基于液位傳感器的汽車涉水預(yù)警系統(tǒng)

(重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院 重慶 400074)

一、引言

(一)研究背景

道路系統(tǒng)是城市日常生產(chǎn)生活的“動脈”，關(guān)乎城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和運(yùn)行效率。然而，由于天氣因素或城市排水系統(tǒng)老化故障，城市內(nèi)澇時有發(fā)生。若司機(jī)在未考察路面水深的情況下盲目涉水通行，很容易造成發(fā)動機(jī)進(jìn)水熄火、電器短路，車輛拋錨水中，阻塞交通，威脅人身財產(chǎn)安全。同時，汽車在駐車狀態(tài)下也有可能發(fā)生水淹故障。例如在地下車庫、低洼路段等位置停車時，車主未能及時了解情況并采取措施，導(dǎo)致車輛因長期泡水而損毀。

(二)涉水行駛對車輛及駕駛員的影響及危害

當(dāng)汽車涉水通行時，很容易發(fā)生水淹故障。所謂水淹故障，就是指車輛在涉水過程中，超出車輛標(biāo)定的涉水深度所造成發(fā)動機(jī)機(jī)械部件、底盤機(jī)械部件、電器部件、車輛線路及各傳感器損壞。對于司機(jī)的正常駕駛而言，也會造成不同程度的影響。因為當(dāng)汽車在積水路面上行駛時，輪胎與路面的接觸系數(shù)較小，會影響司機(jī)對路況的判斷。而且由于水下狀況的未知性，容易造成駕駛員心理緊張，增加了操作失誤的風(fēng)險。總而言之，涉水通行是一種危險的駕駛行為，倘若不得不為之，就要求車輛具有一定的水深感應(yīng)能力和預(yù)警功能，以提醒駕駛員及時采取措施。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

基于液位傳感器的汽車涉水預(yù)警系統(tǒng)的工作流程如下圖所示：

當(dāng)汽車處于有水區(qū)域時，傳感器會實時測算水面距離車輛排氣管的距離，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行處理。控制系統(tǒng)首先根據(jù)手剎的位置判斷車輛正處于駐車狀態(tài)還是行車狀態(tài)。當(dāng)處于駐車狀態(tài)時，單片機(jī)控制系統(tǒng)將測距裝置測得的水位高度值與設(shè)定安全高度值進(jìn)行比較，當(dāng)水位高度值小于設(shè)定安全高度值時，就通過通信模塊向預(yù)留的電話發(fā)送信息，以告知車主盡快將車輛轉(zhuǎn)移到安全地帶。通信模塊基于GPS和GSM技術(shù)，以實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程報警功能。當(dāng)處于行車狀態(tài)時，由于車輛處于行進(jìn)過程中，所以系統(tǒng)采用逐級預(yù)警的方式，給予駕駛員充分的反映和處理時間。系統(tǒng)會將實時測到的水位與預(yù)先設(shè)定好的水位進(jìn)行比較，然后判斷預(yù)警的等級。水位越高，蜂鳴器的響應(yīng)頻率和顯示器顯示的危險等級就越高。

三、傳感模塊的工作原理

傳感模塊是整個系統(tǒng)的核心部分，主要由液位傳感器和超聲波輔助傳感器構(gòu)成。

(一)液位傳感器

本系統(tǒng)采用電容式液位傳感器，具有耐沖擊、可靠性高、測量精度高，測量值不受被測液體的溫度比重等因素影響，通訊方式多樣等優(yōu)點。當(dāng)傳感器測量水深時，水的壓力引入到傳感器的正壓腔，通過導(dǎo)氣管將液面上的大氣壓與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器正面的大氣壓，根據(jù)壓力公式計算即可得出水位值，從而將數(shù)據(jù)傳輸至微處理器進(jìn)行判斷處理。計算公式如下：

P+=ρgLP-=ρ2Hg+ρ1(L-H)gP=P+-P-

其中，L表示正負(fù)壓側(cè)取壓點之間的距離；ρ表示正壓側(cè)測量管內(nèi)冷凝水密度；ρ1表示壓腔內(nèi)蒸汽的密度；ρ2表示壓腔內(nèi)水的密度；H表示被測水位的高度。

(二)超聲波輔助傳感器

由于車輛在行駛過程中，水面會產(chǎn)生波動，特別是在風(fēng)雨天氣。因此，僅靠液位傳感器很容易出錯，需要輔助傳感器對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。而超聲波檢測方便快捷、計算簡單、指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種距離的檢測。本系統(tǒng)采用超聲波傳感器作為輔助測量裝置，以提高測量精度。具體包括超聲波發(fā)生模塊、驅(qū)動放大模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊和超聲波分析測距模塊。其中，驅(qū)動放大模塊用于將超聲波發(fā)生模塊產(chǎn)生的超聲波信號以及超聲波接收模塊接收的超聲波信號進(jìn)行放大；超聲波測距模塊對接收到的信息進(jìn)行初步分析，然后送到單片機(jī)控制中心處理。結(jié)合液位傳感器的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還可以根據(jù)水位變化的走向?qū)λ钸M(jìn)行粗略的預(yù)測，以便提供給駕駛員更多的建議，保證涉水通行的安全可靠。

四、結(jié)語

近年來，尤其是在沿海地區(qū)，雨季和自然災(zāi)害期間降水量顯著上升，城市內(nèi)澇、洼地積水、地下停車場灌水等都會引起車輛涉水或被浸泡，因司機(jī)盲目涉水而導(dǎo)致的交通事故屢有發(fā)生。同時，長時間在水中行駛或停駐，如若不及時排查，也會對日后的安全行駛造成隱患。為了減少汽車涉水通行的危險系數(shù)，保障駕駛員的生命財產(chǎn)安全，本文提出了一種基于液位傳感器的涉水預(yù)警系統(tǒng)，能主動判別車輛處于行車還是駐車狀態(tài)，并提醒車主采取相應(yīng)的措施，兼具傳感測距和遠(yuǎn)程報警功能，有效降低了水淹故障的發(fā)生。