轎車落水即時監控及脫困系統

文浙江省杭州高級中學陳弘燁浙江經濟職業技術學院劉賜建

轎車落水即時監控及脫困系統

文浙江省杭州高級中學陳弘燁浙江經濟職業技術學院劉賜建

當轎車不慎駛入池塘、河流或遇到洪水時，車體會較快下沉至水底。絕大多數轎車沒有相關的監控和脫困系統，自主求生比較困難。

一、問題探究

通過對一些轎車落水事件案例的分析，我們發現目前轎車落水后被困人員主要有四種逃生途徑。

1.車門

由于落水后車門外側為水，內側為空氣，內外壓力差較大。根據實驗，如果水漫過車門一半，要打開車門就相當于舉起50公斤的物體。轎車剛落水時，內外壓力差相對較小，需立即推門才有可能成功逃生。或待車浸入水下后，車廂內灌滿了水，這時內外壓力差小，相對容易開門逃生。

從車門逃生需要準確把握時機，對落水人員的身體和心理素質要求比較高。

2.前后車門、車窗

由于前后車門、車窗主要由電機驅動，落水后不久，電源和相關電路浸入水中易發生短路、導致失靈，需用工具破窗逃生，費時費力，成功率不高。除非車窗落水前已被打開，落水人員才能在轎車落水瞬間迅速逃離。

3.后備箱

若車頭先落水，轎車后排會形成一個“空氣艙”，后備箱翹起在水面之上。若能第一時間打開后備箱門，拉開后排座椅，便能成功逃生，但逃生路線相對較長，拉開后排座椅難度也較大。

4.天窗

轎車天窗是車體中最后浸入水中的部分。由于落水后車外側為水，車內為空氣，車內絕大多數空間被水淹沒時，車輛才會完全浸沒。根據觀察，轎車從落水到完全浸沒一般需要3分鐘以上。天窗開閉的執行機構均在車內或在頂部，而車內蓄電池會較早入水。若有備用電源供電開啟天窗，落水人員有3分鐘以上的逃生時間。

二、研究思路

因為從天窗逃生的時間相對較長，而且目前配置天窗的轎車較為普遍，所以我們以落水轎車的天窗為逃生通道，研究如何在第一時間監測轎車落水、進行語音報警并開啟天窗，即時遠程報警。

我們采用液位傳感器和電子陀螺儀（三維角度傳感器）來監測轎車是否落水，用控制器控制語音喇叭進行語音報警，控制備用電源給天窗電機供電，使其開啟，打開逃生通道。

三、系統組成

本系統由液位傳感器、傾斜角度傳感器、控制器、語音喇叭、頂燈、備用電池、天窗電機、遠程報警模塊等組成，具體結構如下圖所示。

系統結構圖

四、工作原理

我國高速公路的縱向坡度一般不能超過5%，普通道路縱向坡度一般不超過10%。一般路面與水面有一定的落差，當前后輪離地時失去地面支撐，加劇轎車傾斜。

前后輪距一般為3米至4米，前后輪高度差大于0.5米，此時其傾斜度大于12%。也就是說，轎車前向落水或后向落水過程中其最大傾斜角度一般大于12%。

當轎車駛離路面落水的瞬間，安裝在前后保險杠四個角上的液位傳感器向控制器反饋車輛落水信號，且傾斜角度傳感器向控制器反饋車輛傾斜角度超過閾值（12%），此時控制器立即接通語音喇叭、頂燈、天窗電機電路，使語音喇叭報警，頂燈亮起，天窗打開，落水人員從天窗緊急撤離，同時通過遠程報警模塊向指定用戶報警。

五、未來展望

1.智能手機有電子陀螺儀和加速度傳感器，可研發相關App，將手機的電子陀螺儀和加速度傳感器信號發給控制器，實現共享。

2.有部分轎車沒有天窗，如何打開后排座位和后備箱車門，實現從后備箱逃生，這也是未來需要進一步研究的問題。