李绪飞 邹俊辉 游宝 王浪浪 安栗

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2010-5640-3222

摘  要：随着交通的现代化的发展，交通运输发展突飞猛进，使道路的交通安全形势持续严峻，安全成为一个必不可少的话题。交通运输的发展带动汽车的飞速发展，对于汽车防溺水装置既是机遇也是挑战。汽车防溺水装置是汽车在落入水中时非常重要的逃生装置。本文研究了一种汽车水上安全救生气囊装置，其阐述了结构组成和工作原理。当汽车落水且水位危及到车内人员生命安全时，装在车体两端的水位传感器，就可以检测到车体落水，并将这一信号在极短的时间内传递给水上安全气囊系统的控制电脑，使气囊充气。从而起到保护人们生命安全的目的。

关键词：防溺水  救生气囊  手动破窗弹簧  耐压浮力气囊  工作原理

中图分类号：U463.8                           文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2021）01（c）-0033-03

Research on Automobile Anti Drowning Safety Airbag Device

LI Xufei*  ZOU Junhui  YOU Bao  WANG Langlang  AN Li

（Guizhou Institute of Technology， Guiyang， Guizhou Province， 550000 China）

Abstract： With the development of modern economy and the popularization of expressway， the speed of cars is getting faster and faster， and safety has become an essential topic. In this paper， a kind of airbag device is studied， and its structure and working principle are described. When the car falls into the water and the water level endangers the life of the people inside the car， the water level sensors installed at both ends of the car body can detect the car falling into the water， and transmit this signal to the control computer of the water airbag system within a very short time， so as to make the airbag inflated. So as to protect peoples lives and safety.

Key Words： Drowning prevention; Life-saving airbag; Manual broken window spring; Pressure-resistant buoyant air bag; Working principle

每年都有因为汽车掉进水里人被淹死的事故发生，而且溺水事故死亡的人数占比40%。

2020年7月7日，贵州省安顺市西秀区有一辆公交车落水。这辆公交车从安顺火车站驶向客车东站途中，汽车冲破石护栏从高处坠入湖中。从事故发生到救援结束，在这起碰撞事故和溺水事故叠加之下，使救援现场情况变得非常复杂，潜水作业难度也很大。相关部门组建的专业救援队，通过生命探测确定来感知幸存者大概的位置。最终将被救人员和坠湖公交车打捞上岸，但是被救人员中受伤16人，无生命体征21人。此类悲剧每年都会发生，相对于陆地上的事故而言，水下的事故救援难度大，面临的危险因素更大。因此，本文提出了一种汽车防溺水救生安全气囊装置，具体地说是一种能在汽车发生溺水事故时自动施救和求救以减少伤亡事故发生的溺水自救辅助装置。

1  工作原理

在汽车车门位置安装安全气囊（见图1），该气囊为爆破气囊，气囊可分离当救生气囊使用，当汽车落入水中后，根据压力传感器传来的信号，触发安全气囊感应装置，控制器自动打开气体发生器，气体发生器点火爆发气体，使汽车依靠浮力的支撑浮出水面，气囊控制器自动给汽车扶正，避免汽车沉入水中。控制器接收并反馈传感器感受的水压信号，气体发生器发生化学反应或把备用安全气体释放出，通过充满浮力的安全气囊使汽车向上运动并浮出水面，同时，让车内有足够大的空间供车内人员自救，从而有相对较充足的救援時间等待救援。

2  组成结构

汽车水上安全救生装置的组成结构包括以下几个部分：耐压浮力气囊、智能化的中央控制器、手动破窗弹簧装置、压力感应装置、气体发生器、扩散硅压力传感器。其各组成位置：在车门的中间的位置安装耐压浮力气囊、气体发生器。智能化的中央控制器安装在汽车发动机机壳后轮廓处，压力感应装置安装在车前挡风玻璃处，位置与各车门的扩散硅压力传感器相连。当汽车落水且水深危及到车内人员的生命安全时，装在车体两端的水位传感器就可以检测到车体落水信号，启动工作，并将这一信号在极短的时间内传递给水上安全救生系统的电控单元，然后电控单元控制气囊前端的气体发生器，从而使气囊完成充气，达到汽车漂浮在水面的目的。

2.1 耐压浮力气囊

在车门外侧中间位置装气囊弹出装置，在四个车门外侧安装气囊，如图1所示，发生落水时，该气囊外壳自动随带气囊一起打开，0.5m×0.5m的圆筒形状气囊外壳。耐压浮力气囊必须具有足够的密封性和耐压性，并能在水下长时间维持，使用汽车有足够的时间浮出水面，为溺水者提供逃生保障。

（1）汽车落水可分为两种情况一种是正向落入水中。一种是倾斜或侧向落入水中。

（2）受力情况：（气囊+汽车）浮力〉汽车重力。

（3）气囊参数计算：

汽车落水后，假设汽车、乘客和行李自重量为1500kg，轮胎作为一个长方体计算体积（50cm×20cm），即四个汽车轮胎的浮力大约是1600N，汽车底盘的浮力大约是2000N，由于汽车和乘员重力是30000N，这就导致了汽车和乘员的重力，应承受的浮力至少应为23000N，那么气囊的排水体积至少为2.4m3，及每个气囊大概排水0.6m3。每个气囊总的要求至少是2000N，根据浮力公式：F浮=ρ液v排g，那么每个气囊的尺寸要求最少是：长度为1m，直径是0.5m的圆筒状浮力气囊，但是由于一般汽车车头比较重，所以应该车头两个浮力气囊的尺寸是长度1m，直径0.9m。

2.2 智能化的中央控制器

中央控制器在安全气囊系统中，主要控制耐压浮力气囊的点火，故障诊断，对压力传感器信号的分析来决定是否要启动浮力气囊，当汽车落水后，压力传感器接受落水信号，中央控制器控制发出启动信号，气体发生器接收启动信号后点爆气体发生器，使浮力气囊进入工作状态。

中央控制器不仅要反应快还要反应准确。而在信息飞快发展的今天，现代化的智能信息处理系统也要得到广泛的应用。智能化的处理系统会系统性的对传感器传递过来的信息加以分析处理，从而更加准确迅速做出判断。智能化的处理各种干扰，减少撞击力度或者撞击点位置不同，未能开启安全气囊的问题。在为能启动中央控制器时，可以手动控制气体发生器的启动，使气囊补充气体，手动开关装在耐压浮力气囊与车门内部之间靠近控制车窗的电路中。

本中央控制器系统在压力传感器外面加一个防护罩，此防护罩采用柱形结构，上下两个柱面采用两个截面结构，水从防护罩中的空隙位置流入，以便经得起逐次缓冲，减少传感器在汽车落水时受到的巨大压力，此柱侧面采用的是封闭型的结构。

2.3 手动破窗弹簧装置

在该车门位置安装有手动破窗弹簧装置，该装置为汽车落水后的自救装置，同时汽车车内的压强小于外部压强，需要对着汽车玻璃敲击多处，车门窗开启，保证在第一时间安全逃生。

涉及一种手动破窗器，包括安装支架，所述安装支架上安装蜂鸣器，安装支架上还固定有壳体，壳体上滑动设置有导向柱，导向柱一端固定拍打手柄，另一端紧固连接打击头，所述导向柱上套设复位弹簧，复位弹簧一端顶紧于拍打手柄上，另一端顶紧于壳体表面，导向柱与安装支架侧部表面垂直。

2.4 压力感应装置

感应装置为气压感应器，可以感应处于当前状态的压力，必要时也可以显示浮力气囊的压力。能自动分析所处状态并处理数据传送到汽车仪表盘。

2.5 气体发生器

安全气囊起到对驾驶员的保护作用，汽车掉入水后，由中央控制器下达的点火命令触发气体发生器，气囊内化学物质在短时间内爆炸，快速向气囊充气，使汽车浮起。

气体发生器的重要特性指标：单位时间内产生的气体的总量和受到的压力及温度，本发生装置才用的是爆破气囊， 反应物是叠氮化钠，受撞击或受（燃）引发快速热分解反应：100g叠氮化钠可产生50l氮气，反应时间小于30μs。在真空条件下加热叠氮化钠，会被逐渐分解为金属钠和氮气。其化学反应速率快、高放热、高体积气体，也给气囊提供瞬间充气的需要。于是，当发生交通落水事故时，本装置的反应器触发叠氮化钠快速分解，给安全气囊充气。

2.6 扩散硅压力传感器

扩散硅压力感应器在落水过程中，接收到落水的压力，并向中央控制器发出电信号。扩散硅压力传感器工作原理：基于压阻效应，将被测介质压力直接作用到传感器膜片，使膜产生微位移，与介质压力成正比，使传感器电阻值变化，利用电子线路对此进行检测，并转换产生一个与该压力相对应的标准量度信号，扩散硅压力传递。感器位于汽车门上方，并在安装在四个扩散硅压力传感器的汽车安全气囊上。

2.7 电源

汽车防溺水安全救生装置的气囊装置和一般的汽车防撞气囊装置一样，拥有2个电源，即系统装有独立电源和汽车电源，独立电源电路牵引供电系统的外部供电电源，由控制电路和若干电容器组成。独立电源安装在中央控制器位置，独立电源为两节12V聚合物锂电池。

独立电源当汽车的备用电源使用，面对汽车发生落水导致汽车电源短路时， 备用电源电路自动断开与汽车电源装置的连接，让独立电源充当汽车电源。即在汽车落水时间内维持气囊装置的单侧供电，该电源装置具备防水防短路的特性，为了在失去电源供电的情况下系统仍能正常工作并能可靠的启动汽车溺水逃生装置，确保中央控制系统和气体发生器的正常工作。

3  结语

每年全世界都有大量的人因汽车落水而死，有些人开车失误，将汽车掉入海里、河里或湖中，还有一些人因汽车突发故障而导致汽车掉入水里。面对这种突发事故，人一旦被困于水下，很难逃脱。在道路交通事故中，汽车的防溺水性能在汽车行驶中可以避免事故的发生或减少伤害的程度，在汽车上安装防溺水装置可以给乘员生命安全提供一种安全保障。

我们这个新型汽车防溺水安全救生装置就是通过整合当前已经存在的单一救援装置并且加以改进创新，使其成为一套完整的安全救生系统，对于不能迅速得到救援的落水车辆有非常重要的现实作用。经过以上相应分析，相信本系统的可行性还是相当高的，归根结底，本次对防溺水安全气囊装置的研究还有很多不足之处，希望能减少交通事故，也希望有志同道合者可以共同研究。

参考文献

[1] 百度百科：压力传感器（http：//baike.baidu.com/view/54664.htm）浮力气囊：（http：//baike.baidu. com/view/241355.htm） .

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