一种汽车浸水程度检测及预警装置

2016-12-08陈弘烨

中国科技信息 2016年20期

一种汽车浸水程度检测及预警装置

本文提供了一种汽车浸水程度检测及预警装置。当汽车处于积水路面时，通过启动直流电机工作使检测瓶下移，检测浮子接触到水面后其上的顶杆与检测瓶发生相对运动，顶杆升程传感器记录检测浮子稳定后的上移量，计算出汽车浸水程度，当浸水程度超过预定值时，单片机接通报警模块，使报警指示灯闪烁，并通过通讯模块向指定人员报警，实现预警功能。

汽车经过涉水路面，当积水超过一定深度时，可对汽车三元催化装置和消声器造成损害，当积水严重时排气管、进气管进水，会造成发动机熄火，出现人员被困的现象。目前只有极少数高级车辆配置涉水辅助系统，其利用声呐级数评估水深，由于成本高，很难普及。在国内申报的相关专利中，大多在汽车底部加装液面高度传感器来检测积水深度，但如此会较大减小汽车的离地间隙，严重影响汽车的通过性，也不利于液面高度传感器使用安全性。

图1 装置结构图

装置结构

装置由蓄电池、手动开关、位移传感器、液体密度传感器、顶杆升程传感器、控制单元、直流电机、金属缆线、检测瓶、顶杆、检测浮子、雨量传感器、支架、轴承、辊子、防护筐等组成。

装置中雨量传感器、手动开关、位移传感器、液体密度传感器、顶杆升程传感器和执行单元均与控制单元相连；蓄电池与控制单元相连，手动开关安装在汽车驾驶室仪表板上；执行单元包括支架、直流电机、辊子、金属线缆、检测瓶、检测浮子；其中，支架平行安装在汽车发动机舱右前围处；直流电机安装在支架上，辊子通过轴承支承在支架上，直流

电机的输出轴与辊子通过联轴器相连；金属线缆缠绕在辊子上，其一端与辊子固定连接，另一端与检测瓶的上端相连；导轨安装在支架上，用于引导金属线缆，金属线缆滑动设置在导轨上；检测瓶顶部开有通孔，检测浮子套在检测瓶内，检测浮子上部具有顶杆，顶杆穿过检测瓶顶部的通孔，检测浮子沿检测瓶上下滑动；雨量传感器安装在汽车雨刮上，用于检测降雨量的大小；位移传感器安装在支架上，用于检测金属线缆的位移量；顶杆升程传感器安装在检测瓶上，用于测量顶杆在检测瓶上的位移量；液体密度传感器安装在检测瓶下部外壁上，用于检测水的密度；防护筐安装在发动机舱右前围处，装置不工作时，检测瓶位于防护筐中，防止其左右晃动。检测瓶的形状为长方体，由金属网线制成，其底部具有配重。

图2 浸水程度测量方法示意图

装置工作原理

（1）初始化检测瓶底部距离地面的初始距离H0；设定雨量传感器的阈值，设定检测瓶下方的距离；在控制单元中设定积水高度H的阈值；

（2）如果汽车处于启动状态（汽车点火开关处于ON），则按动手动开关，使其闭合，直流电机开始工作，检测瓶随金属线缆下移，检测浮子接触到水面后其上的顶杆与检测瓶开始发生相对运动，控制单元收到位移传感器信号后，确认检测瓶下方到设定距离时，使直流电机停止工作，顶杆升程传感器记录检测浮子稳定后的上移量；

积水高度H的计算公式如下：

H=H1+H排+H2（如图2所示）

其中，检测瓶底部到地面的距离H1=H0－h，h为位移传感器测得的金属线缆下移量；H2为顶杆升程传感器记录检测浮子稳定后的上移量；H排=G/ρ液gS；G为检测浮子的重量，ρ液为液体密度传感器检测到水的密度，g为重力加速度，S为检测浮子的下部的底面积；

图3 浸水深度检测及报警流程图

（3）如果汽车处于停止状态（汽车点火开关处于OFF），则雨量传感器将雨量信号反馈给控制单元，若降雨量超过设定的阈值时，则直流电机开始工作，检测瓶随金属线缆下移，检测浮子接触到水面后其上的顶杆与检测瓶开始发生相对运动，控制单元收到位移传感器信号后，确认检测瓶下方到设定距离时，直流电机停止工作后，顶杆升程传感器记录检测浮子稳定后的上移量；

积水高度H的计算公式如下：

H=H1+H排+H2

其中，检测瓶底部到地面的距离H1=H0－h，h为位移传感器测得的金属线缆下移量；H2为顶杆升程传感器记录检测浮子稳定后的上移量；H排=G/ρ液gS；G为检测浮子的重量，ρ液为液体密度传感器检测到水的密度，g为重力加速度，S为检测浮子的下部的底面积。

通过上述计算得到积水高度H，如果求得的积水高度H大于设定积水高度H的阈值，则单片机接通报警模块中的报警指示灯电路，使报警指示灯闪烁，并通过通讯模块向指定人员报警，其工作流程见图3。