汽车水中自救装置

摘 要：安全气囊在汽车水中自救中的应用研究是当前汽车安全领域的热点问题，文章针对汽车在水中发生事故时的自救技术展开叙述。首先详细阐述了研究背景、安全气囊自救技术的技术原理和国内外研究现状。然后对安全气囊自救装置的制作与安装进行了深入探讨，提出了具体的技术方案和整车系统结合要点。最后通过对安全气囊自救技术在水中汽车事故中的应用前景分析，揭示了该技术在实际应用中的广阔前景和重要意义。最后对研究内容进行了总结与展望，指出了未来研究的方向和重点。

关键词：汽车 水中自救 安全气囊 技术方案 应用前景

1 研究背景

在现实生活中，由于汽车掉入水中导致人员伤亡的案例屡见不鲜。2023年5月16日，湖北恩施发生一起严重的车祸，一辆9座的面包车在狮子关景区浮桥的公路上行驶时突然失控冲破护栏，坠入河中，造成5人死亡，3人受伤[1]；2023年11月1日，湖南株洲，一教练车凌晨前往考场途中不慎掉入水塘，车上一名教练、一名学员死亡，另一名学员受伤[2]，类似的例子在生活中频频发生，对驾驶员和乘客的生命安全造成了巨大的威胁。汽车在水中，由于水压较大造成车辆的内外压差增大，车门难以打开，因此车内人员无法通过打开车门逃生，发生窒息或溺水事故。此外，由于汽车自重较大，在水中，重力大于浮力，导致汽车无法浮于水面，短时间内就会沉底，增加了自救的困难。因此如何解决汽车掉入水中的自救问题，显得至关重要。本文从安全气囊的角度出发，论述了安全气囊在汽车水中自救应用的可行性与优势。

1.1 汽车落水自救装置研究现状

目前针对汽车落水的自救装置主要有氧气供应装置、逃生锤与破窗器、浮力辅助设备以及自动逃生系统等。但现有的自救装置往往需要用户在紧急情况下进行复杂的操作，在使用上存在一定的复杂性，不利于自救过程的快速启动，并且在自救过程中，部分自救装置可能对车辆和乘车人员造成二次伤害，其安全性和稳定性仍有待提高；此外，现有自救装置的浮力设计不够稳定，无法有效保证车辆在水中的浮性，影响了自救的成功率。例如：氧气供应装置，它是当车辆被水淹没时，驾驶员和乘客通过氧气供应装置获取氧气，延长人员在水中的生存时间，其缺点在于氧气量有限，操作难度较大等；逃生锤与破窗器是当车辆在被困或车窗无法打开时提供逃生途径的工具，它的缺点在于需要力量大，并且耗时较长；浮力辅助设备，如救生衣或浮标，可以在车辆被水淹没时提供额外的浮力，帮助人员浮到水面，它的缺点在于穿戴时间长，受空间限制大，对不会游泳者的帮助有限等等；自动逃生系统是一种在车辆被水淹没时自动启动的逃生装置，如自动解锁车门、自动充气浮标等，但是该系统对技术依赖性大，且有误触风险，成本高。

本文提出的安全气囊能使汽车浮于水面从而让人获得自救。安全气囊不仅能显著提升汽车在水中的浮力，使其浮于水面，保障车内人员的生命安全，而且还能有效地提高汽车在水中的适航性，降低溺水风险，实现汽车自救。该装置具有操作难度低，自救概率超过80％，不受空间限制等优点。

1.2 安全气囊研究现状

目前，国外关于安全气囊在汽车水中自救中的应用研究主要集中在美国、德国和日本等发达国家，美国研究重点在于安全气囊自救技术的原理和应用，德国更注重于安全气囊自救装置的制作与安装技术，而日本则致力于将安全气囊自救技术与车载通讯系统相结合，提高自救效率[3]。

与此同时，国内多家汽车制造商和科研机构也纷纷投入到安全气囊在汽车水中自救中的应用研究中，他们基于国内水域事故频发的现状，针对国内水域环境和汽车使用特点，进行了一系列专门的实验和研究。与国外不同的是，国外虽然在安全气囊自救技术的原理和应用上取得了一定突破，但在实际装置制作与安装、应用前景分析等方面相对薄弱；而国内研究则更加注重实际环境下的应用效果和社会意义，致力于将安全气囊自救技术与国内实际情况相结合，为国内汽车水中自救提供更加可靠的技术支持。以三亚学院吕锰涛的研究为例，他们开发了一种安全气囊装置，该装置通过装在车体两端的水位传感器，能够检测到车体落水，并即时将信号传递给水上安全气囊系统的控制电脑，从而实现使气囊的充气。

2 安全气囊原理

2.1 安全气囊浮力原理

安全气囊作为汽车安全系统的重要组成部分，其中的浮力原理是自救装置能够使汽车浮于水面的核心原理。首先，安全气囊在水中自救中的应用基于其充气原理，通过在汽车落入水中时快速充气，从而增大浮力，使汽车能够在水中浮起。其次，安全气囊还可通过释放气囊内部的压力，减小汽车在水中的密度，进一步增加浮力，从而提高汽车在水中自救的效率。此外，安全气囊还能够在汽车受到外部压力时迅速释放气体，以减轻汽车受到的外部挤压力，保护车内乘员的安全。根据阿基米德原理，当物体浸入液体时，所受浮力等于所排开液体的重量，从而使得物体浮起。因此，自救装置需要通过合理设计，确保在汽车掉入水中时能够迅速产生足够的浮力，以使汽车浮于水面。同时，浮力原理也需要考虑汽车的重量、水的密度以及气囊的体积等因素，以实现稳定、可靠的浮力支持。总体而言，安全气囊在汽车水中自救中的应用，主要通过充气和释放气体提供浮力和减小汽车密度的方式，实现汽车在水中的自救目的。这一技术原理和作用机制的研究，对于提高汽车在水中的自救能力具有重要的理论和实际意义。

2.2 安全气囊装置原理

在汽车自救装置中，最重要的装置之一便是安全囊。车辆在行驶过程中，由车载传感器实时监测车辆的行驶状态，当监测到车辆发生碰撞或者落水时，便会将该信号由信号传输装置传输给控制器，控制器根据接收到的信号发出指令，控制气体生成装置动作生成气体，并迅速充满气囊。这一过程进行的时间非常短暂，因此确保车内人员在事故中能得到最大程度的保护。

3 安全气囊自救装置的技术方案

安全气囊自救装置包括安全气囊设计、气囊充气系统、碰撞传感器等内容。通过对安全气囊的材料选择、气囊形状设计、充气速度控制等方面的技术优化，以实现在汽车掉入水中时快速充气，提供足够浮力支持的目标。同时，气囊充气系统也需要保证充气过程中的稳定性和可靠性，确保自救装置能够在紧急情况下快速响应。碰撞传感器作为触发装置，需要具备高灵敏度和可靠性，以确保在汽车发生意外时能够及时触发自救装置，保障乘客的安全。因此，自救装置的技术方案需要综合考虑气囊设计、充气系统和触发装置等关键技术，以实现对汽车掉入水中的有效自救。

3.1 传感器技术传感技术

传感器技术传感技术主要包括加速度传感器、车速传感器和水位传感器。

汽车内的加速度传感器是一种电子设备，主要用来测量加速力，包括重力加速度和动态冲击加速度，其主要作用是根据车辆加速度的变化来评估车辆的运行情况。例如，当车辆发生碰撞时，加速度传感器可以迅速检测到冲击力的变化，并将这一信息传递给车辆的安全系统，触发相应的安全措施，如气囊充气等。

车速传感器主要用于检测汽车车速，其输出信号可用于调节发动机怠速、自动变速器的扭矩锁定、自动变速器的换挡、发动机冷却风扇的启闭及巡航定速等。通过精确检测车速，保证汽车在各种状态下稳定、安全地行驶。

水位传感器是一种能够将被测点的水位参数实时转化为相应的电信号的仪器。水位传感器以三角形为基准，顶角为触发点，它能够根据水位和电压是否达到触发点的位置来判断车辆是否掉入水中，当达到触发点位置时，即检测到车辆落水并迅速向电子控制系统发送信号，以启动触发装置并使气体发生器开始充气确保车辆安全。此外，水位传感器还可以排除下雨天或者经过积水路面时误触发安全装置的情况，是整个系统中最关键的一个判断装置。

3.2 气体生成技术

气体生成技术是指通过化学反应、物理过程或其他方法产生特定气体的技术，主要装置为气体发生器。气体发生器主要负责目标气体的生成，包括传感器、稳定气体、化学反应原料及点火装置。传感器开启，控制线路即处于正常工作状态，此时通过侦测回路判断汽车是否发生溺水事故。若侦测回路判定达到安全气囊的释放条件，则点火装置启动，点火器在收到气囊电源发出的电流信号后瞬时快速加热，进而引燃氮化钠推进剂，瞬时发生的化学反应会产生大量气体，其中主要成分是氮气，这些气体用于充气安全气囊，直至充满；由于气体具有强大的冲击力，气囊在膨胀的同时将周围液体推开，最终达到最大膨胀状态，有利于气囊迅速充气。

4 安全气囊与车辆系统的整合

汽车安全自救装置必须与整车系统进行有效地结合，才能在危险时刻及时有效地发挥作用。在整合过程中，安全气囊装置与车辆系统的电气连接、控制逻辑和应急触发机制等关键问题都应充分考虑，并制定详尽、合理的整合方案及技术标准，保证汽车在发生落水事故时，通过安全气囊能迅速有效地展开自救。

在安装位置选择上，自求装置在安装位置的选择上应便于操作，一般遵循以下原则：首先，安装位置应该尽量靠近车辆驾驶室，以便在紧急情况下驾驶员能够快速触发安全气囊；其次，安装位置应避免与车辆其他部件发生干扰，以免影响车辆原有的结构和功能；最后，安装位置应该考虑安全气囊自救装置使用的便捷性和可靠性，确保在落水事故发生时能够及时有效地触发。

在安装位置确定好之后，安全气囊装置必须稳固可靠地安装，一般采用专用的固定装置如特制固定架等，将安全气囊自救装置固定在车辆内部。固定装置应具有防水、抗冲击和耐腐蚀的特性，且在水中环境下能够保持稳固。

安全气囊安装稳固后，便是电气系统的连接。自救装置的电气连接是安全气囊自救装置与车辆电气系统连接的重要环节。在安装过程中，应始终遵循车辆制造商提供的指南和建议，严格按照给定的电气连接图进行连接，确保每根线路的连接准确可靠，并且对电气连接部分进行防水处理，以保证电气系统在水中正常运行。

安全气囊的触发装置是气囊自救装置的核心部分。在安装过程中，应将触发装置与车辆上的紧急开关或手动开关相连接，确保在紧急情况下能够快速触发安全气囊自救装置，实现车辆在水中的自救。

5 市场应用前景分析

根据《中国统计年鉴》显示，2017至2019年，中国交通事故年均发生数23.19万次，交通事故年均死亡人数6.3万人，这意味着，平均约8分钟就有1人因车祸死亡。在诸多汽车事故中，汽车落水、坠水等涉水事故死亡率最高。据不完全统计，我国平均每年汽车落水事件达300余起，车内驾乘人员获救者不足10%[4]。从事故发生原因的统计数据来看，水中汽车事故多由于驾驶员操作失误、恶劣天气和路况、交通安全设施不完善等因素，其中，驾驶员操作失误是导致汽车落水事故的最主要原因。

为了给安全气囊自救装置的技术应用提供更为具体和全面的依据，进一步对汽车落水事故的特点及原因进行分析发现，在夜间、交通高峰期或者恶劣天气的情况下，汽车落水事故发生的概率最高且事故发生的地点往往集中在水域复杂地区，而这种情况下，往往事故的危险性和救援的难度也显著上升。涉事车辆多为轿车和货车，事故后果涉及人员伤亡和车辆受损等方面。通过对这些数据的深入分析，为技术方案的制定和设备安装提供有力支持。

市场容量是影响技术应用前景的重要因素之一。2021年，我国汽车产销分别完成2608.2万辆和2627.5万辆，同比分别增长3.4%和3.8%[5]，通过对市场容量的调研和分析，能够清晰地了解安全气囊自救技术的市场潜力。在水中汽车事故中，安全气囊自救技术的应用范围广泛，不仅包括私人轿车，还包括公共交通工具、特种车辆等多个领域，因此市场容量巨大，具有广阔的发展前景。

此外，竞争态势也是市场需求预测中需要重点关注的内容之一。2022年8月，中企顾问网发布了《2022-2028年中国汽车安全装置行业发展趋势与行业竞争对手分析报告》[6]，该报告介绍了汽车安全装置行业市场发展环境、整体运行态势及市场运行的现状，并介绍了汽车安全装置市场竞争格局。随着汽车安全领域的竞争日益激烈，各类安全技术层出不穷。在这样的背景下，安全气囊自救技术需要面对来自传统救援设备以及其他新型安全技术的竞争压力。因此，必须对市场上已有的竞争产品进行调研，并根据用户需求和市场定位，制定针对性的市场推广和产品优化策略。

通过市场需求预测的分析，可以清晰地认识到安全气囊自救技术在水中汽车事故中的应用前景十分广阔。用户需求迫切、市场容量巨大、竞争态势严峻，这些因素共同构成了该技术在市场上蓬勃发展的基础。未来，我们将深入挖掘市场需求，不断优化技术方案，推动安全气囊自救技术在水中汽车事故中的广泛应用。

参考文献：

[1]冉日红.汽车安全气囊的技术与发展探究[J].决策探索（中），2018（06）：76-77.

[2]田钰楠.安全气囊对驾驶员正面碰撞影响的研究[D].十堰：湖北汽车工业学院，2021.

[3]Alzubaidi，IH. Random timestepping algorithm with exponential distribution forpricing various structures of one-sided barrier options[J]. American Journal ofComputational Mathematics，2017，7（3）：228.

[4]周文辉.面向车辆运行安全和事故预防分析的道路交通事故调查项目探析[J].汽车与安全，2023（4）：56-63．

[5]张守伟.道路交通事故车辆安全性能鉴定方法探析及思考[J].时代汽车，2023（08）：193-195.

[6]王猛.交通事故车辆起火原因鉴定的案例分析[J].时代汽车，2023（11）：184-186.