1、安全氣囊的個人經(jīng)驗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駕駛員及前排乘客。當駕駛員及乘客戴安全帶時，安全氣囊對人的保護效果應該最佳。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20人，就有1人不能受其保護而死亡，而且死亡的人一般身體較矮，如兒童與婦女。 有汽車就有安全問題，隨著汽車保有量的增加，安全問題日益突顯。開展汽車安全性研究是十分必要和緊迫的；汽車安全氣囊能有效地提高汽車安全性，因此安全氣囊的研究也是十分有意義的。 轉(zhuǎn)向盤內(nèi)藏氣囊裝置的結(jié)構由傳感器、氣體發(fā)生器和氣囊等主要部件組成。傳感器判斷撞車程度，傳遞信號;氣體發(fā)生器

2、根據(jù)信號產(chǎn)生一定量的氣體，向氣囊充氣;氣囊充氣后膨脹，對駕駛員起保護作用 。（如下頁圖所示）氣體發(fā)生器結(jié)構主要包括外殼體(含排氣孔)、過濾系統(tǒng)和傳火機構。因此結(jié)構設計也圍繞這三個方面進行，殼體設計包括殼體形狀/尺寸設計、殼體材料選擇和排氣孔設計;過濾系統(tǒng)設計包括過濾系統(tǒng)機理設計和材料選用;點傳火機構則包括點傳火藥的選用、藥型設計和傳火孔形狀及尺寸設計。氣體發(fā)生器結(jié)構設計的原則:一是保證氣體發(fā)生器本身的性能，二是提供足夠的強度，三是盡可能降低成本。§ 根據(jù)所選雷管（相當于引藥的作用）特性，引爆雷管需要的熱量是1.096J，假設點火銷動能轉(zhuǎn)化為熱能的效率是80%，那么點火銷撞擊雷管的瞬時

3、動能為1.37J，己知點火銷的質(zhì)量，根據(jù)動能定理和牛頓第二定理，可算出點火銷壓縮彈簧的載荷，從而設計點火銷壓縮彈簧。§ 對觸發(fā)桿作受力分析，觸發(fā)桿為杠桿機構，根據(jù)傳感球的質(zhì)量和碰撞減速可算出偏心彈簧的載荷情況，從而設計偏心彈簧。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碰撞到氣囊上的司機或乘客。轎

4、車安全氣囊的功能是在汽車正面碰撞時保護司機與乘客，但目前的設計保護了身體高的司機與乘客，而有可能傷害身體矮的司機與乘客。其原因是身體矮的司機為了踩剎車及油門，身體較接近于方向盤，汽車碰撞時，氣囊膨脹過程中，身體矮的司機可能碰上了氣囊。膨脹過程中的氣囊動能大，像是一個運動中的剛體，會傷害與其碰撞的司機。上身長、腿短的司機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。設安全氣囊與司機和乘客組成一個系統(tǒng)。安全氣囊目前的設計保護大部分司機與前排乘客，但有可能傷害身體矮的司機與乘客。該設計可用如下的物質(zhì)場模型描述：氣囊S2在機械能FM的作用下迅速膨脹保護了司機

5、與乘客S11，卻傷害了司機與乘客S12。這說明，原設計存在技術沖突。圖中：FM指機械能；S11指身體較高的司機與乘客；S12指身體矮的司機與乘客；S2指氣囊。如果要進行創(chuàng)新設計，其標志是要徹底的克服現(xiàn)設計中存在的沖突，即新的安全氣囊不僅要保護身體較高的司機與乘客，又要保護身體較矮的司機與乘客。改進設計后的最終模型應該如圖84所示。832 技術沖突及消除美國政府有關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，可以保護身體矮的司機與乘客，但汽車在高速運行時如果發(fā)生碰撞，所有身材的司機與乘客均高速前傾，可能要碰撞到方向盤、儀表

6、盤或擋風玻璃上，從而受到傷害，膨脹速度慢的氣囊并不能有效的保護他(她)們。如果按該方法進行設計，設計中的技術沖突：減少氣囊功率可以減少其膨脹速度，減少司機、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、儀表盤或擋風玻璃等。無論是原始設計還是改進建議，都存在技術沖突?，F(xiàn)將技術沖突標準化并應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，以保護一部分司機與乘客；另一方是速度的改變使另一部分司機與乘客受到傷害。這一技術沖突可用39個標準工程參數(shù)中的第15及第31

7、個參數(shù)描述。No15運動物體作用時間：物體完成規(guī)定動作的時間及服務期。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，當完全膨脹后才出現(xiàn)身體矮的司機或乘客與其碰撞的可能，則能保護所有的司機或前排乘客。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

8、夠軟化氣囊表面，使碰撞處于惰性的環(huán)境，就可保護司機與乘客。3)No16未達到或超過的作用：如果1m達到所希望的效果是困難的，稍微未達到或稍微超過預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，可以保護司機與乘客。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，當其完全膨脹后司機或乘客才可能與氣囊碰撞。表81是采用發(fā)明原理消除技術沖突的一個總結(jié)。表81所示的消除技術沖突的方法已給出了安全氣囊改進設計基本思路，或已完成了概念設計的初步內(nèi)容。根據(jù)這些思路，領域?qū)＜?安全氣囊設計人員)可根據(jù)本企業(yè)設計與生產(chǎn)安全氣囊的實際或根據(jù)可實現(xiàn)的能力進一步完善已提出的概念，畫出工作原理簡圖及實現(xiàn)簡圖，完成概念設計。發(fā)明原理序號與名稱消除技術沖突的方法No21緊急行動 加快而不是減小氣囊的膨脹速度，當完全膨脹后才出現(xiàn)身體矮的司機或乘客與其碰撞的可能，則能保護所有的司機或前排乘客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