(重庆交通大学交通运输学院 重庆 400074)

一、引言

(一)研究背景

道路系统是城市日常生产生活的“动脉”，关乎城市经济的发展和运行效率。然而，由于天气因素或城市排水系统老化故障，城市内涝时有发生。若司机在未考察路面水深的情况下盲目涉水通行，很容易造成发动机进水熄火、电器短路，车辆抛锚水中，阻塞交通，威胁人身财产安全。同时，汽车在驻车状态下也有可能发生水淹故障。例如在地下车库、低洼路段等位置停车时，车主未能及时了解情况并采取措施，导致车辆因长期泡水而损毁。

(二)涉水行驶对车辆及驾驶员的影响及危害

当汽车涉水通行时，很容易发生水淹故障。所谓水淹故障，就是指车辆在涉水过程中，超出车辆标定的涉水深度所造成发动机机械部件、底盘机械部件、电器部件、车辆线路及各传感器损坏。对于司机的正常驾驶而言，也会造成不同程度的影响。因为当汽车在积水路面上行驶时，轮胎与路面的接触系数较小，会影响司机对路况的判断。而且由于水下状况的未知性，容易造成驾驶员心理紧张，增加了操作失误的风险。总而言之，涉水通行是一种危险的驾驶行为，倘若不得不为之，就要求车辆具有一定的水深感应能力和预警功能，以提醒驾驶员及时采取措施。

二、系统构成

基于液位传感器的汽车涉水预警系统的工作流程如下图所示：

当汽车处于有水区域时，传感器会实时测算水面距离车辆排气管的距离，并将数据传送给单片机控制系统进行处理。控制系统首先根据手刹的位置判断车辆正处于驻车状态还是行车状态。当处于驻车状态时，单片机控制系统将测距装置测得的水位高度值与设定安全高度值进行比较，当水位高度值小于设定安全高度值时，就通过通信模块向预留的电话发送信息，以告知车主尽快将车辆转移到安全地带。通信模块基于GPS和GSM技术，以实现系统的远程报警功能。当处于行车状态时，由于车辆处于行进过程中，所以系统采用逐级预警的方式，给予驾驶员充分的反映和处理时间。系统会将实时测到的水位与预先设定好的水位进行比较，然后判断预警的等级。水位越高，蜂鸣器的响应频率和显示器显示的危险等级就越高。

三、传感模块的工作原理

传感模块是整个系统的核心部分，主要由液位传感器和超声波辅助传感器构成。

(一)液位传感器

本系统采用电容式液位传感器，具有耐冲击、可靠性高、测量精度高，测量值不受被测液体的温度比重等因素影响，通讯方式多样等优点。当传感器测量水深时，水的压力引入到传感器的正压腔，通过导气管将液面上的大气压与传感器的负压腔相连，以抵消传感器正面的大气压，根据压力公式计算即可得出水位值，从而将数据传输至微处理器进行判断处理。计算公式如下：

P+=ρgLP-=ρ2Hg+ρ1(L-H)gP=P+-P-

其中，L表示正负压侧取压点之间的距离；ρ表示正压侧测量管内冷凝水密度；ρ1表示压腔内蒸汽的密度；ρ2表示压腔内水的密度；H表示被测水位的高度。

(二)超声波辅助传感器

由于车辆在行驶过程中，水面会产生波动，特别是在风雨天气。因此，仅靠液位传感器很容易出错，需要辅助传感器对数据进行优化。而超声波检测方便快捷、计算简单、指向性强、能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，被广泛应用于各种距离的检测。本系统采用超声波传感器作为辅助测量装置，以提高测量精度。具体包括超声波发生模块、驱动放大模块、超声波发射模块、超声波接收模块和超声波分析测距模块。其中，驱动放大模块用于将超声波发生模块产生的超声波信号以及超声波接收模块接收的超声波信号进行放大；超声波测距模块对接收到的信息进行初步分析，然后送到单片机控制中心处理。结合液位传感器的数据，系统还可以根据水位变化的走向对水深进行粗略的预测，以便提供给驾驶员更多的建议，保证涉水通行的安全可靠。

四、结语

近年来，尤其是在沿海地区，雨季和自然灾害期间降水量显著上升，城市内涝、洼地积水、地下停车场灌水等都会引起车辆涉水或被浸泡，因司机盲目涉水而导致的交通事故屡有发生。同时，长时间在水中行驶或停驻，如若不及时排查，也会对日后的安全行驶造成隐患。为了减少汽车涉水通行的危险系数，保障驾驶员的生命财产安全，本文提出了一种基于液位传感器的涉水预警系统，能主动判别车辆处于行车还是驻车状态，并提醒车主采取相应的措施，兼具传感测距和远程报警功能，有效降低了水淹故障的发生。