基于機械傳動控制的汽車爆胎應急裝置的設計

摘 要 基于機械傳動控制的汽車爆胎應急裝置是由胎壓傳感器感應、單片機控制及機械傳動三大部分組成，具有結構簡單、高性能、易安裝、工作穩定的特點。本裝置設計可以在汽車發生爆胎情況時防止駕駛員猛踩剎車，從而在一定程度上避免汽車爆胎時由駕駛員的不當操作所引發的事故，提高駕駛的安全性。該技術具有很強的適用性、方便性和廣闊的市場前景。

關鍵詞 爆胎應急；安全性；單片機；胎壓傳感器

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0032-02

近些年來隨著汽車數量的迅猛增長和高速公路的不斷發展，高速行駛的汽車爆胎引發的交通事故不斷增多。據公安部門統計，我國每年因高速行駛中突然爆胎而引發的事故占全部高速公路意外交通事故的49.4%。由于高速行駛的突然爆胎既不可預見又難以控制，已成為高速行駛“頭號殺手”和“隱形殺手”。而其中汽車爆胎后由于駕駛員心理驚慌失措猛踩剎車導致汽車加劇跑偏和翻車是引發事故的主要原因。正確的做法是用力控制方向盤，并松開油門踏板，使汽車利用滾動阻力讓車速慢下來，這期間盡量搶換低速擋，再輕點剎車使車速慢下來。

1 國內外爆胎應急技術的現狀分析

目前，市場出現了一些防爆胎裝置，它們的原理主要是在輪胎上進行改進，比如“剛性支撐式安全輪胎”，即在爆胎時它能及時釋放車輪劇增的運動阻力，從而可控車輛行駛方向，避免轉向輪因一側輪胎失壓后造成車輛方向失控。而對于輪胎改進需要對所有輪胎進行更換，因為制造成本的問題，對于輪胎企業來說，采用該產品肯定會導致成本增加。有權威人士認為，目前國內的客戶更多的還是關注成本的問題，該產品推廣應用需要較長一段時間。

即使隨著輪胎技術的不斷發展，其防爆性能日益提高，輪胎爆胎的可能性在客觀上仍然是無法消除的。而輪胎一旦爆胎，如果駕駛員由于心理等因素操作不當其后果將不堪設想。而汽車爆胎應急的技術將為駕駛員和乘客的生命財產安全做最后一道保障，有效降低此類交通事故的發生。因而，在政策及安全需求的呼吁下，爆胎應急技術將擁有更廣闊的發展前景。

2 汽車爆胎應急裝置

2.1 工作原理

基于機械傳動控制的汽車爆胎應急裝置的設計是由胎壓傳感器感應、單片機控制及機械傳動三大部分組成。當胎壓傳感器感應到壓力瞬間變化達到正常胎壓的1/3及以下時，通過無

圖1 整體構思方案圖

線傳輸把信號傳給單片機，單片機將接受到的信號經電路傳輸到自動鎖（自動鎖是由連桿機構、齒輪、頂桿等構成的傳動控制裝置，與齒條連接起傳動作用），自動鎖啟動，使剎車踏板自動鎖鎖在預定位置，并延時時間2 s～7 s（根據車速來決定延時時間）后，自動鎖復位，剎車正常使用。本裝置可以在汽車發生爆胎情況時起到“點剎”的作用，防止駕駛員猛踩剎車，從而在一定程度上避免汽車爆胎時由駕駛員的不當操作所引發的事故，提高駕駛的安全性。

2.2 實驗結構設計

1）感應裝置。通過檢測，將汽車輪胎內的壓力和溫度檢測值通過無線傳送給接收器。系統處于工作狀態時，如果輪胎壓力或溫度出現異常，系統立即進行報警，并顯示故障輪胎的位置與相應的壓力及溫度數值。當接收器顯示壓力值小于正常值的1/3及以下時，通過電路的傳輸把信號傳輸到自動鎖，裝置啟動。

2）爆胎裝置。通過泄氣閥瞬間把輪胎內的氣泄光，這時胎壓傳感器把信號傳給顯示胎壓不足，并發出報警聲。

3）動力控制。動力源采用車內12 V的直流電瓶，用接觸器、壓力傳感器的接收器以及通電延時繼電器作組成電路控制。

4）傳動控制。傳動控制是由自動鎖與齒輪齒條機構連接的傳動裝置。自動鎖是由連桿機構、齒輪、頂桿等構成的傳動控制裝置，與齒條機構連接共同起傳動作用。其中齒輪上固定一根頂桿。當自動鎖得到信號動作時，推動齒條，帶動齒輪轉動，齒輪剛好轉動1/4圓。頂桿剛好頂住剎車踏板，使剎車制動。齒輪齒條傳動的目的在于將齒條直線運動轉變為齒輪的回轉

運動。

圖2 機械傳動布置

2.3 主要部件

1）胎壓傳感器（Infineon SP12型傳感器）：檢測汽車輪胎的壓力值。選用的是射頻無線傳輸數據的胎壓傳感器，如圖3所示。

圖3 內置式胎壓傳感器

2）齒輪齒條：齒輪齒條傳動具有瞬間傳動比恒定，工作平穩性較高、維護簡便、傳動效率高，結構緊湊的優點。

3）自動鎖：主要的動力源為一個12 V的自動鎖。基于機械傳動控制的汽車爆胎應急裝置中由連桿機構、齒輪、頂桿等構成的傳動控制裝置，與齒條機構連接共同起傳動作用，其中齒輪上固定一根頂桿。

4）中間繼電器：電路控制部分。

5）單片機（MC9S12XS128）：接收來自胎壓傳感器和車速傳感器的信號，當胎壓瞬間降為胎壓正常值的1/3以下并且車速高于30 km/h時發出信號使得齒輪齒條動作帶動頂桿轉動頂住制動踏板工作。

2.4 實現流程

2.5 結論

經過在實驗室對模型樣機的近百次試驗，測得自動鎖啟動時間≤0.2 s。人的正常反應時間為0.1 s～0.4 s。在最快的反應時間0.1 s情況下，從駕駛員發現車胎胎壓異常時，立即松開油門踏板，直到開始踩下剎車踏板所用的總共時間將達到0.3 s～0.5 s，自動鎖此時早已啟動并發揮作用。通過反復調整測試，得到較為理想的自動鎖延時時間，實驗得到的延時時間與車速的關系數據見表1。

3 創新點

本裝置是為了在汽車爆胎的瞬間，防止駕駛員由于心理驚慌猛踩剎車而導致汽車翻車的嚴重交通安全事故。主要適用于高速行駛的車輛，與普通的爆胎裝置相比具有很強的適應性，能有效的降低高速路上因汽車突然爆胎而造成的嚴重后果，提高駕駛安全性。

在設計過程中考慮到剎車板正下方空間有限，因此設計自動鎖與齒輪齒條機構連接，并在齒輪上焊接一根桿，通過自動門鎖的啟動，推動齒條的運動使齒輪發生轉動，把桿從水平狀態轉化為豎直狀態。整個汽車爆胎應急裝置是在汽車地板以下布置的，在汽車正常行駛時不影響汽車駕駛廂內的其他諸如油門和離合器踏板，并不違反國標。

4 結束語

基于機械傳動控制的汽車爆胎應急裝置具有結構簡單、高性能、易安裝、工作穩定的特點。不僅可以控制汽車爆胎瞬間的轉向而保證安全，而且高效經濟。預計采用此套汽車爆胎應急裝置的成本預算價格預算不超過500元，遠遠低于同類防爆胎產品的價格。本裝置對輪胎無特殊要求，而是采用胎壓傳感器和機電控制技術，實現了汽車爆胎防止駕駛員誤操作的一種裝置。本爆胎應急裝置安全高效，并且經濟實用性強，在不改變傳統車部件的情況下進行裝配設計，具有普及性。隨著社會的迅速發展和人們對安全的更加重視，該技術的市場會存在很大的需求，具有巨大的潛力，符合汽車安全行業的發展趨勢。

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作者簡介

張耀丹（1993-），山西人，本科生，研究方向：車輛

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