汽车落水救助装置设计

毛明哲 王丽

摘 要：为了进一步提高汽车被动安全性，本落水救助装置作为实用性安全装置，通过理论知识导出，可以进一步保护人们生命财产安全，使用方法为当落水信号传输至ECU时准确第一件时间判断汽车落水情况，判断落水后ECU处理信号，放大信号由输出端将信号传递至与驾驶位车门，车门门轴内嵌入定向型，低烈度爆破装置，启动爆破使得车门与车体分离并利用车门自重使其滑落，打开逃生通道。

关键词：落水;救助;汽车

中图分类号：TB472  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）20-20-03

Abstract： In order to further improve the passive safety of vehicles. The drowning rescue device is used as a practical safety device. Through the derivation of theoretical knowledge， people's lives and property can be further protected. The use method is to judge the situation of the car falling into the water accurately at the first time when the falling signal is transmitted to ECU， It is judged that the ECU processes the signal after falling into the water. The amplified signal is transmitted from the output to the driver's car door， A directional， low-intensity blasting device is embedded in the door shaft， which starts the blasting to separate the door from the car body and uses the self-weight of the door to make it slip and open the escape channel.

Keywords： Fall into the water; Rescue; Automobile

CLC NO.： TB472  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）20-20-03

引言

全球每年約有125万人因道路交通事故丧生，受伤人数则高达5000万人。其中汽车落水事故又在交通事故中占有较大比重。我国每年有1.1万次汽车落水事故，2018年10月28日，重庆市万州区大桥便有公车处乘客与司机发生争执导致汽车落水而造成多达15人死于非命。课题组成员基于“防患于未然”的理念设计此装置。

本装置通过传感器与ECU的配合准确判断汽车落水与事故情况，迅速做出反应，可在第一时间自动为落水人员打开逃生出路，自主工作又最大程度上避免由于遇难人员慌乱而造成操作上的失误。同时该系统结构稳定，成本较低，对于行车安全具有重要意义，具有较大的实用和推广价值。

在汽车发生碰撞事故或落水事故时，第一时间内进行破门工作，可以尽可能防止乘客因不能及时逃出而发生二次事故或溺水;针对汽车落水或发生大型事故后，乘客实施自救，进一步提高自救方案时效性、有效性、智能性。

1 概述

1.1 落水救助装置的介绍

（1）通过多种多个传感器设计，能够对车辆的状态进行智能检测。项目组将对监测系统的框架进行研究，多层次多角度多种研究方法调查、分析、探索，力求得到最精准解决方案。

（2）设置一个中央处理器集合于汽车的ECU内，对该处理器的算法、结构进行研究，得出更准确、高效的中央处理系统。预设多种初始的破门方案，通过实验、实践，采用定向低烈度爆破破方式，最大程度提高效能和智能控制的可操作性。

1.2 国内外对于同类装置研究

从目前对汽车落水事故的救助和保护方案来看，国内外都已存在：利用安全气囊来延缓汽车落水增加救助时间的装置及通过控制电磁阀锁磁吸力消失与否控制后排座椅连通后备箱通道逃生的方法。但就此两方案而言都具有一定程度上的不完善，如前者并没有直接打开逃生通道只是增加逃生时间，后者需要从内部打开后备箱，而现有汽车尤其是私家车并没有全部在内部安装后备箱内部打开装置，所以需要单独设立后备箱打开机制，这便造成一定的实用困难。

国外某公司也曾使用某些技术或使用新型材料对车门进行专门改造使得车门可以在特殊情况下仍能开启;国内有高校也曾研究汽车落水的自动浮起和扶正控制系统;但无论是国外对车门的特殊改造和新型材料使用还是国内的系统研发都无可避免的遇到了成本较高难以大量普及的问题。

此项目基于可行性、推广性、独特实用价值和广阔市场潜力的概念开展调查研究。

1.3 落水救助装置的特点

（1）提出了界定汽车在高速行驶状态下，电子控制系统判定汽车落水状态的充要条件：利用四个信号即可能准确区分汽车被水淹没时的状态，即在有人驾驶状态下车辆被水淹没和在无人状态下车辆被淹没的判定条件，避免车辆在其它状态下产生误判生而造成不必要的损失和事故。

（2）充分利用原车的控制系统，在原车的控制系统上只增加了2个传感器信号，即水位高度传感器（判断车辆被水淹没的程度）和水锤式冲击压力传感器（判断车辆与水撞击的程度）。利用原车控制系统中的车速传感器信号和点火开关信号判断车辆的行驶状况，而无需再设计其它复杂的计算程序、系统。

（3）将水锤现象的原理反向利用，与压力传感器结合，设计了一个新型传感器即水锤式水压冲击传感器。

（4）改变了车门开启方向，使车门在门轴被爆破断开后向下滑落，而不是水平开启。减少了开启阻力，缩短开门时间。破门更迅速，消除人员操作的繁琐。系统自动进行动作，为车内遇险人员提供更多的逃生时间。

2 技术路线

组成：本装置由水压传感器，车速传感器，水锤式压力冲击传感器，ECU，定向低烈度爆破装置组成。

工作原理：其中传感器安装于车体各部（见图1说明），当汽车点火信号，和车速传感器高速行驶信号，水位信号，水锤式压力冲击信号，共同传输至ECU时准确第一件时间判断汽车落水情况，判断落水后ECU处理信号，放大信号由输出端将信号传递至与驾驶位车门，车门门轴内嵌入定向型，低烈度爆破装置，启动爆破使得车门与車体分离并利用车门自重使其滑落，即使未主动滑落人力轻推即可。

传感器安装在汽车进风口下，当车体冲入水面，外部水流冲击积水盘，使击水盘关闭并拍击集液器内积水，形成水锤效应，产生较大压力经过取液孔冲击内部压力传感器产生压力信号。

水位传感器安装于车体顶部，当水位高度超过车身2/3高度时水液进入传感器内部使浮球上升，产生水位信号，判断车身淹没程度，防止由于下雨环境或其他路面积水环境使得错误判断汽车是否落水。

低烈度爆炸装置：

电爆管：由ECU控制信号，只需达到一节普通纽扣电池所达电压既可以提供装置运行所需要的电压。

反应发生剂：二氧化硅（SiO2），硝酸铵（NH4NO3）;

3 结论

（1）提出了界定汽车在高速行驶状态下，电子控制系统判定汽车落水状态的充要条件：利用四个信号即可能准确区分汽车被水淹没时的状态，即在有人驾驶状态下车辆被水淹没和在无人状态下车辆被淹没的判定条件，避免车辆在其它状态下产生误判生而造成不必要的损失和事故。

（2）充分利用原车的控制系统，在原车的控制系统上只增加了2个传感器信号，既水位高度传感器（判断车辆被水淹没的程度）和水锤式冲击压力传感器（判断车辆与水撞击的程度）。利用原车控制系统中的车速传感器信号和点火开关信号判断车辆的行驶状况。而无需再设计其它复杂的计算程序、系统。

（3）将水锤现象的原理反向利用，与压力传感器结合，设计了一个新型传感器即水锤式水压冲击传感器。

（4）改变了车门开启方向，使车门在门轴被爆破断开后向下滑落，而不是水平开启。减少了开启阻力，缩短开门时间。

参考文献

[1] 张佳新，孙立书.一种紧急汽车落水逃生系统[J].汽车零部件，2019 （10）.

[2] 吉利汽车自动开启门窗技术[J].农业装备与车辆工程.2012（9）.

[3] 李涛.基于信息融合的汽车落水防沉装置研发[D].洛阳：河南科技大学.