汽車防淹裝置概述

俞祥鵬　龔學(xué)海

摘 要 汽車已經(jīng)成為人類生活中必不可少的一部分，但受到全球氣候變暖等因素的影響，極端暴雨天氣頻發(fā)導(dǎo)致城市內(nèi)澇嚴重，特別是某些道路低洼處易產(chǎn)生較深的積水，對汽車內(nèi)的電子裝置和內(nèi)飾造成巨大損壞，如何對汽車實現(xiàn)防淹已經(jīng)成為目前亟需解決的問題。本文通過調(diào)研相關(guān)文獻和專利，將于汽車防淹裝置相關(guān)的研究和設(shè)計歸為三類：汽車底部加裝充氣氣囊、加高發(fā)動機排氣口高度、車體外加裝防淹車衣、以及車體外覆蓋防淹罩。認為第四類方案具有較好的適應(yīng)性和可行性，利用氣壓平衡水壓的設(shè)計構(gòu)思巧妙，可以有效控制車內(nèi)水位，實現(xiàn)汽車整體防淹。

關(guān)鍵詞 城市內(nèi)澇 汽車 防淹裝置 限制條件

中圖分類號：U463.6 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.02.069

Abstract The car has become an indispensable part of human life， but by the impact of factors such as global warming， extreme weather caused frequent waterlogging in the city is serious， especially in some low-lying roads prone to deep water， and the interior of electronic devices in the automobile caused huge damage to the flood has become an urgent to solve the problem of car. In this paper， through the investigation of related literature and patents， research and design of the anti flooding device are classified into three categories： the bottom of the car in the car equipped with an airbag， heightening the engine exhaust height， body with clothing， and flood car body covering flood cover. It is considered that the fourth kinds of schemes have better adaptability and feasibility， and the design of the pressure balance hydraulic pressure can be used to control the water level inside the vehicle effectively.

Keywords urban waterlogging； car； flood prevention device； limiting condition

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，汽車已經(jīng)走進千家萬戶，成為人類生活中必不可少的一部分。2016年中國汽車保有量更是達到了1.84億輛，創(chuàng)下歷年新高。汽車制造屬于高耗能產(chǎn)業(yè)，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，我國整車企業(yè)能耗達到1200萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，單輛汽車制造能耗接近0.8噸標(biāo)準(zhǔn)煤（其中大部分屬于電能等高品質(zhì)能源），加上相關(guān)零部件企業(yè)，該數(shù)據(jù)將翻倍，①②因此，保證汽車的正常使用壽命對于節(jié)能減排具有重要意義。但近些年來，由于全球變暖的影響，極端天氣頻發(fā)，特別是暴雨天氣。暴雨經(jīng)常造成城市道路嚴重積水，特別是在一些低洼路段，嚴重威脅到了停放著的或行駛中的車輛安全。例如： 2012年7月21日，一場暴雨襲擊北京，北京保監(jiān)局23日公布的數(shù)據(jù)顯示，大雨共造成北京市2萬輛汽車損失，估損金額近億元人民幣；③2014年深圳5.8大暴雨，由于深圳修地鐵導(dǎo)致雨水排放受阻，平安、人保、太平洋三家保險公司接水淹車案超3000起。

泡水車具有非常大的事故隱患，水浸會導(dǎo)致發(fā)動機、變速箱、電子設(shè)備等汽車重要部件損壞，且極易導(dǎo)致車身部件生銹，縮短使用壽命，降低安全性能，使得汽車在行駛過程中出現(xiàn)短路、突然熄火、自燃等故障的概率顯著上升，后果不堪設(shè)想。除此之外，車輛內(nèi)飾被水浸泡后，如不能及時烘干，車內(nèi)織物、真皮面料即會出現(xiàn)大量霉斑和異味。根據(jù)車輛受浸水位高度，保險公司一般將受損車輛分為水浸座椅底板以下、座椅以下、儀表臺以下、儀表臺以上等四類。如果水淹沒了儀表盤或者修理行業(yè)給出的維修價格達到實際車輛價值的80%，保險公司將按全損來處理車輛。而其他情況下的浸水車雖然在一定程度上可修復(fù)，但即使修好也存在非常嚴重的安全隱患，浸泡時間越長故障出現(xiàn)幾率越高。另外，泡水車的維修費用非常昂貴，基本上重度泡水車輛的維修費要占車價的50%以上。

由于普通汽車幾乎沒有不具備防水淹功能，因此為車輛設(shè)計一種防水淹裝置顯得非常必要。目前關(guān)于汽車防淹裝置的研究和設(shè)計非常豐富，但基本可以歸為三類：汽車底部加裝充氣氣囊進行防淹；加高發(fā)動機排氣口高度進行防淹；停車場加裝停車板進行防淹，以及車體外加裝防淹罩進行防淹。本文將對以上的汽車防淹裝置相關(guān)研究和設(shè)計進行梳理和分析。

1 汽車防淹裝置分類

1.1 汽車底部加裝充氣氣囊

在汽車底部加裝氣囊，在路面水位上漲時，對氣囊進行充氣，利用氣囊產(chǎn)生的浮力使得汽車上浮，從而避免被淹。陳重成④設(shè)計了一種氣墊，如圖1所示，使用時先將其鋪在車輛下方，需要時對氣墊充氣使得車輛脫離地面。錢燕珍⑤對氣墊的四個邊緣做了延伸，以增加氣墊浮力。湯高攀⑥等設(shè)計了一種形似“蘑菇”的氣囊裝置，使用時將多個該裝置放置于汽車底盤下以達到防淹的效果。

對于氣墊的氣體來源，蔡增星等設(shè)計了一套利用汽車輪胎中氣體對氣囊充氣的系統(tǒng)。⑦宋雷震等⑧提出了一種利用氣瓶充氣的氣囊式防淹裝置。而黃俊渝⑨等人則提出了一種以氣體發(fā)生器為氣體來源的防淹氣囊裝置。

對于充氣過程的控制，李德福⑩提出了一種基于車身姿態(tài)平衡傳感器的控制策略，以對各個氣囊充氣過程進行控制從而防止車輛因場地因素在充氣過程中發(fā)生傾覆。黃俊渝豘等認為完整的控制系統(tǒng)應(yīng)包括至少一個氣囊、安裝在汽車底部的水位傳感器、控制器以及充氣裝置，控制器根據(jù)水位傳感器采集的信號控制充氣裝置工作。文獻豙認為將水位傳感器安裝在汽車德爾制動鼓上，能較好地感知路面水位并避免誤判。

1.2 加高發(fā)動機排氣口高度

汽車的排氣管高度普遍很低，當(dāng)汽車被水淹時，水會隨著排氣管進入氣缸。由于水具有不可壓縮性，因此當(dāng)有水進入氣缸時，會使得發(fā)動機嚴重受損，需要拆卸維修，特別是“二次打火”更會使得發(fā)動機報廢。方秋梅等豛提出一種汽車排氣管密封裝置，通過堵住排氣管的方式防止積水從排氣管進入發(fā)動機。彭思東豜設(shè)計了一種加高的排氣管筒，能夠快速地安裝在排氣管尾部，馬曙光豝設(shè)計了一種可快速連接的帶磁石連接的防淹排氣管，能有效地防止水沿著排氣管進入發(fā)動機內(nèi)。

1.3車體外加裝防淹水衣

李軍豞設(shè)計了一種汽車防淹雨衣，該雨衣罩住整個汽車表面，上部分的雨衣帽和下部分的雨衣罩在汽車外殼表面完全貼緊形成密封（如圖2所示）。李小紅豟設(shè)計了一種汽車防淹帶，該防淹袋由底面體、側(cè)面體和頂面體三部分組成，通過防水拉鏈將汽車整體與外界隔絕，從而達到防淹的效果。而鄭倩妍豠設(shè)計的汽車防淹保護袋則是直接用一個整體的密封口袋將整車包裹。

1.4 車體外覆蓋防淹罩

劉建勛設(shè)計了一種氣密型的防淹罩，使用時將車衣罩在汽車上，利用底部扎緊帶將車衣包裹、兜緊在汽車上，并且使防淹罩下邊緣即底部扎緊帶盡可能貼近地面，當(dāng)遇有水淹危險時，隨著外圍水位的抬高，防淹罩內(nèi)水位跟隨抬升到一定安全高度，因此時防淹罩內(nèi)密閉空間的空氣被擠壓，防淹罩被鼓起產(chǎn)生了空氣壓力，阻止了防淹罩內(nèi)水位的繼續(xù)抬升，從而使得該氣密型防淹罩就猶如一個倒扣的碗將汽車保護起來（如圖3所示）。

龔學(xué)海等設(shè)計了一種改進型的汽車防淹罩，該基于閉環(huán)控制的充氣式汽車防淹裝置由防淹罩、氣泵、浮子開關(guān)、電池等組成。在雨天路面積水突漲時，用防淹罩蓋住汽車，將外界空氣泵入防淹罩內(nèi)，以罩內(nèi)氣壓平衡由防淹罩內(nèi)外側(cè)水位差產(chǎn)生的水壓，維持防淹罩內(nèi)水位維持設(shè)定水平，從而實現(xiàn)了汽車的整體防淹（如圖4所示）。

2 分析與討論

以上的文獻和專利提供了豐富的關(guān)于汽車防淹裝置的設(shè)計理念，具有較好的實用性和可行性，但也存在著一些問題。

對于第一類方案：即在汽車底盤下加裝充氣氣囊，在因暴雨天氣導(dǎo)致路面積水時，對安裝在汽車底部的氣囊進行充氣，使汽車浮于水面上以達到防淹的目的。由于汽車的質(zhì)量一般在1噸以上，因此通過給氣囊充氣使汽車漂浮起來的方案需要消耗大量的氣體，導(dǎo)致尋找足夠的氣體來源難度較大且不經(jīng)濟。此外當(dāng)汽車漂浮起來后，會由于大風(fēng)等因素的影響導(dǎo)致汽車間相互碰撞，造成二次傷害。

第二類方案為通過加高汽車排氣口高度或?qū)⑴艢饪诿芊獾姆绞剑瑏矸乐狗e水進入發(fā)動機氣缸以達到防淹的目的。該方法能夠避免積水隨排氣管進入發(fā)動機，但隨著積水的升高，該方法難以保證車內(nèi)電子器件和內(nèi)飾的損壞，且積水仍可以通過進氣道進入發(fā)動機。

第三類方法為通過在車體外加裝防淹水衣的方式來達到防淹的效果。該方法看似簡單，但使用此方法時需要提前將汽車駛?cè)氪谢蝾A(yù)先鋪好的地板上，這使得該方法的靈活性存在問題，不能夠作為一種應(yīng)急方案，在車輛密集場地有限時或者路面已經(jīng)產(chǎn)生積水時，該方法難以實現(xiàn)。此外當(dāng)車輛已經(jīng)拋錨時，再次啟動車輛將其駛?cè)敕姥痛忻黠@屬于不理智行為。

第四類方案是通過在車體外加裝防淹罩的方式來達到防淹的效果，該方法只需要將防淹罩罩在汽車外部即可，不需要移動車輛，具有較高的靈活性，可作為應(yīng)急方案。該類方法的第一種方案將防淹罩罩在汽車外部，防淹罩底部用繩子固定在車輪底部，當(dāng)外部水位上升時，防淹罩內(nèi)水位跟隨抬升到一定安全高度，此時防淹罩內(nèi)密閉空間的空氣被擠壓，該壓力反過來會阻止防淹罩內(nèi)水位的繼續(xù)抬升。第二種方案在第一種方式的基礎(chǔ)上增加了一個氣泵，根據(jù)車輛底部水位高度控制氣泵向防淹罩內(nèi)泵氣，能夠?qū)④噧?nèi)水位控制在更低的水平，從而更好地實現(xiàn)對車輛的防護。

3 結(jié)論

本文通過調(diào)研相關(guān)文獻和專利，將于汽車防淹裝置相關(guān)的研究和設(shè)計歸為四類：汽車底部加裝充氣氣囊、加高發(fā)動機排氣口高度、車體外加防淹車衣以及在車體外覆蓋防淹罩。

分析認為第一類方案方案的可行性存在問題，且可能對車產(chǎn)生二次傷害；第二類方案雖然簡單但是防護效果較差；第三類方案雖然效果較好，但需要預(yù)先布置，對場地要求較高；第四類方案具有較好的適應(yīng)性和可行性，尤其是第二種方法可以有效控制車內(nèi)水位，實現(xiàn)汽車整體防淹。

注釋

① 方紅燕，王今，劉克強.汽車行業(yè)能耗分析與節(jié)能技術(shù)研究[J]汽車與配件，2009（35）：42-45.

② 霹文藏，魏鯁，尹鯔等.汽車制造企業(yè)能耗分析及節(jié)能新技術(shù)[J].節(jié)能，2007（11）：21-23.

③ 財訊網(wǎng).北京暴雨：2 萬汽車“報銷” 損失近億元[EB/OL].（2012-07-24）： http：//www.takungpao.com/opinion/content/2012-07/24/content_813547.htm

④ 陳重成.防淹水氣囊[P].中國專利：201120207918.5. 2011.60.20.

⑤ 錢燕珍.一種汽車涉水防淹氣墊[P].中國專利：201320654582.6. 2013.10.23.

⑥ 一種汽車防淹安全裝置[P].中國專利：201410191722.X. 20140508.

⑦ 蔡增星，應(yīng)向偉.汽車發(fā)動機防進水與浮力逃生系統(tǒng)[J]. 科技通報，2015.31（11）.

⑧ 宋雷震，呂東芳.一種充氣式汽車防淹裝置[P].中國專利：201610352519 .5.2016-05-20.

⑨ 黃俊渝，梁云峰，王劍鑫等.一種充氣式汽車防淹系統(tǒng)[P]. 中國專利：201510180492.1. 2015.04.16.

⑩ 李德福.一種汽車自動防淹裝置的車身姿態(tài)平衡傳感器[P].中國專利：201610319448.9. 2016.05.16.

豘 黃俊渝，梁云峰，王劍鑫等.充氣式汽車防淹系統(tǒng)[P].中國專利：201520231383.3. 2015.04.16.

豙 王利鵬，葛君超.汽車防水淹裝置研究[J].黑龍江科技信息，2015（33）.

豛 方秋梅，趙威盛等.汽車防淹排氣管密封裝置[P].中國專利：201510705277.9. 2015.10.26.

豜 彭思東.汽車防淹加高排氣筒[P].中國專利：200320101352.3. 2003.10.21.

豝 馬曙光.可快速連接的車尾防淹排氣管[P].中國專利： 200920019369.1. 2009.02.16.

豞 李軍.汽車防水淹雨衣[P].中國專利：201220378143.2. 2012.07.31.

豟 李小紅.汽車防淹袋[P].中國專利：201420200109.5. 2014.04.23.

豠 鄭倩妍.一種汽車防水淹保護袋[P].中國專利：201120241384.8 2011.07.11.

豣 劉建勛.氣密型防淹汽車車衣[P].中國專利：201220112294.3 2012.03.23.

豤 龔學(xué)海，鄧俊，俞祥鵬等.一種汽車防淹裝置.中國專利： 201510336769.5. 2015.06.17.