一种车辆阻停装置设计

杨云雪，徐慧莹，邹 辉，胡天钊，杨 雷，张健伟

（北华大学，吉林 吉林132013）

目前，车辆阻停装备所采用技术多为设置路障和布置阻车钉扎胎放气2种方式[1]。刚性路障主要通过提前施工安装水泥墩、液压阻车升降桩等，急停效果好、拦车时间短[2]；缺点是需要提前设置，施工复杂，且对于拦截车辆和车内乘员造成的伤害巨大[3]。传统阻车钉只能对普通轮胎进行扎胎放气，不能短距离内有效拦截车辆，且对于装备了安全轮胎的车辆无法有效拦截，这类车辆在轮胎被刺针穿破放气的情况下仍然可以行使数百千米。除此之外，传统的阻车装备大多数采用刚性拦截和轮胎泄气方式[4]，这也使得车辆被拦截后仍然可以远距离行驶。拦截车辆速度过快容易造成车毁人亡，无法保证拦截的有效性和时效性，而且由于装置的结构复杂也造成安装上的困难，尤其是对极端车辆冲撞和劫持人质车辆的处置更是无法实现快速布防、安全智能的阻截，并且对车辆的破坏性极强。除此之外还有化学试剂制动、电子失能制动、干扰视线阻停车辆等方法[1]，但这些方法和技术都并不成熟，也存在着技术要求高和造价高的问题，因此这些方法并不常使用。

发达国家按照不同阻停技术原理发展了多种阻车器材，而国内的阻车手段多以布置阻车钉及设置路障为主，研发的阻车器材存在机动性差、布置困难、无法有效阻停、车辆失控、容易造成伤亡等缺陷，需要进一步从车辆实际行驶过程中的各个因素来探究车辆阻停技术，在有效阻停可疑车辆的同时，又能降低乘员伤亡风险和经济损失。鉴于此，本文设计了一种新型车辆阻停装置。针对上述阻停装置的使用缺陷，将阻车网和阻车钉结合在一起，使装配方式更加可靠合理，阻车网采用特殊材料编织而成，阻车钉经结构和强度优化，可有效破入常见的各类轮胎。阻停装置设计简洁、布置简单、应用灵活且广泛，可有效克服目前常用阻车器材普遍存在的无法有效阻停、容易造成车辆失控的问题。

1 车辆阻停装置的设计方案及工作原理

1.1 设计方案

该车辆阻停装置整体结构如图1所示，该装置主要由阻车钉、伸缩架（基座）、缠轴阻车网[3]、微型GPS定位器和蜂鸣器共4部分组成。

图1 车辆阻停装置的整体结构示意图

阻停装置是通过扎破轮胎放气及缠绕轮轴来迫使车辆停止运转的装置，能快速扎破大多数橡胶轮胎且放气迅速。美中不足的是阻停装置对于中型货车及以上重型货车则有所不足，无法使其停下。加装微型GPS定位器和蜂鸣器则可在阻停无效后仍能继续追踪逃逸车辆，对于日常追捕、安全迫停效果较好。车辆阻停装置优化后，大大降低了该装置布置场所的局限性。装置使用时，需提前组装所有局部装置，在拦截车辆经过路段布置完成。

1.2 工作原理

阻车钉、伸缩架（基座）部分：车辆经过时，阻车钉插入轮胎中并脱离伸缩架使轮胎胎压快速降低，导致汽车前进困难。阻车钉采用空心结构来达成快速放气的目的，伸缩架用来布置和收取装置，起到便于携带和布置装置的作用，同时起到放置支撑阻车钉和连接阻车网的作用。

阻车网部分：阻车网和钉子相连接并利用车轮的前进缠绕在轮毂甚至轮轴上，使汽车的车速再一次下降，如果该车辆为手动挡则会导致脱档使汽车停止，若为自动挡则导致汽车前进阻力增加，难以继续行驶。阻车网采用特殊材料编织而成，具有良好的缠绕性、稳定性和耐磨性，使阻车网在缠绕上汽车轮毂及轮轴时尽量不会扯断，同时还能避免汽车发生侧滑。

微型GPS定位器和蜂鸣器部分：若拦截失效，附着在阻车网上的GPS开始发出蜂鸣声来进行报警，同时在相应定位软件上提供GPS所在方位[5]，以便进行追踪来进行第二次拦截。其表现为在阻车钉失效、阻车网缠绕效果不理想、地面附着力小导致阻车网与地面摩擦难以降速等其他意外情况导致阻停失败时，蜂鸣器向周围人群报警的同时GPS装置报告目标实时位置辅助追踪。

2 车辆阻停装置的结构设计及材料

2.1 伸缩式阻车钉与基座设计及材料

2.1.1 结构设计

阻车钉采用空心结构来达成迅速放气的目的，如图2所示。伸缩架可展开布网和收起网钉，便于携带和布置阻停装置，同时起到放置支撑阻车钉和连接阻车网的作用。

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图2 阻车钉设计及布置示意图

伸缩架为平行四边形可伸缩式结构，采用厚5 mm的高强度材料，能在保证置地平稳性的同时避免汽车从上方经过产生裂口，可以多次重复使用。为保证结构稳定，使用螺丝将基座与伸缩架固定，如图3所示。

图3 基座与伸缩架结合示意图

2.1.2 基座与阻车钉材料

基座和阻车钉采用合金结构钢30CrMnSiA，可进行低温退火，使抗剪强度达到440～6 000 MPa，抗拉强度达到550～750 MPa，伸长率16%，屈服点1 450 MPa。

30CrMnSiA具有高强度与良好塑性，即具有良好的综合力学性能。30CrMnSiA调质后有很高的强度和足够的韧性，淬透性也好，并且具有良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能优秀。其化学元素成分含量如表1所示。

表1 30CrMnSiA材料成分

2.2 阻车网设计及材料

2.2.1 结构设计

菱形网目的网沿着受力方向的延伸变形能力较方形网目的要好[6]，阻车网可以吸收较大的动能，使车辆安全快速停止运动，所以选用菱形网目作为阻车网的网目形状，如图4所示。网目长轴方向与汽车行驶方向平行，这种布置形式有利于网对车轮和车轴的缠绕。

图4 阻车网网目

网目尺寸过大会使网钉之间的距离过大，轮胎可能从网钉之间的缝隙中穿过，使破胎效果不理想。若网目尺寸过小，会使阻车网的质量增大，从而不利于缠网[6]。因此网目的尺寸应控制在一定范围内，即网目尺寸及相邻2个网结的距离不可大于承重车轮和轿车车轮最小胎面宽度。因承重轮胎面宽度为145～457 mm，轿车轮胎为133～331 mm，所以选用的目脚为60 mm（目脚长度是度量网目尺寸的指标）。

有结网相较于无结网强度高、受力延迟低，所以选择了有结网。虽然有结网中死结耗线率较高，在同等规格下较其他打结方式较重，但网结牢固、不易松脱。另外，为了进一步提高牢固度又不至增加网体质量，采用在原有死结上多绕一圈来构成双死结。

微型GPS定位器和蜂鸣器布置示意图如图5所示。在阻车网一水平线结点均匀装置3个微型GPS定位器和蜂鸣器（将微型GPS装置在微型蜂鸣器内），两两GPS定位器之间距离大于等于市场汽车一般轮距（一般轿车轮距为1 400～1 800 mm，即2个GPS定位器之间距离可设置为800～1 000 mm），大大提高了报警器使用效果，防止车胎破坏报警装置而导致报警装置无效，以警示周围车辆避让，减少对周边车辆和行人的伤害，而且使冲卡车辆目标明显，在阻停无效后仍能继续追踪逃逸车辆。

图5 微型GPS定位器和蜂鸣器布置示意图

2.2.2 阻车网材料

网绳纤维采用PE或芳纶高性能纤维制成的绳索，质量轻、直径小、柔性好、强度高不易盘结[7]。

高性能有机纤维UHMWPE因强度极高、密度小、耐水性好，在深水钓鱼用的钓鱼丝、拖绳、拖船等方面有广泛的应用，也满足了本文所设计装置对于阻车网强度大、质量轻、柔挺性好的要求。另外，为了便于编织网绳与进一步提升纤维强度，会对纤维进行浸胶处理[6]。

3 结论

本文所设计的阻停装置将阻车钉、阻车网、微型警报器和定位装置阻停效果集中于一体，对阻车钉、阻车网结构及材料进行优化设计，可疑车辆通过时，阻车钉破入轮胎和阻车网缠绕轮毂迫使车辆制动，装置在阻车网上的警报器工作，警示周围人群及时躲避可疑车辆，以免造成人员伤亡。若拦截失效，可根据装置于警报器内部的定位装置追踪，在可疑车辆途径路段进行二次拦截。在阻车网上合理布置警报器与定位装置这一创新设计，不仅大大降低环境破坏、财产损失、人员伤亡等恶性事件的发生，而且弥补了可疑车辆阻停无效后无法精准追踪的不足。值得一提的是，本文阻停装置的高效率、低成本优势更会让它具有良好的市场应用前景，甚至可以作为一种常见的保障设施之一。