汽车防淹装置概述

2017-03-27俞祥鹏龚学海

科教导刊 2017年4期

关键词：汽车

俞祥鹏　龚学海

摘要汽车已经成为人类生活中必不可少的一部分，但受到全球气候变暖等因素的影响，极端暴雨天气频发导致城市内涝严重，特别是某些道路低洼处易产生较深的积水，对汽车内的电子装置和内饰造成巨大损坏，如何对汽车实现防淹已经成为目前亟需解决的问题。本文通过调研相关文献和专利，将于汽车防淹装置相关的研究和设计归为三类：汽车底部加装充气气囊、加高发动机排气口高度、车体外加装防淹车衣、以及车体外覆盖防淹罩。认为第四类方案具有较好的适应性和可行性，利用气压平衡水压的设计构思巧妙，可以有效控制车内水位，实现汽车整体防淹。

关键词城市内涝汽车防淹装置限制条件

中图分类号：U463.6 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.02.069

Abstract The car has become an indispensable part of human life， but by the impact of factors such as global warming， extreme weather caused frequent waterlogging in the city is serious， especially in some low-lying roads prone to deep water， and the interior of electronic devices in the automobile caused huge damage to the flood has become an urgent to solve the problem of car. In this paper， through the investigation of related literature and patents， research and design of the anti flooding device are classified into three categories： the bottom of the car in the car equipped with an airbag， heightening the engine exhaust height， body with clothing， and flood car body covering flood cover. It is considered that the fourth kinds of schemes have better adaptability and feasibility， and the design of the pressure balance hydraulic pressure can be used to control the water level inside the vehicle effectively.

Keywords urban waterlogging； car； flood prevention device； limiting condition

随着经济的发展，汽车已经走进千家万户，成为人类生活中必不可少的一部分。2016年中国汽车保有量更是达到了1.84亿辆，创下历年新高。汽车制造属于高耗能产业，根据相关统计，我国整车企业能耗达到1200万吨标准煤，单辆汽车制造能耗接近0.8吨标准煤（其中大部分属于电能等高品质能源），加上相关零部件企业，该数据将翻倍，①②因此，保证汽车的正常使用寿命对于节能减排具有重要意义。但近些年来，由于全球变暖的影响，极端天气频发，特别是暴雨天气。暴雨经常造成城市道路严重积水，特别是在一些低洼路段，严重威胁到了停放着的或行驶中的车辆安全。例如： 2012年7月21日，一场暴雨袭击北京，北京保监局23日公布的数据显示，大雨共造成北京市2万辆汽车损失，估损金额近亿元人民币；③2014年深圳5.8大暴雨，由于深圳修地铁导致雨水排放受阻，平安、人保、太平洋三家保险公司接水淹车案超3000起。

泡水车具有非常大的事故隐患，水浸会导致发动机、变速箱、电子设备等汽车重要部件损壞，且极易导致车身部件生锈，缩短使用寿命，降低安全性能，使得汽车在行驶过程中出现短路、突然熄火、自燃等故障的概率显著上升，后果不堪设想。除此之外，车辆内饰被水浸泡后，如不能及时烘干，车内织物、真皮面料即会出现大量霉斑和异味。根据车辆受浸水位高度，保险公司一般将受损车辆分为水浸座椅底板以下、座椅以下、仪表台以下、仪表台以上等四类。如果水淹没了仪表盘或者修理行业给出的维修价格达到实际车辆价值的80%，保险公司将按全损来处理车辆。而其他情况下的浸水车虽然在一定程度上可修复，但即使修好也存在非常严重的安全隐患，浸泡时间越长故障出现几率越高。另外，泡水车的维修费用非常昂贵，基本上重度泡水车辆的维修费要占车价的50%以上。

由于普通汽车几乎没有不具备防水淹功能，因此为车辆设计一种防水淹装置显得非常必要。目前关于汽车防淹装置的研究和设计非常丰富，但基本可以归为三类：汽车底部加装充气气囊进行防淹；加高发动机排气口高度进行防淹；停车场加装停车板进行防淹，以及车体外加装防淹罩进行防淹。本文将对以上的汽车防淹装置相关研究和设计进行梳理和分析。

1 汽车防淹装置分类

1.1 汽车底部加装充气气囊

在汽车底部加装气囊，在路面水位上涨时，对气囊进行充气，利用气囊产生的浮力使得汽车上浮，从而避免被淹。陈重成④设计了一种气垫，如图1所示，使用时先将其铺在车辆下方，需要时对气垫充气使得车辆脱离地面。钱燕珍⑤对气垫的四个边缘做了延伸，以增加气垫浮力。汤高攀⑥等设计了一种形似“蘑菇”的气囊装置，使用时将多个该装置放置于汽车底盘下以达到防淹的效果。

对于气垫的气体来源，蔡增星等设计了一套利用汽车轮胎中气体对气囊充气的系统。⑦宋雷震等⑧提出了一种利用气瓶充气的气囊式防淹装置。而黄俊渝⑨等人则提出了一种以气体发生器为气体来源的防淹气囊装置。

对于充气过程的控制，李德福⑩提出了一种基于车身姿态平衡传感器的控制策略，以对各个气囊充气过程进行控制从而防止车辆因场地因素在充气过程中发生倾覆。黄俊渝豘等认为完整的控制系统应包括至少一个气囊、安装在汽车底部的水位传感器、控制器以及充气装置，控制器根据水位传感器采集的信号控制充气装置工作。文献豙认为将水位传感器安装在汽车德尔制动鼓上，能较好地感知路面水位并避免误判。

1.2 加高发动机排气口高度

汽车的排气管高度普遍很低，当汽车被水淹时，水会随着排气管进入气缸。由于水具有不可压缩性，因此当有水进入气缸时，会使得发动机严重受损，需要拆卸维修，特别是“二次打火”更会使得发动机报废。方秋梅等豛提出一种汽车排气管密封装置，通过堵住排气管的方式防止積水从排气管进入发动机。彭思东豜设计了一种加高的排气管筒，能够快速地安装在排气管尾部，马曙光豝设计了一种可快速连接的带磁石连接的防淹排气管，能有效地防止水沿着排气管进入发动机内。

1.3车体外加装防淹水衣

李军豞设计了一种汽车防淹雨衣，该雨衣罩住整个汽车表面，上部分的雨衣帽和下部分的雨衣罩在汽车外壳表面完全贴紧形成密封（如图2所示）。李小红豟设计了一种汽车防淹带，该防淹袋由底面体、侧面体和顶面体三部分组成，通过防水拉链将汽车整体与外界隔绝，从而达到防淹的效果。而郑倩妍豠设计的汽车防淹保护袋则是直接用一个整体的密封口袋将整车包裹。

1.4 车体外覆盖防淹罩

刘建勋设计了一种气密型的防淹罩，使用时将车衣罩在汽车上，利用底部扎紧带将车衣包裹、兜紧在汽车上，并且使防淹罩下边缘即底部扎紧带尽可能贴近地面，当遇有水淹危险时，随着外围水位的抬高，防淹罩内水位跟随抬升到一定安全高度，因此时防淹罩内密闭空间的空气被挤压，防淹罩被鼓起产生了空气压力，阻止了防淹罩内水位的继续抬升，从而使得该气密型防淹罩就犹如一个倒扣的碗将汽车保护起来（如图3所示）。

龚学海等设计了一种改进型的汽车防淹罩，该基于闭环控制的充气式汽车防淹装置由防淹罩、气泵、浮子开关、电池等组成。在雨天路面积水突涨时，用防淹罩盖住汽车，将外界空气泵入防淹罩内，以罩内气压平衡由防淹罩内外侧水位差产生的水压，维持防淹罩内水位维持设定水平，从而实现了汽车的整体防淹（如图4所示）。

2 分析与讨论

以上的文献和专利提供了丰富的关于汽车防淹装置的设计理念，具有较好的实用性和可行性，但也存在着一些问题。

对于第一类方案：即在汽车底盘下加装充气气囊，在因暴雨天气导致路面积水时，对安装在汽车底部的气囊进行充气，使汽车浮于水面上以达到防淹的目的。由于汽车的质量一般在1吨以上，因此通过给气囊充气使汽车漂浮起来的方案需要消耗大量的气体，导致寻找足够的气体来源难度较大且不经济。此外当汽车漂浮起来后，会由于大风等因素的影响导致汽车间相互碰撞，造成二次伤害。

第二类方案为通过加高汽车排气口高度或将排气口密封的方式，来防止积水进入发动机气缸以达到防淹的目的。该方法能够避免积水随排气管进入发动机，但随着积水的升高，该方法难以保证车内电子器件和内饰的损坏，且积水仍可以通过进气道进入发动机。

第三类方法为通过在车体外加装防淹水衣的方式来达到防淹的效果。该方法看似简单，但使用此方法时需要提前将汽车驶入袋中或预先铺好的地板上，这使得该方法的灵活性存在问题，不能够作为一种应急方案，在车辆密集场地有限时或者路面已经产生积水时，该方法难以实现。此外当车辆已经抛锚时，再次启动车辆将其驶入防淹袋中明显属于不理智行为。

第四类方案是通过在车体外加装防淹罩的方式来达到防淹的效果，该方法只需要将防淹罩罩在汽车外部即可，不需要移动车辆，具有较高的灵活性，可作为应急方案。该类方法的第一种方案将防淹罩罩在汽车外部，防淹罩底部用绳子固定在车轮底部，当外部水位上升时，防淹罩内水位跟随抬升到一定安全高度，此时防淹罩内密闭空间的空气被挤压，该压力反过来会阻止防淹罩内水位的继续抬升。第二种方案在第一种方式的基础上增加了一个气泵，根据车辆底部水位高度控制气泵向防淹罩内泵气，能够将车内水位控制在更低的水平，从而更好地实现对车辆的防护。

3 结论

本文通过调研相关文献和专利，将于汽车防淹装置相关的研究和设计归为四类：汽车底部加装充气气囊、加高发动机排气口高度、车体外加防淹车衣以及在车体外覆盖防淹罩。

分析认为第一类方案方案的可行性存在问题，且可能对车产生二次伤害；第二类方案虽然简单但是防护效果较差；第三类方案虽然效果较好，但需要预先布置，对场地要求较高；第四类方案具有较好的适应性和可行性，尤其是第二种方法可以有效控制车内水位，实现汽车整体防淹。

注释

① 方红燕，王今，刘克强.汽车行业能耗分析与节能技术研究[J]汽车与配件，2009（35）：42-45.

② 霹文藏，魏鲠，尹鲻等.汽车制造企业能耗分析及节能新技术[J].节能，2007（11）：21-23.

③ 财讯网.北京暴雨：2 万汽车“报销” 损失近亿元[EB/OL].（2012-07-24）： http：//www.takungpao.com/opinion/content/2012-07/24/content_813547.htm

④ 陈重成.防淹水气囊[P].中国专利：201120207918.5. 2011.60.20.

⑤ 钱燕珍.一种汽车涉水防淹气垫[P].中国专利：201320654582.6. 2013.10.23.

⑥ 一种汽车防淹安全装置[P].中国专利：201410191722.X. 20140508.

⑦ 蔡增星，应向伟.汽车发动机防进水与浮力逃生系统[J]. 科技通报，2015.31（11）.

⑧ 宋雷震，吕东芳.一种充气式汽车防淹装置[P].中国专利：201610352519 .5.2016-05-20.