汽車(chē)防淹裝置概述

俞祥鵬　龔學(xué)海

摘 要 汽車(chē)已經(jīng)成為人類生活中必不可少的一部分，但受到全球氣候變暖等因素的影響，極端暴雨天氣頻發(fā)導(dǎo)致城市內(nèi)澇嚴(yán)重，特別是某些道路低洼處易產(chǎn)生較深的積水，對(duì)汽車(chē)內(nèi)的電子裝置和內(nèi)飾造成巨大損壞，如何對(duì)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)防淹已經(jīng)成為目前亟需解決的問(wèn)題。本文通過(guò)調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)和專利，將于汽車(chē)防淹裝置相關(guān)的研究和設(shè)計(jì)歸為三類：汽車(chē)底部加裝充氣氣囊、加高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口高度、車(chē)體外加裝防淹車(chē)衣、以及車(chē)體外覆蓋防淹罩。認(rèn)為第四類方案具有較好的適應(yīng)性和可行性，利用氣壓平衡水壓的設(shè)計(jì)構(gòu)思巧妙，可以有效控制車(chē)內(nèi)水位，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)整體防淹。

關(guān)鍵詞 城市內(nèi)澇 汽車(chē) 防淹裝置 限制條件

中圖分類號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.02.069

Abstract The car has become an indispensable part of human life， but by the impact of factors such as global warming， extreme weather caused frequent waterlogging in the city is serious， especially in some low-lying roads prone to deep water， and the interior of electronic devices in the automobile caused huge damage to the flood has become an urgent to solve the problem of car. In this paper， through the investigation of related literature and patents， research and design of the anti flooding device are classified into three categories： the bottom of the car in the car equipped with an airbag， heightening the engine exhaust height， body with clothing， and flood car body covering flood cover. It is considered that the fourth kinds of schemes have better adaptability and feasibility， and the design of the pressure balance hydraulic pressure can be used to control the water level inside the vehicle effectively.

Keywords urban waterlogging； car； flood prevention device； limiting condition

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，成為人類生活中必不可少的一部分。2016年中國(guó)汽車(chē)保有量更是達(dá)到了1.84億輛，創(chuàng)下歷年新高。汽車(chē)制造屬于高耗能產(chǎn)業(yè)，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)整車(chē)企業(yè)能耗達(dá)到1200萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，單輛汽車(chē)制造能耗接近0.8噸標(biāo)準(zhǔn)煤（其中大部分屬于電能等高品質(zhì)能源），加上相關(guān)零部件企業(yè)，該數(shù)據(jù)將翻倍，①②因此，保證汽車(chē)的正常使用壽命對(duì)于節(jié)能減排具有重要意義。但近些年來(lái)，由于全球變暖的影響，極端天氣頻發(fā)，特別是暴雨天氣。暴雨經(jīng)常造成城市道路嚴(yán)重積水，特別是在一些低洼路段，嚴(yán)重威脅到了停放著的或行駛中的車(chē)輛安全。例如： 2012年7月21日，一場(chǎng)暴雨襲擊北京，北京保監(jiān)局23日公布的數(shù)據(jù)顯示，大雨共造成北京市2萬(wàn)輛汽車(chē)損失，估損金額近億元人民幣；③2014年深圳5.8大暴雨，由于深圳修地鐵導(dǎo)致雨水排放受阻，平安、人保、太平洋三家保險(xiǎn)公司接水淹車(chē)案超3000起。

泡水車(chē)具有非常大的事故隱患，水浸會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、電子設(shè)備等汽車(chē)重要部件損壞，且極易導(dǎo)致車(chē)身部件生銹，縮短使用壽命，降低安全性能，使得汽車(chē)在行駛過(guò)程中出現(xiàn)短路、突然熄火、自燃等故障的概率顯著上升，后果不堪設(shè)想。除此之外，車(chē)輛內(nèi)飾被水浸泡后，如不能及時(shí)烘干，車(chē)內(nèi)織物、真皮面料即會(huì)出現(xiàn)大量霉斑和異味。根據(jù)車(chē)輛受浸水位高度，保險(xiǎn)公司一般將受損車(chē)輛分為水浸座椅底板以下、座椅以下、儀表臺(tái)以下、儀表臺(tái)以上等四類。如果水淹沒(méi)了儀表盤(pán)或者修理行業(yè)給出的維修價(jià)格達(dá)到實(shí)際車(chē)輛價(jià)值的80%，保險(xiǎn)公司將按全損來(lái)處理車(chē)輛。而其他情況下的浸水車(chē)雖然在一定程度上可修復(fù)，但即使修好也存在非常嚴(yán)重的安全隱患，浸泡時(shí)間越長(zhǎng)故障出現(xiàn)幾率越高。另外，泡水車(chē)的維修費(fèi)用非常昂貴，基本上重度泡水車(chē)輛的維修費(fèi)要占車(chē)價(jià)的50%以上。

由于普通汽車(chē)幾乎沒(méi)有不具備防水淹功能，因此為車(chē)輛設(shè)計(jì)一種防水淹裝置顯得非常必要。目前關(guān)于汽車(chē)防淹裝置的研究和設(shè)計(jì)非常豐富，但基本可以歸為三類：汽車(chē)底部加裝充氣氣囊進(jìn)行防淹；加高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口高度進(jìn)行防淹；停車(chē)場(chǎng)加裝停車(chē)板進(jìn)行防淹，以及車(chē)體外加裝防淹罩進(jìn)行防淹。本文將對(duì)以上的汽車(chē)防淹裝置相關(guān)研究和設(shè)計(jì)進(jìn)行梳理和分析。

1 汽車(chē)防淹裝置分類

1.1 汽車(chē)底部加裝充氣氣囊

在汽車(chē)底部加裝氣囊，在路面水位上漲時(shí)，對(duì)氣囊進(jìn)行充氣，利用氣囊產(chǎn)生的浮力使得汽車(chē)上浮，從而避免被淹。陳重成④設(shè)計(jì)了一種氣墊，如圖1所示，使用時(shí)先將其鋪在車(chē)輛下方，需要時(shí)對(duì)氣墊充氣使得車(chē)輛脫離地面。錢(qián)燕珍⑤對(duì)氣墊的四個(gè)邊緣做了延伸，以增加氣墊浮力。湯高攀⑥等設(shè)計(jì)了一種形似“蘑菇”的氣囊裝置，使用時(shí)將多個(gè)該裝置放置于汽車(chē)底盤(pán)下以達(dá)到防淹的效果。

對(duì)于氣墊的氣體來(lái)源，蔡增星等設(shè)計(jì)了一套利用汽車(chē)輪胎中氣體對(duì)氣囊充氣的系統(tǒng)。⑦宋雷震等⑧提出了一種利用氣瓶充氣的氣囊式防淹裝置。而黃俊渝⑨等人則提出了一種以氣體發(fā)生器為氣體來(lái)源的防淹氣囊裝置。

對(duì)于充氣過(guò)程的控制，李德福⑩提出了一種基于車(chē)身姿態(tài)平衡傳感器的控制策略，以對(duì)各個(gè)氣囊充氣過(guò)程進(jìn)行控制從而防止車(chē)輛因場(chǎng)地因素在充氣過(guò)程中發(fā)生傾覆。黃俊渝豘等認(rèn)為完整的控制系統(tǒng)應(yīng)包括至少一個(gè)氣囊、安裝在汽車(chē)底部的水位傳感器、控制器以及充氣裝置，控制器根據(jù)水位傳感器采集的信號(hào)控制充氣裝置工作。文獻(xiàn)豙認(rèn)為將水位傳感器安裝在汽車(chē)德?tīng)栔苿?dòng)鼓上，能較好地感知路面水位并避免誤判。

1.2 加高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口高度

汽車(chē)的排氣管高度普遍很低，當(dāng)汽車(chē)被水淹時(shí)，水會(huì)隨著排氣管進(jìn)入氣缸。由于水具有不可壓縮性，因此當(dāng)有水進(jìn)入氣缸時(shí)，會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重受損，需要拆卸維修，特別是“二次打火”更會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。方秋梅等豛提出一種汽車(chē)排氣管密封裝置，通過(guò)堵住排氣管的方式防止積水從排氣管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。彭思東豜設(shè)計(jì)了一種加高的排氣管筒，能夠快速地安裝在排氣管尾部，馬曙光豝設(shè)計(jì)了一種可快速連接的帶磁石連接的防淹排氣管，能有效地防止水沿著排氣管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。

1.3車(chē)體外加裝防淹水衣

李軍豞設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)防淹雨衣，該雨衣罩住整個(gè)汽車(chē)表面，上部分的雨衣帽和下部分的雨衣罩在汽車(chē)外殼表面完全貼緊形成密封（如圖2所示）。李小紅豟設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)防淹帶，該防淹袋由底面體、側(cè)面體和頂面體三部分組成，通過(guò)防水拉鏈將汽車(chē)整體與外界隔絕，從而達(dá)到防淹的效果。而鄭倩妍豠設(shè)計(jì)的汽車(chē)防淹保護(hù)袋則是直接用一個(gè)整體的密封口袋將整車(chē)包裹。

1.4 車(chē)體外覆蓋防淹罩

劉建勛設(shè)計(jì)了一種氣密型的防淹罩，使用時(shí)將車(chē)衣罩在汽車(chē)上，利用底部扎緊帶將車(chē)衣包裹、兜緊在汽車(chē)上，并且使防淹罩下邊緣即底部扎緊帶盡可能貼近地面，當(dāng)遇有水淹危險(xiǎn)時(shí)，隨著外圍水位的抬高，防淹罩內(nèi)水位跟隨抬升到一定安全高度，因此時(shí)防淹罩內(nèi)密閉空間的空氣被擠壓，防淹罩被鼓起產(chǎn)生了空氣壓力，阻止了防淹罩內(nèi)水位的繼續(xù)抬升，從而使得該氣密型防淹罩就猶如一個(gè)倒扣的碗將汽車(chē)保護(hù)起來(lái)（如圖3所示）。

龔學(xué)海等設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型的汽車(chē)防淹罩，該基于閉環(huán)控制的充氣式汽車(chē)防淹裝置由防淹罩、氣泵、浮子開(kāi)關(guān)、電池等組成。在雨天路面積水突漲時(shí)，用防淹罩蓋住汽車(chē)，將外界空氣泵入防淹罩內(nèi)，以罩內(nèi)氣壓平衡由防淹罩內(nèi)外側(cè)水位差產(chǎn)生的水壓，維持防淹罩內(nèi)水位維持設(shè)定水平，從而實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)的整體防淹（如圖4所示）。

2 分析與討論

以上的文獻(xiàn)和專利提供了豐富的關(guān)于汽車(chē)防淹裝置的設(shè)計(jì)理念，具有較好的實(shí)用性和可行性，但也存在著一些問(wèn)題。

對(duì)于第一類方案：即在汽車(chē)底盤(pán)下加裝充氣氣囊，在因暴雨天氣導(dǎo)致路面積水時(shí)，對(duì)安裝在汽車(chē)底部的氣囊進(jìn)行充氣，使汽車(chē)浮于水面上以達(dá)到防淹的目的。由于汽車(chē)的質(zhì)量一般在1噸以上，因此通過(guò)給氣囊充氣使汽車(chē)漂浮起來(lái)的方案需要消耗大量的氣體，導(dǎo)致尋找足夠的氣體來(lái)源難度較大且不經(jīng)濟(jì)。此外當(dāng)汽車(chē)漂浮起來(lái)后，會(huì)由于大風(fēng)等因素的影響導(dǎo)致汽車(chē)間相互碰撞，造成二次傷害。

第二類方案為通過(guò)加高汽車(chē)排氣口高度或?qū)⑴艢饪诿芊獾姆绞剑瑏?lái)防止積水進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸以達(dá)到防淹的目的。該方法能夠避免積水隨排氣管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，但隨著積水的升高，該方法難以保證車(chē)內(nèi)電子器件和內(nèi)飾的損壞，且積水仍可以通過(guò)進(jìn)氣道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。

第三類方法為通過(guò)在車(chē)體外加裝防淹水衣的方式來(lái)達(dá)到防淹的效果。該方法看似簡(jiǎn)單，但使用此方法時(shí)需要提前將汽車(chē)駛?cè)氪谢蝾A(yù)先鋪好的地板上，這使得該方法的靈活性存在問(wèn)題，不能夠作為一種應(yīng)急方案，在車(chē)輛密集場(chǎng)地有限時(shí)或者路面已經(jīng)產(chǎn)生積水時(shí)，該方法難以實(shí)現(xiàn)。此外當(dāng)車(chē)輛已經(jīng)拋錨時(shí)，再次啟動(dòng)車(chē)輛將其駛?cè)敕姥痛忻黠@屬于不理智行為。

第四類方案是通過(guò)在車(chē)體外加裝防淹罩的方式來(lái)達(dá)到防淹的效果，該方法只需要將防淹罩罩在汽車(chē)外部即可，不需要移動(dòng)車(chē)輛，具有較高的靈活性，可作為應(yīng)急方案。該類方法的第一種方案將防淹罩罩在汽車(chē)外部，防淹罩底部用繩子固定在車(chē)輪底部，當(dāng)外部水位上升時(shí)，防淹罩內(nèi)水位跟隨抬升到一定安全高度，此時(shí)防淹罩內(nèi)密閉空間的空氣被擠壓，該壓力反過(guò)來(lái)會(huì)阻止防淹罩內(nèi)水位的繼續(xù)抬升。第二種方案在第一種方式的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)氣泵，根據(jù)車(chē)輛底部水位高度控制氣泵向防淹罩內(nèi)泵氣，能夠?qū)④?chē)內(nèi)水位控制在更低的水平，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的防護(hù)。

3 結(jié)論

本文通過(guò)調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)和專利，將于汽車(chē)防淹裝置相關(guān)的研究和設(shè)計(jì)歸為四類：汽車(chē)底部加裝充氣氣囊、加高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口高度、車(chē)體外加防淹車(chē)衣以及在車(chē)體外覆蓋防淹罩。

分析認(rèn)為第一類方案方案的可行性存在問(wèn)題，且可能對(duì)車(chē)產(chǎn)生二次傷害；第二類方案雖然簡(jiǎn)單但是防護(hù)效果較差；第三類方案雖然效果較好，但需要預(yù)先布置，對(duì)場(chǎng)地要求較高；第四類方案具有較好的適應(yīng)性和可行性，尤其是第二種方法可以有效控制車(chē)內(nèi)水位，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)整體防淹。

注釋

① 方紅燕，王今，劉克強(qiáng).汽車(chē)行業(yè)能耗分析與節(jié)能技術(shù)研究[J]汽車(chē)與配件，2009（35）：42-45.

② 霹文藏，魏鯁，尹鯔等.汽車(chē)制造企業(yè)能耗分析及節(jié)能新技術(shù)[J].節(jié)能，2007（11）：21-23.

③ 財(cái)訊網(wǎng).北京暴雨：2 萬(wàn)汽車(chē)“報(bào)銷” 損失近億元[EB/OL].（2012-07-24）： http：//www.takungpao.com/opinion/content/2012-07/24/content_813547.htm

④ 陳重成.防淹水氣囊[P].中國(guó)專利：201120207918.5. 2011.60.20.

⑤ 錢(qián)燕珍.一種汽車(chē)涉水防淹氣墊[P].中國(guó)專利：201320654582.6. 2013.10.23.

⑥ 一種汽車(chē)防淹安全裝置[P].中國(guó)專利：201410191722.X. 20140508.

⑦ 蔡增星，應(yīng)向偉.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)防進(jìn)水與浮力逃生系統(tǒng)[J]. 科技通報(bào)，2015.31（11）.

⑧ 宋雷震，呂東芳.一種充氣式汽車(chē)防淹裝置[P].中國(guó)專利：201610352519 .5.2016-05-20.

⑨ 黃俊渝，梁云峰，王劍鑫等.一種充氣式汽車(chē)防淹系統(tǒng)[P]. 中國(guó)專利：201510180492.1. 2015.04.16.

⑩ 李德福.一種汽車(chē)自動(dòng)防淹裝置的車(chē)身姿態(tài)平衡傳感器[P].中國(guó)專利：201610319448.9. 2016.05.16.

豘 黃俊渝，梁云峰，王劍鑫等.充氣式汽車(chē)防淹系統(tǒng)[P].中國(guó)專利：201520231383.3. 2015.04.16.

豙 王利鵬，葛君超.汽車(chē)防水淹裝置研究[J].黑龍江科技信息，2015（33）.

豛 方秋梅，趙威盛等.汽車(chē)防淹排氣管密封裝置[P].中國(guó)專利：201510705277.9. 2015.10.26.

豜 彭思東.汽車(chē)防淹加高排氣筒[P].中國(guó)專利：200320101352.3. 2003.10.21.

豝 馬曙光.可快速連接的車(chē)尾防淹排氣管[P].中國(guó)專利： 200920019369.1. 2009.02.16.

豞 李軍.汽車(chē)防水淹雨衣[P].中國(guó)專利：201220378143.2. 2012.07.31.

豟 李小紅.汽車(chē)防淹袋[P].中國(guó)專利：201420200109.5. 2014.04.23.

豠 鄭倩妍.一種汽車(chē)防水淹保護(hù)袋[P].中國(guó)專利：201120241384.8 2011.07.11.

豣 劉建勛.氣密型防淹汽車(chē)車(chē)衣[P].中國(guó)專利：201220112294.3 2012.03.23.

豤 龔學(xué)海，鄧俊，俞祥鵬等.一種汽車(chē)防淹裝置.中國(guó)專利： 201510336769.5. 2015.06.17.