基于机械传动控制的汽车爆胎应急装置的设计

摘 要 基于机械传动控制的汽车爆胎应急装置是由胎压传感器感应、单片机控制及机械传动三大部分组成，具有结构简单、高性能、易安装、工作稳定的特点。本装置设计可以在汽车发生爆胎情况时防止驾驶员猛踩刹车，从而在一定程度上避免汽车爆胎时由驾驶员的不当操作所引发的事故，提高驾驶的安全性。该技术具有很强的适用性、方便性和广阔的市场前景。

关键词 爆胎应急；安全性；单片机；胎压传感器

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0032-02

近些年来随着汽车数量的迅猛增长和高速公路的不断发展，高速行驶的汽车爆胎引发的交通事故不断增多。据公安部门统计，我国每年因高速行驶中突然爆胎而引发的事故占全部高速公路意外交通事故的49.4%。由于高速行驶的突然爆胎既不可预见又难以控制，已成为高速行驶“头号杀手”和“隐形杀手”。而其中汽车爆胎后由于驾驶员心理惊慌失措猛踩刹车导致汽车加剧跑偏和翻车是引发事故的主要原因。正确的做法是用力控制方向盘，并松开油门踏板，使汽车利用滚动阻力让车速慢下来，这期间尽量抢换低速挡，再轻点刹车使车速慢下来。

1 国内外爆胎应急技术的现状分析

目前，市场出现了一些防爆胎装置，它们的原理主要是在轮胎上进行改进，比如“刚性支撑式安全轮胎”，即在爆胎时它能及时释放车轮剧增的运动阻力，从而可控车辆行驶方向，避免转向轮因一侧轮胎失压后造成车辆方向失控。而对于轮胎改进需要对所有轮胎进行更换，因为制造成本的问题，对于轮胎企业来说，采用该产品肯定会导致成本增加。有权威人士认为，目前国内的客户更多的还是关注成本的问题，该产品推广应用需要较长一段时间。

即使随着轮胎技术的不断发展，其防爆性能日益提高，轮胎爆胎的可能性在客观上仍然是无法消除的。而轮胎一旦爆胎，如果驾驶员由于心理等因素操作不当其后果将不堪设想。而汽车爆胎应急的技术将为驾驶员和乘客的生命财产安全做最后一道保障，有效降低此类交通事故的发生。因而，在政策及安全需求的呼吁下，爆胎应急技术将拥有更广阔的发展前景。

2 汽车爆胎应急装置

2.1 工作原理

基于机械传动控制的汽车爆胎应急装置的设计是由胎压传感器感应、单片机控制及机械传动三大部分组成。当胎压传感器感应到压力瞬间变化达到正常胎压的1/3及以下时，通过无

图1 整体构思方案图

线传输把信号传给单片机，单片机将接受到的信号经电路传输到自动锁（自动锁是由连杆机构、齿轮、顶杆等构成的传动控制装置，与齿条连接起传动作用），自动锁启动，使刹车踏板自动锁锁在预定位置，并延时时间2 s～7 s（根据车速来决定延时时间）后，自动锁复位，刹车正常使用。本装置可以在汽车发生爆胎情况时起到“点刹”的作用，防止驾驶员猛踩刹车，从而在一定程度上避免汽车爆胎时由驾驶员的不当操作所引发的事故，提高驾驶的安全性。

2.2 实验结构设计

1）感应装置。通过检测，将汽车轮胎内的压力和温度检测值通过无线传送给接收器。系统处于工作状态时，如果轮胎压力或温度出现异常，系统立即进行报警，并显示故障轮胎的位置与相应的压力及温度数值。当接收器显示压力值小于正常值的1/3及以下时，通过电路的传输把信号传输到自动锁，装置启动。

2）爆胎装置。通过泄气阀瞬间把轮胎内的气泄光，这时胎压传感器把信号传给显示胎压不足，并发出报警声。

3）动力控制。动力源采用车内12 V的直流电瓶，用接触器、压力传感器的接收器以及通电延时继电器作组成电路控制。

4）传动控制。传动控制是由自动锁与齿轮齿条机构连接的传动装置。自动锁是由连杆机构、齿轮、顶杆等构成的传动控制装置，与齿条机构连接共同起传动作用。其中齿轮上固定一根顶杆。当自动锁得到信号动作时，推动齿条，带动齿轮转动，齿轮刚好转动1/4圆。顶杆刚好顶住刹车踏板，使刹车制动。齿轮齿条传动的目的在于将齿条直线运动转变为齿轮的回转

运动。

图2 机械传动布置

2.3 主要部件

1）胎压传感器（Infineon SP12型传感器）：检测汽车轮胎的压力值。选用的是射频无线传输数据的胎压传感器，如图3所示。

图3 内置式胎压传感器

2）齿轮齿条：齿轮齿条传动具有瞬间传动比恒定，工作平稳性较高、维护简便、传动效率高，结构紧凑的优点。

3）自动锁：主要的动力源为一个12 V的自动锁。基于机械传动控制的汽车爆胎应急装置中由连杆机构、齿轮、顶杆等构成的传动控制装置，与齿条机构连接共同起传动作用，其中齿轮上固定一根顶杆。

4）中间继电器：电路控制部分。

5）单片机（MC9S12XS128）：接收来自胎压传感器和车速传感器的信号，当胎压瞬间降为胎压正常值的1/3以下并且车速高于30 km/h时发出信号使得齿轮齿条动作带动顶杆转动顶住制动踏板工作。

2.4 实现流程

2.5 结论

经过在实验室对模型样机的近百次试验，测得自动锁启动时间≤0.2 s。人的正常反应时间为0.1 s～0.4 s。在最快的反应时间0.1 s情况下，从驾驶员发现车胎胎压异常时，立即松开油门踏板，直到开始踩下刹车踏板所用的总共时间将达到0.3 s～0.5 s，自动锁此时早已启动并发挥作用。通过反复调整测试，得到较为理想的自动锁延时时间，实验得到的延时时间与车速的关系数据见表1。

3 创新点

本装置是为了在汽车爆胎的瞬间，防止驾驶员由于心理惊慌猛踩刹车而导致汽车翻车的严重交通安全事故。主要适用于高速行驶的车辆，与普通的爆胎装置相比具有很强的适应性，能有效的降低高速路上因汽车突然爆胎而造成的严重后果，提高驾驶安全性。

在设计过程中考虑到刹车板正下方空间有限，因此设计自动锁与齿轮齿条机构连接，并在齿轮上焊接一根杆，通过自动门锁的启动，推动齿条的运动使齿轮发生转动，把杆从水平状态转化为竖直状态。整个汽车爆胎应急装置是在汽车地板以下布置的，在汽车正常行驶时不影响汽车驾驶厢内的其他诸如油门和离合器踏板，并不违反国标。

4 结束语

基于机械传动控制的汽车爆胎应急装置具有结构简单、高性能、易安装、工作稳定的特点。不仅可以控制汽车爆胎瞬间的转向而保证安全，而且高效经济。预计采用此套汽车爆胎应急装置的成本预算价格预算不超过500元，远远低于同类防爆胎产品的价格。本装置对轮胎无特殊要求，而是采用胎压传感器和机电控制技术，实现了汽车爆胎防止驾驶员误操作的一种装置。本爆胎应急装置安全高效，并且经济实用性强，在不改变传统车部件的情况下进行装配设计，具有普及性。随着社会的迅速发展和人们对安全的更加重视，该技术的市场会存在很大的需求，具有巨大的潜力，符合汽车安全行业的发展趋势。

参考文献

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作者简介

张耀丹（1993-），山西人，本科生，研究方向：车辆

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