学文网【摘 要】汽车水浸现象在汽车事故中愈趋常见；而目前几乎没有汽车在水浸后，能提供一套有效的乘客保护系统或乘客逃生工具，造成车内乘客窒息身亡等严重后果。本文对汽车水浸后的情景进行分析，并在安全防护系统设计方面提出作者的想法。
【关键词】汽车；水浸；安全防护；设计；研究
0.引言
随着近几年汽车数量的增加，汽车发生交通事故的案件快速上升，其中汽车掉入江河或受洪水淹没等汽车水浸案件也逐渐增多。2012年7月，北京遭遇了61年一遇特大暴雨袭击，而水灾过后，潜水员在京港澳高速南岗洼铁路桥下路段积水中就“摸”出了81辆汽车，还有大量淹没的汽车有待营救。 这次北京水灾只是冰山一角，世界范围内的水浸车现象不计其数。为此，在面对洪涝自然灾害或掉到江河的情景，我们除了依靠自身的力量破窗而出之外，还有没有其它的方法呢？这就要从汽车本身的设计方面入手，进一步完善汽车的被动安全系统。
1.设计目的
汽车在水浸时，由于自身的重力大于浮力，整车会逐渐下沉；同时，水会从车厢通风口及其它与外界相通的空隙处流入车厢内，而关闭的车窗和车门在车外水压的作用下几乎无法开启，因而乘客无法迅速逃出而被困。要更好地保障车内乘客的安全，设计应该达到以下3个目的：
（1）汽车在下沉过程开始时可以自动开启电动车窗或天窗，为乘客提供逃生通道。
（2）为汽车提供足够的浮力，减慢其下沉速度，为乘客提供更多的逃生时间。
（3）在汽车下沉后，为车内乘客提供足够的呼吸空气，维持其生命等待救援。
2.设计思路
为了实现以上3个目的，我们可以设想对汽车进行相应的改装或加装必要的设备。设计思路是开环控制模式：传感器ECU控制器执行器，在这基础上增加系统自检功能。
2.1水浸传感器选择与布置
水浸传感器的作用是将“汽车已经处于水浸的环境下”这样一个信号发送到ECU控制器，为了防止误触发的发生，采用多个传感器的布局方式。
对于各种水浸方式的汽车，只要能确定车厢前部和尾部同时有水浸的情况发生的话，基本上都能得出“整车已经被水浸”的结论。所以在右侧仪表台内的空调进风口处安装第一个传感器，定义为右前水浸传感器；在右后座椅与行李箱之间的隔板处安装第二个传感器，定义为右后水浸传感器；在左后座椅与行李箱之间的隔板处安装第三个传感器，定义为左后水浸传感器；最后一个水浸传感器是安装在左侧仪表台下方，定义为左前水浸传感器，如***1所示。
***1传感器布局示意***
2.2 ECU控制器控制原理
ECU控制器根据各个传感器的信号进行处理并作相关的计算，计算结果与标准数据作对比，在标准数据的范围内时，控制器将向执行器发出执行信号。
很多时候，由于下雨或洗车时，单个或两个传感容易“不小心”向ECU发送水浸信号，这就要求ECU具有准确的判断能力。在设计ECU控制器的程序时，应当向传感读取的是“水流”信号，而不是单纯的“有水”信号。ECU的判定依据是以下条件之一：①右前水浸传感器及右后、左后水浸传感器三者同时发出信号；②四个水浸传感器同时发出信号。单独某个传感器发出信号时可判别为传感器故障，并记录故障码。
水对汽车电气设备，特别是电控系统有极大的破坏作用，要保证ECU控制器在汽车水浸时能继续准确工作，那就要求控制器具有可靠的防水性，且安装位置应选择在沾水可能性较低的地方，例如车身中上部；尽量避开车门车窗的接合缝处。
2.3执行器及控制电路原理
2.3.1自动开启电动车窗或天窗功能
大部分汽车在发生严重正面碰撞时，都具有车门自动开锁功能；同样地，在ECU判断出汽车水浸的结论后，向车窗或天窗电动装置发出驱动信号，使车窗或天窗以比平常更快的速度开启，如***2所示。
***2 自动开启电动车窗或天窗电路示意***
2.3.2设计提供足够的浮力
从生活中的“救生圈”道理可知，要想使汽车在水浸时不会快速下沉，应当在车内附加密度比水轻得多的材料而产生浮力；在这里，我使用固体物质发生化学反应产生的气体，让气体以一定速度充进布置在车顶上的气袋，增加汽车在水中的浮力。这与安全气囊不同的是，它的充完气速度不用很大，而且气袋是密封的。
2.3.3设计提供足够的呼吸空气
据了解，在汽车水浸事故中，相当一部分死者由于呛水加上恐惧心理导致无法逃出车厢或是逃出车厢后因为没有足够呼吸空气导致无力游上水面而溺水身亡。如果车内放有一定容量的氧气瓶供呼吸使用，可以减轻乘客的恐惧心理，又可以增长乘客逃生的时间，大大减少死亡事故的产生。氧气瓶容量不用很大，可以提供一个人20分钟或半小时的呼吸空气量即可，且安装在中央扶手位置较为适宜。氧气呼吸装置可以参考深海作业用的氧气瓶装置。
3.设计面对的问题
虽然这个安全防护系统的设计可以参考汽车其它系统的设计原理，而且从原理上来讲也不算复杂，但实现这样一个设计，却要考虑不少因素。主要的因素有：
（1）制造成本。从空间位置来说，在车厢空间有限的条件下加装这些传感器、控制器、气袋和氧气呼吸装置，会一定程度上加大了汽车的制造成本。从电子控制方面来说，控制器的硬件制造，特别是软件的开发都直接提高了汽车的制造成本，这是不利的。
（2）实用性。这一套系统只针对“汽车被水浸”这么一个单一的事故，实用范围不大；同时，系统设备会使汽车总质量有所增大，带来了燃油消耗量增大的问题；消费者未必能接受其带来的购买价格上涨；这给市场推广带来很大的困难。
（3）可靠性。在“水浸车”事故中，水对电子控制系统的破坏力非常强，在设计中要保证系统的可靠运行，在电源供给、电路安装、ECU控制器制造及气体发生器工作电路的设计都提出严格要求。
（4）维修成本。系统的增加提高了汽车的故障率，使汽车增多了保养项目，从而增大车主的维修费用，加重负担；这是很多车主不愿意接受的。
以上四个因素是目前可以预测的；而实际开发过程中，还是遇到一些技术问题需要进一步解决。针对成本等问题，设计时可适应选择3项功能里的一项或两项。
4.结束语
汽车上任何一项目功能的产生，都需要有一个过程，从最先的“想要有”到“可以有”，最后到“必须有”；同样，汽车水浸后的安全防护系统也要经历这么一个过程。可能不是每个人或每个地区的消费者都需要它，但在江河面积比例大的地区，特别是洪涝灾害严重的地区，我相信这项技术还是很有市场的。
【参考文献】
[1]陈家瑞.汽车构造（第3版）.机械工业出版社.2009.
[2]纪光兰.汽车电器设备构造与维修.机械工业出版社.2010.
[3]余志生.汽车理论（第3版）.机械工业出版社.2009.
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