車載安全玻璃緊急微爆裝置的研究

趙福磊，文昊，李亞鵬

( 長安大學汽車學院，陜西西安710064)

0 引言

在交通事故中，汽車發(fā)生碰撞將會引起燃燒，乘客逃離不及時或沒有機會逃離，最終導致死亡人數(shù)增加，因此，在事故突發(fā)時增加逃生機會顯得尤其重要。然而，目前當車禍發(fā)生時，特別是客車，人多擁擠車門空間狹小，導致了延誤逃生的最佳時間。因此增加逃生出口就顯得尤其重要?？蛙囓嚧氨容^大，適合作逃生出口，因此設計一種裝置使得車載玻璃在發(fā)生車禍時主動破碎，增加逃生出口，是非常必要的。

1 客車安全技術(shù)背景

汽車經(jīng)過100 多年的發(fā)展成為當今社會最普遍、最常用的出行工具，同時汽車對人和對社會造成的傷害及經(jīng)濟損失也是所有交通工具中最嚴重的，據(jù)估計全世界每年約有120 萬人死于汽車交通事故中，受害者多達5 000 萬人，因此汽車的安全技術(shù)一直是車企和社會關(guān)注的焦點問題［1］。

隨著高科技的發(fā)展各種安全技術(shù)廣泛地用于汽車上，汽車的安全性可以分為主動安全性和被動安全性兩大類，主動安全性指汽車避免發(fā)生意外事故的能力，主動安全技術(shù)如剎車防抱死系統(tǒng) (ABS)、牽引力控制系統(tǒng) (TCS)、電子穩(wěn)定裝置(ESP)、動力輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等［2］。被動安全性指汽車發(fā)生事故后對乘員進行有效保護的能力，如安全帶、安全氣囊、安全座椅、安全玻璃等等［3］。隨著人們對汽車性能要求的提高，汽車在安全方面也存在廣闊的發(fā)展前景。

2 車載安全玻璃緊急微爆技術(shù)

車載安全玻璃緊急微爆技術(shù)可用于客車或七座以上的車上，在汽車發(fā)生車禍時依靠傳感器信號引爆微爆單元，使車窗成為逃生出口，增加乘客的逃生機會。

2.1 安全玻璃微爆技術(shù)背景

目前，大部分客車都是密封式車廂，僅有狹小的車門作為通道，在客車發(fā)生碰撞或著火時，乘客本能地涌到車門，造成擁擠，大大延長了逃離時間。然而，客車車窗比較大，可作逃生出口，但是由于長時間忽視對安全錘的管理，導致安全錘丟失，或因由于時間緊張，會發(fā)生爭搶安全錘，甚至會發(fā)生在緊急情況下不能正確使用安全錘擊破安全玻璃的現(xiàn)象。并且車載安全玻璃都是在車輛發(fā)生意外后由人工敲碎。因此，若安全玻璃在發(fā)生車禍時能自動破碎，那么將會延長逃生時間，增加乘客的逃生出口。從而有效地增加受害者的逃生幾率，降低在事故中的死亡人數(shù)。

2.2 玻璃微爆裝置

車載安全玻璃緊急微爆裝置由兩部分組成。一部分是玻璃微爆單元，另一部分是微爆控制單元。

車載安全玻璃緊急微爆裝置，利用碰撞傳感器、燃油溫度傳感器，對車輛的加速度和油溫的變化進行檢測，并將數(shù)據(jù)傳給主控裝置。在單片機內(nèi)，將采集的信號與設定的安全值作比較，進而可以判斷是否啟用微爆單元。若比較的結(jié)果大于安全值，則開啟微爆單元，使得車窗玻璃的四角爆裂。因為車用玻璃都是安全玻璃，即使爆裂，也不會對人身造成傷害，并且可使得車內(nèi)人員較安全地通過車窗逃生。若比較的結(jié)果小于安全值，則不啟用微爆單元。并且可在主控裝置中設置一個儲存器，將車輛所有碰撞時的速度信息保存，以便對事故處理時的調(diào)查取證提供有力數(shù)據(jù)。

也可以使微爆單元與安全氣囊控制系統(tǒng)相連接，在安全氣囊打開的同時，微爆單元被啟用。同時即使安全氣囊因故障沒有打開，微爆單元也可以依靠自己的控制單元進行工作。這樣就可以組成一個安全保護逃生系統(tǒng)。

車載安全玻璃緊急微爆裝置的實物模型如圖1 所示。4 個微爆單元分別封裝于玻璃的4 個角內(nèi)，如圖1 中的4 個黑色三角。每個微爆單元都有三根引線，即一根電源線、兩根控制線。為了防止整體失效，各微爆單元采用并聯(lián)方式連接。

微爆控制單元主要由碰撞傳感器、燃料溫度傳感器、STC89C51 單片機、信息存儲器等組成，其中碰撞傳感器可以與安全氣囊的碰撞傳感器共用。微爆單元可以與安全氣囊的主控制單元相連，對微爆單元實行微爆控制單元與安全氣囊主控制單元雙控制措施。微爆單元采用電容(5 V、100 μF)、三極管、線路板等(如圖2 所示)。電容在電路中反接，當電路中通電時，電容在短時間內(nèi)可發(fā)生膨脹，從而使得安全玻璃四角破裂，進而采取較小的人力就可以使得整塊安全玻璃破碎。

其工作原理是： 碰撞傳感器和燃油溫度傳感器感知車輛的降速比例和燃油溫度信息; 微爆控制單元接受這些信息，并判斷是否啟用微爆單元; 當車輛的降速比或燃油溫度達到設定值時，微爆單元接受來自控制單元的信號，將車窗玻璃四角擊裂或擊碎，當車輛發(fā)生碰撞或燃料溫度達到了燃料燃燒溫度時，碰撞傳感器、燃料溫度傳感器向主控制裝置輸入信號。主控制裝置的單片機將得到的信號值與安全值作比較。若信號值比安全值大，則主控制裝置向微爆裝置發(fā)出信號。微爆裝置電路中的控制端(如圖2 所示) 有信號輸入，使得三極管導通，整個電路通電。因為電容是反接到電路中，所以在幾秒鐘的時間內(nèi)電容將會膨脹。從而使得安全玻璃破裂。之后就可以使用較小的人力將整個玻璃擊碎，車內(nèi)乘客就可以通過車窗逃生。若信號值比安全值小，則主控制裝置不向微爆裝置發(fā)出信號。避免因微小碰撞或假信號，造成維修成本升高。

如圖2 所示，微爆主控制裝置可以外接一個儲存器，用來記錄碰撞及燃料溫度信號，為以后的事故責任認定提供有力的數(shù)據(jù)證據(jù)。

微爆單元的電路圖如圖2 所示，微爆單元電路中的電源VCC 端，始終通電，但因控制端沒有信號輸入，整個電路是斷路的。一旦控制端有信號輸入，三極管(S9018) G1、G2、G3、G4導通，整個電路形成通路。又因電容C1、C2、C3、C4反接到電路中，所以在幾秒內(nèi)可以發(fā)生膨脹，并且擊破安全玻璃［4］。

3 應用前景

汽車的節(jié)能和安全是當前國際汽車高新技術(shù)發(fā)展的兩大主題，先進安全汽車技術(shù)的研究成了汽車安全技術(shù)的核心任務［5］。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車安全系統(tǒng)越來越向著智能化、集成化邁進，而車載微爆裝置將玻璃破碎和其他的安全技術(shù)集成在一塊依靠電子控制，不僅提高了安全裝置的可靠性，而且也大大降低了生產(chǎn)成本。

【1】杜愛民.汽車安全技術(shù)的應用及其發(fā)展趨勢［J］.汽車與配件，2012(3) ：26-27.

【2】劉福全.汽車安全控制新技術(shù)［J］. 交通科技與經(jīng)濟，2008(4) ：62-63.

【3】喬維高.汽車被動安全研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］. 汽車科技，2008(4) ：1-4.

【4】蹇小平，麻友良.汽車電器與電子技術(shù)［M］. 北京： 人民交通出版社，2006：103-126.

【5】NAGAI Masao.基于先進控制技術(shù)的車輛主動安全領域研究展望［J］.汽車安全與節(jié)能學報，2010(1) ：14-22.