程式時疊氮化鈉的分解條件――放電。
(2)鈉與硝酸鉀的反應,反應的產(chǎn)物題干中亦有明確的表述,用化合價升降法配平此方程式、標出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目及方向也是最基本的要求。
得到產(chǎn)生氮氣物質(zhì)的量共為6.4 mol,設(shè)氣囊溫度是300 K,要算氮氣的體積必須根據(jù)阿佛加德羅定律:同壓下,一定量氣體物質(zhì)的體積之比等于溫度之比,即6.4 mol×22.4 mol?L-1/273 K=V/300 K,求算出300 K時氮氣的體積。
(4)根據(jù)方程式②算出K2O和Na2O分別是0.4 mol和2 mol,再根據(jù)方程式:
算出所需二氧化硅的最小質(zhì)量:2.4 mol×60 g?mol-1=144 g,這是與氧化鉀和氧化鈉恰好反應所需的二氧化硅質(zhì)量,其質(zhì)量分數(shù)為:
144 g×0.5/260 g=0.277。
(5)從材料中提煉信息:氣體會通過氣囊上的小孔迅速消散,不可避免氧化鉀和氧化鈉也會從氣囊里散出,就會與駕駛員和乘客的皮膚直接接觸,生成對人和環(huán)境都有危害的物質(zhì),所以利用它們與二氧化硅反應生成無毒、無污染的硅酸鹽。
[答案]
(1)N2 , 2NaN3 2Na+3N2
(2)10Na+2KNO3K2O+5Na2O+N2
(3) 157.5; (4) 0.277
(5)有必要。因為氧化鉀和氧化鈉都能與水反應生成強堿。氧化鉀和氧化鈉隨氮氣從安全氣囊逸出,就可能與駕駛員和乘客的皮膚直接接觸,在與空氣環(huán)境中可發(fā)生反應生成強堿,對人和環(huán)境都有危害。所以,可利用它們與二氧化硅反應生成無毒、無污染的硅酸鹽把它們處理掉。
參考文獻:
[1]汪朝陽.新課程課標下的命題趨勢[J].化學教學,2005,(1～2):97～99.
Abstract： The number of vehicle road traffic accidents increases year by year， while people buy more and more cars. The emergence of the restraint system hugely saves lives. The safety airbags， which is the last guarantee in the restraint system， undoubtedly attract people's attention. However， every sword has two blades. The safety airbags also bring suffer to its user， leading to doubt of them. The writer demonstrates some misunderstanding of customers to the airbags and analyzes the reason to misfire of airbags and the situation when the airbags atc is safe. Moreover， detailed description of the function of airbags in the restraint system is deployed.
關(guān)鍵詞： 安全氣囊；碰撞；約束系統(tǒng)
Key words： airbag；crash；restraint system
中圖分類號：U491.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）06-0037-03
1 安全氣囊與約束系統(tǒng)的關(guān)系
安全氣囊是美國工程師Jorn W.Hertrick于1953年發(fā)明的，由于它在汽車碰撞事故中能夠有效保護乘員，減少傷亡，近20年來在北美、歐洲、日本等發(fā)達國家得到迅速發(fā)展和普及。我國對安全氣囊技術(shù)很重視，現(xiàn)在新車型基本都配置有安全氣囊。
安全氣囊模塊的全名稱應為SRS AIRBAG， SRS是英文Supplemental Restraint System的縮寫，直譯為輔助防護系統(tǒng)或輔助約束系統(tǒng)。SRS氣囊系統(tǒng)的發(fā)展過程簡要歸納為：發(fā)明于50年代，開發(fā)于60年代、應用于70年代、發(fā)展于80年代、推廣于90年代[1]。約束系統(tǒng)具體指在與乘員發(fā)生二次碰撞過程中，約束乘員并與乘員發(fā)生作用的汽車零部件。它主要有座椅、安全帶、儀表板、方向盤、轉(zhuǎn)向管柱以及安全氣囊[2]。所以，安全氣囊只是SRS的一部分，是輔助防護系統(tǒng)中能夠起緩沖作用的一種裝置。
當汽車發(fā)生碰撞時，汽車與汽車或汽車與障礙物之間的碰撞稱一次碰撞。一次碰撞后，汽車速度急劇變化，駕乘人員就會受到慣性力的作用向前運動，并與車內(nèi)的方向盤、擋風玻璃或儀表臺等物件發(fā)生碰撞，這種碰撞稱為二次碰撞；再之后，是人體軟組織器官和骨骼的撞擊，被稱為三次碰撞（圖1）。汽車的約束系統(tǒng)是在二次碰撞中起到了關(guān)鍵性的作用。
2 安全氣囊理解誤區(qū)的分析和說明
由于安全氣囊在碰撞過程中被過分的夸大其功能，導致許多消費者對其產(chǎn)生了一些誤解。
誤解一：該爆時不爆，不該爆時卻爆了！
安全氣囊誤爆，許多消費者第一反應就是汽車的質(zhì)量問題。其實，是主機廠不重視車輛安全性嗎？當然不會。可以說隨著社會的進步，汽車安全已經(jīng)被提到首位?？蔀槭裁催€會出現(xiàn)氣囊誤爆的情況呢？這要從以下幾個方面進行闡述。
①安全氣囊匹配試驗的一個重要部分是誤作用試驗，即在非碰撞事故的狀況下不能讓安全氣囊起爆。表1列舉了一部分誤用試驗的路況。作者認為：安全氣囊的誤作用的起爆閥值比高速碰撞更重要，安全氣囊誤爆會傷害乘員和增加維修費用，客戶投訴將嚴重影響企業(yè)的聲譽和品牌的形象。而且車輛發(fā)生誤作用的機率遠遠高于碰撞事故。所以，大多數(shù)主機廠決定下述情況下，安全氣囊是不能起爆的。
表1中所列幾種誤作用試驗形式是對大量行駛路況進行統(tǒng)計后形成的，能夠代表目前道路上的大多數(shù)行駛路況，但是不能覆蓋所有的惡劣行駛路況，即某些惡劣路況行駛當中氣囊有可能起爆。因為這些路況使車體感應到的加速度大小和速度速降持續(xù)時間與起爆判斷標準類似，ACU（氣囊控制器）誤認為是發(fā)生了交通碰撞事故，所以發(fā)出指令引爆了氣囊。例如以下交通事故形式：
一、高速行駛在壞路上容易引起安全氣囊誤爆的爛路，由于路面損壞嚴重，如果車輛高速行駛所產(chǎn)生的沖擊加速度以及持續(xù)時間符合了安全氣囊起爆條件，ACU給出點火信號讓安全氣囊起爆。
二、碰撞傳感器的布置區(qū)域受到了嚴重的沖擊變形，產(chǎn)生的沖擊加速度以及持續(xù)時間符合了安全氣囊起爆條件，那么ACU給出點火信號也會讓安全氣囊起爆。
②安全氣囊匹配試驗的另一個重要環(huán)節(jié)是碰撞試驗，即根據(jù)不同車型確定氣囊的起爆與否的速度閥值，并通過一系列的不同速度的碰撞試驗最終匹配合適的安全氣囊。更準確的說，是通過不斷的優(yōu)化氣囊的保護能力的同時，匹配合適的車輛約束系統(tǒng)。
以上7種碰撞試驗形式是對大量交通事故進行統(tǒng)計歸類后形成的，能夠代表目前道路上的大多數(shù)交通事故，但是不能覆蓋所有的交通事故形式，即某些交通事故當中氣囊有可能不起爆。例如：
1）汽車受側(cè)面碰撞超過斜前方±30°角時；2）汽車受橫向碰撞時（如果有側(cè)面氣囊或氣簾會在側(cè)碰中起爆，但不排除個別車輛匹配時會讓側(cè)碰時正面氣囊也起爆）；3）汽車受后方碰撞時；4）汽車發(fā)生繞縱向軸線側(cè)翻時。
由此可見，氣囊起爆也是有條件的，正是由于不了解這些原因，大家才對汽車碰撞后氣囊的“無作為”大為不滿。由于車輛本身的原因和實驗室目前尚不能完全模擬出所有碰撞類型以及開發(fā)費用龐大等等諸多原因，安全氣囊也許關(guān)鍵時刻它會成為保衛(wèi)我們生命安全的最后一道屏障，也許它可能吝嗇的讓人們與其絢麗的綻放失之交臂。
誤解二：安全氣囊“萬能論”。
許多消費者認為，車里安裝了氣囊，安全性大大提高了，過分的依賴了安全氣囊。其實，在一般的前方撞擊意外中，第一保護你的防線就是車頭的預折區(qū)域（Crumble Zone）。這個預折區(qū)域透過變形來吸納或分散撞擊力，也即常說的吸能結(jié)構(gòu)。當車輛因撞擊而停頓，但突然的減速力仍會使得乘員的上身不自控地向前沖的時候，安全帶便發(fā)揮它的功能了——它舒緩你上身的前沖運動。不過，如果撞擊力巨大的話，安全帶亦不能有效的制止這種運動，你的頭部和上身仍然會向前沖，這便是安全氣囊出場的時候了，當它充氣彈出時，便能夠在你的頭部和胸部形成一種護墊的功能，避免了這些部位直接撞擊到轉(zhuǎn)向盤或儀表板上。保護乘員在撞擊中不受傷害。
所以，安全氣囊只是撞擊時的第三道防線，第一防線是車頭的預折區(qū)域，這不是所有車都有的東西，譬如平頭車就欠缺點，但第二防線安全帶。單獨使用安全氣囊可使事故死亡率下降18%左右，它與安全帶配合使用可使事故死亡率下降47%左右。而單獨使用安全帶可使事故死亡率下降42%左右?？梢?，安全帶對于乘員保護的效果好于氣囊[3]。2011年5月，“長安街英菲尼迪案”肇事者之所以成為唯一幸存者，就是因為佩帶了安全帶的緣故。而且，作者強調(diào)，國內(nèi)乃至歐洲（美國除外）氣囊的開發(fā)和匹配都是以駕乘人員佩帶安全帶為依據(jù)的。如果沒有使用安全帶時，氣囊的起爆極有可能對人員造成傷害。對于車身來說，提高汽車結(jié)構(gòu)的安全性，即讓汽車碰撞部位的塑性盡量大，吸收較多的碰撞能量，降低汽車減速度峰值，盡量減緩一次碰撞的強度；同時使得汽車乘員艙部分有足夠的強度和剛度，確保汽車乘員的生存空間，并保證發(fā)生事故后乘員能順利逃逸，保證碰撞時乘員身體不暴露到車外。對于約束系統(tǒng)來說，座椅的結(jié)構(gòu)必須保證乘員碰撞中不產(chǎn)生下潛運動；安全帶的限力值設(shè)計合理；氣囊的展開時間精確等等?？梢?，合理的車身結(jié)構(gòu)和良好的約束系統(tǒng)的組合才是保護消費者免受傷害的必備條件[4]。
由此可見，安全氣囊在被動安全系統(tǒng)中雖然是最后一道保障，但并不是完全由它來保障人的生命。如果非要按照比例來劃分的話，安全帶的安全性要占到60%，儀表板、座椅等部件的安全性要占到30%，而氣囊的安全性僅占有10%左右。只有在全車的約束系統(tǒng)匹配合理的情況下，安全氣囊能夠做到錦上添花般使保護性更好。并且，作者相信，隨著科技的發(fā)展，應用在汽車上的高新技術(shù)越來越多，伴隨著許多主動安全功能的開發(fā)，車輛會越來越安全，越來越利于駕駛。
參考文獻：
[1]舒華，姚國平，曹斌.汽車SRS氣囊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與事故診斷[M].北京理工大學出版社，1998.
關(guān)鍵詞： 頻率響應分析； 側(cè)碰傳感器； 模態(tài)； MSC Nastran
中圖分類號： U461.91文獻標志碼： B
0引言
側(cè)面碰撞傳感器的主要作用是檢測車身上碰撞傳感器所在位置的加速度信號，并將信號發(fā)送至安全氣囊ECU控制單元，由ECU識別加速度信號，并判斷是否需要點火.
汽車在行駛過程中，會受到發(fā)動機、變速器、傳動軸和道路等內(nèi)部和外界的激勵，這些激勵的范圍幾乎覆蓋從低頻到中高頻幾乎所有頻率.受內(nèi)部和外界激勵的作用，側(cè)碰撞傳感器安裝點有共振的可能.當發(fā)生共振時，安裝點會出現(xiàn)較大的振幅，此時側(cè)碰傳感器采集到的異常加速度信號會傳遞給安全氣囊ECU，當安全氣囊ECU誤認為達到碰撞減速度閾值時，會導致安全氣囊的誤爆，給顧客人身安全和公司財產(chǎn)帶來不必要的損失.因此，必須在產(chǎn)品設(shè)計階段對傳感器安裝位置的頻率響應特性進行預測，保證其頻率響應特性曲線滿足廠家對產(chǎn)品安裝位置的要求.[1]利用MSC Nastran頻率響應分析功能對某車型碰撞傳感器安裝點進行仿真分析，以驗證其性能能否滿足目標要求.
1分析理論
在MSC Nastran頻率響應分析中，有兩種不同的數(shù)值方法供選擇：直接法（SOL108）和模態(tài)法（SL111）[2]，本文采用模態(tài)法對側(cè)碰傳感器安裝點進行頻率響應分析.
模態(tài)頻率響應分析是主模態(tài)分析的擴展.作為推導的第一步，假定x=ξ（ω）eiωt （1）將變量從物理坐標u（ω）轉(zhuǎn)換到模態(tài)坐標ξ（ω）.因為很少用到所有的模態(tài)，所以上式通常是近似代換.
7結(jié)論
通過CAE分析與實測試驗的相關(guān)性對比研究發(fā)現(xiàn)，利用MSC Nastran強大的頻率響應分析功能，在設(shè)計初期對汽車電子產(chǎn)品固定點進行頻率響應分析是可行的，并且可以盡早的驗證設(shè)計的有效性，為性能設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持.
參考文獻：
【關(guān)鍵詞】側(cè)碰；被動安全；二次碰撞；氣囊；氣簾；吸能式車體
汽車的安全性能問題牽扯著千家萬戶的幸福，大多數(shù)駕駛員沒有意識到疲勞駕駛、酒后駕駛、賭氣超車、搶紅燈等危險駕駛行為帶來的嚴重后果。公安部交通管理局的最新交通事故和死忙人數(shù)提醒著我們，危險駕駛帶來的可能是幾個家庭的悲劇。
汽車碰撞事故可分為單車事故和多車事故。單車事故可分為翻車事故和障礙物碰撞事故；多車事故可分為正碰、追尾、側(cè)碰。事故中汽車可能受到前后、左右、上下各方向的沖擊[1]。
圖1 事故形式比例[3]
發(fā)生碰撞時車內(nèi)乘員的傷亡的主要原因[1]：
1）一次碰撞過程劇烈，以致傳遞到司乘人員身上的加速度值超過了人體的耐受極限，使人體器官受到損傷
2）碰撞過程中乘坐室外部剛硬物體，侵入乘坐室內(nèi)部，直接將司乘人員擠壓死亡
3）司乘人員在車內(nèi)遭受的“二次碰撞”而受傷
4）在碰撞過程中，乘坐室變形太大，以致司乘人員缺乏生存空間而傷亡。
側(cè)面碰撞較正碰和后碰相比較，緩沖區(qū)域小，更容易受到傷害。當發(fā)生碰撞時，被動安全的零部件發(fā)揮著重要作用。
被動安全涉及的汽車零部件主要有：安全帶、氣囊、可潰縮轉(zhuǎn)向管柱、可潰縮踏板、吸能式車體結(jié)構(gòu)等。
本文針對碰撞事故中發(fā)生較多的側(cè)面碰撞，推薦幾種為避免車內(nèi)司乘人員發(fā)生“二次碰撞”的配置。
一、側(cè)氣簾
在A柱發(fā)生側(cè)碰時，橫向慣性使司乘人員緊靠車門玻璃或內(nèi)飾表面，容易造成傷害。當側(cè)氣簾傳感器接收到碰撞信號，側(cè)氣簾迅速從頂棚下邊緣處張開，從A柱到C柱區(qū)域，緩沖側(cè)面碰撞帶來的頭部傷害。
圖2 側(cè)氣簾示意圖
二、側(cè)氣囊
側(cè)氣囊安裝在座椅靠背外側(cè)，主副座椅和二排座椅均可配備。側(cè)碰發(fā)生時，側(cè)氣囊傳感器接收信號，側(cè)氣囊從座椅表層接縫處迅速張開，可以緩沖側(cè)碰撞帶來的胸部、臂部的傷害。
圖3 側(cè)氣囊示意圖
三、前排中央安全氣囊
前排中央安全氣囊位于駕駛員座椅內(nèi)側(cè)靠背上，與側(cè)氣囊位置相反，這一安全氣囊主要作用于車輛發(fā)生側(cè)碰時，為非撞擊一側(cè)的駕駛員或者副駕駛座位上的乘客提供保護。彈出時在前排座椅中間靠近整車中心的位置展開。
如圖4所示，當無副駕駛員時，發(fā)生側(cè)駕駛員方向側(cè)碰，三點式安全帶未起到保護駕駛員作用，駕駛員撞向副儀表板造成二次傷害，頸部和腰部亦造成嚴重傷害。
如圖5所示，當汽車配備前排中央安全氣囊，當側(cè)碰發(fā)生時，傳感器接收到信號后，氣囊打開能夠很好的支撐腰部以上區(qū)域，避免二次碰撞帶來的傷害。
如圖6所示，當有副駕駛員時，發(fā)生駕駛員方向側(cè)碰，副駕駛成員的三點式安全帶并未起到保護駕駛員作用，撞向了副儀表板和駕駛員。造成兩人受傷。
如圖7所示，當汽車配備前排中央安全氣囊，當側(cè)碰發(fā)生時，傳感器接收到信號，氣囊打開支撐腰部以上區(qū)域，避免二次碰撞帶來的傷害。同時阻隔了與主駕駛員之間的兩人碰撞。
四、吸能式車體結(jié)構(gòu)
圖8 吸能式車體結(jié)構(gòu)示意圖
吸能式車體結(jié)構(gòu)主要集中在發(fā)生碰撞的瞬間，通過車身的前部潰縮來吸收碰撞產(chǎn)生的能量。車門防撞梁結(jié)構(gòu)、B柱抗彎曲能力、增加填充物等實現(xiàn)吸能效果，減少對人員的傷害。
參考文獻
[1]鐘志華.汽車碰撞安全技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社， 2005，7.
[2]公安部交通管理局.中華人民共和國道路交通事故統(tǒng)計年報[M].北京（2007-2011年度）.
[3]覃禎員.轎車側(cè)面碰撞車身結(jié)構(gòu)安全性和乘員損傷保護研究[D].長沙：湖南大學碩士學位論文，2009.
[4]李博旭.保護更全面通用推出前排中央安全氣囊[J].汽車之家，2013.
作者簡介：
許丹（1987—），女，遼寧丹東人，工學學士，助理工程師，現(xiàn)供職于遼寧曙光汽車集團股份有限公司，主要從事汽車研發(fā)及工業(yè)生產(chǎn)過程控制。
