西华大学科技创新论文

1、 一种汽车落水逃生车门系统的设计优化 交通与汽车工程学院课程设计说明书课 程 名 称: 车辆工程专业创新实践活动 课 程 代 码: 103510429 题 目: 汽车落水逃生车门的设计优化 年级/专业/班: 2013 车辆工程 汽设2班 学 生 姓 名: 饶家义 学 号: 3120130306225 开 始 时 间: 2016 年 5 月 18 日完 成 时 间: 2016 年 5 月 25 日课程设计成绩：技术资料收集（20）资料分析与创新（40）方案初步设计（30）论文格式（10）总 分（100）指导教师签名： 年 月 日目 录摘要 21概述 22 分析与创新 32.1技术资料分析42.1

2、.1一种汽车落水逃生车门系统的设计结构组成 42.1.2一种汽车落水逃生车门系统的设计结构特点分析 52.2创新点分析73 方案初步设计 83.1结构初步设计83.1.1各机构位置优化83.1.2断轴机构的尺寸优化83.1 3.逃生车门控制系统的防水问题 8结论9附件一种汽车落水逃生车门系统的设计优化 摘 要 随着科技的发展，汽车越来越多的进入到我们的日常生活中，同时，人们对汽车的安全性能要求也越来越高。目前在汽车的落水的交通事故里，由于驾驶员及乘车人员惊慌失措、反应时间变长，而车体在水下受到很大的压力，车门不容易打开 ，所以车里的人长时间被困车中容易导致人员伤亡事故。鉴于此，为了提高在汽车落

3、水事故中，乘客的驾驶人员的生存机会，阐述目前一种汽车落水逃生车门的工作原理，分析装置应用的优缺点，对未来关于汽车落水逃生装置的发展做出合理的展望。关键词： 汽车落水 逃生 装置 车门 1概述 1.1相关技术领域发展情况据统计，我国平均每年发生11万起汽车落水事故，发生这类事故时最大的危险是当事者由于惊吓而丧失行动能力。车辆在行驶过程中常出现意外落水事故，由于落水车辆的车内外 水位差较大，产生较大压强，阻碍车门打开，导致车内人员无法短时间内打开车门逃生。那么为什么车门会打不开呢?根据以下分析:以一辆 4.325m × 1.830m × 1.730 的车型为例 ，车门宽1.3m

4、高1.5m，汽车落入水中如果不考虑车内进水，水作用在车门上的力. 车门下边缘至水面的高度；体密度； 重力加速度；可见F是汽车浸入水中的深度H函数，为了更加简单明了，下面给出几个特定H对应的F大小：1.当H 0.3m ，F 573.3N(58.5kg)，这一数值大概是正常男性的推力大小（有研究表明正常推力可以达到自身重力）；2.当H =0.4m,F = 1019.2N(104kg),虽然H 只增加了0.1但是压力却几乎增加了将近一倍，104kg的力是一般人难以达到的，所以在不借助任何外力的情况下，假设车内没有进水，0.4m的淹没量就足以将车内人员困在车内。3.当H= 1.5m F=13230N(

5、1350kg)车身刚好被完全淹没时，想打开车门已经完全不可能。以上讨论是理论车内没有进水的情况下车门所受水压的大小，但是实际考虑到车内进水，使车内外压差减小，所以对应浸没高度 的压力 会相对减小，经过国外某实验数据显示，H 达到0.5m时，已经接近开门极限。由以上数据分析不难看出当车涉水达到一定深度时，车内乘员极容易被困在车内，在落水等危急情况下，第一时间开门逃出是求生的关键。现在汽车的安全性越来越受到广大消费者和生产厂商的重视， 汽车安全已成为汽车发展的一个趋势，而单独就汽车落水的被动安全性方面，我国的汽车技术尚且处于发展阶段。吉利公司在08年的时候申请了一项名为汽车落水自动打开门锁及车窗装

6、置”的专利该专利依附电路系统，依靠装在车头两侧的两个水位检测开关判断汽车是否落入水中，当汽车落到水中一定位置足够触发水位开关时，水位开关接通车窗控制电路，车门解锁，同时车窗自动下降。由于车窗的自动下降，增加了水从车窗进入车内的渠道，因而大大加快进水的速度，进而迅速减小排车内外压差减小，车内人员得以顺利开门逃生，这与用安全锤砸车玻璃的原理基本相同。同时也有研究机构正在研究一种能够在汽车落水后将车门与车身脱离并且弹射出去的车门设计。其结构主要包括传感机构、压力平衡机构、断轴机构、气囊弹射机构等，传感机构判断车辆是否落水，压力平衡机构在车辆落水后，平衡车内外压强，减小作用在车门上的压差，帮助车门脱离

7、车架，断轴机构使车门可以在极短时间内与车架分离，为车门上浮做好准备，气囊弹射机构则利用成熟的气囊弹射技术使车门上浮。根据期刊专利等文献资料，我们可以看到，大多数对于汽车落水后提高车内人员生存几率的装置都有结构复杂以及成本过高的特点，这些都难以应用到实际的汽车生产上去。不过目前国内对于相关求生方式或者辅助求生装置的研究也取得了一些成果，但目前为止，纵观国内车坛，也仅有吉利一家汽车公司在推出的新帝豪车型上配备了落水逃生阀装置，此配置是中国国内首次将专业装置利用到批量生产汽车上来，势必将大大减少车辆意外落水而造成的死亡率，而对于吉利新帝豪来说，这无疑是一大安全和竞争优势，鉴于此我们也可以预测出，基于

8、汽车落水的逃生装置的研发配备将可能是汽车行业一个新的新发展方向。1.2已有技术资料收集 与本题目相关的资料包括以下内容：1. 期刊林小平， 李孝禄的一种汽车落水逃生车门系统的设计上面提及了气囊弹射技术的实际可行性，以及断轴机构的结构。该技术资料的全文详见附件1.1。2.专利号CN201310131573.3的汽车落水自动开门装置中提及到其传感器对落水状态的判定，以及其依靠爆炸装置将车门强行开启的结构布置，该技术资料的全文详见附件1.2。3专利号为CN201520316880.3的一种汽车落水快速供氧装置中提到了该发明装置的结构以及使用方法，该技术资料的全文详见附件1.3。4. 大众汽车2014

9、年8月 第20卷 第 8 期popularauto,august 2014,vol.20,no.8汽车落水受力分析及辅助救生装置分析介绍。这份期刊用数据分析了车门难以打开的原因，阐述当前一种汽车落水逃生装置的工作原理，分析装置应用的优缺点，对未来关于汽车落水逃生装置的发展做出合理的展望，使大家对汽车落水逃生问题有更深刻的认识。该技术资料的全文详见附件1.4。2 分析与创新 2.1技术资料分析2.1.1逃生车门功能分析现在时而发生的汽车落水事故导致许多汽车驾驶人员对汽车落水时如果逃生展开的了广泛的讨论，由于汽车落水后车门车窗难以打开，目前大家普遍认为主要的逃生方法就是在汽车内放置安全锤，利用汽车

10、落水而没有完全被水淹没的时机，将汽车车窗敲碎逃生，但是，上面所述是否真的有效呢？首先，并不是每一辆汽车内都能放置安全锤，特别是私家车，其次，汽车掉入水中至完全被水淹没，这期间大概留给车内人员的也就只有几十秒。车内人员是否能冷静的处理这一突发状况有待确认；然后，若汽车并非是以行驶的姿态落水，而是有翻转，车内人员必定会脱离自身座位而无法亲自敲碎或打开车门；最后由于小型汽车内部空间有限，留给车内乘客使用安全锤的空间不多，就算能够敲碎玻璃，也必将耗费大量宝贵的时间。通过以上分析，设计一款或优化改良一款能够在汽车落水后帮助车内人员的装置设备势在必行。我认为一个性能优越的的汽车落水辅助逃生装置要具备以下几

11、个条件：第一，要有一套反应迅速的监测系统，能够监测汽车是否正处于落水状态，如果判定处于落水状态，能够迅速的将该逃生系统启动，但是同时又不能够因为天气，路况等非落水因素而出现错误判断。第二，逃生系统要就能快速打开车门引导车内人员离开汽车内部，并通过车内某个部件尽可能的产生浮力使车内人员依靠该部件浮出水面。 2.1.2一种汽车落水逃生车门系统的设计结构组成此逃生车门主要由传感机构、压力平衡机构、断轴机构、气囊弹射机构组成，总体布置和控制如图2.1 图2.1（1）传感机构由4个压力传感器及1个湿度传感器组成。压力传感器安装于车辆4个悬架处，用于检测悬汽车落水逃生系统架所受的力的大小；湿度传感器安装于

12、车身前端，用于检测车前端湿度的大小变化情况。(2) 压强甲衡机构有由滑动板、滑动板光杆基座、滑动板连杆、长滑动板连杆、光杆、光杆连接件等组成的滑动板部分；以及由丝杆、丝杆滑块、滑动板连接基座、带轮、电机等组成的电机拖动部分。实物装配效果如图2.2所示。在现有车门的主面板上，融入一块滑动板。在不启动逃生功能时，该滑动板嵌在车门面板之中，使得逃生车门与普通车门无异。在启动逃生功能时，电机启动带动带轮1转动。带轮1与带轮2通过单面齿带连接，带轮2获得动力后带动主丝杆转动。丝杆滑块进行轴向运动，通过滑动板连接杆带动滑动板在光杆轨道上进行轴向运动。在此过程中，滑动板会与车门主体形成一定横向和纵向错位，水

13、后的车辆的车辆可以与外界有一个柔性的连接口。外界的水流可以从该开口处流入车内，并且由于滑动板的纵向错位不会很大，还可以起到减缓水流速度的作用。如图2.2图2.2（3）断轴机构包括固定部分和滑动部分。轨道、滑动轴、连接轴部分安装在车架上，车门连接件安装在车门上，实物效果图如图2.3所示。电机可以驱动滑动轴向上运动，是连接轴与断轴车门部分的相互约束解除，实现车门与车架的脱离。图2.3(4) 气囊弹射机构。气囊，为现有技术成熟的气囊结构。一现代安全气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及控制模块组成。一旦发生碰撞，控制装置向气体发生器发出点火命令或是传感器直接点火。点火后发生爆炸反应，产生氮气或

14、是将储气罐中压缩氢气释放出来，充满碰撞气袋心，以达到气囊打开的目的。该结构采用现有几乎成熟的气囊弹射技术，理论上该部分功能实现可行性没有问题。2.1.2一种汽车落水逃生车门系统的设计结构特点分析 这个车门设计一套反应迅速的监测系统，能够监测汽车否是处于落水状态，如果判定处于落水状态，能够迅速的将该装置的逃生系统启动，且误判出现可能性较小，断轴机构结构简单，通过驱动滑动轴向上运动，可以迅速取消断轴车门部分与断轴车架部分的相互约束，使车门与车身的分离。并且在外观上，由于该装置基本上嵌在车门面板之中，使得车门在增加了逃生功能的基础上，并未损害车门原有的造型设计， 他和普通车门的区别也许就是它能在危急

15、时刻拯救车内乘客的性命。此车门设计的缺点在于：图2.4如图2.4 黑色区域是车窗行程区域，而黄色标记区域的压强平衡机构尺与断轴机构位与气囊弹射机构位于车门板间，且占有一定空间，考虑到车窗的行程，压强平衡机构与气囊弹射机构容易与其发生干涉现象；断轴机构尺寸较大，且为块状，在开关车门时，容易造成车门无法关闭的情况。断轴机构ECU发出断轴命令，然后由电机驱动，在汽车落水后，这些元器件面临短路危险，对防水有较高要求。2.2创新点分析 根据2.1.2中分析的缺点，可以采取更好的方案进行改进，改进点主要针对的是:1.与车窗行程有关的干涉问题。2.断轴机构的尺寸优化。3.逃生车门控制系统的防水问题。3 方案初步设计 3.1结构初步设计 3.1.1各机构位置优化在原有的结构上，将其建模进行仿真分析，检验加装车窗后，判断是否会发生干涉现象，进而优化各机构的位置范围。3.1.2断轴机构的尺寸优化左图为断轴机构的实