大學(xué)生創(chuàng)新實踐項目

1、項目編號:吉林大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目名稱車輛落水安全系統(tǒng)孫愷項目負責人學(xué)院、年級、專業(yè)交通學(xué)院2007級 汽車服務(wù)工程專業(yè)聯(lián)系電子郵件sunkai030763com指導(dǎo)教師姓名許洪國 職稱教授/博導(dǎo)填表日期2010年 4 月 27 日吉林大學(xué)教務(wù)處制表填表說明一、吉林大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目申請書要按順序逐項填 寫。填寫內(nèi)容要實事求是，講究誠信，不能有雷同；表達要明確、嚴謹。空缺項要填“無”。要求一律用A4紙打印，于左側(cè)裝訂成冊。二、申請參加“吉林大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃” 項目團隊人數(shù)不得 超過5人（1人為項目負責人，參與合作研究者 4人以內(nèi)）。三、申請

2、參加“吉林大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃” 項目的個人或團隊 必須聘請教師作為項目指導(dǎo)教師，并請指導(dǎo)教師在申請書上簽名。四、吉林大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目申請書由項目負責人所 在學(xué)院初審，簽署意見后報送教務(wù)處實習(xí)與實驗教學(xué)科 （一式3份原件）。五、“項目編號”由教務(wù)處填寫。項目名稱車輛落水安全系統(tǒng)申請經(jīng)費14000 （元）起止時間2010年3月至2011年3月負 責 人教學(xué)號姓名年級所在學(xué)院、專業(yè)聯(lián)系電話E-mail44070804孫愷大三交通學(xué)院 汽車服務(wù)工un kai0307參 加 成 員44070811徐尚大三交通學(xué)院 汽車服務(wù)工usha

3、44070815白楊大三交通學(xué)院 汽車服務(wù)工idaby44070813孔凡平大三交通學(xué)院 汽車服務(wù)工程1394309753750608510844070809張秋實大三交通學(xué)院 汽車服務(wù)工指 導(dǎo) 教 師姓名許洪國學(xué)院交通學(xué)院職稱教授/博導(dǎo)E-mail聯(lián)系電話簽名10一、項目申請理由（包括項目背景及自身具備的知識、素質(zhì)、能力和已參加過的研究等條件） 項目背景：隨著汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，汽車的保有量和使用率日益升高，汽車的安全性已成為整個 領(lǐng)域內(nèi)最炙手可熱的話題。目前汽車的主被動安全性能

4、得到充分提高，從簡單的安全 帶，到復(fù)雜的安全氣囊， ABS潰縮式車身一系列設(shè)計已大大提升了汽車行駛安全性， 但這并不能完全滿足人們對汽車這種高頻使用的交通工具的高安全性需求。尤其是汽 車落水這一問題，此類事件中人員傷亡率極高，財物損失極大。目前人們針對此類事 故還在研究高效的逃生方法，但當發(fā)生這種意外時很多人不具備逃生能力。而國內(nèi)基 于此項的研究目前極少，并且尚沒有做過相關(guān)實驗來求證，更沒有任何相關(guān)設(shè)備在產(chǎn)， 或已投入日常使用當中。我們做設(shè)計的的汽車落水應(yīng)急浮起系統(tǒng)，具有高度創(chuàng)新性和 獨創(chuàng)性，目前已經(jīng)過初次實驗，相信通過不斷地總結(jié)與完善，這套產(chǎn)品能在眾多車輛 安全系統(tǒng)中占有一席之地，并且成為人

5、們在危急時刻可以信賴的伙伴。自身具備的知識、素質(zhì)、能力、和已參加過的研究：參加本次項目的成員是吉林大學(xué)交通學(xué)院汽車服務(wù)工程專業(yè)本科大三學(xué)生，能很好的掌握已學(xué)的專業(yè)知識，具有較強的創(chuàng)新能力， 有過一定的社會實踐經(jīng)歷，能夠充分運用學(xué)校和社會資源，均是首次參加創(chuàng)新性項目 研究。二、項目研究內(nèi)容（目前研究的現(xiàn)狀、主要研究內(nèi)容，重點和難點及可能的創(chuàng)新點，研究思路 和方法等）目前研究的現(xiàn)狀：根據(jù)我們結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)做出實物，通過小組成員的努力和指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)， 目前已進行了首次試驗，試驗結(jié)果基本符合設(shè)計要求，但試驗中同時存在一些問 題等待我們進一步完善。主要研究內(nèi)容：合理確定傳感器分布位置及氣袋安裝位置，

6、充氣時間，車輛浮起后狀態(tài)控制 重點和難點：重點在于控制電路接收到傳感器發(fā)出的信號，打開電磁閥對氣袋進行充氣；如何 布置傳感器位置 ，使控制電路能準確判斷落水情況并觸發(fā)；氣袋擺放位置，使 得最后車體能達到力矩平衡并保證一側(cè)車門置于水面上。難點在于配件購置及制 作，控制充氣時間，合理布置傳感器及氣袋，研究車輛入水時狀態(tài)，構(gòu)建理想試 驗場地。創(chuàng)新點：1.從降低車輛落水事故的危害角度入手，研發(fā)此汽車落水應(yīng)急浮起系統(tǒng)以確保 車輛落水后車內(nèi)乘員的生命及財產(chǎn)安全，將車輛安全系統(tǒng)的使用范圍擴展到了 汽車落水后的應(yīng)急設(shè)備，填補了車輛落水應(yīng)急系統(tǒng)的空白。2. 采用高壓氮氣作為本系統(tǒng)安全氣袋的填充氣體，所填充的氣體

7、具有性質(zhì)穩(wěn) 定，安全可靠，不溶于水，不易爆炸的特點，且價格低廉，對環(huán)境無任何污 染。3. 系統(tǒng)啟動的設(shè)計采用自動、手動雙觸發(fā)開啟：自動觸發(fā)在車身內(nèi)合理位置設(shè)有六個水傳感器觸發(fā)點，其中任意四個傳 感器遇水觸發(fā)則系統(tǒng)瞬間開啟，保證系統(tǒng)電路工作的可靠性和靈敏性。手動觸發(fā)一一在駕駛艙主控板下方設(shè)有系統(tǒng)緊急手動啟動開關(guān)，在落水事故 不可避免的情況下、車輛落水之前，由駕駛員（或副駕駛員）提前打開，爭 取更多的氣袋充氣時間；一旦自動觸發(fā)電路工作異常，通過手動強制觸發(fā)， 確保系統(tǒng)的正常開啟以提高安全性。4. 氣袋充氣完成后上方與下方氣袋所受力的力矩達到平衡，汽車的一側(cè)車門 將會浮出水面，最大限度的減少了落水后

8、車門開啟的阻力，猶如為車內(nèi)乘員 開啟一扇生命的天窗。5. 充氣過程完成后氣袋長期保持密封狀態(tài)，內(nèi)部氣體不流失，車輛能夠在較 長時間內(nèi)保持浮起狀態(tài)，為乘員的逃生爭取最大可能，同時也為救援人員爭 取最多的工作時間。6. 系統(tǒng)的安全氣袋便于折疊放置，隱藏在車頂棚內(nèi)和車底盤相對隱蔽且空間 較為充足的位置，不影響汽車的整體外觀及其他部件正常工作。7. 采用硬PVC（ PolyvinyIchlorid，主要成分為聚氯乙烯）材料 ,成本低廉，柔韌性好，易成型，耐火，抗靜電，無毒無污染，化學(xué)穩(wěn)定性好，保存時間長。8. 隨著此系統(tǒng)的逐步完善與發(fā)展，亦可在汽車陸地事故中發(fā)揮一定作用，能 大幅度提高汽車駕駛安全性能

9、，有進一步研究空間。9. 在系統(tǒng)普及過程中，如率先將此系統(tǒng)安裝在車輛上，既可塑造品牌的高安全性形象，又可成為該領(lǐng)域內(nèi)得先驅(qū)，以低成本帶來高效益， 市場前景廣闊。10. 整個系統(tǒng)各個部件造價較低，材料輕便，結(jié)構(gòu)簡單，可重復(fù)使用，不影響車輛正常行駛，這些優(yōu)點都為本系統(tǒng)在將來的應(yīng)用、普及和量產(chǎn)提供了更大的可能。研究思路和方法：系統(tǒng)工作過程包括落水感應(yīng)7控制電路7電控氣體閥門7氣袋充氣7 浮起。統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可根據(jù)不同車型靈活安裝。系統(tǒng)共分為3個子系統(tǒng)：子傳感控制系統(tǒng)、壓縮氮氣儲存供給系統(tǒng)和氣袋及管路系統(tǒng)。電子傳感控制系統(tǒng)，由6個水傳感器（如圖1）、兩個兩通電磁換向閥（如圖 一個控制電路（如圖

10、3）組成，通過控制電控閥門的開閉進一步控制通入氮氣來進行 充氣。6個傳感器分散布置，分別置于前機艙（如圖4）、車門內(nèi)側(cè)、車尾底盤上側(cè)2）、（如圖5）。當車輛入水時，6個水傳感器只要有4個或4個以上浸入水中就會將信號傳給 控制電路，單片機控制電控閥門開啟對氣袋進行充氣。該電路整個系統(tǒng)均為防水密封 設(shè)計，電能由小型蓄電池提供，電池電壓為12V,獨立于車輛電路，以確保在落水情況下依然具有正常工作能力。由于傳感器及控制電路、電控閥門體積相對很小，方便 于安裝于車輛的任何部分，且造價低，性能可靠。圖1水傳感器4圖4水傳感器安裝*,圖3控制電路5 和?*=一圖5水傳感器安裝部位圖2 電磁閥壓縮氮氣儲存及供

11、給系統(tǒng)，由兩個5L鋼瓶和兩個減壓閥及出口管路組成（如圖6）。 用于實驗的兩個鋼瓶分別充入了 5MPa 9MPa壓力的氮氣。理想條件下用一個 5L瓶儲存氣體完全可以滿足充入氣袋體積充氣的需要。由于電控氣閥有入口壓力限制，所以 在瓶口加裝減壓閥，減壓至0.7 MPa本系統(tǒng)應(yīng)用壓縮氮氣作為填充氣體是由于氮氣性 質(zhì)穩(wěn)定，造價低，對外界環(huán)境要求條件寬松等原因。氣瓶包裝尺寸為755X 460x 311ml3, 使用年限為20年，使用周期成本很低。且氣瓶相對于疊氮化鈉氣體發(fā)生器具有可反復(fù) 使用，造價低，低污染等優(yōu)點，就體積而言，若按要求定制形狀，占據(jù)車輛儲物空間 體積極小，氣瓶總質(zhì)量小于8kg。如果采用碳纖

12、維氣瓶，質(zhì)量可進一步降低。 I圖6氮氣儲存瓶氣袋及管路系統(tǒng)，由7個氣袋和連接管路組成（如圖7）。7個氣袋分別布置在汽 車底盤和車頂，其中車底5個，車頂2個。氣袋材料為PVC合成纖維，方便折疊，質(zhì) 量及占用體積極小。若作為標準配置安裝于車上，可根據(jù)車身條件確定合適位置安裝， 易于隱藏，對外形整體效果影響非常小。安裝于底盤上的五個分別位于前杠、前橋、 后橋及底板左右兩側(cè)，尺寸分別為 75cnriX 100cm,50cnrK 80cm,85cnriX 100cm,120cnrK 90cm,110cnrK 90cm頂棚氣袋尺寸為120x 90cm。為保證車輛可靠順利浮起并能保持 良好姿態(tài)使乘員順利逃生

13、，團隊利用多個氣袋同時充氣，通過調(diào)整充氣氣道，使車輛 前端氣袋首先充氣，減緩下沉速度。7個氣袋總?cè)莘e900L。氣袋充氣后所產(chǎn)生的浮力 完全可滿足使車輛懸浮于水面的要求。如圖8所示，氣袋與車身連接處用塑料連接帶連接，抗拉性強，質(zhì)量輕，成本低。圖7充氣袋及連接管路圖8試驗系統(tǒng)的氣袋在車身上的安裝 充氣工作原理如下：1連續(xù)方程VAS=常數(shù) 伯努利方程P + PV七Pgh =常數(shù)2底盤左側(cè)大氣袋120cm*90cm的體積為162L兩進氣口直徑6mm流速分別為總?cè)肟诘?和1設(shè)總?cè)肟诹魉賄計算式為9924 丄 x(0.006)c “cvt+ t (0.006) = 0.162949 4注：此欄可附頁 三、

14、項目進度安排（查閱資料、選題、自主設(shè)計項目研究方案、開題報告、實驗研究、數(shù)據(jù)統(tǒng) 計、處理與分析、研制開發(fā)、填寫結(jié)題表、撰寫研究論文和總結(jié)報告、參加結(jié)題答辯和成果推廣 等）2010.4 查閱資料、選題、自主設(shè)計項目研究方案2010.52010.12實驗研究2011.1 2010.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計 處理 分析 研制開發(fā) 填寫結(jié)題表2011.2總結(jié)報告 參加結(jié)題答辯和成果推廣四、擬利用資源（實驗室、儀器設(shè)備、實驗材料、資料等） 實驗室：吉林大學(xué)（南嶺校區(qū)）汽運實驗室 儀器設(shè)備：舉升器、氣泵、數(shù)字萬用表、電鉆實驗材料、資料：試驗車輛、兩個5升的氣瓶、兩個減壓閥、兩個兩通電磁閥、電路系統(tǒng)（電路板、導(dǎo)線、12V

15、小型蓄電池）、一個開關(guān)（可手動觸發(fā)也可根據(jù)傳感器自動觸發(fā)）密封盒（保證電路不被水浸入）氣袋七個（尺寸為75cm*100cm,50cm*80cm,85cm*100cm,120cm*90cm,110cm*90cm ）、氣管、氣管接頭、氮氣、鋼筋、油絲繩、塑料連接帶、玻璃紙、電線、細鐵絲、膠布、絕緣膠布 等五、項目經(jīng)費預(yù)算與用途（購置實驗消耗材料（低值品）、資料、加工測試、打字復(fù)印、調(diào)研、 市內(nèi)公交、論文版面費、專利申請費等經(jīng)費開支）購置實驗消耗材料：試驗車輛2000氣瓶及氣閥2700控制電路及傳感器 2500 氣袋1400資料：200加工測試：測試費用 6000打字復(fù)?。?00調(diào)研：400市內(nèi)公交：200專利申請費：2000六、項目預(yù)期成果 （研究論文、設(shè)計、調(diào)研報告、申請專利、開發(fā)軟件、研制產(chǎn)品、項目鑒定 等）1. 調(diào)研報告（2份）（1）關(guān)于汽車乘員對汽車落水事故擔憂心理的調(diào)研報告（2）關(guān)于汽車消費者或潛在消費者在選擇有無落水救生系統(tǒng)的汽車時購買心理的變化2. 申請專利2010 年以“汽車落水應(yīng)急浮起系統(tǒng)”為發(fā)明名稱向國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局申請發(fā)明專利，預(yù)計于 下半年通過專利代理機構(gòu)提交申請3. 研制產(chǎn)品研制由電子傳感控制系統(tǒng)，壓縮氮氣儲存供給系統(tǒng)，氣袋及管路系統(tǒng)組成的實物產(chǎn)品，可直接安 裝在普通轎車車身內(nèi)。七、項目誠信承諾