一種汽車浸水程度檢測及預警裝置

本文提供了一種汽車浸水程度檢測及預警裝置。當汽車處于積水路面時，通過啟動直流電機工作使檢測瓶下移，檢測浮子接觸到水面后其上的頂桿與檢測瓶發(fā)生相對運動，頂桿升程傳感器記錄檢測浮子穩(wěn)定后的上移量，計算出汽車浸水程度，當浸水程度超過預定值時，單片機接通報警模塊，使報警指示燈閃爍，并通過通訊模塊向指定人員報警，實現預警功能。

汽車經過涉水路面，當積水超過一定深度時，可對汽車三元催化裝置和消聲器造成損害，當積水嚴重時排氣管、進氣管進水，會造成發(fā)動機熄火，出現人員被困的現象。目前只有極少數高級車輛配置涉水輔助系統(tǒng)，其利用聲吶級數評估水深，由于成本高，很難普及。在國內申報的相關專利中，大多在汽車底部加裝液面高度傳感器來檢測積水深度，但如此會較大減小汽車的離地間隙，嚴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 裝置結構圖

裝置結構

裝置由蓄電池、手動開關、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、金屬纜線、檢測瓶、頂桿、檢測浮子、雨量傳感器、支架、軸承、輥子、防護筐等組成。

裝置中雨量傳感器、手動開關、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，手動開關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、輥子、金屬線纜、檢測瓶、檢測浮子；其中，支架平行安裝在汽車發(fā)動機艙右前圍處；直流電機安裝在支架上，輥子通過軸承支承在支架上，直流

電機的輸出軸與輥子通過聯(lián)軸器相連；金屬線纜纏繞在輥子上，其一端與輥子固定連接，另一端與檢測瓶的上端相連；導軌安裝在支架上，用于引導金屬線纜，金屬線纜滑動設置在導軌上；檢測瓶頂部開有通孔，檢測浮子套在檢測瓶內，檢測浮子上部具有頂桿，頂桿穿過檢測瓶頂部的通孔，檢測浮子沿檢測瓶上下滑動；雨量傳感器安裝在汽車雨刮上，用于檢測降雨量的大??；位移傳感器安裝在支架上，用于檢測金屬線纜的位移量；頂桿升程傳感器安裝在檢測瓶上，用于測量頂桿在檢測瓶上的位移量；液體密度傳感器安裝在檢測瓶下部外壁上，用于檢測水的密度；防護筐安裝在發(fā)動機艙右前圍處，裝置不工作時，檢測瓶位于防護筐中，防止其左右晃動。檢測瓶的形狀為長方體，由金屬網線制成，其底部具有配重。

圖2 浸水程度測量方法示意圖

裝置工作原理

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

（2）如果汽車處于啟動狀態(tài)（汽車點火開關處于ON），則按動手動開關，使其閉合，直流電機開始工作，檢測瓶隨金屬線纜下移，檢測浮子接觸到水面后其上的頂桿與檢測瓶開始發(fā)生相對運動，控制單元收到位移傳感器信號后，確認檢測瓶下方到設定距離時，使直流電機停止工作，頂桿升程傳感器記錄檢測浮子穩(wěn)定后的上移量；

積水高度H的計算公式如下：

H=H1+H排+H2（如圖2所示）

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

圖3 浸水深度檢測及報警流程圖

（3）如果汽車處于停止狀態(tài)（汽車點火開關處于OFF），則雨量傳感器將雨量信號反饋給控制單元，若降雨量超過設定的閾值時，則直流電機開始工作，檢測瓶隨金屬線纜下移，檢測浮子接觸到水面后其上的頂桿與檢測瓶開始發(fā)生相對運動，控制單元收到位移傳感器信號后，確認檢測瓶下方到設定距離時，直流電機停止工作后，頂桿升程傳感器記錄檢測浮子穩(wěn)定后的上移量；

積水高度H的計算公式如下：

H=H1+H排+H2

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

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

結束語

本裝置不僅具有加裝方便、運行安全可靠的技術特征，同時在不降低車輛離地間隙，不影響汽車的通過性情況下，實現實時顯示汽車浸水程度的技術效果。在汽車浸水程度超過預定值時，可以實現向指定人員報警的功能，并提出了一種計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