一种帮助幼儿车内脱险应急装置的仿真分析

陈立旦+邵光俭+李思源

摘 要：目前幼儿车内被困、受害事件多发。笔者设计一种包括传感器、控制器、执行器，帮助幼儿车内脱险的应急装置。通过现场实验、数学建模以及采用MATLAB仿真生成车内温度与装置执行器工作时间的关系图像。结果表明，该装置能取得预期的目标。

关键词：幼儿 车内脱险 应急装置 仿真 分析

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（c）-0062-02

1 背景

近年来，国内外已发生几百起幼儿单独留置车内被困，甚至有几十起死亡事件。根据医院门诊分析，封闭的车内不透风、高温很快会导致孩子口渴，逐渐出现脱水，加上无法施救，最终导致多器官衰竭身亡。

一项研究发现，当气温达到35 ℃时，阳光照射15 min，封闭车厢里温度就能升至65 ℃，在这样的环境里呆上半小时就能致命。

2 装置结构组成

应急装置由应急控制器、汽车天窗电机、空气温度传感器、6个力敏传感器、语音喇叭、汽车空调鼓风机等组成。（见图1）

空气温度传感器和6个力敏传感器的一端均接地，另一端均与应急控制器相连，所述汽车天窗电机、语音喇叭和汽车空调鼓风机均与应急控制器相连；所述空气温度传感器布置在儿童安全座椅旁，所述6个力敏传感器均布置在幼儿常坐的儿童安全座椅上。汽车天窗电机、汽车喇叭和汽车空调鼓风机既均与应急控制器相连，也均与轿车常规控制电路相连。

3 装置工作原理

由于封闭且有限的轿车车内空间在阳光照射下，温度迅速上升。留置在车内的幼儿由于高温出现不适而躁动，此时幼儿身旁座椅上的6个力敏传感器感知人体活动，将此信号传至应急控制器，同时设置在车顶的空气温度传感器将温度信号也传至应急控制器，当压力信号和温度信号超过设定的阈值，应急控制器控制汽车天窗电机工作，打开轿车天窗和汽车空调鼓风机并使汽车喇叭工作，降低车内温度，补充必需的氧气，并为必要的救助创造条件，从而有效防止幼儿车内闷死的事件发生。

4 实验与建模

4.1 实验

在不同环境温度下，研究者用红外测温仪记录在车辆鼓风机、天窗开启条件下暴晒后的车辆内温度随时间下降的过程。（见表1）

4.2 建模

研究者建立以下模型：

其中Ta：环境温度；T：车内温度；Pa：压强；V：车厢体积；Qin 进入车内能量；Qout流出车内能量；Qs短时间内太阳辐射（忽略）。

利用双开口模型列出关系式以及微分方程

5 仿真分析

研究者分别取每个温度下的一组数据T-t的关系图线进行分析。（见图3、图4）

将两个图线放在一张图中来观察效果，可以看到结果几乎一致。

6 结语

（1）实验与模型相符；（2）说明系统可以在控制器作用下，通过开启天窗并调节鼓风机档位可使车内温度逐渐下降。

参考文献

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