一種幫助幼兒車內脫險應急裝置的仿真分析

陳立旦+邵光儉+李思源

摘 要：目前幼兒車內被困、受害事件多發。筆者設計一種包括傳感器、控制器、執行器，幫助幼兒車內脫險的應急裝置。通過現場實驗、數學建模以及采用MATLAB仿真生成車內溫度與裝置執行器工作時間的關系圖像。結果表明，該裝置能取得預期的目標。

關鍵詞：幼兒 車內脫險 應急裝置 仿真 分析

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

1 背景

近年來，國內外已發生幾百起幼兒單獨留置車內被困，甚至有幾十起死亡事件。根據醫院門診分析，封閉的車內不透風、高溫很快會導致孩子口渴，逐漸出現脫水，加上無法施救，最終導致多器官衰竭身亡。

一項研究發現，當氣溫達到35 ℃時，陽光照射15 min，封閉車廂里溫度就能升至65 ℃，在這樣的環境里呆上半小時就能致命。

2 裝置結構組成

應急裝置由應急控制器、汽車天窗電機、空氣溫度傳感器、6個力敏傳感器、語音喇叭、汽車空調鼓風機等組成。（見圖1）

空氣溫度傳感器和6個力敏傳感器的一端均接地，另一端均與應急控制器相連，所述汽車天窗電機、語音喇叭和汽車空調鼓風機均與應急控制器相連；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、汽車喇叭和汽車空調鼓風機既均與應急控制器相連，也均與轎車常規控制電路相連。

3 裝置工作原理

由于封閉且有限的轎車車內空間在陽光照射下，溫度迅速上升。留置在車內的幼兒由于高溫出現不適而躁動，此時幼兒身旁座椅上的6個力敏傳感器感知人體活動，將此信號傳至應急控制器，同時設置在車頂的空氣溫度傳感器將溫度信號也傳至應急控制器，當壓力信號和溫度信號超過設定的閾值，應急控制器控制汽車天窗電機工作，打開轎車天窗和汽車空調鼓風機并使汽車喇叭工作，降低車內溫度，補充必需的氧氣，并為必要的救助創造條件，從而有效防止幼兒車內悶死的事件發生。

4 實驗與建模

4.1 實驗

在不同環境溫度下，研究者用紅外測溫儀記錄在車輛鼓風機、天窗開啟條件下暴曬后的車輛內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：環境溫度；T：車內溫度；Pa：壓強；V：車廂體積；Qin 進入車內能量；Qout流出車內能量；Qs短時間內太陽輻射（忽略）。

利用雙開口模型列出關系式以及微分方程

5 仿真分析

研究者分別取每個溫度下的一組數據T-t的關系圖線進行分析。（見圖3、圖4）

將兩個圖線放在一張圖中來觀察效果，可以看到結果幾乎一致。

6 結語

（1）實驗與模型相符；（2）說明系統可以在控制器作用下，通過開啟天窗并調節鼓風機檔位可使車內溫度逐漸下降。

參考文獻

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