汽車安全氣囊的設(shè)計問題3頁

1、汽車安全氣囊的設(shè)計問題：汽車正面碰撞是造成交通事故65傷亡的原因。安全氣囊就是為了在汽車正面碰撞過程中最大限度的保護(hù)駕駛員及前排乘客。當(dāng)駕駛員及乘客戴安全帶時，安全氣囊對人的保護(hù)效果應(yīng)該最佳。但對很多裝有安全氣囊轎車的交通事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，安全氣囊每保護(hù)20人，就有1人不能受其保護(hù)而死亡，而且死亡的人一般身體較矮，如兒童與婦女。對問題的分析與解答：轎車是一個系統(tǒng)，安全氣囊只是其中的子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)簡圖如圖82所示。汽車是氣囊的超系統(tǒng)，碰撞物可能是另一輛汽車或其他物體。氣囊裝在氣囊筒內(nèi)，氣囊簡裝在汽車方向盤前端。安裝在汽車前端的傳感器感受到汽車減速度信號，傳給激發(fā)器并使氣囊迅速膨脹并充滿具有一定壓力

2、的氣體，完全膨脹后，囊內(nèi)壓力要有所降低，氣體的減振作用將保護(hù)碰撞到氣囊上的司機(jī)或乘客。轎車安全氣囊的功能是在汽車正面碰撞時保護(hù)司機(jī)與乘客，但目前的設(shè)計保護(hù)了身體高的司機(jī)與乘客，而有可能傷害身體矮的司機(jī)與乘客。其原因是身體矮的司機(jī)為了踩剎車及油門，身體較接近于方向盤，汽車碰撞時，氣囊膨脹過程中，身體矮的司機(jī)可能碰上了氣囊。膨脹過程中的氣囊動能大，像是一個運(yùn)動中的剛體，會傷害與其碰撞的司機(jī)。上身長、腿短的司機(jī)受傷害的可能性更大。婦女一般身體矮，兒童不僅身體矮而且經(jīng)常不戴安全帶，因此，容易受到傷害。設(shè)安全氣囊與司機(jī)和乘客組成一個系統(tǒng)。安全氣囊目前的設(shè)計保護(hù)大部分司機(jī)與前排乘客，但有可能傷害身體矮的司

3、機(jī)與乘客。該設(shè)計可用如下的物質(zhì)場模型描述：氣囊S2在機(jī)械能FM的作用下迅速膨脹保護(hù)了司機(jī)與乘客S11，卻傷害了司機(jī)與乘客S12。這說明，原設(shè)計存在技術(shù)沖突。圖中：FM指機(jī)械能；S11指身體較高的司機(jī)與乘客；S12指身體矮的司機(jī)與乘客；S2指氣囊。如果要進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，其標(biāo)志是要徹底的克服現(xiàn)設(shè)計中存在的沖突，即新的安全氣囊不僅要保護(hù)身體較高的司機(jī)與乘客，又要保護(hù)身體較矮的司機(jī)與乘客。改進(jìn)設(shè)計后的最終模型應(yīng)該如圖84所示。832 技術(shù)沖突及消除美國政府有關(guān)部門曾建議減少安全氣囊功率的方法解決該問題。所謂的功率定義為氣囊的膨脹力與膨脹速度之積。減少該功率使氣囊膨脹速度減慢，可以保護(hù)身體矮的司機(jī)與乘客，

4、但汽車在高速運(yùn)行時如果發(fā)生碰撞，所有身材的司機(jī)與乘客均高速前傾，可能要碰撞到方向盤、儀表盤或擋風(fēng)玻璃上，從而受到傷害，膨脹速度慢的氣囊并不能有效的保護(hù)他(她)們。如果按該方法進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計中的技術(shù)沖突：減少氣囊功率可以減少其膨脹速度，減少司機(jī)、乘客與氣囊碰撞所造成的傷害；但汽車高速行駛過程的碰撞，由于氣囊未能及時膨脹將會帶來更多的傷害。如圖85所示。圖中S3是指方向盤、儀表盤或擋風(fēng)玻璃等。無論是原始設(shè)計還是改進(jìn)建議，都存在技術(shù)沖突?，F(xiàn)將技術(shù)沖突標(biāo)準(zhǔn)化并應(yīng)用沖突矩陣確定可用的發(fā)明原理，通過這些發(fā)明原理去發(fā)現(xiàn)消除沖突的基本思路。沖突的一方是要改變氣囊的膨脹速度，以保護(hù)一部分司機(jī)與乘客；另一方是速度

5、的改變使另一部分司機(jī)與乘客受到傷害。這一技術(shù)沖突可用39個標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)中的第15及第31個參數(shù)描述。No15運(yùn)動物體作用時間：物體完成規(guī)定動作的時間及服務(wù)期。兩次誤動作之間的時間也是作用時間的一種度量。No3l物體產(chǎn)生的有害因素：有害因素將降低物體或系統(tǒng)的效率或完成功能的質(zhì)量。這些有害因素是由物體或系統(tǒng)操作的一部分而產(chǎn)生的。由沖突矩陣可以查出，可用發(fā)明原理序號為：21、39、16和22。1)No21緊急行動：以最快的速度完成有害的操作。加快而不是減小氣囊的膨脹速度，當(dāng)完全膨脹后才出現(xiàn)身體矮的司機(jī)或乘客與其碰撞的可能，則能保護(hù)所有的司機(jī)或前排乘客。2)No39惰性環(huán)境：用惰性環(huán)境代替通常環(huán)境。在

6、汽車碰撞過程中對人的傷害是由于膨脹過程中的氣囊動能的作用，使其像一個剛體，如果某種物質(zhì)能夠軟化氣囊表面，使碰撞處于惰性的環(huán)境，就可保護(hù)司機(jī)與乘客。3)No16未達(dá)到或超過的作用：如果1m達(dá)到所希望的效果是困難的，稍微未達(dá)到或稍微超過預(yù)期的效果將大大簡化問題。氣囊體積減少，功率增加，使其迅速膨脹，可以保護(hù)司機(jī)與乘客。4)NoX變有害為有益a)利用有害因素，特別是對環(huán)境有害的因素，獲得有益的結(jié)果；b)通過與另一種有害因素結(jié)合消除一種有害因素；c)加大一有害因素的程度使其不再有害。增加氣囊的膨脹速度，當(dāng)其完全膨脹后司機(jī)或乘客才可能與氣囊碰撞。表81是采用發(fā)明原理消除技術(shù)沖突的一個總結(jié)。表81所示的消除技術(shù)沖突的方法已給出了安全氣囊改進(jìn)設(shè)計基本思路，或已完成了概念設(shè)計的初步內(nèi)容。根據(jù)這些思路，領(lǐng)域?qū)＜?安全氣囊設(shè)計人員)可根據(jù)本企業(yè)設(shè)計與生產(chǎn)安全氣囊的實(shí)際或根據(jù)可實(shí)現(xiàn)的能力進(jìn)一步完善已提出的概念，畫出工作原理簡圖及實(shí)現(xiàn)簡圖，完成概念設(shè)計。發(fā)明原理序號與名稱消除技術(shù)沖突的方法No21緊急行動 加快而不是減小氣囊的膨脹速度，當(dāng)完全膨脹后才出現(xiàn)身體矮的司機(jī)或乘客與其碰撞的可能，則能保護(hù)所有的司機(jī)或前排乘客No39惰性環(huán)境 在汽車碰撞過程中對人的傷害是由于膨脹過程中的氣囊的動能作用，使其像一個剛體，如果某種物質(zhì)能夠軟