车载安全玻璃紧急微爆装置的研究

2012-12-23赵福磊文昊李亚鹏

汽车零部件 2012年6期

赵福磊，文昊，李亚鹏

( 长安大学汽车学院，陕西西安710064)

0 引言

在交通事故中，汽车发生碰撞将会引起燃烧，乘客逃离不及时或没有机会逃离，最终导致死亡人数增加，因此，在事故突发时增加逃生机会显得尤其重要。然而，目前当车祸发生时，特别是客车，人多拥挤车门空间狭小，导致了延误逃生的最佳时间。因此增加逃生出口就显得尤其重要。客车车窗比较大，适合作逃生出口，因此设计一种装置使得车载玻璃在发生车祸时主动破碎，增加逃生出口，是非常必要的。

1 客车安全技术背景

汽车经过100 多年的发展成为当今社会最普遍、最常用的出行工具，同时汽车对人和对社会造成的伤害及经济损失也是所有交通工具中最严重的，据估计全世界每年约有120 万人死于汽车交通事故中，受害者多达5 000 万人，因此汽车的安全技术一直是车企和社会关注的焦点问题［1］。

随着高科技的发展各种安全技术广泛地用于汽车上，汽车的安全性可以分为主动安全性和被动安全性两大类，主动安全性指汽车避免发生意外事故的能力，主动安全技术如刹车防抱死系统 (ABS)、牵引力控制系统 (TCS)、电子稳定装置(ESP)、动力辅助转向系统等［2］。被动安全性指汽车发生事故后对乘员进行有效保护的能力，如安全带、安全气囊、安全座椅、安全玻璃等等［3］。随着人们对汽车性能要求的提高，汽车在安全方面也存在广阔的发展前景。

2 车载安全玻璃紧急微爆技术

车载安全玻璃紧急微爆技术可用于客车或七座以上的车上，在汽车发生车祸时依靠传感器信号引爆微爆单元，使车窗成为逃生出口，增加乘客的逃生机会。

2.1 安全玻璃微爆技术背景

目前，大部分客车都是密封式车厢，仅有狭小的车门作为通道，在客车发生碰撞或着火时，乘客本能地涌到车门，造成拥挤，大大延长了逃离时间。然而，客车车窗比较大，可作逃生出口，但是由于长时间忽视对安全锤的管理，导致安全锤丢失，或因由于时间紧张，会发生争抢安全锤，甚至会发生在紧急情况下不能正确使用安全锤击破安全玻璃的现象。并且车载安全玻璃都是在车辆发生意外后由人工敲碎。因此，若安全玻璃在发生车祸时能自动破碎，那么将会延长逃生时间，增加乘客的逃生出口。从而有效地增加受害者的逃生几率，降低在事故中的死亡人数。

2.2 玻璃微爆装置

车载安全玻璃紧急微爆装置由两部分组成。一部分是玻璃微爆单元，另一部分是微爆控制单元。

车载安全玻璃紧急微爆装置，利用碰撞传感器、燃油温度传感器，对车辆的加速度和油温的变化进行检测，并将数据传给主控装置。在单片机内，将采集的信号与设定的安全值作比较，进而可以判断是否启用微爆单元。若比较的结果大于安全值，则开启微爆单元，使得车窗玻璃的四角爆裂。因为车用玻璃都是安全玻璃，即使爆裂，也不会对人身造成伤害，并且可使得车内人员较安全地通过车窗逃生。若比较的结果小于安全值，则不启用微爆单元。并且可在主控装置中设置一个储存器，将车辆所有碰撞时的速度信息保存，以便对事故处理时的调查取证提供有力数据。

也可以使微爆单元与安全气囊控制系统相连接，在安全气囊打开的同时，微爆单元被启用。同时即使安全气囊因故障没有打开，微爆单元也可以依靠自己的控制单元进行工作。这样就可以组成一个安全保护逃生系统。

车载安全玻璃紧急微爆装置的实物模型如图1 所示。4 个微爆单元分别封装于玻璃的4 个角内，如图1 中的4 个黑色三角。每个微爆单元都有三根引线，即一根电源线、两根控制线。为了防止整体失效，各微爆单元采用并联方式连接。

微爆控制单元主要由碰撞传感器、燃料温度传感器、STC89C51 单片机、信息存储器等组成，其中碰撞传感器可以与安全气囊的碰撞传感器共用。微爆单元可以与安全气囊的主控制单元相连，对微爆单元实行微爆控制单元与安全气囊主控制单元双控制措施。微爆单元采用电容(5 V、100 μF)、三极管、线路板等(如图2 所示)。电容在电路中反接，当电路中通电时，电容在短时间内可发生膨胀，从而使得安全玻璃四角破裂，进而采取较小的人力就可以使得整块安全玻璃破碎。

其工作原理是：碰撞传感器和燃油温度传感器感知车辆的降速比例和燃油温度信息; 微爆控制单元接受这些信息，并判断是否启用微爆单元; 当车辆的降速比或燃油温度达到设定值时，微爆单元接受来自控制单元的信号，将车窗玻璃四角击裂或击碎，当车辆发生碰撞或燃料温度达到了燃料燃烧温度时，碰撞传感器、燃料温度传感器向主控制装置输入信号。主控制装置的单片机将得到的信号值与安全值作比较。若信号值比安全值大，则主控制装置向微爆装置发出信号。微爆装置电路中的控制端(如图2 所示) 有信号输入，使得三极管导通，整个电路通电。因为电容是反接到电路中，所以在几秒钟的时间内电容将会膨胀。从而使得安全玻璃破裂。之后就可以使用较小的人力将整个玻璃击碎，车内乘客就可以通过车窗逃生。若信号值比安全值小，则主控制装置不向微爆装置发出信号。避免因微小碰撞或假信号，造成维修成本升高。

如图2 所示，微爆主控制装置可以外接一个储存器，用来记录碰撞及燃料温度信号，为以后的事故责任认定提供有力的数据证据。

微爆单元的电路图如图2 所示，微爆单元电路中的电源VCC 端，始终通电，但因控制端没有信号输入，整个电路是断路的。一旦控制端有信号输入，三极管(S9018) G1、G2、G3、G4导通，整个电路形成通路。又因电容C1、C2、C3、C4反接到电路中，所以在几秒内可以发生膨胀，并且击破安全玻璃［4］。