基于機(jī)械傳動(dòng)控制的汽車爆胎應(yīng)急裝置的設(shè)計(jì)

摘 要 基于機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)三大部分組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高性能、易安裝、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。本裝置設(shè)計(jì)可以在汽車發(fā)生爆胎情況時(shí)防止駕駛員猛踩剎車，從而在一定程度上避免汽車爆胎時(shí)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(chǎng)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(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0032-02

近些年來(lái)隨著汽車數(shù)量的迅猛增長(zhǎng)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(jì)，我國(guó)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(jiàn)又難以控制，已成為高速行駛“頭號(hào)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(kāi)油門踏板，使汽車?yán)脻L動(dòng)阻力讓車速慢下來(lái)，這期間盡量搶換低速擋，再輕點(diǎn)剎車使車速慢下來(lái)。

1 國(guó)內(nèi)外爆胎應(yīng)急技術(shù)的現(xiàn)狀分析

目前，市場(chǎng)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(shí)它能及時(shí)釋放車輪劇增的運(yùn)動(dòng)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(duì)于輪胎改進(jìn)需要對(duì)所有輪胎進(jìn)行更換，因?yàn)橹圃斐杀镜膯?wèn)題，對(duì)于輪胎企業(yè)來(lái)說(shuō)，采用該產(chǎn)品肯定會(huì)導(dǎo)致成本增加。有權(quán)威人士認(rèn)為，目前國(guó)內(nèi)的客戶更多的還是關(guān)注成本的問(wèn)題，該產(chǎn)品推廣應(yīng)用需要較長(zhǎng)一段時(shí)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(wú)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(cái)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(dòng)控制的汽車爆胎應(yīng)急裝置的設(shè)計(jì)是由胎壓傳感器感應(yīng)、單片機(jī)控制及機(jī)械傳動(dòng)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(shí)，通過(guò)無(wú)

圖1 整體構(gòu)思方案圖

線傳輸把信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)將接受到的信號(hào)經(jīng)電路傳輸?shù)阶詣?dòng)鎖（自動(dòng)鎖是由連桿機(jī)構(gòu)、齒輪、頂桿等構(gòu)成的傳動(dòng)控制裝置，與齒條連接起傳動(dòng)作用），自動(dòng)鎖啟動(dòng)，使剎車踏板自動(dòng)鎖鎖在預(yù)定位置，并延時(shí)時(shí)間2 s～7 s（根據(jù)車速來(lái)決定延時(shí)時(shí)間）后，自動(dòng)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(shí)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(shí)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(jì)

1）感應(yīng)裝置。通過(guò)檢測(cè)，將汽車輪胎內(nèi)的壓力和溫度檢測(cè)值通過(guò)無(wú)線傳送給接收器。系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，如果輪胎壓力或溫度出現(xiàn)異常，系統(tǒng)立即進(jìn)行報(bào)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(shí)，通過(guò)電路的傳輸把信號(hào)傳輸?shù)阶詣?dòng)鎖，裝置啟動(dòng)。

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

3）動(dòng)力控制。動(dòng)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(shí)繼電器作組成電路控制。

4）傳動(dòng)控制。傳動(dòng)控制是由自動(dòng)鎖與齒輪齒條機(jī)構(gòu)連接的傳動(dòng)裝置。自動(dòng)鎖是由連桿機(jī)構(gòu)、齒輪、頂桿等構(gòu)成的傳動(dòng)控制裝置，與齒條機(jī)構(gòu)連接共同起傳動(dòng)作用。其中齒輪上固定一根頂桿。當(dāng)自動(dòng)鎖得到信號(hào)動(dòng)作時(shí)，推動(dòng)齒條，帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪剛好轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圓。頂桿剛好頂住剎車踏板，使剎車制動(dòng)。齒輪齒條傳動(dòng)的目的在于將齒條直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的回轉(zhuǎn)

運(yùn)動(dòng)。

圖2 機(jī)械傳動(dòng)布置

2.3 主要部件

1）胎壓傳感器（Infineon SP12型傳感器）：檢測(cè)汽車輪胎的壓力值。選用的是射頻無(wú)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(dòng)具有瞬間傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)性較高、維護(hù)簡(jiǎn)便、傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。

3）自動(dòng)鎖：主要的動(dòng)力源為一個(gè)12 V的自動(dòng)鎖。基于機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)控制裝置，與齒條機(jī)構(gòu)連接共同起傳動(dòng)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(lái)自胎壓傳感器和車速傳感器的信號(hào)，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(shí)發(fā)出信號(hào)使得齒輪齒條動(dòng)作帶動(dòng)頂桿轉(zhuǎn)動(dòng)頂住制動(dòng)踏板工作。

2.4 實(shí)現(xiàn)流程

2.5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)模型樣機(jī)的近百次試驗(yàn)，測(cè)得自動(dòng)鎖啟動(dòng)時(shí)間≤0.2 s。人的正常反應(yīng)時(shí)間為0.1 s～0.4 s。在最快的反應(yīng)時(shí)間0.1 s情況下，從駕駛員發(fā)現(xiàn)車胎胎壓異常時(shí)，立即松開(kāi)油門踏板，直到開(kāi)始踩下剎車踏板所用的總共時(shí)間將達(dá)到0.3 s～0.5 s，自動(dòng)鎖此時(shí)早已啟動(dòng)并發(fā)揮作用。通過(guò)反復(fù)調(diào)整測(cè)試，得到較為理想的自動(dòng)鎖延時(shí)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)得到的延時(shí)時(shí)間與車速的關(guān)系數(shù)據(jù)見(jiàn)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(jì)過(guò)程中考慮到剎車板正下方空間有限，因此設(shè)計(jì)自動(dòng)鎖與齒輪齒條機(jī)構(gòu)連接，并在齒輪上焊接一根桿，通過(guò)自動(dòng)門鎖的啟動(dòng)，推動(dòng)齒條的運(yùn)動(dòng)使齒輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，把桿從水平狀態(tài)轉(zhuǎn)化為豎直狀態(tài)。整個(gè)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(shí)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(guó)標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于機(jī)械傳動(dòng)控制的汽車爆胎應(yīng)急裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)采用此套汽車爆胎應(yīng)急裝置的成本預(yù)算價(jià)格預(yù)算不超過(guò)500元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類防爆胎產(chǎn)品的價(jià)格。本裝置對(duì)輪胎無(wú)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(jì)，具有普及性。隨著社會(huì)的迅速發(fā)展和人們對(duì)安全的更加重視，該技術(shù)的市場(chǎng)會(huì)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(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡彥資.汽車防爆胎自動(dòng)控制系統(tǒng)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（29）：5-6.

[2]趙明巖.大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽指導(dǎo)[M].浙江大學(xué)出版社，2008.

[3]羅紹新.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]趙龍慶，何超.豐田公司車輛輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)原理及使用[J].汽車研究與開(kāi)發(fā)，2003（1）：51-53.

[5]王吉中，魏兆宏.輪胎氣壓自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)[J].汽車電器，2002（4）：56-58.

[6]陳榮興.汽車智能駐車剎車系統(tǒng)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（3）：107.

作者簡(jiǎn)介

張耀丹（1993-），山西人，本科生，研究方向：車輛

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