CN105035004A - 汽车落水车门车窗控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车落水车门车窗控制系统，包括：控制器；至少两个三轴加速度陀螺仪传感器，其安装于汽车的前方和后方，用于检测汽车的加速度；压力传感器，其设置于汽车底部，用于检测车底压力；执行机构，其安装于车门处，用于开启车门中控锁及开启车窗；其中，所述控制器分别与三轴加速度陀螺仪传感器和压力传感器连接，接收加速度信号及压力信号，所述控制器根据该信号判断汽车落水后控制执行机构工作。本发明及时预测或判断汽车入水情况，再由控制器控制执行机构，保证判断及时准确并以最快的速度拉下车窗，解开车锁，为逃生节约宝贵的时间，为车乘人员逃生提供可能。

Description

汽车落水车门车窗控制系统

技术领域

本发明涉及汽车落水安全自救技术领域，特别涉及一种汽车落水车门车窗控制系统。

背景技术

众所周知，国内汽车占有率正在不断上升，人们对汽车的要求不仅仅停留在便捷性、舒适性上，更是对安全性和智能化提出了更高的要求，同时由于传统的机械装置与技术在汽车领域的应用已趋于成熟，使得汽车电子、数字技术在汽车整车和零部件上的应用越来越广。

近几年来，平均每年都会发生1万余起汽车落水事故，并且车辆落水事故数量呈现逐年上升的趋势。事实证明一旦车辆完全落入水中，事故的死亡率极高，平均每5起落水事故中只有1起能成功逃生。面对此类事故对车乘人员人身财产造成的极大伤害，汽车领域急需一种高自动化，并能够减少事故死亡率的装置。

中国专利申请号201320735269.5公开了一种汽车落水后的车窗自动打开系统，通过设置在发动机舱内的水压传感器检测车辆落水，并在驾驶员的操控下迅速打开车窗，使驾驶员逃生。但该方案有很多缺陷，将思路停留在以接触水为执行机构的触发信号，这不仅浪费了宝贵的逃生时间，同时无法避免因电机浸水使执行机构失效的安全隐患；自动化程度并不是很高，对于驾驶员及乘客而言，面对汽车落水这种对生命造成威胁的情况，无论从生理和心理上而言，都会表现出恐惧与焦躁。此时高度的自动化能为逃生提供保障；对汽车各种落水姿势的调研不够到位，导致装置无法适应各种工况。因此，需要设计一种全新的汽车落水车门车窗控制系统，克服上述缺陷，保证驾驶员能够安全快速逃生。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中以接触水为判断落水标准，浪费落水前的时间以延误逃生时间，同时车窗车门开启速度过慢的缺陷，提供了一种汽车落水车门车窗控制系统，能够在汽车落水前实现预判并开启车窗、打开车门电子中控锁，提高驾驶员逃生成功几率。

本发明的另一个目的是提供一种更为精确快速的落水判断方法，提高判断的准确性同时大大缩短判断时间，为驾驶员逃生赢得时间。

本发明提供的技术方案为：

一种汽车落水车门车窗控制系统，包括：

控制器；

至少两个三轴加速度陀螺仪传感器，其安装于汽车的前方和后方，用于检测汽车的加速度；

压力传感器，其设置于汽车底部，用于检测车底压力；

执行机构，其安装于车门处，用于开启车门中控锁及开启车窗；

其中，所述控制器分别与三轴加速度陀螺仪传感器和压力传感器连接，接收加速度信号及压力信号，所述控制器根据该信号判断汽车落水后控制执行机构工作。

优选的是，所述执行机构包括车窗控制电路、车门控制电路、车门电机、车窗电机；所述车窗控制电路与车窗电机连接，当车窗控制电路通电后为车窗电机供电，车窗电机驱动车窗下降；所述车门控制电路与车门电机连接，当车门控制电路通电后为车门电机供电，车门电机驱动车门中控锁打开。

优选的是，所述车窗控制电路和车窗电机之间设置有变压电路，以增大所述车窗电机的工作电压使车窗加速下降。

优选的是，所述控制器采用微处理器STM32。

优选的是，所述三轴加速度陀螺仪传感器采用MPU6050三轴加速度陀螺仪传感器，其集成了三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。

优选的是，所述压力传感器外设置有遮蔽机构，以保护所述压力传感器。

优选的是，所述遮蔽机构侧壁上设置有进水孔，所述压力传感器设置于遮蔽机构底面上方，汽车落水时水能够从所述进水孔流入到所述遮蔽机构内并对压力传感器进行冲击。

优选的是，所述控制器内设置有预定压力值，当压力传感器检测到因汽车落水造成压力大于所述预定压力值时，控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗；所述预定压力值F₀满足

F₀＝ερAgsinθ

其中，ε为预定系数，ρ为水的密度，A为所述进水孔面积，g为重力加速度，θ为进水孔中心与压力传感器中心连线与水平面之间的夹角。

优选的是，所述三轴加速度陀螺仪传感器设置有三个，车头处设置有一个，车尾处设置有两个，汽车的质心位于由这三个三轴加速度陀螺仪传感器构成的三角形的中心，并且该三角形呈水平布置；所述控制器内设置有预定加速度值和预设时间，当控制器判断汽车质心的垂直加速度大于或等于预定加速度值且持续时间大于或等于预设时间时，控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗，即满足

$\frac{a_{1z}+a_{2z}+a_{3z}}{3}\≥a_0,t\≥t_0$

其中，a_1z、a_2z、a_3z分别为三个三轴加速度陀螺仪传感器检测的垂直方向加速度，a₀为预设加速度，t为持续时间，t₀为预设时间。

优选的是，当控制器判断到满足如下条件时控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗

$\∫\∫(a_{1z}-a_{2z})d^{2}t\≥\frac{mn}{\sqrt{n^2+h^2}}$

其中，a_1z、a_2z为位于车尾处两个三轴加速度陀螺仪传感器检测的垂直方向加速度，m为车尾处两个三轴加速度陀螺仪传感器之间的距离，n为汽车质心与汽车轮胎外侧面之间的距离，h为汽车水平放置时质心距地面的距离。

优选的是，所述三轴加速度陀螺仪传感器设置至少两个，车头和车位处均设置有三轴加速度陀螺仪传感器，所述控制器内设置有预定加速度值和预设时间，当控制器判断其中任一个三轴加速度陀螺仪传感器测量的垂直方向的加速度值大于或等于预定加速度值且持续时间大于或等于预设时间时，控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:本装置基于MPU-6050模块，同时结合压力传感器所提供的数据，经过数据融合及处理，及时预测或判断汽车入水情况，再由微型控制器控制执行机构，以最快的速度拉下车窗，解开车锁，为车乘人员逃生提供可能；该装置采用全自动化的设计，充分发挥传感器以及单片机的优势，保证判断及时准确，为逃生节约宝贵的时间，而且能够处理多种入水情况。

附图说明

图1为本发明所述的汽车落水车门车窗控制系统部件安装位置示意图。

图2为本发明所述的汽车落水车门车窗控制系统连接关系示意图。

图3为本发明所述的遮蔽机构示意图。

图4为本发明所述的车窗控制电路结构示意图。

图5为本发明所述的三轴加速度陀螺仪传感器安装位置俯视图。

图6为本发明所述的汽车质心位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图2所示，本发明提供了一种汽车落水车门车窗控制系统，包括三轴加速度陀螺仪传感器110，压力传感器120，控制器130，以及执行机构。

所述三轴加速度陀螺仪传感器110设置至少两个，分别安装于车头和车尾部位，用来检测汽车行驶过程中的加速度。作为一种优选的，所述三轴加速度陀螺仪传感器110采用MPU6050三轴加速度陀螺仪传感器，集成了三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。

所述压力传感器120安装在车底处，用于检测车底的压力。一并参阅图3，在压力传感器120外侧设置有遮蔽机构160，用于保护压力传感器120，同时避免压力传感器120由于行驶过程中其余情况对其产生不正常压力。

如图4所示，所述执行机构包括车窗控制电路140和车门控制电路150。车门控制电路150包括车门继电器和车门电机，车门继电器吸合后直接为车门电机供电，以打开汽车中控锁。车窗控制电路140包括第一车窗继电器141和第二车窗继电器142，常规升降车窗是使第一车窗继电器141吸合，而在汽车落水时，控制器3控制第二车窗继电器吸合，其中第二车窗继电器142与与变压电路170连接，使经过第二车窗继电器142电流经过变压电路170使电压放大后作用于车窗电机143上，使车窗电机的转速加快，带动车窗快速下降，节省车窗下降时间，提高安全性。

所述控制器130采用STM32微处理器，其与所述三轴加速度陀螺仪传感器110和压力传感器120连接，实时接收三轴加速度陀螺仪传感器110和压力传感器120采集的信号，控制器130对这些信号进行分析判断，当判断到汽车落水后，控制执行机构工作，使车窗控制电路140和车门控制电路150吸合，打开车门中控锁，同时使车窗迅速下降。

在另一实施例中，所述遮蔽机构160的侧壁上设置有进水孔161，底面上有虑水孔162。所述压力传感器120设置于遮蔽机构底面上方，汽车落水时水能够从所述进水孔161流入到所述遮蔽机构160内并对压力传感器120进行冲击。由于水流的冲击压力传感器就会输出压力信号。输出的压力信号值与落水的深度成正比，水越深压力传感器120受到的冲击力也越大，为了避免误判断，需要将压力传感器120的输出值与存储于控制器130中的预定压力值进行比较，当压力传感器120的输出值大于或者等于预定压力值时，则判断汽车已落水，此时控制器130对执行机构发出控制指令，产生执行控制信号，通过车门控制电路150，车门电子中控锁打开；通过车窗控制电路140将车窗升降电路接通，并将接入变压电路170，使车窗更快下降，以使驾驶员迅速逃生。

在另一实施例中，所述预定压力值F₀满足

F₀＝ερAgsinθ

其中，ε为预定系数，ρ为水的密度，A为所述进水孔面积，g为重力加速度，θ为进水孔中心与压力传感器中心连线与水平面之间的夹角。

当汽车落水后，水会从进水孔流入到遮蔽机构中，同时对压力传感器120进行冲击，使压力传感器120检测到该冲击力的大小，与预定压力值F₀进行比较，为了避免误判断的发生。该预定压力值F₀与水的密度ρ、进水孔面积A、和进水孔中心与压力传感器中心连线与水平面之间的夹角θ均成正比。作为一种优选的，预定系数ε＝0.2。

在另一实施例中，所述三轴加速度陀螺仪传感器110设置有三个，在车头处设置有一个，车尾处设置有两个，这三个三轴加速度陀螺仪传感器110构成了一个三角形的三个顶点，该三角形呈水平布置，即这三个三轴加速度陀螺仪传感器110位于同一水平面上。汽车的质心位于由这三个三轴加速度陀螺仪传感器构成的三角形的中心。所述控制器130内设置有预定加速度值和预设时间，当控制器判断汽车质心的垂直加速度大于或等于预定加速度值且持续时间大于或等于预设时间时，控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗。即一般的落水情形汽车均是做向下落体落入水中，故汽车的质心处会产生垂直向下的加速度，为了避免因其他原因造成的误判断，还需该加速度能够持续一定的时间。故判断汽车落水时应满足如下条件

$\frac{a_{1z}+a_{2z}+a_{3z}}{3}\≥a_0,t\≥t_0$

其中，a_1z、a_2z、a_3z分别为三个三轴加速度陀螺仪传感器检测的垂直方向加速度，a₀为预设加速度，t为持续时间，t₀为预设时间。作为一种优选的，a₀＝g＝9.8m/s²，t₀＝0.25s。

在另一实施例中，当控制器判断其中任一个三轴加速度陀螺仪传感器测量的垂直方向的加速度值大于或等于预定加速度值且持续时间大于或等于预设时间时，控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗。

在另一实施例中，汽车落水时有时不是底面朝下落入水中，压力传感器不能及时的检测到水压，同时质心加速度也没有满足与预定加速度值和预设时间的关系，这就延误了逃生时间。故需要特别考虑一种汽车非底面落水的情形，该情形的判断标准为：

如图5、图6所示，当控制器130判断到满足如下条件时控制器130发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗

$\∫\∫(a_{1z}-a_{2z})d^{2}t\≥\frac{mn}{\sqrt{n^2+h^2}}$

其中，a_1z、a_2z为位于车尾处两个三轴加速度陀螺仪传感器检测的垂直方向加速度，m为车尾处两个三轴加速度陀螺仪传感器之间的距离，n为汽车质心与汽车轮胎外侧面之间的距离，h为汽车水平放置时质心距地面的距离。

对垂直方向的加速度进行二次积分即可得到垂直方向的位移，则∫∫(a_1z-a_2z)d²t为位于车尾处两个三轴加速度陀螺仪传感器垂直方向的位移差。

本发明提供的汽车落水车门车窗控制系统总体工作流程为：

首先系统处于工作状态，三轴加速度陀螺仪传感器110和压力传感器120将实时检测数据传递给控制器130，控制器进行判断汽车是否入水。

控制器进行三种方式进行判断汽车是否入水，第一种方式是检测的压力时大于或等于预设压力值；第二种方式是判断到汽车质心的垂直加速度大于或等于预定加速度值且持续时间大于或等于预设时间时；第三中判断方式是判断汽车非底面入水的情形，需满足

当系统预判或者检测到汽车入水后，控制系统控制车窗自动降落，同时解开电子中控锁，保证落水后，水能尽快进入车内使汽车内外压力差较小而顺利打开车门。于此同时还可以避免在电子锁锁死状态下电路进水失效而导致的安全隐患。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，包括：

控制器；

至少两个三轴加速度陀螺仪传感器，其安装于汽车的前方和后方，用于检测汽车的加速度；

压力传感器，其设置于汽车底部，用于检测车底压力；

执行机构，其安装于车门处，用于开启车门中控锁及开启车窗；

其中，所述控制器分别与三轴加速度陀螺仪传感器和压力传感器连接，接收加速度信号及压力信号，所述控制器根据该信号判断汽车落水后控制执行机构工作。

2.根据权利要求1所述的汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，所述执行机构包括车窗控制电路、车门控制电路、车门电机、车窗电机；所述车窗控制电路与车窗电机连接，当车窗控制电路通电后为车窗电机供电，车窗电机驱动车窗下降；所述车门控制电路与车门电机连接，当车门控制电路通电后为车门电机供电，车门电机驱动车门中控锁打开。

3.根据权利要求2所述的汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，所述车窗控制电路和车窗电机之间设置有变压电路，以增大所述车窗电机的工作电压使车窗加速下降。

4.根据权利要求1所述的汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，所述控制器采用微处理器STM32，所述三轴加速度陀螺仪传感器采用MPU6050三轴加速度陀螺仪传感器，其集成了三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。

5.根据权利要求1所述的汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，所述压力传感器外设置有遮蔽机构，以保护所述压力传感器。

6.根据权利要求5所述的汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，所述遮蔽机构侧壁上设置有进水孔，所述压力传感器设置于遮蔽机构底面上方，汽车落水时水能够从所述进水孔流入到所述遮蔽机构内并对压力传感器进行冲击。

7.根据权利要求6所述的汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，所述控制器内设置有预定压力值，当压力传感器检测到因汽车落水造成压力大于所述预定压力值时，控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗；所述预定压力值F₀满足

F₀＝ερAgsinθ

其中，ε为预定系数，ρ为水的密度，A为所述进水孔面积，g为重力加速度，θ为进水孔中心与压力传感器中心连线与水平面之间的夹角。

8.根据权利要求3所述的汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，所述三轴加速度陀螺仪传感器设置有三个，车头处设置有一个，车尾处设置有两个，汽车的质心位于由这三个三轴加速度陀螺仪传感器构成的三角形的中心，并且该三角形呈水平布置；所述控制器内设置有预定加速度值和预设时间，当控制器判断汽车质心的垂直加速度大于或等于预定加速度值且持续时间大于或等于预设时间时，控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗，即满足

$\begin{array}{cc}\frac{a_{1z}+a_{2z}+a_{3z}}{3}\≥a_0,& t\≥t_0\end{array}$

其中，a_1z、a_2z、a_3z分别为三个三轴加速度陀螺仪传感器检测的垂直方向加速度，a₀为预设加速度，t为持续时间，t₀为预设时间。

9.根据权利要求8所述的汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，当控制器判断到满足如下条件时控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗

$\∫\∫(a_{1z}-a_{2z})d^{2}t\≥\frac{mn}{\sqrt{n^2+h^2}}$

其中，a_1z、a_2z为位于车尾处两个三轴加速度陀螺仪传感器检测的垂直方向加速度，m为车尾处两个三轴加速度陀螺仪传感器之间的距离，n为汽车质心与汽车轮胎外侧面之间的距离，h为汽车水平放置时质心距地面的距离。

10.根据权利要求3所述的汽车落水车门车窗控制系统，其特征在于，所述三轴加速度陀螺仪传感器设置至少两个，车头和车位处均设置有三轴加速度陀螺仪传感器，所述控制器内设置有预定加速度值和预设时间，当控制器判断其中任一个三轴加速度陀螺仪传感器测量的垂直方向的加速度值大于或等于预定加速度值且持续时间大于或等于预设时间时，控制器发出指令控制所述执行机构工作打开车门中控锁以及降下车窗。