轎車(chē)落水即時(shí)監(jiān)控及脫困系統(tǒng)

陳弘燁+劉賜建

當(dāng)轎車(chē)不慎駛?cè)氤靥?、河流或遇到洪水時(shí)，車(chē)體會(huì)較快下沉至水底。絕大多數(shù)轎車(chē)沒(méi)有相關(guān)的監(jiān)控和脫困系統(tǒng)，自主求生比較困難。

一、問(wèn)題探究

通過(guò)對(duì)一些轎車(chē)落水事件案例的分析，我們發(fā)現(xiàn)目前轎車(chē)落水后被困人員主要有四種逃生途徑。

1.車(chē)門(mén)

由于落水后車(chē)門(mén)外側(cè)為水，內(nèi)側(cè)為空氣，內(nèi)外壓力差較大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，如果水漫過(guò)車(chē)門(mén)一半，要打開(kāi)車(chē)門(mén)就相當(dāng)于舉起50公斤的物體。轎車(chē)剛落水時(shí)，內(nèi)外壓力差相對(duì)較小，需立即推門(mén)才有可能成功逃生?；虼?chē)浸入水下后，車(chē)廂內(nèi)灌滿了水，這時(shí)內(nèi)外壓力差小，相對(duì)容易開(kāi)門(mén)逃生。

從車(chē)門(mén)逃生需要準(zhǔn)確把握時(shí)機(jī)，對(duì)落水人員的身體和心理素質(zhì)要求比較高。

2.前后車(chē)門(mén)、車(chē)窗

由于前后車(chē)門(mén)、車(chē)窗主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，落水后不久，電源和相關(guān)電路浸入水中易發(fā)生短路、導(dǎo)致失靈，需用工具破窗逃生，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成功率不高。除非車(chē)窗落水前已被打開(kāi)，落水人員才能在轎車(chē)落水瞬間迅速逃離。

3.后備箱

若車(chē)頭先落水，轎車(chē)后排會(huì)形成一個(gè)“空氣艙”，后備箱翹起在水面之上。若能第一時(shí)間打開(kāi)后備箱門(mén)，拉開(kāi)后排座椅，便能成功逃生，但逃生路線相對(duì)較長(zhǎng)，拉開(kāi)后排座椅難度也較大。

4.天窗

轎車(chē)天窗是車(chē)體中最后浸入水中的部分。由于落水后車(chē)外側(cè)為水，車(chē)內(nèi)為空氣，車(chē)內(nèi)絕大多數(shù)空間被水淹沒(méi)時(shí)，車(chē)輛才會(huì)完全浸沒(méi)。根據(jù)觀察，轎車(chē)從落水到完全浸沒(méi)一般需要3分鐘以上。天窗開(kāi)閉的執(zhí)行機(jī)構(gòu)均在車(chē)內(nèi)或在頂部，而車(chē)內(nèi)蓄電池會(huì)較早入水。若有備用電源供電開(kāi)啟天窗，落水人員有3分鐘以上的逃生時(shí)間。

二、研究思路

因?yàn)閺奶齑疤由臅r(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，而且目前配置天窗的轎車(chē)較為普遍，所以我們以落水轎車(chē)的天窗為逃生通道，研究如何在第一時(shí)間監(jiān)測(cè)轎車(chē)落水、進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警并開(kāi)啟天窗，即時(shí)遠(yuǎn)程報(bào)警。

我們采用液位傳感器和電子陀螺儀（三維角度傳感器）來(lái)監(jiān)測(cè)轎車(chē)是否落水，用控制器控制語(yǔ)音喇叭進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，控制備用電源給天窗電機(jī)供電，使其開(kāi)啟，打開(kāi)逃生通道。

三、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由液位傳感器、傾斜角度傳感器、控制器、語(yǔ)音喇叭、頂燈、備用電池、天窗電機(jī)、遠(yuǎn)程報(bào)警模塊等組成，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

四、工作原理

我國(guó)高速公路的縱向坡度一般不能超過(guò)5%，普通道路縱向坡度一般不超過(guò)10%。一般路面與水面有一定的落差，當(dāng)前后輪離地時(shí)失去地面支撐，加劇轎車(chē)傾斜。

前后輪距一般為3米至4米，前后輪高度差大于0.5米，此時(shí)其傾斜度大于12%。也就是說(shuō)，轎車(chē)前向落水或后向落水過(guò)程中其最大傾斜角度一般大于12%。

當(dāng)轎車(chē)駛離路面落水的瞬間，安裝在前后保險(xiǎn)杠四個(gè)角上的液位傳感器向控制器反饋車(chē)輛落水信號(hào)，且傾斜角度傳感器向控制器反饋車(chē)輛傾斜角度超過(guò)閾值（12%），此時(shí)控制器立即接通語(yǔ)音喇叭、頂燈、天窗電機(jī)電路，使語(yǔ)音喇叭報(bào)警，頂燈亮起，天窗打開(kāi)，落水人員從天窗緊急撤離，同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程報(bào)警模塊向指定用戶報(bào)警。

五、未來(lái)展望

1.智能手機(jī)有電子陀螺儀和加速度傳感器，可研發(fā)相關(guān)App，將手機(jī)的電子陀螺儀和加速度傳感器信號(hào)發(fā)給控制器，實(shí)現(xiàn)共享。

2.有部分轎車(chē)沒(méi)有天窗，如何打開(kāi)后排座位和后備箱車(chē)門(mén)，實(shí)現(xiàn)從后備箱逃生，這也是未來(lái)需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。