基于機(jī)械傳動控制的汽車爆胎應(yīng)急裝置的設(shè)計

摘 要 基于機(jī)械傳動控制的汽車爆胎應(yīng)急裝置是由胎壓傳感器感應(yīng)、單片機(jī)控制及機(jī)械傳動三大部分組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、高性能、易安裝、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。本裝置設(shè)計可以在汽車發(fā)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(dāng)操作所引發(fā)的事故，提高駕駛的安全性。該技術(shù)具有很強(qiáng)的適用性、方便性和廣闊的市場前景。

關(guān)鍵詞 爆胎應(yīng)急；安全性；單片機(jī)；胎壓傳感器

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

近些年來隨著汽車數(shù)量的迅猛增長和高速公路的不斷發(fā)展，高速行駛的汽車爆胎引發(fā)的交通事故不斷增多。據(jù)公安部門統(tǒng)計，我國每年因高速行駛中突然爆胎而引發(fā)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(yù)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(dǎo)致汽車加劇跑偏和翻車是引發(fā)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?yán)脻L動阻力讓車速慢下來，這期間盡量搶換低速擋，再輕點(diǎn)剎車使車速慢下來。

1 國內(nèi)外爆胎應(yīng)急技術(shù)的現(xiàn)狀分析

目前，市場出現(xiàn)了一些防爆胎裝置，它們的原理主要是在輪胎上進(jìn)行改進(jìn)，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(yùn)動阻力，從而可控車輛行駛方向，避免轉(zhuǎn)向輪因一側(cè)輪胎失壓后造成車輛方向失控。而對于輪胎改進(jìn)需要對所有輪胎進(jìn)行更換，因?yàn)橹圃斐杀镜膯栴}，對于輪胎企業(yè)來說，采用該產(chǎn)品肯定會導(dǎo)致成本增加。有權(quán)威人士認(rèn)為，目前國內(nèi)的客戶更多的還是關(guān)注成本的問題，該產(chǎn)品推廣應(yīng)用需要較長一段時間。

即使隨著輪胎技術(shù)的不斷發(fā)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(dāng)其后果將不堪設(shè)想。而汽車爆胎應(yīng)急的技術(shù)將為駕駛員和乘客的生命財產(chǎn)安全做最后一道保障，有效降低此類交通事故的發(fā)生。因而，在政策及安全需求的呼吁下，爆胎應(yīng)急技術(shù)將擁有更廣闊的發(fā)展前景。

2 汽車爆胎應(yīng)急裝置

2.1 工作原理

基于機(jī)械傳動控制的汽車爆胎應(yīng)急裝置的設(shè)計是由胎壓傳感器感應(yīng)、單片機(jī)控制及機(jī)械傳動三大部分組成。當(dāng)胎壓傳感器感應(yīng)到壓力瞬間變化達(dá)到正常胎壓的1/3及以下時，通過無

圖1 整體構(gòu)思方案圖

線傳輸把信號傳給單片機(jī)，單片機(jī)將接受到的信號經(jīng)電路傳輸?shù)阶詣渔i（自動鎖是由連桿機(jī)構(gòu)、齒輪、頂桿等構(gòu)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(yù)定位置，并延時時間2 s～7 s（根據(jù)車速來決定延時時間）后，自動鎖復(fù)位，剎車正常使用。本裝置可以在汽車發(fā)生爆胎情況時起到“點(diǎn)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(dāng)操作所引發(fā)的事故，提高駕駛的安全性。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）感應(yīng)裝置。通過檢測，將汽車輪胎內(nèi)的壓力和溫度檢測值通過無線傳送給接收器。系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，如果輪胎壓力或溫度出現(xiàn)異常，系統(tǒng)立即進(jìn)行報警，并顯示故障輪胎的位置與相應(yīng)的壓力及溫度數(shù)值。當(dāng)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?shù)阶詣渔i，裝置啟動。

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

3）動力控制。動力源采用車內(nèi)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(jī)構(gòu)連接的傳動裝置。自動鎖是由連桿機(jī)構(gòu)、齒輪、頂桿等構(gòu)成的傳動控制裝置，與齒條機(jī)構(gòu)連接共同起傳動作用。其中齒輪上固定一根頂桿。當(dāng)自動鎖得到信號動作時，推動齒條，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪剛好轉(zhuǎn)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(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的回轉(zhuǎn)

運(yùn)動。

圖2 機(jī)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(shù)據(jù)的胎壓傳感器，如圖3所示。

圖3 內(nèi)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(wěn)性較高、維護(hù)簡便、傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。

3）自動鎖：主要的動力源為一個12 V的自動鎖。基于機(jī)械傳動控制的汽車爆胎應(yīng)急裝置中由連桿機(jī)構(gòu)、齒輪、頂桿等構(gòu)成的傳動控制裝置，與齒條機(jī)構(gòu)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(jī)（MC9S12XS128）：接收來自胎壓傳感器和車速傳感器的信號，當(dāng)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(fā)出信號使得齒輪齒條動作帶動頂桿轉(zhuǎn)動頂住制動踏板工作。

2.4 實(shí)現(xiàn)流程

2.5 結(jié)論

經(jīng)過在實(shí)驗(yàn)室對模型樣機(jī)的近百次試驗(yàn)，測得自動鎖啟動時間≤0.2 s。人的正常反應(yīng)時間為0.1 s～0.4 s。在最快的反應(yīng)時間0.1 s情況下，從駕駛員發(fā)現(xiàn)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(dá)到0.3 s～0.5 s，自動鎖此時早已啟動并發(fā)揮作用。通過反復(fù)調(diào)整測試，得到較為理想的自動鎖延時時間，實(shí)驗(yàn)得到的延時時間與車速的關(guān)系數(shù)據(jù)見表1。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

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(dǎo)致汽車翻車的嚴(yán)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(qiáng)的適應(yīng)性，能有效的降低高速路上因汽車突然爆胎而造成的嚴(yán)重后果，提高駕駛安全性。

在設(shè)計過程中考慮到剎車板正下方空間有限，因此設(shè)計自動鎖與齒輪齒條機(jī)構(gòu)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(yùn)動使齒輪發(fā)生轉(zhuǎn)動，把桿從水平狀態(tài)轉(zhuǎn)化為豎直狀態(tài)。整個汽車爆胎應(yīng)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(nèi)的其他諸如油門和離合器踏板，并不違反國標(biāo)。

4 結(jié)束語

基于機(jī)械傳動控制的汽車爆胎應(yīng)急裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、高性能、易安裝、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。不僅可以控制汽車爆胎瞬間的轉(zhuǎn)向而保證安全，而且高效經(jīng)濟(jì)。預(yù)計采用此套汽車爆胎應(yīng)急裝置的成本預(yù)算價格預(yù)算不超過500元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類防爆胎產(chǎn)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(jī)電控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了汽車爆胎防止駕駛員誤操作的一種裝置。本爆胎應(yīng)急裝置安全高效，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用性強(qiáng)，在不改變傳統(tǒng)車部件的情況下進(jìn)行裝配設(shè)計，具有普及性。隨著社會的迅速發(fā)展和人們對安全的更加重視，該技術(shù)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(yè)的發(fā)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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