汽車(chē)水浸后的安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思

車(chē)志

【摘 要】汽車(chē)水浸現(xiàn)象在汽車(chē)事故中愈趨常見(jiàn)；而目前幾乎沒(méi)有汽車(chē)在水浸后，能提供一套有效的乘客保護(hù)系統(tǒng)或乘客逃生工具，造成車(chē)內(nèi)乘客窒息身亡等嚴(yán)重后果。本文對(duì)汽車(chē)水浸后的情景進(jìn)行分析，并在安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面提出作者的想法。

【關(guān)鍵詞】汽車(chē)；水浸；安全防護(hù)；設(shè)計(jì)；研究

0.引言

隨著近幾年汽車(chē)數(shù)量的增加，汽車(chē)發(fā)生交通事故的案件快速上升，其中汽車(chē)掉入江河或受洪水淹沒(méi)等汽車(chē)水浸案件也逐漸增多。2012年7月，北京遭遇了61年一遇特大暴雨襲擊，而水災(zāi)過(guò)后，潛水員在京港澳高速南崗?fù)蓁F路橋下路段積水中就“摸”出了81輛汽車(chē)，還有大量淹沒(méi)的汽車(chē)有待營(yíng)救。 這次北京水災(zāi)只是冰山一角，世界范圍內(nèi)的水浸車(chē)現(xiàn)象不計(jì)其數(shù)。為此，在面對(duì)洪澇自然災(zāi)害或掉到江河的情景，我們除了依靠自身的力量破窗而出之外，還有沒(méi)有其它的方法呢？這就要從汽車(chē)本身的設(shè)計(jì)方面入手，進(jìn)一步完善汽車(chē)的被動(dòng)安全系統(tǒng)。

1.設(shè)計(jì)目的

汽車(chē)在水浸時(shí)，由于自身的重力大于浮力，整車(chē)會(huì)逐漸下沉；同時(shí)，水會(huì)從車(chē)廂通風(fēng)口及其它與外界相通的空隙處流入車(chē)廂內(nèi)，而關(guān)閉的車(chē)窗和車(chē)門(mén)在車(chē)外水壓的作用下幾乎無(wú)法開(kāi)啟，因而乘客無(wú)法迅速逃出而被困。要更好地保障車(chē)內(nèi)乘客的安全，設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到以下3個(gè)目的：

（1）汽車(chē)在下沉過(guò)程開(kāi)始時(shí)可以自動(dòng)開(kāi)啟電動(dòng)車(chē)窗或天窗，為乘客提供逃生通道。

（2）為汽車(chē)提供足夠的浮力，減慢其下沉速度，為乘客提供更多的逃生時(shí)間。

（3）在汽車(chē)下沉后，為車(chē)內(nèi)乘客提供足夠的呼吸空氣，維持其生命等待救援。

2.設(shè)計(jì)思路

為了實(shí)現(xiàn)以上3個(gè)目的，我們可以設(shè)想對(duì)汽車(chē)進(jìn)行相應(yīng)的改裝或加裝必要的設(shè)備。設(shè)計(jì)思路是開(kāi)環(huán)控制模式：傳感器→ECU控制器→執(zhí)行器，在這基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)自檢功能。

2.1水浸傳感器選擇與布置

水浸傳感器的作用是將“汽車(chē)已經(jīng)處于水浸的環(huán)境下”這樣一個(gè)信號(hào)發(fā)送到ECU控制器，為了防止誤觸發(fā)的發(fā)生，采用多個(gè)傳感器的布局方式。

對(duì)于各種水浸方式的汽車(chē)，只要能確定車(chē)廂前部和尾部同時(shí)有水浸的情況發(fā)生的話(huà)，基本上都能得出“整車(chē)已經(jīng)被水浸”的結(jié)論。所以在右側(cè)儀表臺(tái)內(nèi)的空調(diào)進(jìn)風(fēng)口處安裝第一個(gè)傳感器，定義為右前水浸傳感器；在右后座椅與行李箱之間的隔板處安裝第二個(gè)傳感器，定義為右后水浸傳感器；在左后座椅與行李箱之間的隔板處安裝第三個(gè)傳感器，定義為左后水浸傳感器；最后一個(gè)水浸傳感器是安裝在左側(cè)儀表臺(tái)下方，定義為左前水浸傳感器，如圖1所示。

圖1傳感器布局示意圖

2.2 ECU控制器控制原理

ECU控制器根據(jù)各個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理并作相關(guān)的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)作對(duì)比，在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的范圍內(nèi)時(shí)，控制器將向執(zhí)行器發(fā)出執(zhí)行信號(hào)。

很多時(shí)候，由于下雨或洗車(chē)時(shí)，單個(gè)或兩個(gè)傳感容易“不小心”向ECU發(fā)送水浸信號(hào)，這就要求ECU具有準(zhǔn)確的判斷能力。在設(shè)計(jì)ECU控制器的程序時(shí)，應(yīng)當(dāng)向傳感讀取的是“水流”信號(hào)，而不是單純的“有水”信號(hào)。ECU的判定依據(jù)是以下條件之一：①右前水浸傳感器及右后、左后水浸傳感器三者同時(shí)發(fā)出信號(hào)；②四個(gè)水浸傳感器同時(shí)發(fā)出信號(hào)。單獨(dú)某個(gè)傳感器發(fā)出信號(hào)時(shí)可判別為傳感器故障，并記錄故障碼。

水對(duì)汽車(chē)電氣設(shè)備，特別是電控系統(tǒng)有極大的破壞作用，要保證ECU控制器在汽車(chē)水浸時(shí)能繼續(xù)準(zhǔn)確工作，那就要求控制器具有可靠的防水性，且安裝位置應(yīng)選擇在沾水可能性較低的地方，例如車(chē)身中上部；盡量避開(kāi)車(chē)門(mén)車(chē)窗的接合縫處。

2.3執(zhí)行器及控制電路原理

2.3.1自動(dòng)開(kāi)啟電動(dòng)車(chē)窗或天窗功能

大部分汽車(chē)在發(fā)生嚴(yán)重正面碰撞時(shí)，都具有車(chē)門(mén)自動(dòng)開(kāi)鎖功能；同樣地，在ECU判斷出汽車(chē)水浸的結(jié)論后，向車(chē)窗或天窗電動(dòng)裝置發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使車(chē)窗或天窗以比平常更快的速度開(kāi)啟，如圖2所示。

圖2 自動(dòng)開(kāi)啟電動(dòng)車(chē)窗或天窗電路示意圖

2.3.2設(shè)計(jì)提供足夠的浮力

從生活中的“救生圈”道理可知，要想使汽車(chē)在水浸時(shí)不會(huì)快速下沉，應(yīng)當(dāng)在車(chē)內(nèi)附加密度比水輕得多的材料而產(chǎn)生浮力；在這里，我使用固體物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，讓氣體以一定速度充進(jìn)布置在車(chē)頂上的氣袋，增加汽車(chē)在水中的浮力。這與安全氣囊不同的是，它的充完氣速度不用很大，而且氣袋是密封的。

2.3.3設(shè)計(jì)提供足夠的呼吸空氣

據(jù)了解，在汽車(chē)水浸事故中，相當(dāng)一部分死者由于嗆水加上恐懼心理導(dǎo)致無(wú)法逃出車(chē)廂或是逃出車(chē)廂后因?yàn)闆](méi)有足夠呼吸空氣導(dǎo)致無(wú)力游上水面而溺水身亡。如果車(chē)內(nèi)放有一定容量的氧氣瓶供呼吸使用，可以減輕乘客的恐懼心理，又可以增長(zhǎng)乘客逃生的時(shí)間，大大減少死亡事故的產(chǎn)生。氧氣瓶容量不用很大，可以提供一個(gè)人20分鐘或半小時(shí)的呼吸空氣量即可，且安裝在中央扶手位置較為適宜。氧氣呼吸裝置可以參考深海作業(yè)用的氧氣瓶裝置。

3.設(shè)計(jì)面對(duì)的問(wèn)題

雖然這個(gè)安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以參考汽車(chē)其它系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，而且從原理上來(lái)講也不算復(fù)雜，但實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)設(shè)計(jì)，卻要考慮不少因素。主要的因素有：

（1）制造成本。從空間位置來(lái)說(shuō)，在車(chē)廂空間有限的條件下加裝這些傳感器、控制器、氣袋和氧氣呼吸裝置，會(huì)一定程度上加大了汽車(chē)的制造成本。從電子控制方面來(lái)說(shuō)，控制器的硬件制造，特別是軟件的開(kāi)發(fā)都直接提高了汽車(chē)的制造成本，這是不利的。

（2）實(shí)用性。這一套系統(tǒng)只針對(duì)“汽車(chē)被水浸”這么一個(gè)單一的事故，實(shí)用范圍不大；同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備會(huì)使汽車(chē)總質(zhì)量有所增大，帶來(lái)了燃油消耗量增大的問(wèn)題；消費(fèi)者未必能接受其帶來(lái)的購(gòu)買(mǎi)價(jià)格上漲；這給市場(chǎng)推廣帶來(lái)很大的困難。

（3）可靠性。在“水浸車(chē)”事故中，水對(duì)電子控制系統(tǒng)的破壞力非常強(qiáng)，在設(shè)計(jì)中要保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，在電源供給、電路安裝、ECU控制器制造及氣體發(fā)生器工作電路的設(shè)計(jì)都提出嚴(yán)格要求。

（4）維修成本。系統(tǒng)的增加提高了汽車(chē)的故障率，使汽車(chē)增多了保養(yǎng)項(xiàng)目，從而增大車(chē)主的維修費(fèi)用，加重負(fù)擔(dān)；這是很多車(chē)主不愿意接受的。

以上四個(gè)因素是目前可以預(yù)測(cè)的；而實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，還是遇到一些技術(shù)問(wèn)題需要進(jìn)一步解決。針對(duì)成本等問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)可適應(yīng)選擇3項(xiàng)功能里的一項(xiàng)或兩項(xiàng)。

4.結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)上任何一項(xiàng)目功能的產(chǎn)生，都需要有一個(gè)過(guò)程，從最先的“想要有”到“可以有”，最后到“必須有”；同樣，汽車(chē)水浸后的安全防護(hù)系統(tǒng)也要經(jīng)歷這么一個(gè)過(guò)程。可能不是每個(gè)人或每個(gè)地區(qū)的消費(fèi)者都需要它，但在江河面積比例大的地區(qū)，特別是洪澇災(zāi)害嚴(yán)重的地區(qū)，我相信這項(xiàng)技術(shù)還是很有市場(chǎng)的。

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