浅谈汽车智能破窗装置的设计与实现

侯全聪

摘要：汽车破窗装置的智能化设计，主要是为防止汽车在驾驶过程中发生意外而开展的设计。破窗装置本身在设计与实现的过程中，对于具体环节设计的专业性和规范性就提出了很高的要求，为了取得更好的设计效果，本文就智能化破窗装置的各个环节设计原理和方法进行研究，从而为优化设计效果提供必要的参考，也为提高破窗装置本身的性能提供支持。

关键词：汽车驾驶;智能化;破窗装置;设计实践

0  引言

汽车作为一种交通工具，在行驶中的安全问题是应当受到充分重视的问题，在遇到危险时，以最快的速度逃离事故现场是非常重要的，破窗过程对于乘客来说是具有一定的难度的，加强破窗装置的智能化设计，能够为避免事故造成危害提供更多的安全保障。

1  破窗装置的总体概述

1.1 概念阐述

破窗装置是存在于封闭的汽车空间内部的一种辅助逃生装置。对于汽车来说，其安装的位置一般设置在封闭舱室中容易获取到的位置上，以便在汽车遇到危险，例如，火灾、落水等情况时，辅助破除汽车玻璃的束缚，顺利逃生。从破窗装置设计的原则方面来讲，需要重视设计应用的便捷性和其本身质量水平的稳定性。智能化的设计要求和方法，恰恰是为了提升破窗装置设计的这两方面要求而提出的[1]。在这里要强调的是，破窗装置在实际应用中，也要遵循相应的规范操作流程，只有操作方法和顺序正确，才能发挥破窗装置的作用，帮助人们以最高的效率逃离灾难发生地点。

1.2 装置结构

从智能化的破窗装置的角度分析，其发挥作用的结构包括了以下几个方面，第一，破窗装置的智能化操作需要通过控制单元的控制作用发挥来达到良好的控制效果。第二，破窗环节需要出发点火器以及气体发生器。这两个装置是实际上是体现破窗装置智能化的核心结构和区域[2]。第三，玻璃击碎器。玻璃击碎器是实施破窗操作的最主要工具，也是实现破窗目的的重要环节。在整个的智能化破窗装置发挥作用的过程中，发挥作用的模块包括了三个基本类型。第一，信息模块，即信息接收和现实的模块。第二，处理模块，即信息分析与处理模块，这一模块是指导下一步的破窗环节顺利进行的重要步骤。第三，作用模块。即发挥破窗作用的具体模块，这一模块是实现破窗目标的执行模块。

1.3 装置设计原理分析

破窗装置的应用环境条件，一般是在汽车遇到火灾或者落水的情况下。当灾难发生时，汽车上的温度传感器或者水压的感知系统会迅速感受到汽车状态与温度方面的异常，并且受到相关的反馈信号，随后这些反馈信号会进一步进入汽车的控制单元，由控制单元在接收到具体问题的信号时，再与标准信号进行对比，从主要观察实际的温度或水压数值是否超过了阈值，当检测到信号数据超过安全阈值的情况下，点火就会被触发，气体的发生器就会产生气体使得击碎器的充气部冲破，推出彈头，迅速击碎玻璃[3]。

2  控制单元的设计与实践分析

在上文的阐述中已经提到，控制单元是汽车智能破窗设计中非常重要的一个组成部分，为了取得整体的良好设计效果，需要针对控制单元进行针对性的优化设计。具体来说，控制单元的设计工作了结构设计和运行设计两个部分。

2.1 结构设计

从结构上来讲，控制单元的结构包括了传感器结构、单片机、点火触发器。具体来说，温度传感器和水压传感器在设计中的选用要注重其适宜性和运用的合理性，一般温度传感器适宜于选用负温度系数的热敏电阻式传感器，水压传感器则会通常选用扩散硅膜片式的传感器，安装位置在发动起舱内的前部区域，安装时要注意控制好其高度，一般不得高于空气过滤器。关于传感器的运行，需要选用内部控制电源，电压5V，除了传感器结构，结构设计中的单片机结构，主要的功能点在于集成汽车发动机的电子控制单元，控制具体流程如下，①环境变化;②信息处理与反馈;③水压过高则执行产生指令、接受指令、信息处理、水压报警的过程。如温度过高则执行同步的信息处理流程，启动温度报警开关，接收到信息后，如达到了着火点或者水压范围，则再次经过信息处理的流程完成装置的启动。

2.2 运行设计

运行设计的重点在于，结合车窗控制单元的运行流程，可知运行设计的要点包括了以下两个方面[4]。第一，运行设计应当注意传感器对于外部环境变化的敏感性。只有当外部环境发生变化时传感器能够达到一定的灵敏度，才能保证传感器能够及时作出反应，为进一步触发下一环节的运行提供基础保障。第二，对于温度和水压的感知需要达到一定的灵敏度，这实际上对传感器结构的作用发挥效果提出了较高的要求。对于传感器来说，选择结构完整，质量过关的传感器是非常关键的。设计时可通过反复试验确认传感器的灵敏程度，确保发挥核心作用的传感器设备保持良好的灵敏度。第三，装置启动状态设计和控制。关于装置启动状态的控制工作，需要结合实际对实际的启动状态做好观察和分析，从而确保系统启动后的状态稳定且运行良好。

3  击碎器模块的设计分析

关于击碎器的模块设计工作，其所依托的主要原理是手枪出弹原理，并且在设计中借鉴了汽车安全气囊的气体生成方式。在这两项原理的支持下，高压气体的动力能够实现对于击碎器的推动作用，从而实现推动击碎器弹头发射的效果。当弹头发射的力量达到了一定的程度，则击碎玻璃的目标就能够更好地实现。

3.1 击碎器的结构设计分析

击碎器的整体结构是具有一定的集中性的，具体包括了底座结构、壳体结构、点火器结构、气体发生部结构、撞击部结构、弹头行程控制结构。其中，点火器出发的效果需要通过控制单元的作用实现，在上文的叙述中，已经将控制单元的信号来源进行了具体的阐述。而关于气体发生部的结构，主要包括了发生部和充气部两部分，当点火器被触发，则气体会在点火器的推动作用下马上被触发而产生气体，气体被推动后，需要经过金属网结构实现过滤，最终推动推进器、卡块、弹头的作用发挥，达到击碎车窗玻璃的效果[5]。关于气体发生部的结构，包括了烟火式管道、壳体、底座三个部分。壳体又受到金属网的结构特征限制被分为四个小的部分，从方位上来讲，包括前后两个大的区域。关于撞击部的设置，集中处在前部区域。而气体发生器则一般集中在后部区域。进一步分析撞击部的结构，也包括了弹头、卡块、推进器结构。当弹头射出后，卡块会发生合理区域内的位置移动，并且借用卡块区域的压缩弹簧结构所产生的回复力将其顶入卡槽结构，从而实现对弹头活动里程的控制，确保其不出现滑出弹道的情况，这也是对车外人员安全能够形成保障作用的一种设计。基于弹头运动的过程中所产生的压力较大，设计人员需要经过大量的数据计算，找到合适的回复力指标控制范围，确保回复力的作用发挥能够有效控制弹头的运动轨迹。

3.2 弹头与锁止结构的设计

关于弹头的设计，从外形上来观察，整体的弹头设计呈现出阶梯圆柱形的形状，细节结构包括了前部的尖头和后部的柱状部分[6]。从设计的精确性角度分析，设计人员需要按照既定的结构模式，在弹头的尺寸上做好相应的计算和控制。关于弹头结构的设计功能，一方面需要其完成与玻璃的接触，另一方面也要保证弹头结构本身的质量。为了保证弹头的冲击力并且确保其本身的结构在发挥作用时不受到损伤，需要应用硬质合金材料进行制作，但基于成本控制的目的和提高弹头的应用性能的目的，可以选用45号钢，并做好热处理工作，并且将弹头的顶部角度设计成60°的锐角。这种设计模式有利于弹头的冲击力的提升，并且取得良好的击打效果。

结合实际来看，普通的汽车挡风玻璃，在边缘强度的范围方面达到了最高58.8MPa，最低14.7MPa之间。而气压的作用能够促使弹头的速度达到320km/h，这种强度和速度，能够迅速达到击碎玻璃的效果。但是为了减低对外部环境和人员的伤害程度，需要设置一定的防護缓冲结构。具体来说，在卡块和挡圈的保护下再设置弹头的锁止结构。其中卡块的结构中包括了弹簧结构部分，为了避免弹簧飞出弹道，还应当对卡块中的弹簧结构进行进一步的控制和完善设计。

3.3 壳体与弹道的结构设计

弹道和壳体需要承受的压力和温度指标都是比较高的，因此，设计中一方面要考虑抗压性，另一方面，也要考虑耐高温材料的应用。通常来讲，400系列的高合金材料为比较常用的材料品种，为了给弹道口设置充分的缓冲结构，需要在端口的内壁结构中设计四个泄气槽结构。达到减少压力的效果。避免在发挥作用的过程中由于产生了过大的气压使得可能造成的伤害程度也有所提升。另外，为了减少弹腔内部的气体所产生的阻力作用，需要在挡圈的部位设计固定数量的透气孔，从而达到减小气体阻力，提升弹头动力的效果。

3.4 共振模块的设计分析

这一模块的设计工作主要利用的原理是在超声波的作用下提高机械装置击碎玻璃的实际效果，从超声波原理的角度分析，玻璃本身有固定的频率，如果外界振动的频率与其自身的固定频率在整体上比较接近时，则会产生共振的效果，这种效果也对震碎玻璃有非常重要的作用。而从超声波的传播特性上来说，其所遇到的障碍物尺寸，往往要比超声波的波长长很多。这就意味着超声波要达到衍生的效果，则会遇到一些困难，但如果遇到了均匀的介质，则超声波的传播方向性可能更强，并且能够实现集中传播的模式，这就会大大提高超声波的穿透力。可见，从震碎玻璃的角度上来说，超声波的发射在这方面的效果较之普通声波会更强更好。

4  结束语

总的来说，在职业学校的设计教学和实践中，汽车运行中所应用的破窗装置的智能化设计，不仅要重视其整体运行状态的设计，还要对运行中的各个环节的设计，只有在整体设计中保持科学性和各个系统结构的联动性，在各个环节的运行设计中确保原材料应用和结构设计的科学性，才能实现对于破窗装置设计的科学性的提升。从而确保在汽车发生危险的状态下破窗装置能够及时发挥其作用。

参考文献：

[1]张远征.基于Linux+Qt矿用柴油车智能保护装置的设计与实现[J].中州煤炭，2017，39（2）：116-120.

[2]庞宏磊，康志伟，徐煌.基于无线传输的客车自动破窗及区域救援系统[J].南方农机，2018（13）.

[3]李昶亮，谢乐天.智能立体车库模拟系统设计与实现[J].电子世界，2018（1）：105-107.

[4]唐博.基于dsPIC智能汽车无功补偿装置的设计与实现[J].科技通报，2018（4）.

[5]李世尧，李辉，周奇，等.用于环境检测的智能窗户装置的设计与实现[J].仪表技术，2018（10）：36-38.

[6]张丽彬，龚松显.智能温、湿度监控报警装置的设计与实现[J].数字技术与应用，2017（8）：182-183.