一種幫助幼兒車內(nèi)脫險應(yīng)急裝置的仿真分析

陳立旦+邵光儉+李思源

摘 要：目前幼兒車內(nèi)被困、受害事件多發(fā)。筆者設(shè)計(jì)一種包括傳感器、控制器、執(zhí)行器，幫助幼兒車內(nèi)脫險的應(yīng)急裝置。通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)建模以及采用MATLAB仿真生成車內(nèi)溫度與裝置執(zhí)行器工作時間的關(guān)系圖像。結(jié)果表明，該裝置能取得預(yù)期的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：幼兒 車內(nèi)脫險 應(yīng)急裝置 仿真 分析

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（c）-0062-02

1 背景

近年來，國內(nèi)外已發(fā)生幾百起幼兒單獨(dú)留置車內(nèi)被困，甚至有幾十起死亡事件。根據(jù)醫(yī)院門診分析，封閉的車內(nèi)不透風(fēng)、高溫很快會導(dǎo)致孩子口渴，逐漸出現(xiàn)脫水，加上無法施救，最終導(dǎo)致多器官衰竭身亡。

一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣溫達(dá)到35 ℃時，陽光照射15 min，封閉車廂里溫度就能升至65 ℃，在這樣的環(huán)境里呆上半小時就能致命。

2 裝置結(jié)構(gòu)組成

應(yīng)急裝置由應(yīng)急控制器、汽車天窗電機(jī)、空氣溫度傳感器、6個力敏傳感器、語音喇叭、汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)等組成。（見圖1）

空氣溫度傳感器和6個力敏傳感器的一端均接地，另一端均與應(yīng)急控制器相連，所述汽車天窗電機(jī)、語音喇叭和汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)均與應(yīng)急控制器相連；所述空氣溫度傳感器布置在兒童安全座椅旁，所述6個力敏傳感器均布置在幼兒常坐的兒童安全座椅上。汽車天窗電機(jī)、汽車?yán)群推嚳照{(diào)鼓風(fēng)機(jī)既均與應(yīng)急控制器相連，也均與轎車常規(guī)控制電路相連。

3 裝置工作原理

由于封閉且有限的轎車車內(nèi)空間在陽光照射下，溫度迅速上升。留置在車內(nèi)的幼兒由于高溫出現(xiàn)不適而躁動，此時幼兒身旁座椅上的6個力敏傳感器感知人體活動，將此信號傳至應(yīng)急控制器，同時設(shè)置在車頂?shù)目諝鉁囟葌鞲衅鲗囟刃盘栆矀髦翍?yīng)急控制器，當(dāng)壓力信號和溫度信號超過設(shè)定的閾值，應(yīng)急控制器控制汽車天窗電機(jī)工作，打開轎車天窗和汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)并使汽車?yán)裙ぷ?，降低車?nèi)溫度，補(bǔ)充必需的氧氣，并為必要的救助創(chuàng)造條件，從而有效防止幼兒車內(nèi)悶死的事件發(fā)生。

4 實(shí)驗(yàn)與建模

4.1 實(shí)驗(yàn)

在不同環(huán)境溫度下，研究者用紅外測溫儀記錄在車輛鼓風(fēng)機(jī)、天窗開啟條件下暴曬后的車輛內(nèi)溫度隨時間下降的過程。（見表1）

4.2 建模

研究者建立以下模型：

其中Ta：環(huán)境溫度；T：車內(nèi)溫度；Pa：壓強(qiáng)；V：車廂體積；Qin 進(jìn)入車內(nèi)能量；Qout流出車內(nèi)能量；Qs短時間內(nèi)太陽輻射（忽略）。

利用雙開口模型列出關(guān)系式以及微分方程

5 仿真分析

研究者分別取每個溫度下的一組數(shù)據(jù)T-t的關(guān)系圖線進(jìn)行分析。（見圖3、圖4）

將兩個圖線放在一張圖中來觀察效果，可以看到結(jié)果幾乎一致。

6 結(jié)語

（1）實(shí)驗(yàn)與模型相符；（2）說明系統(tǒng)可以在控制器作用下，通過開啟天窗并調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)檔位可使車內(nèi)溫度逐漸下降。

參考文獻(xiàn)

[1] 張清林.高層建筑應(yīng)急逃生裝置研究綜述[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2012，31（1）：53-56.

[2] 周悅.上海城市軌道交通車站應(yīng)急照明系統(tǒng)改進(jìn)方案及其分析[J].城市軌道交通研究，2011，14（12）：62-67.

[3] 譚飛.基于MATLAB的礦井提升機(jī)恒減速制動系統(tǒng)的改進(jìn)研究與仿真[D].山東科技大學(xué)，2012.

[4] 王金武，張春鳳，周文琪，等.基于MATLAB仿真的非規(guī)則齒輪行星系扎穴機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016（3）：22-28.