汽車(chē)落水救助裝置設(shè)計(jì)

毛明哲 王麗

摘 要：為了進(jìn)一步提高汽車(chē)被動(dòng)安全性，本落水救助裝置作為實(shí)用性安全裝置，通過(guò)理論知識(shí)導(dǎo)出，可以進(jìn)一步保護(hù)人們生命財(cái)產(chǎn)安全，使用方法為當(dāng)落水信號(hào)傳輸至ECU時(shí)準(zhǔn)確第一件時(shí)間判斷汽車(chē)落水情況，判斷落水后ECU處理信號(hào)，放大信號(hào)由輸出端將信號(hào)傳遞至與駕駛位車(chē)門(mén)，車(chē)門(mén)門(mén)軸內(nèi)嵌入定向型，低烈度爆破裝置，啟動(dòng)爆破使得車(chē)門(mén)與車(chē)體分離并利用車(chē)門(mén)自重使其滑落，打開(kāi)逃生通道。

關(guān)鍵詞：落水;救助;汽車(chē)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB472 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）20-20-03

Abstract： In order to further improve the passive safety of vehicles. The drowning rescue device is used as a practical safety device. Through the derivation of theoretical knowledge， people's lives and property can be further protected. The use method is to judge the situation of the car falling into the water accurately at the first time when the falling signal is transmitted to ECU， It is judged that the ECU processes the signal after falling into the water. The amplified signal is transmitted from the output to the driver's car door， A directional， low-intensity blasting device is embedded in the door shaft， which starts the blasting to separate the door from the car body and uses the self-weight of the door to make it slip and open the escape channel.

Keywords： Fall into the water; Rescue; Automobile

CLC NO.： TB472 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）20-20-03

引言

全球每年約有125萬(wàn)人因道路交通事故喪生，受傷人數(shù)則高達(dá)5000萬(wàn)人。其中汽車(chē)落水事故又在交通事故中占有較大比重。我國(guó)每年有1.1萬(wàn)次汽車(chē)落水事故，2018年10月28日，重慶市萬(wàn)州區(qū)大橋便有公車(chē)處乘客與司機(jī)發(fā)生爭(zhēng)執(zhí)導(dǎo)致汽車(chē)落水而造成多達(dá)15人死于非命。課題組成員基于“防患于未然”的理念設(shè)計(jì)此裝置。

本裝置通過(guò)傳感器與ECU的配合準(zhǔn)確判斷汽車(chē)落水與事故情況，迅速做出反應(yīng)，可在第一時(shí)間自動(dòng)為落水人員打開(kāi)逃生出路，自主工作又最大程度上避免由于遇難人員慌亂而造成操作上的失誤。同時(shí)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成本較低，對(duì)于行車(chē)安全具有重要意義，具有較大的實(shí)用和推廣價(jià)值。

在汽車(chē)發(fā)生碰撞事故或落水事故時(shí)，第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行破門(mén)工作，可以盡可能防止乘客因不能及時(shí)逃出而發(fā)生二次事故或溺水;針對(duì)汽車(chē)落水或發(fā)生大型事故后，乘客實(shí)施自救，進(jìn)一步提高自救方案時(shí)效性、有效性、智能性。

1 概述

1.1 落水救助裝置的介紹

（1）通過(guò)多種多個(gè)傳感器設(shè)計(jì)，能夠?qū)?chē)輛的狀態(tài)進(jìn)行智能檢測(cè)。項(xiàng)目組將對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的框架進(jìn)行研究，多層次多角度多種研究方法調(diào)查、分析、探索，力求得到最精準(zhǔn)解決方案。

（2）設(shè)置一個(gè)中央處理器集合于汽車(chē)的ECU內(nèi)，對(duì)該處理器的算法、結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，得出更準(zhǔn)確、高效的中央處理系統(tǒng)。預(yù)設(shè)多種初始的破門(mén)方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐，采用定向低烈度爆破破方式，最大程度提高效能和智能控制的可操作性。

1.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)于同類(lèi)裝置研究

從目前對(duì)汽車(chē)落水事故的救助和保護(hù)方案來(lái)看，國(guó)內(nèi)外都已存在：利用安全氣囊來(lái)延緩汽車(chē)落水增加救助時(shí)間的裝置及通過(guò)控制電磁閥鎖磁吸力消失與否控制后排座椅連通后備箱通道逃生的方法。但就此兩方案而言都具有一定程度上的不完善，如前者并沒(méi)有直接打開(kāi)逃生通道只是增加逃生時(shí)間，后者需要從內(nèi)部打開(kāi)后備箱，而現(xiàn)有汽車(chē)尤其是私家車(chē)并沒(méi)有全部在內(nèi)部安裝后備箱內(nèi)部打開(kāi)裝置，所以需要單獨(dú)設(shè)立后備箱打開(kāi)機(jī)制，這便造成一定的實(shí)用困難。

國(guó)外某公司也曾使用某些技術(shù)或使用新型材料對(duì)車(chē)門(mén)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)改造使得車(chē)門(mén)可以在特殊情況下仍能開(kāi)啟;國(guó)內(nèi)有高校也曾研究汽車(chē)落水的自動(dòng)浮起和扶正控制系統(tǒng);但無(wú)論是國(guó)外對(duì)車(chē)門(mén)的特殊改造和新型材料使用還是國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)研發(fā)都無(wú)可避免的遇到了成本較高難以大量普及的問(wèn)題。

此項(xiàng)目基于可行性、推廣性、獨(dú)特實(shí)用價(jià)值和廣闊市場(chǎng)潛力的概念開(kāi)展調(diào)查研究。

1.3 落水救助裝置的特點(diǎn)

（1）提出了界定汽車(chē)在高速行駛狀態(tài)下，電子控制系統(tǒng)判定汽車(chē)落水狀態(tài)的充要條件：利用四個(gè)信號(hào)即可能準(zhǔn)確區(qū)分汽車(chē)被水淹沒(méi)時(shí)的狀態(tài)，即在有人駕駛狀態(tài)下車(chē)輛被水淹沒(méi)和在無(wú)人狀態(tài)下車(chē)輛被淹沒(méi)的判定條件，避免車(chē)輛在其它狀態(tài)下產(chǎn)生誤判生而造成不必要的損失和事故。

（2）充分利用原車(chē)的控制系統(tǒng)，在原車(chē)的控制系統(tǒng)上只增加了2個(gè)傳感器信號(hào)，即水位高度傳感器（判斷車(chē)輛被水淹沒(méi)的程度）和水錘式?jīng)_擊壓力傳感器（判斷車(chē)輛與水撞擊的程度）。利用原車(chē)控制系統(tǒng)中的車(chē)速傳感器信號(hào)和點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)判斷車(chē)輛的行駛狀況，而無(wú)需再設(shè)計(jì)其它復(fù)雜的計(jì)算程序、系統(tǒng)。

（3）將水錘現(xiàn)象的原理反向利用，與壓力傳感器結(jié)合，設(shè)計(jì)了一個(gè)新型傳感器即水錘式水壓沖擊傳感器。

（4）改變了車(chē)門(mén)開(kāi)啟方向，使車(chē)門(mén)在門(mén)軸被爆破斷開(kāi)后向下滑落，而不是水平開(kāi)啟。減少了開(kāi)啟阻力，縮短開(kāi)門(mén)時(shí)間。破門(mén)更迅速，消除人員操作的繁瑣。系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)作，為車(chē)內(nèi)遇險(xiǎn)人員提供更多的逃生時(shí)間。

2 技術(shù)路線(xiàn)

組成：本裝置由水壓傳感器，車(chē)速傳感器，水錘式壓力沖擊傳感器，ECU，定向低烈度爆破裝置組成。

工作原理：其中傳感器安裝于車(chē)體各部（見(jiàn)圖1說(shuō)明），當(dāng)汽車(chē)點(diǎn)火信號(hào)，和車(chē)速傳感器高速行駛信號(hào)，水位信號(hào)，水錘式壓力沖擊信號(hào)，共同傳輸至ECU時(shí)準(zhǔn)確第一件時(shí)間判斷汽車(chē)落水情況，判斷落水后ECU處理信號(hào)，放大信號(hào)由輸出端將信號(hào)傳遞至與駕駛位車(chē)門(mén)，車(chē)門(mén)門(mén)軸內(nèi)嵌入定向型，低烈度爆破裝置，啟動(dòng)爆破使得車(chē)門(mén)與車(chē)體分離并利用車(chē)門(mén)自重使其滑落，即使未主動(dòng)滑落人力輕推即可。

傳感器安裝在汽車(chē)進(jìn)風(fēng)口下，當(dāng)車(chē)體沖入水面，外部水流沖擊積水盤(pán)，使擊水盤(pán)關(guān)閉并拍擊集液器內(nèi)積水，形成水錘效應(yīng)，產(chǎn)生較大壓力經(jīng)過(guò)取液孔沖擊內(nèi)部壓力傳感器產(chǎn)生壓力信號(hào)。

水位傳感器安裝于車(chē)體頂部，當(dāng)水位高度超過(guò)車(chē)身2/3高度時(shí)水液進(jìn)入傳感器內(nèi)部使浮球上升，產(chǎn)生水位信號(hào)，判斷車(chē)身淹沒(méi)程度，防止由于下雨環(huán)境或其他路面積水環(huán)境使得錯(cuò)誤判斷汽車(chē)是否落水。

低烈度爆炸裝置：

電爆管：由ECU控制信號(hào)，只需達(dá)到一節(jié)普通紐扣電池所達(dá)電壓既可以提供裝置運(yùn)行所需要的電壓。

反應(yīng)發(fā)生劑：二氧化硅（SiO2），硝酸銨（NH4NO3）;

3 結(jié)論

（1）提出了界定汽車(chē)在高速行駛狀態(tài)下，電子控制系統(tǒng)判定汽車(chē)落水狀態(tài)的充要條件：利用四個(gè)信號(hào)即可能準(zhǔn)確區(qū)分汽車(chē)被水淹沒(méi)時(shí)的狀態(tài)，即在有人駕駛狀態(tài)下車(chē)輛被水淹沒(méi)和在無(wú)人狀態(tài)下車(chē)輛被淹沒(méi)的判定條件，避免車(chē)輛在其它狀態(tài)下產(chǎn)生誤判生而造成不必要的損失和事故。

（2）充分利用原車(chē)的控制系統(tǒng)，在原車(chē)的控制系統(tǒng)上只增加了2個(gè)傳感器信號(hào)，既水位高度傳感器（判斷車(chē)輛被水淹沒(méi)的程度）和水錘式?jīng)_擊壓力傳感器（判斷車(chē)輛與水撞擊的程度）。利用原車(chē)控制系統(tǒng)中的車(chē)速傳感器信號(hào)和點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)判斷車(chē)輛的行駛狀況。而無(wú)需再設(shè)計(jì)其它復(fù)雜的計(jì)算程序、系統(tǒng)。

（3）將水錘現(xiàn)象的原理反向利用，與壓力傳感器結(jié)合，設(shè)計(jì)了一個(gè)新型傳感器即水錘式水壓沖擊傳感器。

（4）改變了車(chē)門(mén)開(kāi)啟方向，使車(chē)門(mén)在門(mén)軸被爆破斷開(kāi)后向下滑落，而不是水平開(kāi)啟。減少了開(kāi)啟阻力，縮短開(kāi)門(mén)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] 張佳新，孫立書(shū).一種緊急汽車(chē)落水逃生系統(tǒng)[J].汽車(chē)零部件，2019 （10）.

[2] 吉利汽車(chē)自動(dòng)開(kāi)啟門(mén)窗技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程.2012（9）.

[3] 李濤.基于信息融合的汽車(chē)落水防沉裝置研發(fā)[D].洛陽(yáng)：河南科技大學(xué).