汽車水中自救裝置

摘 要：安全氣囊在汽車水中自救中的應用研究是當前汽車安全領域的熱點問題，文章針對汽車在水中發生事故時的自救技術展開敘述。首先詳細闡述了研究背景、安全氣囊自救技術的技術原理和國內外研究現狀。然后對安全氣囊自救裝置的制作與安裝進行了深入探討，提出了具體的技術方案和整車系統結合要點。最后通過對安全氣囊自救技術在水中汽車事故中的應用前景分析，揭示了該技術在實際應用中的廣闊前景和重要意義。最后對研究內容進行了總結與展望，指出了未來研究的方向和重點。

關鍵詞：汽車 水中自救 安全氣囊 技術方案 應用前景

1 研究背景

在現實生活中，由于汽車掉入水中導致人員傷亡的案例屢見不鮮。2023年5月16日，湖北恩施發生一起嚴重的車禍，一輛9座的面包車在獅子關景區浮橋的公路上行駛時突然失控沖破護欄，墜入河中，造成5人死亡，3人受傷[1]；2023年11月1日，湖南株洲，一教練車凌晨前往考場途中不慎掉入水塘，車上一名教練、一名學員死亡，另一名學員受傷[2]，類似的例子在生活中頻頻發生，對駕駛員和乘客的生命安全造成了巨大的威脅。汽車在水中，由于水壓較大造成車輛的內外壓差增大，車門難以打開，因此車內人員無法通過打開車門逃生，發生窒息或溺水事故。此外，由于汽車自重較大，在水中，重力大于浮力，導致汽車無法浮于水面，短時間內就會沉底，增加了自救的困難。因此如何解決汽車掉入水中的自救問題，顯得至關重要。本文從安全氣囊的角度出發，論述了安全氣囊在汽車水中自救應用的可行性與優勢。

1.1 汽車落水自救裝置研究現狀

目前針對汽車落水的自救裝置主要有氧氣供應裝置、逃生錘與破窗器、浮力輔助設備以及自動逃生系統等。但現有的自救裝置往往需要用戶在緊急情況下進行復雜的操作，在使用上存在一定的復雜性，不利于自救過程的快速啟動，并且在自救過程中，部分自救裝置可能對車輛和乘車人員造成二次傷害，其安全性和穩定性仍有待提高；此外，現有自救裝置的浮力設計不夠穩定，無法有效保證車輛在水中的浮性，影響了自救的成功率。例如：氧氣供應裝置，它是當車輛被水淹沒時，駕駛員和乘客通過氧氣供應裝置獲取氧氣，延長人員在水中的生存時間，其缺點在于氧氣量有限，操作難度較大等；逃生錘與破窗器是當車輛在被困或車窗無法打開時提供逃生途徑的工具，它的缺點在于需要力量大，并且耗時較長；浮力輔助設備，如救生衣或浮標，可以在車輛被水淹沒時提供額外的浮力，幫助人員浮到水面，它的缺點在于穿戴時間長，受空間限制大，對不會游泳者的幫助有限等等；自動逃生系統是一種在車輛被水淹沒時自動啟動的逃生裝置，如自動解鎖車門、自動充氣浮標等，但是該系統對技術依賴性大，且有誤觸風險，成本高。

本文提出的安全氣囊能使汽車浮于水面從而讓人獲得自救。安全氣囊不僅能顯著提升汽車在水中的浮力，使其浮于水面，保障車內人員的生命安全，而且還能有效地提高汽車在水中的適航性，降低溺水風險，實現汽車自救。該裝置具有操作難度低，自救概率超過80％，不受空間限制等優點。

1.2 安全氣囊研究現狀

目前，國外關于安全氣囊在汽車水中自救中的應用研究主要集中在美國、德國和日本等發達國家，美國研究重點在于安全氣囊自救技術的原理和應用，德國更注重于安全氣囊自救裝置的制作與安裝技術，而日本則致力于將安全氣囊自救技術與車載通訊系統相結合，提高自救效率[3]。

與此同時，國內多家汽車制造商和科研機構也紛紛投入到安全氣囊在汽車水中自救中的應用研究中，他們基于國內水域事故頻發的現狀，針對國內水域環境和汽車使用特點，進行了一系列專門的實驗和研究。與國外不同的是，國外雖然在安全氣囊自救技術的原理和應用上取得了一定突破，但在實際裝置制作與安裝、應用前景分析等方面相對薄弱；而國內研究則更加注重實際環境下的應用效果和社會意義，致力于將安全氣囊自救技術與國內實際情況相結合，為國內汽車水中自救提供更加可靠的技術支持。以三亞學院呂錳濤的研究為例，他們開發了一種安全氣囊裝置，該裝置通過裝在車體兩端的水位傳感器，能夠檢測到車體落水，并即時將信號傳遞給水上安全氣囊系統的控制電腦，從而實現使氣囊的充氣。

2 安全氣囊原理

2.1 安全氣囊浮力原理

安全氣囊作為汽車安全系統的重要組成部分，其中的浮力原理是自救裝置能夠使汽車浮于水面的核心原理。首先，安全氣囊在水中自救中的應用基于其充氣原理，通過在汽車落入水中時快速充氣，從而增大浮力，使汽車能夠在水中浮起。其次，安全氣囊還可通過釋放氣囊內部的壓力，減小汽車在水中的密度，進一步增加浮力，從而提高汽車在水中自救的效率。此外，安全氣囊還能夠在汽車受到外部壓力時迅速釋放氣體，以減輕汽車受到的外部擠壓力，保護車內乘員的安全。根據阿基米德原理，當物體浸入液體時，所受浮力等于所排開液體的重量，從而使得物體浮起。因此，自救裝置需要通過合理設計，確保在汽車掉入水中時能夠迅速產生足夠的浮力，以使汽車浮于水面。同時，浮力原理也需要考慮汽車的重量、水的密度以及氣囊的體積等因素，以實現穩定、可靠的浮力支持。總體而言，安全氣囊在汽車水中自救中的應用，主要通過充氣和釋放氣體提供浮力和減小汽車密度的方式，實現汽車在水中的自救目的。這一技術原理和作用機制的研究，對于提高汽車在水中的自救能力具有重要的理論和實際意義。

2.2 安全氣囊裝置原理

在汽車自救裝置中，最重要的裝置之一便是安全囊。車輛在行駛過程中，由車載傳感器實時監測車輛的行駛狀態，當監測到車輛發生碰撞或者落水時，便會將該信號由信號傳輸裝置傳輸給控制器，控制器根據接收到的信號發出指令，控制氣體生成裝置動作生成氣體，并迅速充滿氣囊。這一過程進行的時間非常短暫，因此確保車內人員在事故中能得到最大程度的保護。

3 安全氣囊自救裝置的技術方案

安全氣囊自救裝置包括安全氣囊設計、氣囊充氣系統、碰撞傳感器等內容。通過對安全氣囊的材料選擇、氣囊形狀設計、充氣速度控制等方面的技術優化，以實現在汽車掉入水中時快速充氣，提供足夠浮力支持的目標。同時，氣囊充氣系統也需要保證充氣過程中的穩定性和可靠性，確保自救裝置能夠在緊急情況下快速響應。碰撞傳感器作為觸發裝置，需要具備高靈敏度和可靠性，以確保在汽車發生意外時能夠及時觸發自救裝置，保障乘客的安全。因此，自救裝置的技術方案需要綜合考慮氣囊設計、充氣系統和觸發裝置等關鍵技術，以實現對汽車掉入水中的有效自救。

3.1 傳感器技術傳感技術

傳感器技術傳感技術主要包括加速度傳感器、車速傳感器和水位傳感器。

汽車內的加速度傳感器是一種電子設備，主要用來測量加速力，包括重力加速度和動態沖擊加速度，其主要作用是根據車輛加速度的變化來評估車輛的運行情況。例如，當車輛發生碰撞時，加速度傳感器可以迅速檢測到沖擊力的變化，并將這一信息傳遞給車輛的安全系統，觸發相應的安全措施，如氣囊充氣等。

車速傳感器主要用于檢測汽車車速，其輸出信號可用于調節發動機怠速、自動變速器的扭矩鎖定、自動變速器的換擋、發動機冷卻風扇的啟閉及巡航定速等。通過精確檢測車速，保證汽車在各種狀態下穩定、安全地行駛。

水位傳感器是一種能夠將被測點的水位參數實時轉化為相應的電信號的儀器。水位傳感器以三角形為基準，頂角為觸發點，它能夠根據水位和電壓是否達到觸發點的位置來判斷車輛是否掉入水中，當達到觸發點位置時，即檢測到車輛落水并迅速向電子控制系統發送信號，以啟動觸發裝置并使氣體發生器開始充氣確保車輛安全。此外，水位傳感器還可以排除下雨天或者經過積水路面時誤觸發安全裝置的情況，是整個系統中最關鍵的一個判斷裝置。

3.2 氣體生成技術

氣體生成技術是指通過化學反應、物理過程或其他方法產生特定氣體的技術，主要裝置為氣體發生器。氣體發生器主要負責目標氣體的生成，包括傳感器、穩定氣體、化學反應原料及點火裝置。傳感器開啟，控制線路即處于正常工作狀態，此時通過偵測回路判斷汽車是否發生溺水事故。若偵測回路判定達到安全氣囊的釋放條件，則點火裝置啟動，點火器在收到氣囊電源發出的電流信號后瞬時快速加熱，進而引燃氮化鈉推進劑，瞬時發生的化學反應會產生大量氣體，其中主要成分是氮氣，這些氣體用于充氣安全氣囊，直至充滿；由于氣體具有強大的沖擊力，氣囊在膨脹的同時將周圍液體推開，最終達到最大膨脹狀態，有利于氣囊迅速充氣。

4 安全氣囊與車輛系統的整合

汽車安全自救裝置必須與整車系統進行有效地結合，才能在危險時刻及時有效地發揮作用。在整合過程中，安全氣囊裝置與車輛系統的電氣連接、控制邏輯和應急觸發機制等關鍵問題都應充分考慮，并制定詳盡、合理的整合方案及技術標準，保證汽車在發生落水事故時，通過安全氣囊能迅速有效地展開自救。

在安裝位置選擇上，自求裝置在安裝位置的選擇上應便于操作，一般遵循以下原則：首先，安裝位置應該盡量靠近車輛駕駛室，以便在緊急情況下駕駛員能夠快速觸發安全氣囊；其次，安裝位置應避免與車輛其他部件發生干擾，以免影響車輛原有的結構和功能；最后，安裝位置應該考慮安全氣囊自救裝置使用的便捷性和可靠性，確保在落水事故發生時能夠及時有效地觸發。

在安裝位置確定好之后，安全氣囊裝置必須穩固可靠地安裝，一般采用專用的固定裝置如特制固定架等，將安全氣囊自救裝置固定在車輛內部。固定裝置應具有防水、抗沖擊和耐腐蝕的特性，且在水中環境下能夠保持穩固。

安全氣囊安裝穩固后，便是電氣系統的連接。自救裝置的電氣連接是安全氣囊自救裝置與車輛電氣系統連接的重要環節。在安裝過程中，應始終遵循車輛制造商提供的指南和建議，嚴格按照給定的電氣連接圖進行連接，確保每根線路的連接準確可靠，并且對電氣連接部分進行防水處理，以保證電氣系統在水中正常運行。

安全氣囊的觸發裝置是氣囊自救裝置的核心部分。在安裝過程中，應將觸發裝置與車輛上的緊急開關或手動開關相連接，確保在緊急情況下能夠快速觸發安全氣囊自救裝置，實現車輛在水中的自救。

5 市場應用前景分析

根據《中國統計年鑒》顯示，2017至2019年，中國交通事故年均發生數23.19萬次，交通事故年均死亡人數6.3萬人，這意味著，平均約8分鐘就有1人因車禍死亡。在諸多汽車事故中，汽車落水、墜水等涉水事故死亡率最高。據不完全統計，我國平均每年汽車落水事件達300余起，車內駕乘人員獲救者不足10%[4]。從事故發生原因的統計數據來看，水中汽車事故多由于駕駛員操作失誤、惡劣天氣和路況、交通安全設施不完善等因素，其中，駕駛員操作失誤是導致汽車落水事故的最主要原因。

為了給安全氣囊自救裝置的技術應用提供更為具體和全面的依據，進一步對汽車落水事故的特點及原因進行分析發現，在夜間、交通高峰期或者惡劣天氣的情況下，汽車落水事故發生的概率最高且事故發生的地點往往集中在水域復雜地區，而這種情況下，往往事故的危險性和救援的難度也顯著上升。涉事車輛多為轎車和貨車，事故后果涉及人員傷亡和車輛受損等方面。通過對這些數據的深入分析，為技術方案的制定和設備安裝提供有力支持。

市場容量是影響技術應用前景的重要因素之一。2021年，我國汽車產銷分別完成2608.2萬輛和2627.5萬輛，同比分別增長3.4%和3.8%[5]，通過對市場容量的調研和分析，能夠清晰地了解安全氣囊自救技術的市場潛力。在水中汽車事故中，安全氣囊自救技術的應用范圍廣泛，不僅包括私人轎車，還包括公共交通工具、特種車輛等多個領域，因此市場容量巨大，具有廣闊的發展前景。

此外，競爭態勢也是市場需求預測中需要重點關注的內容之一。2022年8月，中企顧問網發布了《2022-2028年中國汽車安全裝置行業發展趨勢與行業競爭對手分析報告》[6]，該報告介紹了汽車安全裝置行業市場發展環境、整體運行態勢及市場運行的現狀，并介紹了汽車安全裝置市場競爭格局。隨著汽車安全領域的競爭日益激烈，各類安全技術層出不窮。在這樣的背景下，安全氣囊自救技術需要面對來自傳統救援設備以及其他新型安全技術的競爭壓力。因此，必須對市場上已有的競爭產品進行調研，并根據用戶需求和市場定位，制定針對性的市場推廣和產品優化策略。

通過市場需求預測的分析，可以清晰地認識到安全氣囊自救技術在水中汽車事故中的應用前景十分廣闊。用戶需求迫切、市場容量巨大、競爭態勢嚴峻，這些因素共同構成了該技術在市場上蓬勃發展的基礎。未來，我們將深入挖掘市場需求，不斷優化技術方案，推動安全氣囊自救技術在水中汽車事故中的廣泛應用。

參考文獻：

[1]冉日紅.汽車安全氣囊的技術與發展探究[J].決策探索（中），2018（06）：76-77.

[2]田鈺楠.安全氣囊對駕駛員正面碰撞影響的研究[D].十堰：湖北汽車工業學院，2021.

[3]Alzubaidi，IH. Random timestepping algorithm with exponential distribution forpricing various structures of one-sided barrier options[J]. American Journal ofComputational Mathematics，2017，7（3）：228.

[4]周文輝.面向車輛運行安全和事故預防分析的道路交通事故調查項目探析[J].汽車與安全，2023（4）：56-63．

[5]張守偉.道路交通事故車輛安全性能鑒定方法探析及思考[J].時代汽車，2023（08）：193-195.

[6]王猛.交通事故車輛起火原因鑒定的案例分析[J].時代汽車，2023（11）：184-186.