基于多信息融合的车辆落水驾乘人员逃生系统.docxVIP

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基于多信息融合的车辆落水驾乘人员逃生系统

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摘要

近期汽车落水事件时常发生，比如10.28重庆公交坠江事件导致13人遇难。在车辆落水过程中，驾乘人员对此缺乏经验，酿成无可挽回的损失。对此提出通过水浸传感器的红外接收模块和水压传感器的水压接收模块进行数据收集，经信息融合后判断车辆是否处于落水状态和车辆所处的不同姿态，启动气囊使车辆浮起，从而使驾乘人员逃生。

关键字：水浸传感器，水压传感器，气囊系统

1.研究背景

目前市场针对车辆落水尚无相关保护设备，措施为在车辆落水时利用安全锤砸开车窗逃生或从后备箱逃生等。

1.1国内外研究现状

目前，国外对于汽车涉水均有所研究开发，主要是水陆两栖车辆这方面研究较多，主要广泛应用于军事如军用物资的运送，边防严酷环境的执勤巡逻，救灾救难，探测等专业领域。目前两栖汽车尚未广泛应用，并且整车设计的改动需要较大的改装成本。

针对车辆落水的事故的频发，国内已有相关研究针对车辆落水的驾乘人员逃生装置，比如提供气囊使车辆上浮、车门与车身分离以及破窗装置等，多种方案的提出都是基于车辆落水上浮的角度，从而使驾乘人员逃生。因事故的难以预料、水下环境的复杂和气囊布局等特殊情况需要更合理地考虑。

2.设计原理

2.1设计思路

本系统以DSP芯片TMS320F28377为主要核心，由水浸传感器、水压传感器、以及气囊系统等组成。通过红外接收模块和水压接收模块的数据收集，判断车辆是否处于落水状态和车辆所处的姿态，一旦检测到汽车落水，通过信息融合从而使气囊弹开，最后车辆上浮。

2.2工作原理

若车辆以前倾的状态落水，由于发动机的较大质量，车头先朝下触水，红外水浸传感器的红外接收模块和水压传感器的水压接收模块的所有参数，经数模转换至DSP芯片，经计算得红外光分子量减少，水压接收模块的参数值明显增大，启动全部气囊；若车辆以侧翻的状态落水，传感器检测到的所有参数，经数模转换至DSP芯片，经计算得红外光分子量减少，水压接收模块的参数值明显增大，同时两侧水压差值大于一定值时，启动车身一侧气囊，自动扶正后，启动剩余气囊使车辆上浮。

3系统组成

3.1水浸传感器

此传感器利用红外线反折射以及在水中传播速度快的思路，传感器包括红外发射及接收模块、反射玻片及底座等构成，红外发射及接收装置置于底座，传感器和DSP芯片TMS320F28377D相连接。若本传感器置于有水浸入状态时，所得信号经过放大电路、滤波器以及A/D转换之后输出有效参数，将有效参数与外部存储器存储的红外反射光线的标准参数相比较，若绝对差值处于误差允许范围内，判断结果为无水浸入状态，否则判断结果为有水浸入状态。水浸传感器可放置于进排气系统的空气滤清器后管道。

3.2水压传感器

此原理是被测水压的压力直接作用于传感器的膜片上，使膜片产生与水压成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，并经过放大电路，滤波器等信号调理，输出一个相对于电阻所对应的水压大小，并将此数字信号传入DSP芯片与标准大气压比较，同时比较两侧水压的相对大小，若两侧水压绝对差值小于设定范围内，启动所有气袋；若两侧水压绝对差值大于设定范围外，先启动一侧水压值较大的气囊，直到两测水压绝对差值小于设定范围内，启动剩余气囊。水压传感器可置于发动机舱内部两侧位置，便于判断车姿。

3.3气囊系统

气囊系统包括气体发生器和气袋，车辆在上浮过程中，气袋的材质可采用超高分子量聚乙烯（UHMWPE），有较好的密封性，耐冲击性，抗压性以及防水性能。气袋需要缓慢充气的过程和保持较长时间的充气状态。气囊系统的位置置于汽车四个车门内部。同时为考虑到发动机和变速箱的较大质量，因此前排座椅的两侧车门所设计的气袋采用相比后排座椅两侧车门的较大的体积。

3.3.1气袋参数计算

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一般轿车规格大体如下，质量约为1.9t，长约为4900mm，宽约为1900mm，高约为1400mm，

轴距约为2900mm，轮胎直径约为0.5m，轮胎宽度约为0.2m。经分析，四个汽车轮胎受到的浮力约为1600N，汽车外壳受到的浮力约为2000N，汽车内饰物受到的浮力约为2000N，汽车底盘受到的浮力约为2000N。其它部件受到浮力约为1000N。由于汽车本身的重力为19000N。那么气袋应承受的浮力至少应为11000N,每个气袋应承受的浮力至少为2700N，因此每个气袋充满气后理想体积约为0.3m3。

每一个气袋参数的要求至少是：长度为0.8米，直径为0.35米。由于一般汽车前端较重，所以前端气袋的参数应适当增加一点：长度为0.85米，直径为0.4米。

3.3.2气体发生器

本团队计划采用汽车安全气囊系统所选用的双缸烟火型气体发生器，具有主副两燃烧室，具有费用低，体积较小以及较轻质量的优