一種汽車浸水程度檢測(cè)及預(yù)警裝置

本文提供了一種汽車浸水程度檢測(cè)及預(yù)警裝置。當(dāng)汽車處于積水路面時(shí)，通過啟動(dòng)直流電機(jī)工作使檢測(cè)瓶下移，檢測(cè)浮子接觸到水面后其上的頂桿與檢測(cè)瓶發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，頂桿升程傳感器記錄檢測(cè)浮子穩(wěn)定后的上移量，計(jì)算出汽車浸水程度，當(dāng)浸水程度超過預(yù)定值時(shí)，單片機(jī)接通報(bào)警模塊，使報(bào)警指示燈閃爍，并通過通訊模塊向指定人員報(bào)警，實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。

汽車經(jīng)過涉水路面，當(dāng)積水超過一定深度時(shí)，可對(duì)汽車三元催化裝置和消聲器造成損害，當(dāng)積水嚴(yán)重時(shí)排氣管、進(jìn)氣管進(jìn)水，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，出現(xiàn)人員被困的現(xiàn)象。目前只有極少數(shù)高級(jí)車輛配置涉水輔助系統(tǒng)，其利用聲吶級(jí)數(shù)評(píng)估水深，由于成本高，很難普及。在國內(nèi)申報(bào)的相關(guān)專利中，大多在汽車底部加裝液面高度傳感器來檢測(cè)積水深度，但如此會(huì)較大減小汽車的離地間隙，嚴(yán)重影響汽車的通過性，也不利于液面高度傳感器使用安全性。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)圖

裝置結(jié)構(gòu)

裝置由蓄電池、手動(dòng)開關(guān)、位移傳感器、液體密度傳感器、頂桿升程傳感器、控制單元、直流電機(jī)、金屬纜線、檢測(cè)瓶、頂桿、檢測(cè)浮子、雨量傳感器、支架、軸承、輥?zhàn)?、防護(hù)筐等組成。

裝置中雨量傳感器、手動(dòng)開關(guān)、位移傳感器、液體密度傳感器、頂桿升程傳感器和執(zhí)行單元均與控制單元相連；蓄電池與控制單元相連，手動(dòng)開關(guān)安裝在汽車駕駛室儀表板上；執(zhí)行單元包括支架、直流電機(jī)、輥?zhàn)?、金屬線纜、檢測(cè)瓶、檢測(cè)浮子；其中，支架平行安裝在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙右前圍處；直流電機(jī)安裝在支架上，輥?zhàn)油ㄟ^軸承支承在支架上，直流

電機(jī)的輸出軸與輥?zhàn)油ㄟ^聯(lián)軸器相連；金屬線纜纏繞在輥?zhàn)由希湟欢伺c輥?zhàn)庸潭ㄟB接，另一端與檢測(cè)瓶的上端相連；導(dǎo)軌安裝在支架上，用于引導(dǎo)金屬線纜，金屬線纜滑動(dòng)設(shè)置在導(dǎo)軌上；檢測(cè)瓶頂部開有通孔，檢測(cè)浮子套在檢測(cè)瓶?jī)?nèi)，檢測(cè)浮子上部具有頂桿，頂桿穿過檢測(cè)瓶頂部的通孔，檢測(cè)浮子沿檢測(cè)瓶上下滑動(dòng)；雨量傳感器安裝在汽車雨刮上，用于檢測(cè)降雨量的大?。晃灰苽鞲衅靼惭b在支架上，用于檢測(cè)金屬線纜的位移量；頂桿升程傳感器安裝在檢測(cè)瓶上，用于測(cè)量頂桿在檢測(cè)瓶上的位移量；液體密度傳感器安裝在檢測(cè)瓶下部外壁上，用于檢測(cè)水的密度；防護(hù)筐安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙右前圍處，裝置不工作時(shí)，檢測(cè)瓶位于防護(hù)筐中，防止其左右晃動(dòng)。檢測(cè)瓶的形狀為長(zhǎng)方體，由金屬網(wǎng)線制成，其底部具有配重。

圖2 浸水程度測(cè)量方法示意圖

裝置工作原理

（1）初始化檢測(cè)瓶底部距離地面的初始距離H0；設(shè)定雨量傳感器的閾值，設(shè)定檢測(cè)瓶下方的距離；在控制單元中設(shè)定積水高度H的閾值；

（2）如果汽車處于啟動(dòng)狀態(tài)（汽車點(diǎn)火開關(guān)處于ON），則按動(dòng)手動(dòng)開關(guān)，使其閉合，直流電機(jī)開始工作，檢測(cè)瓶隨金屬線纜下移，檢測(cè)浮子接觸到水面后其上的頂桿與檢測(cè)瓶開始發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，控制單元收到位移傳感器信號(hào)后，確認(rèn)檢測(cè)瓶下方到設(shè)定距離時(shí)，使直流電機(jī)停止工作，頂桿升程傳感器記錄檢測(cè)浮子穩(wěn)定后的上移量；

積水高度H的計(jì)算公式如下：

H=H1+H排+H2（如圖2所示）

其中，檢測(cè)瓶底部到地面的距離H1=H0－h(huán)，h為位移傳感器測(cè)得的金屬線纜下移量；H2為頂桿升程傳感器記錄檢測(cè)浮子穩(wěn)定后的上移量；H排=G/ρ液gS；G為檢測(cè)浮子的重量，ρ液為液體密度傳感器檢測(cè)到水的密度，g為重力加速度，S為檢測(cè)浮子的下部的底面積；

圖3 浸水深度檢測(cè)及報(bào)警流程圖

（3）如果汽車處于停止?fàn)顟B(tài)（汽車點(diǎn)火開關(guān)處于OFF），則雨量傳感器將雨量信號(hào)反饋給控制單元，若降雨量超過設(shè)定的閾值時(shí)，則直流電機(jī)開始工作，檢測(cè)瓶隨金屬線纜下移，檢測(cè)浮子接觸到水面后其上的頂桿與檢測(cè)瓶開始發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，控制單元收到位移傳感器信號(hào)后，確認(rèn)檢測(cè)瓶下方到設(shè)定距離時(shí)，直流電機(jī)停止工作后，頂桿升程傳感器記錄檢測(cè)浮子穩(wěn)定后的上移量；

積水高度H的計(jì)算公式如下：

H=H1+H排+H2

其中，檢測(cè)瓶底部到地面的距離H1=H0－h(huán)，h為位移傳感器測(cè)得的金屬線纜下移量；H2為頂桿升程傳感器記錄檢測(cè)浮子穩(wěn)定后的上移量；H排=G/ρ液gS；G為檢測(cè)浮子的重量，ρ液為液體密度傳感器檢測(cè)到水的密度，g為重力加速度，S為檢測(cè)浮子的下部的底面積。

通過上述計(jì)算得到積水高度H，如果求得的積水高度H大于設(shè)定積水高度H的閾值，則單片機(jī)接通報(bào)警模塊中的報(bào)警指示燈電路，使報(bào)警指示燈閃爍，并通過通訊模塊向指定人員報(bào)警，其工作流程見圖3。

結(jié)束語

本裝置不僅具有加裝方便、運(yùn)行安全可靠的技術(shù)特征，同時(shí)在不降低車輛離地間隙，不影響汽車的通過性情況下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示汽車浸水程度的技術(shù)效果。在汽車浸水程度超過預(yù)定值時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)向指定人員報(bào)警的功能，并提出了一種計(jì)算汽車涉水路面積水深度的新方法和新裝置。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.034