汽車落水救助裝置設計

毛明哲 王麗

摘 要：為了進一步提高汽車被動安全性，本落水救助裝置作為實用性安全裝置，通過理論知識導出，可以進一步保護人們生命財產安全，使用方法為當落水信號傳輸至ECU時準確第一件時間判斷汽車落水情況，判斷落水后ECU處理信號，放大信號由輸出端將信號傳遞至與駕駛位車門，車門門軸內嵌入定向型，低烈度爆破裝置，啟動爆破使得車門與車體分離并利用車門自重使其滑落，打開逃生通道。

關鍵詞：落水;救助;汽車

中圖分類號：TB472 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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125萬人因道路交通事故喪生，受傷人數則高達5000萬人。其中汽車落水事故又在交通事故中占有較大比重。我國每年有1.1萬次汽車落水事故，2018年10月28日，重慶市萬州區大橋便有公車處乘客與司機發生爭執導致汽車落水而造成多達15人死于非命。課題組成員基于“防患于未然”的理念設計此裝置。

本裝置通過傳感器與ECU的配合準確判斷汽車落水與事故情況，迅速做出反應，可在第一時間自動為落水人員打開逃生出路，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。同時該系統結構穩定，成本較低，對于行車安全具有重要意義，具有較大的實用和推廣價值。

在汽車發生碰撞事故或落水事故時，第一時間內進行破門工作，可以盡可能防止乘客因不能及時逃出而發生二次事故或溺水;針對汽車落水或發生大型事故后，乘客實施自救，進一步提高自救方案時效性、有效性、智能性。

1 概述

1.1 落水救助裝置的介紹

（1）通過多種多個傳感器設計，能夠對車輛的狀態進行智能檢測。項目組將對監測系統的框架進行研究，多層次多角度多種研究方法調查、分析、探索，力求得到最精準解決方案。

（2）設置一個中央處理器集合于汽車的ECU內，對該處理器的算法、結構進行研究，得出更準確、高效的中央處理系統。預設多種初始的破門方案，通過實驗、實踐，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 國內外對于同類裝置研究

從目前對汽車落水事故的救助和保護方案來看，國內外都已存在：利用安全氣囊來延緩汽車落水增加救助時間的裝置及通過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，如前者并沒有直接打開逃生通道只是增加逃生時間，后者需要從內部打開后備箱，而現有汽車尤其是私家車并沒有全部在內部安裝后備箱內部打開裝置，所以需要單獨設立后備箱打開機制，這便造成一定的實用困難。

國外某公司也曾使用某些技術或使用新型材料對車門進行專門改造使得車門可以在特殊情況下仍能開啟;國內有高校也曾研究汽車落水的自動浮起和扶正控制系統;但無論是國外對車門的特殊改造和新型材料使用還是國內的系統研發都無可避免的遇到了成本較高難以大量普及的問題。

此項目基于可行性、推廣性、獨特實用價值和廣闊市場潛力的概念開展調查研究。

1.3 落水救助裝置的特點

（1）提出了界定汽車在高速行駛狀態下，電子控制系統判定汽車落水狀態的充要條件：利用四個信號即可能準確區分汽車被水淹沒時的狀態，即在有人駕駛狀態下車輛被水淹沒和在無人狀態下車輛被淹沒的判定條件，避免車輛在其它狀態下產生誤判生而造成不必要的損失和事故。

（2）充分利用原車的控制系統，在原車的控制系統上只增加了2個傳感器信號，即水位高度傳感器（判斷車輛被水淹沒的程度）和水錘式沖擊壓力傳感器（判斷車輛與水撞擊的程度）。利用原車控制系統中的車速傳感器信號和點火開關信號判斷車輛的行駛狀況，而無需再設計其它復雜的計算程序、系統。

（3）將水錘現象的原理反向利用，與壓力傳感器結合，設計了一個新型傳感器即水錘式水壓沖擊傳感器。

（4）改變了車門開啟方向，使車門在門軸被爆破斷開后向下滑落，而不是水平開啟。減少了開啟阻力，縮短開門時間。破門更迅速，消除人員操作的繁瑣。系統自動進行動作，為車內遇險人員提供更多的逃生時間。

2 技術路線

組成：本裝置由水壓傳感器，車速傳感器，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體各部（見圖1說明），當汽車點火信號，和車速傳感器高速行駛信號，水位信號，水錘式壓力沖擊信號，共同傳輸至ECU時準確第一件時間判斷汽車落水情況，判斷落水后ECU處理信號，放大信號由輸出端將信號傳遞至與駕駛位車門，車門門軸內嵌入定向型，低烈度爆破裝置，啟動爆破使得車門與車體分離并利用車門自重使其滑落，即使未主動滑落人力輕推即可。

傳感器安裝在汽車進風口下，當車體沖入水面，外部水流沖擊積水盤，使擊水盤關閉并拍擊集液器內積水，形成水錘效應，產生較大壓力經過取液孔沖擊內部壓力傳感器產生壓力信號。

水位傳感器安裝于車體頂部，當水位高度超過車身2/3高度時水液進入傳感器內部使浮球上升，產生水位信號，判斷車身淹沒程度，防止由于下雨環境或其他路面積水環境使得錯誤判斷汽車是否落水。

低烈度爆炸裝置：

電爆管：由ECU控制信號，只需達到一節普通紐扣電池所達電壓既可以提供裝置運行所需要的電壓。

反應發生劑：二氧化硅（SiO2），硝酸銨（NH4NO3）;

3 結論

（1）提出了界定汽車在高速行駛狀態下，電子控制系統判定汽車落水狀態的充要條件：利用四個信號即可能準確區分汽車被水淹沒時的狀態，即在有人駕駛狀態下車輛被水淹沒和在無人狀態下車輛被淹沒的判定條件，避免車輛在其它狀態下產生誤判生而造成不必要的損失和事故。

（2）充分利用原車的控制系統，在原車的控制系統上只增加了2個傳感器信號，既水位高度傳感器（判斷車輛被水淹沒的程度）和水錘式沖擊壓力傳感器（判斷車輛與水撞擊的程度）。利用原車控制系統中的車速傳感器信號和點火開關信號判斷車輛的行駛狀況。而無需再設計其它復雜的計算程序、系統。

（3）將水錘現象的原理反向利用，與壓力傳感器結合，設計了一個新型傳感器即水錘式水壓沖擊傳感器。

（4）改變了車門開啟方向，使車門在門軸被爆破斷開后向下滑落，而不是水平開啟。減少了開啟阻力，縮短開門時間。

參考文獻

[1] 張佳新，孫立書.一種緊急汽車落水逃生系統[J].汽車零部件，2019 （10）.

[2] 吉利汽車自動開啟門窗技術[J].農業裝備與車輛工程.2012（9）.

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