淺談汽車智能破窗裝置的設計與實現

侯全聰

摘要：汽車破窗裝置的智能化設計，主要是為防止汽車在駕駛過程中發生意外而開展的設計。破窗裝置本身在設計與實現的過程中，對于具體環節設計的專業性和規范性就提出了很高的要求，為了取得更好的設計效果，本文就智能化破窗裝置的各個環節設計原理和方法進行研究，從而為優化設計效果提供必要的參考，也為提高破窗裝置本身的性能提供支持。

關鍵詞：汽車駕駛;智能化;破窗裝置;設計實踐

0 ?引言

汽車作為一種交通工具，在行駛中的安全問題是應當受到充分重視的問題，在遇到危險時，以最快的速度逃離事故現場是非常重要的，破窗過程對于乘客來說是具有一定的難度的，加強破窗裝置的智能化設計，能夠為避免事故造成危害提供更多的安全保障。

1 ?破窗裝置的總體概述

1.1 概念闡述

破窗裝置是存在于封閉的汽車空間內部的一種輔助逃生裝置。對于汽車來說，其安裝的位置一般設置在封閉艙室中容易獲取到的位置上，以便在汽車遇到危險，例如，火災、落水等情況時，輔助破除汽車玻璃的束縛，順利逃生。從破窗裝置設計的原則方面來講，需要重視設計應用的便捷性和其本身質量水平的穩定性。智能化的設計要求和方法，恰恰是為了提升破窗裝置設計的這兩方面要求而提出的[1]。在這里要強調的是，破窗裝置在實際應用中，也要遵循相應的規范操作流程，只有操作方法和順序正確，才能發揮破窗裝置的作用，幫助人們以最高的效率逃離災難發生地點。

1.2 裝置結構

從智能化的破窗裝置的角度分析，其發揮作用的結構包括了以下幾個方面，第一，破窗裝置的智能化操作需要通過控制單元的控制作用發揮來達到良好的控制效果。第二，破窗環節需要出發點火器以及氣體發生器。這兩個裝置是實際上是體現破窗裝置智能化的核心結構和區域[2]。第三，玻璃擊碎器。玻璃擊碎器是實施破窗操作的最主要工具，也是實現破窗目的的重要環節。在整個的智能化破窗裝置發揮作用的過程中，發揮作用的模塊包括了三個基本類型。第一，信息模塊，即信息接收和現實的模塊。第二，處理模塊，即信息分析與處理模塊，這一模塊是指導下一步的破窗環節順利進行的重要步驟。第三，作用模塊。即發揮破窗作用的具體模塊，這一模塊是實現破窗目標的執行模塊。

1.3 裝置設計原理分析

破窗裝置的應用環境條件，一般是在汽車遇到火災或者落水的情況下。當災難發生時，汽車上的溫度傳感器或者水壓的感知系統會迅速感受到汽車狀態與溫度方面的異常，并且受到相關的反饋信號，隨后這些反饋信號會進一步進入汽車的控制單元，由控制單元在接收到具體問題的信號時，再與標準信號進行對比，從主要觀察實際的溫度或水壓數值是否超過了閾值，當檢測到信號數據超過安全閾值的情況下，點火就會被觸發，氣體的發生器就會產生氣體使得擊碎器的充氣部沖破，推出彈頭，迅速擊碎玻璃[3]。

2 ?控制單元的設計與實踐分析

在上文的闡述中已經提到，控制單元是汽車智能破窗設計中非常重要的一個組成部分，為了取得整體的良好設計效果，需要針對控制單元進行針對性的優化設計。具體來說，控制單元的設計工作了結構設計和運行設計兩個部分。

2.1 結構設計

從結構上來講，控制單元的結構包括了傳感器結構、單片機、點火觸發器。具體來說，溫度傳感器和水壓傳感器在設計中的選用要注重其適宜性和運用的合理性，一般溫度傳感器適宜于選用負溫度系數的熱敏電阻式傳感器，水壓傳感器則會通常選用擴散硅膜片式的傳感器，安裝位置在發動起艙內的前部區域，安裝時要注意控制好其高度，一般不得高于空氣過濾器。關于傳感器的運行，需要選用內部控制電源，電壓5V，除了傳感器結構，結構設計中的單片機結構，主要的功能點在于集成汽車發動機的電子控制單元，控制具體流程如下，①環境變化;②信息處理與反饋;③水壓過高則執行產生指令、接受指令、信息處理、水壓報警的過程。如溫度過高則執行同步的信息處理流程，啟動溫度報警開關，接收到信息后，如達到了著火點或者水壓范圍，則再次經過信息處理的流程完成裝置的啟動。

2.2 運行設計

運行設計的重點在于，結合車窗控制單元的運行流程，可知運行設計的要點包括了以下兩個方面[4]。第一，運行設計應當注意傳感器對于外部環境變化的敏感性。只有當外部環境發生變化時傳感器能夠達到一定的靈敏度，才能保證傳感器能夠及時作出反應，為進一步觸發下一環節的運行提供基礎保障。第二，對于溫度和水壓的感知需要達到一定的靈敏度，這實際上對傳感器結構的作用發揮效果提出了較高的要求。對于傳感器來說，選擇結構完整，質量過關的傳感器是非常關鍵的。設計時可通過反復試驗確認傳感器的靈敏程度，確保發揮核心作用的傳感器設備保持良好的靈敏度。第三，裝置啟動狀態設計和控制。關于裝置啟動狀態的控制工作，需要結合實際對實際的啟動狀態做好觀察和分析，從而確保系統啟動后的狀態穩定且運行良好。

3 ?擊碎器模塊的設計分析

關于擊碎器的模塊設計工作，其所依托的主要原理是手槍出彈原理，并且在設計中借鑒了汽車安全氣囊的氣體生成方式。在這兩項原理的支持下，高壓氣體的動力能夠實現對于擊碎器的推動作用，從而實現推動擊碎器彈頭發射的效果。當彈頭發射的力量達到了一定的程度，則擊碎玻璃的目標就能夠更好地實現。

3.1 擊碎器的結構設計分析

擊碎器的整體結構是具有一定的集中性的，具體包括了底座結構、殼體結構、點火器結構、氣體發生部結構、撞擊部結構、彈頭行程控制結構。其中，點火器出發的效果需要通過控制單元的作用實現，在上文的敘述中，已經將控制單元的信號來源進行了具體的闡述。而關于氣體發生部的結構，主要包括了發生部和充氣部兩部分，當點火器被觸發，則氣體會在點火器的推動作用下馬上被觸發而產生氣體，氣體被推動后，需要經過金屬網結構實現過濾，最終推動推進器、卡塊、彈頭的作用發揮，達到擊碎車窗玻璃的效果[5]。關于氣體發生部的結構，包括了煙火式管道、殼體、底座三個部分。殼體又受到金屬網的結構特征限制被分為四個小的部分，從方位上來講，包括前后兩個大的區域。關于撞擊部的設置，集中處在前部區域。而氣體發生器則一般集中在后部區域。進一步分析撞擊部的結構，也包括了彈頭、卡塊、推進器結構。當彈頭射出后，卡塊會發生合理區域內的位置移動，并且借用卡塊區域的壓縮彈簧結構所產生的回復力將其頂入卡槽結構，從而實現對彈頭活動里程的控制，確保其不出現滑出彈道的情況，這也是對車外人員安全能夠形成保障作用的一種設計。基于彈頭運動的過程中所產生的壓力較大，設計人員需要經過大量的數據計算，找到合適的回復力指標控制范圍，確保回復力的作用發揮能夠有效控制彈頭的運動軌跡。

3.2 彈頭與鎖止結構的設計

關于彈頭的設計，從外形上來觀察，整體的彈頭設計呈現出階梯圓柱形的形狀，細節結構包括了前部的尖頭和后部的柱狀部分[6]。從設計的精確性角度分析，設計人員需要按照既定的結構模式，在彈頭的尺寸上做好相應的計算和控制。關于彈頭結構的設計功能，一方面需要其完成與玻璃的接觸，另一方面也要保證彈頭結構本身的質量。為了保證彈頭的沖擊力并且確保其本身的結構在發揮作用時不受到損傷，需要應用硬質合金材料進行制作，但基于成本控制的目的和提高彈頭的應用性能的目的，可以選用45號鋼，并做好熱處理工作，并且將彈頭的頂部角度設計成60°的銳角。這種設計模式有利于彈頭的沖擊力的提升，并且取得良好的擊打效果。

結合實際來看，普通的汽車擋風玻璃，在邊緣強度的范圍方面達到了最高58.8MPa，最低14.7MPa之間。而氣壓的作用能夠促使彈頭的速度達到320km/h，這種強度和速度，能夠迅速達到擊碎玻璃的效果。但是為了減低對外部環境和人員的傷害程度，需要設置一定的防護緩沖結構。具體來說，在卡塊和擋圈的保護下再設置彈頭的鎖止結構。其中卡塊的結構中包括了彈簧結構部分，為了避免彈簧飛出彈道，還應當對卡塊中的彈簧結構進行進一步的控制和完善設計。

3.3 殼體與彈道的結構設計

彈道和殼體需要承受的壓力和溫度指標都是比較高的，因此，設計中一方面要考慮抗壓性，另一方面，也要考慮耐高溫材料的應用。通常來講，400系列的高合金材料為比較常用的材料品種，為了給彈道口設置充分的緩沖結構，需要在端口的內壁結構中設計四個泄氣槽結構。達到減少壓力的效果。避免在發揮作用的過程中由于產生了過大的氣壓使得可能造成的傷害程度也有所提升。另外，為了減少彈腔內部的氣體所產生的阻力作用，需要在擋圈的部位設計固定數量的透氣孔，從而達到減小氣體阻力，提升彈頭動力的效果。

3.4 共振模塊的設計分析

這一模塊的設計工作主要利用的原理是在超聲波的作用下提高機械裝置擊碎玻璃的實際效果，從超聲波原理的角度分析，玻璃本身有固定的頻率，如果外界振動的頻率與其自身的固定頻率在整體上比較接近時，則會產生共振的效果，這種效果也對震碎玻璃有非常重要的作用。而從超聲波的傳播特性上來說，其所遇到的障礙物尺寸，往往要比超聲波的波長長很多。這就意味著超聲波要達到衍生的效果，則會遇到一些困難，但如果遇到了均勻的介質，則超聲波的傳播方向性可能更強，并且能夠實現集中傳播的模式，這就會大大提高超聲波的穿透力。可見，從震碎玻璃的角度上來說，超聲波的發射在這方面的效果較之普通聲波會更強更好。

4 ?結束語

總的來說，在職業學校的設計教學和實踐中，汽車運行中所應用的破窗裝置的智能化設計，不僅要重視其整體運行狀態的設計，還要對運行中的各個環節的設計，只有在整體設計中保持科學性和各個系統結構的聯動性，在各個環節的運行設計中確保原材料應用和結構設計的科學性，才能實現對于破窗裝置設計的科學性的提升。從而確保在汽車發生危險的狀態下破窗裝置能夠及時發揮其作用。

參考文獻：

[1]張遠征.基于Linux+Qt礦用柴油車智能保護裝置的設計與實現[J].中州煤炭，2017，39（2）：116-120.

[2]龐宏磊，康志偉，徐煌.基于無線傳輸的客車自動破窗及區域救援系統[J].南方農機，2018（13）.

[3]李昶亮，謝樂天.智能立體車庫模擬系統設計與實現[J].電子世界，2018（1）：105-107.

[4]唐博.基于dsPIC智能汽車無功補償裝置的設計與實現[J].科技通報，2018（4）.

[5]李世堯，李輝，周奇，等.用于環境檢測的智能窗戶裝置的設計與實現[J].儀表技術，2018（10）：36-38.

[6]張麗彬，龔松顯.智能溫、濕度監控報警裝置的設計與實現[J].數字技術與應用，2017（8）：182-183.