CN115257617B

CN115257617B - 一种落水自解体车窗

Info

Publication number: CN115257617B
Application number: CN202210764399.5A
Authority: CN
Inventors: 姚嘉; 吴顾斌; 孟声龙; 姜兵兵; 韩楚秦; 卢伟
Original assignee: Nanning Guidian Electronic Technology Research Institute Co ltd; Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Nanning Guidian Electronic Technology Research Institute Co ltd; Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2023-08-15
Anticipated expiration: 2042-06-30
Also published as: CN115257617A

Abstract

一种落水自解体车窗。汽车意外落水后，车窗难以快速打开，导致最佳自救时间内难以采取逃出车体的有效措施。本发明中一体式车窗包括车窗内框和车窗外框，车窗内框和车窗外框竖直并列设置，车窗内框的外壁与和车窗外框的内壁之间设置有至少两个自弹射组件和至少四个分离锁，至少两个自弹射组件和至少四个分离锁分别与控制总成相连接，当落水自解体窗处于水面以下时，控制总成控制分离锁开启使车窗内框和车窗外框处于分离状态，控制总成控制自弹射组件处于自充气状态使车窗内框和车窗外框之间形成有瞬间分离距离。

Description

一种落水自解体车窗

技术领域

本发明具体涉及一种落水自解体车窗。

背景技术

车辆落水时黄金逃生时间往往只有几分钟，在这短短的时间如何让惊慌失措甚至受伤不便行动的乘员能够及时地离开车厢，就非常重要。一旦错过时间，就会造成悲剧。公共汽车、巴士等人员密集型车辆在落水时乘员逃生的机率更加微小。目前车辆落水救援技术集中在增加车辆密封性、减缓沉降速度延长可逃生时间和破碎车窗、车门较少逃生步骤等两个方面。汽车落水往往是突发的，没有准备的，在这一过程中车内乘员往往处于惊慌失措的状态，往往事故导致受伤，车内人员密集等情况，不能够在有限的时间内正确的使用车内避险装置离开车厢，导致溺水身亡。这两类装置在实用过程中容易造成二次伤害。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种落水自解体车窗，以解决上述问题。

一种落水自解体车窗，包括一体式车窗、控制总成、至少四个分离锁和至少两个自弹射组件，所述一体式车窗包括车窗内框和车窗外框，车窗内框和车窗外框竖直并列设置，车窗内框的外壁与和车窗外框的内壁之间设置有至少两个自弹射组件和至少四个分离锁，至少两个自弹射组件和至少四个分离锁分别与控制总成相连接，当落水自解体窗处于水面以下时，控制总成控制分离锁开启使车窗内框和车窗外框处于分离状态，控制总成控制自弹射组件处于自充气状态使车窗内框和车窗外框之间形成有瞬间分离距离。

作为优选方案：自弹射组件包括钣金固定框、堵块、气体发生装置、气囊点火装置、气囊点火器、环形磁铁、外防护罩体和条形气囊，所述外防护罩体的一端为敞口端，敞口端处固定安装有堵块，外防护罩体的内壁与堵块围合形成有第一内腔，第一内腔通过隔板隔离形成有气腔和安装腔，所述外防护罩体的外壁上设置有与气腔相连通的出气口，出气口与条形气囊相连通，安装腔内设置有气体发生装置，气体发生装置朝向堵块的一侧分别设置有气囊点火器和环形磁铁，气囊点火器设置在环形磁铁内，气囊点火装置穿过堵块与气囊点火器相贴合设置。

作为优选方案：当条形气囊处于未充气状态时，条形气囊为折叠气囊，折叠气囊包括终端气囊和多个S形单体囊套，多个S形单体囊套收尾依次连通，终端气囊的一端为密封端，终端气囊的另一端与其靠近的一个S形单体囊套相连通。

作为优选方案：分离锁包括固定销、弹射弹簧、上盖、环形扣帽、挤压弹簧、铁芯体、电磁铁线圈架、电磁铁线圈和底座，上盖扣合在底座上，上盖和底座之间形成有第二内腔，环形扣帽、挤压弹簧、铁芯体、电磁铁线圈架和电磁铁线圈均设置在第二内腔中，电磁铁线圈架设置在第二内腔的底部，电磁铁线圈架上设置有环形扣帽，铁芯体穿设在环形扣帽内，电磁铁线圈架外套装有电磁铁线圈，环形扣帽外套装有挤压弹簧，固定销穿过上盖后套装在环形扣帽内，固定销的下端与铁芯体的上端相配合设置，固定销的上端为圆盘端，固定销上套装有弹射弹簧，弹射弹簧处于圆盘端和上盖之间。

作为优选方案：环形扣帽包括套本体、卡套和多个耳片，卡套固定套装在套本体上，多个耳片沿套本体的圆周方向布置在套本体的一端上，每个耳片的长度方向与套本体的轴向方向同向，每个耳片的一端与套本体的端部固定连接，每个耳片的另一端设置有沿套本体径向方向设置的内凸起。

作为优选方案：一体式车窗还包括窗框架、玻璃框和玻璃，窗框架设置在车窗内框和车窗外框之间，窗框架为矩形架体，窗框架内设置有玻璃框，玻璃框内设置有玻璃。

作为优选方案：控制总成包括控制器、传感器、定位模块、供电模块、无线通信模块和报警信息平台，控制器和传感器均设置在一体式车窗上，控制器与传感器电连接，定位模块、供电模块、无线通信模块和报警信息平台分别与控制器相连接。

本发明的有益效果在于：

本发明通过一体式车窗、控制总成、至少四个分离锁和至少两个自弹射组件之间相互配合能够实现车辆落水后的黄金时间内车窗自分离的效果，车窗还能够实现自身加速分离的效果，为车辆上的乘员提供离开无需自救实力破开的出口位置，大大增加获救几率。本发明直解体过程可靠且可行，直接解决车窗水下难以开启或需要乘员助力开启的操作弊端，为车内乘员争取最佳自救或被救援时间，适于推广使用。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；图2为图1中A处放大结构示意图；

图3为图1中B处放大结构示意图；图4为本发明的侧视结构示意图；

图5为图4中C处放大结构示意图；图6为本发明的俯视结构示意图；

图7为图6中D处放大结构示意图；图8为本发明的爆炸结构示意图；

图9为分离锁的主视结构剖面示意图；图10为环形扣帽的第一局部受力示意图，图中多个箭头方向分别表示许用过盈量Y的位置、挠曲力P的作用方向和卡入力W 的作用方向；

图11为环形扣帽的第二局部受力示意图；图12为环形扣帽的第三局部受力示意图；

图13为控制总成的工作原理的流程框图；图14为线圈支架和铁芯之间连接关系的主视结构示意图；

图15为气体发生装置和气囊点火器之间连接关系的主视结构剖面示意图；图中气体发生装置为双缸气体发生装置；图16为自弹射组件的主视结构剖面结构示意图；

图17为一体式车窗的爆炸图；图18为本发明处于空间中的弹射受力示意图；

图19为本发明处于漂浮状态车窗受力分析图；图20为环形扣帽的主视结构示意图；

图21为环形扣帽等效弹性应变-时间曲线；图22为环形扣帽等效应力-时间曲线。

图中：1-车窗内框；2-车窗外框；3-分离锁；3-1-固定销；3-2-弹射弹簧；3-3- 上盖；3-4-环形扣帽；3-4-1-套本体；3-4-2-卡套；3-4-3-耳片；3-4-4-内凸起；3-5-挤压弹簧；3-6-铁芯体；3-7-电磁铁线圈架；3-8-电磁铁线圈；3-9-底座；4-自弹射组件； 4-1-钣金固定框；4-2-堵块；4-3-气体发生装置；4-4-气囊点火装置；4-5-气囊点火器； 4-6-环形磁铁；4-7-外防护罩体；4-7-1-气腔；4-7-2-安装腔；4-8-条形气囊；4-8-1-终端气囊；4-8-2-S形单体囊套；5-窗框架；6-玻璃框；7-玻璃；8-斜坡凹槽；9-主药室； 10-气囊底座；11-内壳；12-副药室；13-导流环；14-固定环；15-外壳；16-螺钉；17- 盖板；18-一级圆孔；19-二级圆孔；20-三级圆孔。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

具体实施方式一：结合图1至图22说明本实施方式，本实施方式包括一体式车窗、控制总成、至少四个分离锁3和至少两个自弹射组件4，所述一体式车窗包括车窗内框1和车窗外框2，车窗内框1和车窗外框2竖直并列设置，二者之间通过多个螺钉16相连接，车窗内框1的外壁与和车窗外框2的内壁之间设置有至少两个自弹射组件4和至少四个分离锁3，至少两个自弹射组件4和至少四个分离锁3分别与控制总成相连接，当落水自解体窗处于水面以下时，控制总成控制分离锁3开启使车窗内框1和车窗外框2处于分离状态，控制总成控制自弹射组件4处于自充气状态使车窗内框1和车窗外框2之间形成有瞬间分离距离。

本实施方式中控制总成、至少四个分离锁3和至少两个自弹射组件4组成的为一种配合一体式车窗的分离机构，该分离机构的作用是在车辆正常使用过程中起到将整体式车窗与车身紧密连接保持车辆完整性的作用，在车辆落水时能够快速及时有效使车窗与车身分离。保证车内乘员能够在有效时间内及时逃生，避免窒息。

具体实施方式二：本实施方式为具体实施方式一的进一步限定，本实施方式中自弹射组件4包括钣金固定框4-1、堵块4-2、气体发生装置4-3、气囊点火装置4-4、气囊点火器4-5、环形磁铁4-6、外防护罩体4-7和条形气囊4-8，所述外防护罩体4-7 的一端为敞口端，敞口端处固定安装有堵块4-2，外防护罩体4-7的内壁与堵块4-2 围合形成有第一内腔，第一内腔通过隔板4-9隔离形成有气腔4-7-1和安装腔4-7-2，所述外防护罩体4-7的外壁上设置有与气腔4-7-1相连通的出气口，出气口与条形气囊4-8相连通，安装腔4-7-2内设置有气体发生装置4-3，气体发生装置4-3朝向堵块 4-2的一侧分别设置有气囊点火器4-5和环形磁铁4-6，气囊点火器4-5设置在环形磁铁4-6内，气囊点火装置4-4穿过堵块4-2与气囊点火器4-5相贴合设置。

本实施方式中气体发生装置4-3包括主药室9、气囊底座10、内壳11、副药室 12、导流环13、固定环14、外壳15和盖板17。外壳15和气囊底座10围合形成有安装腔，外壳15上加工有底孔，底孔上设置有盖板17，气囊点火器4-5设置在盖板 17上，安装腔内设置有内壳11，安装腔内通过内隔板形成有主药室9和副药室12，外壳15外固定套装有固定环14，导流环13内套装在内壳11上。

本实施方式中气体发生装置4-3为条形气囊4-8提供高压气体使气囊在极短时间内膨胀，其外壳结构材质绝大多数选用金属材质，具有较高的力学性能，将气囊膨胀所需的高压气体压缩储存在高压容器中，在启动指令下达时将容器开关打开，开关方式有机械开关式如空气阀，还有一种是在容器出气口安放点火剂，通过气囊点火器 4-5爆炸打开出气口。

固体燃料式气体发生器在内部储存点火剂，通过气囊点火器4-5的高温使得点火剂发生化学反应燃烧产生大量高温气体。气体发生装置4-3为具有两个独立的整体式首尾相接的气体发生器。

由于具有两个独立药室，点火剂在燃烧能够分批次进行，保障了产气量，同时能够在避免点火反应过快。

具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式一或二的进一步限定，本实施方式中当条形气囊4-8处于未充气状态时，条形气囊4-8为折叠气囊，折叠气囊包括终端气囊4-8-1和多个S形单体囊套4-8-2，多个S形单体囊套4-8-2收尾依次连通，终端气囊4-8-1的一端为密封端，终端气囊4-8-1的另一端与其靠近的一个S形单体囊套4-8-2相连通。

本实施方式中自弹射组件4为一种弹射结构体，其具体包括固定机构、气体发生装置4-3、气囊点火装置4-4、气囊点火器4-5、环形磁铁4-6、外防护罩体4-7和条形气囊4-8。

本实施方式中钣金固定框4-1用于支撑和连接效果。

本实施方式中条形气囊4-8为长条形纤维编织袋，条形气囊4-8由两片纤维布料缝制而成，可折叠，多个S形单体囊套4-8-2收尾依次连通形成主囊体，主囊体的一端为充气端，充气端上设置有开孔，开孔直径大于气体发生装置直径。

本实施方式中固定机构包括两个钣金固定框4-1和一个堵块4-2，钣金固定框4-1具体为L型钣金支架。堵块4-2为一种注塑件。钣金固定框4-1上加工有数个槽口，钣金固定框4-1的竖直段与堵块4-2固定连接，钣金固定框4-1的水平段固定连接在一体式车窗中车窗外框2的内壁上。气囊点火器4-5固定连接在堵块4-2处于外防护罩体4-7内的内壁上。

本实施方式中主囊体的的充气端将气体发生装置4-3包裹在内，二者通过固定环与螺钉固定在一起，固定环与螺钉可拆卸连接形成配合主囊体的气囊组件。气体发生装置4-3为铁合金。

本实施方式中气囊组件和固定机构之间通过磁铁相连，磁铁安装在堵块4-2上，通过磁铁与气体发生装置4-3之间的磁力使气囊组件与堵块4-2相接触，堵块4-2上预留凹槽导轨与气囊组件凸起相配合，限制气囊组件绕中心轴旋转，固定机构与通过螺栓固定在车架上，实现自弹射组件4的整体固定效果。

气体发生装置4-3的气囊点火装置4-4通过弹性接触片与堵块4-2上的气囊点火器4-5接触，磁力使二者紧紧接触。

工作原理：

车辆落水后，条形气囊4-8快速充气膨胀，气体膨胀后水的浮力会逐渐大于二者之间的磁力，此时条形气囊4-8会与固定机构脱离，上浮。此时条形气囊4-8不仅能够加速车窗内框1和车窗外框2之间的分离速度，为车内乘员提供开阔的逃生出口位置，条形气囊4-8还能够起到救生圈的作用，为不会游泳的乘员提供浮力，提高生存几率。

具体实施方式四：本实施方式为具体实施方式一、二或三的进一步限定，本实施方式中分离锁3包括固定销3-1、弹射弹簧3-2、上盖3-3、环形扣帽3-4、挤压弹簧 3-5、铁芯体3-6、电磁铁线圈架3-7、电磁铁线圈3-8和底座3-9，上盖3-3扣合在底座3-9上，上盖3-3和底座3-9之间形成有第二内腔，环形扣帽3-4、挤压弹簧3-5、铁芯体3-6、电磁铁线圈架3-7和电磁铁线圈3-8均设置在第二内腔中，电磁铁线圈架3-7设置在第二内腔的底部，电磁铁线圈架3-7上设置有环形扣帽3-4，铁芯体3-6 穿设在环形扣帽3-4内，电磁铁线圈架3-7外套装有电磁铁线圈3-8，环形扣帽3-4 外套装有挤压弹簧3-5，固定销3-1穿过上盖3-3后套装在环形扣帽3-4内，固定销 3-1的下端与铁芯体3-6的上端相配合设置，固定销3-1的上端为圆盘端，固定销3-1 上套装有弹射弹簧3-2，弹射弹簧3-2处于圆盘端和上盖3-3之间。

本实施方式中分离锁3为受控制总成控制的电磁分离锁，电磁分离锁为一种自带卡接功能的锁体，电磁分离锁中固定销3-1、上盖3-3、环形扣帽3-4和底座3-9均为塑料制成，轻质且坚固，固定销3-1、弹射弹簧3-2、上盖3-3、环形扣帽3-4、挤压弹簧3-5、铁芯体3-6、电磁铁线圈架3-7、电磁铁线圈3-8和底座3-9之间相互配合的连接关系、位置关系、整体外形均与一体式车窗的结构相配合设置。

本实施方式中固定销3-1的外圆周壁上加工有环形凹槽。

本实施方式中分离锁3的工作原理：

车辆正常工作时，由于固定销3-1的环形凹槽与环形扣帽3-4卡接配合，在弹射弹簧3-2与挤压弹簧3-5的共同作用下，环形扣帽3-4与上盖3-3的内壁紧密贴靠，使环形扣帽3-4不能发生弹性形变时，从而释放固定销3-1。

车辆落水，在控制总成中的主控芯片发出指令后，使用GPIO口控制继电器通断控制分离锁3中的电磁铁磁场的有无。电磁铁在通电后产生磁场，该磁场磁化放入其中的铁芯体3-6，并产生力的作用，力的作用方向沿分离锁3的径向方向施加，由于铁芯体3-6与环形扣帽3-4固定，同样受到力的作用，在电磁铁与铁芯体3-6、磁铁的磁力大于弹射弹簧3-2与挤压弹簧3-5之和时，环形扣帽3-4将与上盖3-3脱离接触，二级圆孔19部分脱离接触。由于环形扣帽3-4与固定销3-1之间通过卡接方式配合固定，所以此时环形扣帽3-4会在合力的作用下发生弹性形变，环形扣帽3-4顶部会沿着固定销3-1凹槽斜坡面逐渐向外扩张，在达到固定销3-1下部圆柱面时不再扩张，继续向下运动，最终脱离，释放固定销3-1。释放后的固定销3-1在弹射弹簧 3-2的反推力下远离分离锁3。之后一体式车窗与车架之间的连接断开，使本发明处于自由状态，与车辆车架实现短时间内有效分离。

具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式一、二、三或四的进一步限定，本实施方式中环形扣帽3-4包括套本体3-4-1、卡套3-4-2和多个耳片3-4-3，卡套3-4-2 固定套装在套本体3-4-1上，多个耳片3-4-3沿套本体3-4-1的圆周方向布置在套本体 3-4-1的一端上，每个耳片3-4-3的长度方向与套本体3-4-1的轴向方向同向，每个耳片3-4-3的一端与套本体3-4-1的端部固定连接，每个耳片3-4-3的另一端为悬臂端，悬臂端上设置有沿套本体3-4-1径向方向设置的内凸起3-4-4。

本实施方式中固定销3-1的外圆周壁上与内凸起3-4-4相配合的一种结构形式为固定销3-1的外圆周壁上沿其圆周方向加工有环形凹槽。

本实施方式中环形扣帽3-4为塑料制成，自身具有弹性。

本实施方式中固定销3-1的外圆周壁上与内凸起3-4-4相配合的另一种结构形式为固定销3-1的外圆周壁上加工有与内凸起3-4-4一一对应配合的斜坡凹槽8。斜坡凹槽8的长度方向与固定销3-1的长度方向同向，斜坡凹槽8的深度由靠近环形扣帽 3-4的一端至远离环形扣帽3-4的另一端依次递增。利用耳片3-4-3自身弹性，耳片 3-4-3与其相对应的斜坡凹槽8相扣合时，耳片3-4-3在外力作用下勾形突出部分沿着其凸缘部分发生弹性形变逐渐张开，行进完凸缘前半部分之后，在耳片3-4-3自身弹力的作用下勾形伸出部分嵌入斜坡凹槽8中，从而完成二者装配。二者分离则反向施加作用力即可。

本实施方式中环形扣帽3-4的卡接结构形式不需要多余的部件装配，零件较少发生故障的概率相对较小，从而可靠性较高，零件减少成本也较好控制。同时，环形扣帽3-4的卡接结构形式连接装配迅速，比较容易实现自动化；最重要的是，环形扣帽3-4的结构形式能够避免直接受力，对其制成材料的性能要求相对较低，通过固定销3-1、弹射弹簧3-2、上盖3-3、环形扣帽3-4、挤压弹簧3-5、铁芯体3-6、电磁铁线圈架3-7、电磁铁线圈3-8和底座3-9组成的环形扣帽3-4不仅可以隐藏在一体式车窗的框内部，避免遭受外部干扰而失效。

根据电流的磁效应，通电导线周围会激发磁场。电磁铁线圈3-8周围产生类似条形磁铁的磁场。铁芯体3-6、电磁铁线圈架3-7、电磁铁线圈3-8之间相互配合在通电时具有磁场，断电后磁场消失，这种特性使它能够通过电路的通断来控制磁场的有无，非常适用于机械控制。磁导性材质的物体，如铁、镍、钴等插入通电螺线圈内部时，会被磁化，具有磁性，形成磁场。在与通电螺线圈的磁场叠加后会磁性大大增强。为达到通电具有磁性，断电后磁性极大减弱的目的。

本实施方式中铁芯体3-6为软铁制作的芯体。

本实施方式中电磁铁所产生的磁场与电流大小、线圈圈数及中心的铁磁体有关。在设计电磁铁时，根据电磁铁的使用场合和要求注重线圈缠绕方式、磁体材质和铁芯形状选择。主要分为蹄形电磁铁和螺纹管式电磁铁。在电磁铁种类选定后，利用电流与线圈匝数来控制。

本实施方式中环形扣帽3-4中固定销3-1、弹射弹簧3-2、上盖3-3、环形扣帽 3-4、挤压弹簧3-5、铁芯体3-6、电磁铁线圈架3-7、电磁铁线圈3-8和底座3-9中的电磁铁形式为螺纹管式推拉电磁铁。推拉磁铁同样应用了电磁铁的特性，螺纹管式推拉电磁铁还包括直线密封管、电线或其他其他电磁铁的必要组成结构，其工作原理与现有电磁铁的工作原理相同。

本实施方式中环形扣帽3-4的形状为空心阶梯圆柱形，在环形扣帽3-4前端有四道形槽，使其上部分成四个耳片3-4-3，耳片3-4-3的内侧端部朝向环形扣帽3-4径向向内倾斜，形成一个内凸起3-4-4。套本体3-4-1的内孔为中心通孔，四个耳片3-4-3 两两相对，相邻两个耳片3-4-3之间的距离小于中心通孔的孔径，环形扣帽3-4优选为现有弹性较好的塑料材料。环形扣帽3-4的中心通孔内镶嵌有所述铁芯体3-6，铁芯体3-6的下端与环形扣帽3-4的下端相齐平设置。

固定销3-1为T形圆柱结构，沿其轴向方向的纵向截面形状为T形，固定销3-1 的顶部水平突起与一体式车窗中的车窗外框2相配合设置，起到限位的作用。固定销 3-1的底部有斜坡凹槽8，斜坡凹槽8导入角与离去角的角度与环形扣帽3-4顶部的凸缘配合能够达到二者的卡位与脱离。斜坡凹槽8导入部分底部最直径小于环形扣帽 3-4的最小直径，保证固定销3-1能插入环形扣帽3-4中。

上盖3-3与底座3-9之间通过螺纹配合，二者组成了电磁分离锁的框架结构，上盖3-3顶部有数个通孔可与车辆的车身车架或是一体式车窗的车窗外框2通过螺钉固定连接，从而达到固定一体式车窗的作用。上盖3-3顶部有一直孔，即为一级圆孔18，直径略大于固定销3-1下部直径；一级圆孔18的下方是直径比一级圆孔18大的圆孔，即为二级圆孔19，二级圆孔19略大于环形扣帽3-4中相对两个耳片3-4-3之间的距离，但小于环形扣帽3-4撑开后的直径，二级圆孔19高度为环形扣帽3-4凸缘高度三分之一；二级圆孔19的下方是另一个直孔，即为三级圆孔20，三级圆孔20的直径大于环形扣帽3-4的最小直径，小于环形扣帽3-4最大直径。由于上盖3-3与汽车车架固定，承受较大的结构应力，所以上盖3-3和底座3-9选择屈服强度较高的碳钢材料，底座3-9材料与上盖3-3的一致，电磁铁通过螺纹配合固定在底座3-9上，环形扣帽3-4底部与底座3-9的U形面底部的距离略大于固定销3-1凹槽部分长度。在固定销3-1与上盖3-3之间有一根弹射弹簧3-2，上述尺寸关系能够确保在正常状态下固定销3-1与环形扣帽3-4共同挤压上盖3-3斜坡部分，不至于脱落。在环形扣帽 3-4与固定销3-1脱离，将固定销3-1推离开。固定销3-1与上盖3-3分别设置在一体式车窗中车窗内框1和车窗外框2之间。本发明中控制总成包括主控芯片和GPIO口控制继电器。

工作原理：

车辆落水，在控制总成中的主控芯片发出指令后，使用GPIO口控制继电器通断控制分离锁3中的电磁铁磁场的有无。电磁铁在通电后产生磁场，该磁场磁化放入其中的铁芯体3-6，并产生力的作用，力的作用方向沿分离锁3的径向方向施加，由于铁芯体3-6与环形扣帽3-4固定，同样受到力的作用，在电磁铁与铁芯体3-6、磁铁的磁力大于弹射弹簧3-2与挤压弹簧3-5之和时，环形扣帽3-4将与上盖3-3的二级圆孔19脱离接触。由于环形扣帽3-4与固定销3-1之间通过卡槽配合固定，所以此时环形扣帽3-4会在合力的作用下发生弹性形变，环形扣帽3-4顶部会沿着固定销3-1 凹槽斜坡面逐渐向外扩张，在达到固定销3-1下部圆柱面时不再扩张，继续向下运动，最终脱离，释放固定销3-1。释放后的固定销3-1在弹射弹簧3-2的反推力下远离分离锁主体，之后一体式车窗与车架之间的连接断开，车窗处于自由状态。

具体实施方式六：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四或五的进一步限定，本实施方式中一体式车窗还包括窗框架5、玻璃框6和玻璃7，窗框架5设置在车窗内框1和车窗外框2之间，窗框架5为矩形架体，窗框架5内设置有玻璃框6，玻璃框6内设置有玻璃7。

本实施方式中一体式车窗为车辆的通风窗。考虑车窗被弹离，所以在满足结构强度要求的前提下，选用铝合金可以很好的降低车窗的重量，如选用5000系列铝合金。

本实施方式中一体式车窗中玻璃7为钢化玻璃。车窗外框2焊接有数个螺纹座，窗框架5上设置有滑槽，滑槽宽度与窗框固定架宽度相配合设置。

本实施方式中车窗内框1长度为1250mm，高度1000mm，车窗内框1的四个端角处各加工有一个第一安装孔，处于车窗内框1同一端的两个第一安装孔之间的竖直距离为850mm。

具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五或六的进一步限定，本实施方式中控制总成包括控制器、传感器、定位模块、供电模块、无线通信模块和报警信息平台，控制器和传感器均设置在一体式车窗上，控制器与传感器电连接，定位模块、供电模块、无线通信模块和报警信息平台分别与控制器相连接。

本发明中控制总成的控制原理为现有原理。

本实施方式中控制总成的相关控制原理如下：

分离锁3在车辆正常工作时起到连接一体式车窗与车身的作用，分离锁3在车辆落水后及时将车窗与车身分离。传感器采集水位信号，当一体式车窗处于危险水位时，传感器将水位信号传递给控制器，控制器控制各个分离锁3开启，从而起到分离一体式车窗的目的。

当一体式车窗处于危险水位时，传感器将水位信号传递给控制器，控制器控制自弹射组件4分离，从而使车窗内框1和车窗外框2之间形成有瞬间分离距离，实现瞬间车窗弹开效果，为车内乘员提供明显且宽敞的逃生出口，开辟求生通道。

进一步的，控制器、传感器、定位模块、供电模块、无线通信模块和报警信息平台均为现有电控件，相互配合的工作原理与现有技术相同。

本实施方式中控制总成的使用过程如下：

在车辆落水后，水位传感器检测到落水信息，并将信息传递到中央处理器，处理器分析信号后发出指令，给电磁分离锁通电，电磁体将环形扣帽3-4回吸，释放固定销3-1，断开本发明与车架的连接；而后给弹射气囊的点火装置通电，气体发生装置内的点火线圈产生热量，将点火剂引爆，产生高压气体，气体使得气囊膨胀，将已经脱离的车窗弹开；气囊在膨胀的过程中浮力逐渐大于气囊与固定机构的磁力，二者分离，气囊浮出水面。北斗定位芯片采集事故地点经纬度信息通过网路上传到网络端云服务器，为救援提供准确地址信息，争取救援时间。

本发明的工作原理：

本发明的瞬间分离距离是一体式车窗、控制总成、至少四个分离锁3和至少两个自弹射组件4之间相互配合实现，为车内乘员提供短时间的安全逃生出口位置，且出口位置明显且易被发现，为逃生提供有利且决定性作用，瞬间分离距离的可靠性还通过以下过程进行验证，具体为：

结合图9、图10和图11所示，环形扣帽3-4的耳片3-4-3和固定销3-1之间相配合形成悬臂卡扣结构。

悬臂卡扣结构在连接时发生形变集中在耳片3-4-3的悬臂端，另一零件形变量较小，对结果影响较小，所以在计算悬臂卡扣结构连接时将该零件视为刚体。对于弹性形变零件，需要计算许用过盈量Y、挠曲力P、卡入力W。

许用过盈量(Y)—悬臂端前端在卡入时的最大弹性尺寸。

挠曲力(P)—悬臂端卡入时另一零件对悬臂端前端的垂直力，其值为悬臂端应力应变曲线的比例阶段的最大值。

卡入力(W)—方向与装配方向相同，是使卡扣正常连接的最小力，在卡扣尺寸确定时，其大小与挠曲力成线性相关。

悬臂端卡入力的计算公式如下所示。

上式中，W为卡入力；P为挠曲力；U为摩擦系数；a为导入角。

由上式可知，卡入力的大小与导入角的大小密切相关。导入角越小，悬臂端前端沿卡入方向的分力越小，则卡入力越小。导入角一般为20-40度。卡扣凸缘后部有一个斜坡导出角α'，当α′＜90°时，卡入连接的是一个可拆连接。拆卸力计算方法与装配力计算方法一样。

悬臂端许用挠度、挠曲力的计算公式如下：

悬臂端横截面形状常见的有矩形和梯形，部分是扇形截面，还有少量特殊用途卡扣为异性截面。由于悬臂端受力时根部应力最高，所以使用悬臂端梁时，根部厚度与前部的比值为2:1，悬臂端的宽度也是如此，宽根部与窄前端的比值为4:1。。

本发明中使用的卡扣为环扇形等截面悬臂卡扣结构。

许用挠度为

许用挠曲力为

上式中，Y——许用挠度＝许用过盈量；Es——正割模数；P——许用挠曲力；ε_mp——许用应变；Z——截面模量；C——形心至截而外缘的距离；L——悬臂端长度； b——悬臂端根部宽度。

本实施方式中环形扣帽3-4材料的选择为：正常工况下固定销3-1卡入、脱出要求环形扣帽3-4要求环形扣帽3-4具有较好的弹性、良好的润滑性、较小的摩擦系数、较好的耐磨性、良好的机械强度。由于环形扣帽3-4零件不规则，热塑性较好的工程塑料是制造环形扣帽3-4的理想材料。常用于机械设备中的工程塑料性能如表1所示。

表1工程塑料性能对比

经对比选用POM(聚甲醛)为环形扣帽3-4的材料时，参数如表2所示。

表2 POM材料特性

本发明中环形扣帽3-4的相关计算过程如下：

本发明环形扣帽3-4中，a₁＝a₂＝20°，L＝19.77mm，材料厚度h＝2mm，y＝0.5mm， c＝11mm。

最大应变按下面公式计算：

挠曲力按下面公式计算：

解得

P＝26.876N

卡入力力按下面公式计算：

共有环形扣帽3-4四个悬臂端扣，故总装配力为F＝4W＝6.349×4＝25.396N

由于导入角与离去角大小一样，所以拆卸力与卡入力相等。

F1＝25.396N

由此可得：为使环形扣帽3-4能够顺利脱离固定销3-1，弹射弹簧3-2在工作初始状态下弹力F_弹＞F₁，弹射弹簧3-2为线径1.2mm，外径24mm，初始长度35mm，弹力系数K＝1750/m，挤压长度为20mm，弹射弹簧3-2的弹力：

F_弹＝Kx＝1750×0.02＝35N

电磁铁磁力：F_磁>F_弹>F₁。

本发明落水后解体过程中产生的电磁力的相关计算如下：

固定销3-1的各段直径以及长度的相关数据为固定销3-1的圆盘端的直径为40mm，固定销3-1中销柱的径长为20mm，环形凹槽的槽宽为2mm，环形凹槽靠近圆盘端的一侧面为直角形侧面，环形凹槽远离圆盘端的一侧面为倾斜侧面，固定销 3-1与分离锁3的上盖3-3的直孔相配合配合，固定销3-1在工作时主要承受车窗外框2与上盖3-3的剪力以及环形扣帽3-4在形变过程中的挤压力。

固定销3-1材料选用45钢，屈服强度355MPa，许用剪切应力[τ]＝146MPa，许用挤压应力[σ_bs]＝142MPa。车用外框2的厚度为15mm，上盖3-3与固定销3-1配合部分厚度为15.5mm。固定销3-1剪切面上的切应力公式为：

根据剪切强度条件要求

固定销3-1与车窗外框2孔壁最大挤压应力为

/>

根据挤压强度条件要求

σ_bs≤[σ_bs]

F≤δd[σ_bs]＝(15×10^-3m)(10×10^-3m)(142×10⁶Pa)＝21300N

比较固定销3-1与车窗外框2孔壁最大挤压应力公式和挤压强度条件公式，于是得出上盖3-3和车窗外框的许用载荷为[F]＝11466.813N

一体式车窗外框总成总体积为4819292.49立方毫米，

总重量为13.12KG，

车窗所受重力为127.52N，

车窗重力分配到每个销钉上的重力为F＝31.879N,

本发明用于车辆时，具体几种工况下固定销3-1的受力情况如下：

第一种工况：车辆静止状态情况，此时作用在静止状态下，车窗外框2对固定销 3-1的挤压力为F＝31.879N＜[F]。

第二种工况：车辆以最大加速度加速时，现有车辆正常加速度0.28G左右，最大加速度可达0.6G，超级跑车最大加速可达1G，取加速度为a＝10m/s。

则此时，窗外框对固定销的挤压力为F＝ma＝13.12kg×20＝131.2N＜＜[F]

第三种工况：车辆急刹状态下，目前车辆急刹加速度一般为a＝-0.6g，在追尾、撞车或其他突发事故情况下加速度最高可达a＝-2g，此处取加速度为a＝20m/s， F＝ma＝13.12kg×20＝262.4N＜＜[F]。上述各个工况的计算过程表明，固定销3-1的强度满足本发明用于多种工况下产生瞬间分离距离的使用需要。

本发明中分离锁3的电磁铁的相关计算如下：

本发明中电磁铁的计算原理：磁路与电路中的一些物理量相似性，在磁路中也可以使用类似的现象和理论。与欧姆定律相似，欧姆定律显示了电流的压降和电路中电阻的关系，引入磁通、磁阻、磁压降之间的关系，如下表3。

表3电磁分离等效磁路

分离锁3为电磁分离锁，为简化计算，仅考虑工作气隙磁阻和动衔铁漏磁，忽略铁磁阻和非工作气隙磁阻。确定电磁分离锁电磁回路为等效磁路。具体U为电磁锁总磁势；Φ为回路总磁通量；Ggx为气隙磁导；Gmx为漏磁导。

对于螺纹管式电磁铁来说，相关计算如下：

电磁铁气隙磁导的公式：

比磁导的公式：

电磁力的公式：

上式中：

IW—励磁线圈的总磁势(A}；lc—铁芯长度(cm)；g—单位长度漏磁导；δ—气隙长度 (crn)；μ₀—空气的导磁率(H/mm)，为0.4π×10^-9；C—线圈总厚度；d_c—铁芯直径。关于电磁铁磁力的相关计算如下：

电磁铁线圈架3-7的线圈缠绕部分：

高度为L＝27.5mm，最先小径D₁＝29mm，最大直径D₂＝38mm，漆包铜线选择 d＝0.1mm，

线圈匝数电源选择U＝36V；铜的电阻率为 ρ＝0.0178Ω/mm²/m；漆包线总长：

漆包线电阻为

R＝139.79Ω

其中S-漆包线的截面积(mm²)

电流：

故磁动势

E＝IN＝0.2575×12375＝3186.923

当本发明中的电磁铁为螺纹式电磁铁时，比磁导，由式(2-9)可得

电磁力，由式(2-10)可得

上述过程得出，电磁铁吸力符合设计要求。/>

Claims

1.一种落水自解体车窗，其特征在于：包括一体式车窗、控制总成、至少四个分离锁(3)和至少两个自弹射组件(4)，所述一体式车窗包括车窗内框(1)和车窗外框(2)，车窗内框(1)和车窗外框(2)竖直并列设置，车窗内框(1)的外壁与和车窗外框(2)的内壁之间设置有至少两个自弹射组件(4)和至少四个分离锁(3)，至少两个自弹射组件(4)和至少四个分离锁(3)分别与控制总成相连接，当落水自解体窗处于水面以下时，控制总成控制分离锁(3)开启使车窗内框(1)和车窗外框(2)处于分离状态，控制总成控制自弹射组件(4)处于自充气状态使车窗内框(1)和车窗外框(2)之间形成有瞬间分离距离；

自弹射组件(4)包括钣金固定框(4-1)、堵块(4-2)、气体发生装置(4-3)、气囊点火装置(4-4)、气囊点火器(4-5)、环形磁铁(4-6)、外防护罩体(4-7)和条形气囊(4-8)，所述外防护罩体(4-7)的一端为敞口端，敞口端处固定安装有堵块(4-2)，外防护罩体(4-7)的内壁与堵块(4-2)围合形成有第一内腔，第一内腔通过隔板(4-9)隔离形成有气腔(4-7-1)和安装腔(4-7-2)，所述外防护罩体(4-7)的外壁上设置有与气腔(4-7-1)相连通的出气口，出气口与条形气囊(4-8)相连通，安装腔(4-7-2)内设置有气体发生装置(4-3)，气体发生装置(4-3)朝向堵块(4-2)的一侧分别设置有气囊点火器(4-5)和环形磁铁(4-6)，气囊点火器(4-5)设置在环形磁铁(4-6)内，气囊点火装置(4-4)穿过堵块(4-2)与气囊点火器(4-5)相贴合设置；

分离锁(3)包括固定销(3-1)、弹射弹簧(3-2)、上盖(3-3)、环形扣帽(3-4)、挤压弹簧(3-5)、铁芯体(3-6)、电磁铁线圈架(3-7)、电磁铁线圈(3-8)和底座(3-9)，上盖(3-3)扣合在底座(3-9)上，上盖(3-3)和底座(3-9)之间形成有第二内腔，环形扣帽(3-4)、挤压弹簧(3-5)、铁芯体(3-6)、电磁铁线圈架(3-7)和电磁铁线圈(3-8)均设置在第二内腔中，电磁铁线圈架(3-7)设置在第二内腔的底部，电磁铁线圈架(3-7)上设置有环形扣帽(3-4)，铁芯体(3-6)穿设在环形扣帽(3-4)内，电磁铁线圈架(3-7)外套装有电磁铁线圈(3-8)，环形扣帽(3-4)外套装有挤压弹簧(3-5)，固定销(3-1)穿过上盖(3-3)后套装在环形扣帽(3-4)内，固定销(3-1)的下端与铁芯体(3-6)的上端相配合设置，固定销(3-1)的上端为圆盘端，固定销上套装有弹射弹簧(3-2)，弹射弹簧(3-2)处于圆盘端和上盖(3-3)之间。

2.根据权利要求1所述的一种落水自解体车窗，其特征在于：当条形气囊(4-8)处于未充气状态时，条形气囊(4-8)为折叠气囊，折叠气囊包括终端气囊(4-8-1)和多个S形单体囊套(4-8-2)，多个S形单体囊套(4-8-2)收尾依次连通，终端气囊(4-8-1)的一端为密封端，终端气囊(4-8-1)的另一端与其靠近的一个S形单体囊套(4-8-2)相连通。

3.根据权利要求1所述的一种落水自解体车窗，其特征在于：环形扣帽(3-4)包括套本体(3-4-1)、卡套(3-4-2)和多个耳片(3-4-3)，卡套(3-4-2)固定套装在套本体(3-4-1)上，多个耳片(3-4-3)沿套本体(3-4-1)的圆周方向布置在套本体(3-4-1)的一端上，每个耳片(3-4-3)的长度方向与套本体(3-4-1)的轴向方向同向，每个耳片(3-4-3)的一端与套本体(3-4-1)的端部固定连接，每个耳片(3-4-3)的另一端设置有沿套本体(3-4-1)径向方向设置的内凸起(3-4-4)。

4.根据权利要求1所述的一种落水自解体车窗，其特征在于：一体式车窗还包括窗框架(5)、玻璃框(6)和玻璃(7)，窗框架(5)设置在车窗内框(1)和车窗外框(2)之间，窗框架(5)为矩形架体，窗框架(5)内设置有玻璃框(6)，玻璃框(6)内设置有玻璃(7)。

5.根据权利要求1所述的一种落水自解体车窗，其特征在于：控制总成包括控制器、传感器、定位模块、供电模块、无线通信模块和报警信息平台，控制器和传感器均设置在一体式车窗上，控制器与传感器电连接，定位模块、供电模块、无线通信模块和报警信息平台分别与控制器相连接。