本发明属于汽车技术领域,更具体地,涉及一种具有定向自爆功能的智能车门及其爆破系统。
背景技术:
在炎热的夏季,小汽车经过暴晒后,车内温度往往会迅速升高;当周围环境温度升至35℃以上,封闭的小汽车内部温度会在15分钟内达到65℃;近年来,将小孩或宠物遗忘在车内而导致的事故惨剧频繁发生。
除了敞篷车以外,市面上的绝大部分汽车密封性都是很好的。当汽车落水以后,水是无法快速流入汽车内的。在水的作用下,车内与车外会有压力差,水的压力会将车门紧紧“固定”住,这个时候车门是无法轻易打开的。由于交通事故,司机误将小汽车驾驶如水池或河流中之后,车门打不开造成的事故频有发生。
当发动机在怠速空转时,因为燃烧不充分,往往会产生含大量一氧化碳的废气;如果汽车停驶时,仍开放空调,发动机排出的一氧化碳便可能逐渐聚集在车内,加之车内人员呼吸耗氧而排出二氧化碳,时间一长,车内氧气逐渐减少,乘员便会不知不觉中毒而失去知觉,严重时会丧失生命。
技术实现要素:
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种具有定向自爆功能的智能车门及其爆破系统,其通过对车门结构的设计和声波发生器位置的设计,使得车窗玻璃和车门下半部分的声波发生器收到不同方向的高频声波,从而发生爆破,同时通过对其爆破系统的设计,使得在车内有人且收到预警信号的情况下,控制声波发生器发射声波,从而解决紧急情况下的人员逃生问题。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种具有定向自爆功能的智能车门,其特征在于,
所述车门包括上半部分和下半部分,所述上半部分设置有车窗玻璃,该车窗玻璃的周围设置有声波发生器;
所述下半部分包括第一盖板、中间层和第二盖板,所述中间层自上而下分为多层,每层由多个多面体拼接而成,层与层之间以及每层的侧面均设置有所述声波发生器;
所述声波发生器与控制器连接,当收到所述控制器的信号后定向发射声波,分别使得所述车窗玻璃和所述第一盖板、中间层和第二盖板发生爆破。
进一步优选地,所述车窗周围的声波发生器包括第四声波发生器和第五声波发生器,所述第四声波发生器设置在所述车窗的上方,其声波发射的方向沿其声波发射口的法向,所述第五声波发生器设置在所述车窗的侧面,其声波发射的方向沿车头方向,所述车门下半部分的声波发生器包括第一声波发生器、第二声波发生器和第三声波发生器,所述第一声波发生器设置在所述中间层的侧面,其声波发射的方向沿车头方向,所述第二声波发生器设置在所述中间层的上方,其声波发射的方向向下,所述第三声波发生器设置在所述多面体之间,其声波发射的方向向下。
进一步优选地,所述第一盖板和第二盖板的材料优选为强度为1400mpa~2000mpa的钢或强度为1000mpa~1500mpa的陶瓷材料,厚度优选为0.05mm~0.1mm。
进一步优选地,所述多面体的材料优选为强度为1400mpa~2000mpa的钢或强度为1000mpa~1500mpa的陶瓷材料。
进一步优选地,所述声波发生器发射的声波的频率范围为10khz~20khz。
进一步优选地,所述声波发生器发射的声波的能量密度优选按照下列公式确定:
e=kdn2μ
其中,k是常数,取值为1.0×109,d是车门的厚度,n所述多面体的面数,μ为所述多面体表面的摩擦系数。
按照本发明的另一方面,提供了一种如上述所述的智能车门的爆破系统,该系统包括拍摄模块、压力监测模块、温度监测模块、co浓度监测模块、控制器和声波发生器,
其中,所述拍摄模块用于拍摄车内和车门外的影像,一方面根据拍摄的车内影像判断车内是否有人,另一方面用于通过拍摄的车外的影像判断车门外的水位是否达到预设水位阈值,当车门外的水位达到预设水位阈值时,发出预警信号,然后分别将车内是否有人和该预警信号分别发送给所述控制器;
所述压力监测模块用于监测车门上受到的压力,并将该压力与预设压力阈值进行比较,以此判断所述车门受到的压力是否达到预设压力阈值,当达到所述预设压力阈值时,发出预警信号,并将该预警信号发送给所述控制器;
所述温度监测模块用于监测车内的温度,并以此判断车内的温度是否达到预设温度阈值,当达到预设温度阈值时,发出预警信号,并将预警信号传递给所述控制器;
所述co浓度监测模块用于监测车内的co浓度,并以此判读车内的co浓度是否达到预设浓度阈值,当达到预设浓度阈值时,发出预警信号,并将预警信号发送给所述控制器;
所述控制器收到车内有人且所述拍摄模块、压力监测模块、温度监测模块或co浓度监测模块模块发出的预警信号后,向所述声波发生器发出爆破信号,所述声波发生器收到信号后发射声波信号,使得车门发生爆破。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
1、本发明提供的爆破系统,在确定车内有人后,并且温度或co浓度或车门上的压力或车门外水位过高,声波发生器自动启动,会瞬间爆掉车门,从而使困在车内的人顺利逃生,减少人员伤亡的可能,提高生存的机会;
2、本发明中采用的声波发生器是自动启动,从而对车门进行瞬时定向定点爆破,车门由微小的颗粒拼接而成,以保证这些微小颗粒在高频声波的作用下,界面瞬间被爆破而使整个车门破损,由于发射的声波的能量依据门的规格而进行设计,每个声波发生器发射的声波聚集于各自附近的一小块区域,从而实现定向定点爆破。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的汽车的爆破系统的示意图;
图2是按照本发明的优选实施例所构建的车门的结构示意图;
图3是按照本发明的优选实施例所构建的车门的下半部分的结构示意图;
图4是按照本发明的优选实施例所构建的第一声波发生器的结构示意图;
图5是按照本发明的优选实施例所构建的第二声波发生器的结构示意图;
图6是按照本发明的优选实施例所构建的第三声波发生器的结构示意图;
图7是按照本发明的优选实施例所构建的第四声波发生器的结构示意图;
图8是按照本发明的优选实施例所构建的第五声波发生器的结构示意图;
图9是按照本发明的优选实施例所构建的co监测及车门水压力监测装置图;
图10按照本发明的优选实施例所构建的多面体的结构示意图。
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:
1-小汽车,2-第一电源,3-第一摄像头,4-第一图像处理模块,5-第二电源,6-第二摄像头,7-第二图像处理模块,8-温度传感器,9-温度监测模块,10-第三电源,11-压力传感器,12-数据处理模块,13-控制器,14-多面体,15-车窗玻璃,16-声波发射口,17-开关,18-导线,19-co浓度测量模块,20-第四电源,21-co浓度监测模块,22-第一盖板,23-第二盖板,24-第五电源,25-底边框架,26-侧边框架,27-第一声波发生器,28-第二声波发生器,29-第三声波发生器,30-第四声波发生器,31-第五声波发生器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图2是按照本发明的优选实施例所构建的车门的结构示意图,如图2所示,一种具有定向自爆功能的智能车门,车门分为上半部分和下半部分,下半部分包括第一盖板22和第二盖板23和中间层,中间层自上而下分为三层,每一层由许多微小的多面体14拼接而成,每两层之间设置有第三声波发生器29,如图6所示,它的外形与上下两层多面体形成互补结构,便于固定。在车门的底边和右侧分别设置有底边框架25、侧边框架26,用于固定车门。
车门下半部分的左侧和顶边分别设置有第一声波发生器27和第二声波发生器28,第一声波发生器27和第二声波发生器28的放大图分别如图4和图5所示;底边框架25、侧边框架26、第一声波发生器27和第二声波发生器28的外形与边界处的多面体14形成互补结构,便于安装与固定。车门上半部分的车窗玻璃15的上方带有弧度的一侧和左侧分别设置有第四声波发生器30和第五声波发生器31,二者分别如图7和图8所示。
第一声波发生器27、第二声波发生器28、第三声波发生器29、第四声波发生器30和第五声波发生器31上均分布着定向发射声波的声波发射口16。此处的定向是通过两个方法来实现:第一,声波发射口朝向特定的方向;第二,由于采用的是高频声波,所以不容易扩散,进一步保证了传播的定向性。
第一声波发生器27上的声波发射口16发射向右(即车头方向)的声波,第二声波发生器28和第三声波发生器29上的声波发射口16发射向下(即地面方向)的声波;第四声波发生器30上的声波发射口16发射沿该点法线方向的声波;第五声波发生器31上的声波发射口16发射向右(即车头方向)的声波。由于每个声波发生器发射的声波的能量有限,在传播的过程中会不断衰减;所以每个声波发生器主要影响各自附近的一小块区域,从而实现定向定点爆破。
多面体14可以采用正六棱柱,如图10所示,也可以采用正十二棱柱或正二十棱柱;多面体14采用高强度钢或高强陶瓷材料制作而成,多面体14的表面设置为粗糙的面,以增强彼此之间的结合摩擦力,多个多面体拼接在一起后,由于它们表面较大的摩擦力,可以牢固的连接在一起,避免在受到垂直于车门的力时而发生错动,多面体在拼接完成以后,两侧面均设置盖板,这样能进一步增强多面体拼成的车门的整体受力性能。多面体14为微小的颗粒,它的边长为0.1~0.3mm,在这种尺寸下,可以保证这些微小颗粒在高频声波的作用下,界面的摩阻力被克服,进而导致微小颗粒及其界面瞬间被爆破而使整个车门破损。第五电源24为声波发生器和控制器13提供电源;
如图3所示,第一盖板22和第二盖板23的材料优选为强度为1400mpa~2000mpa的钢或强度为1000mpa~1500mpa的陶瓷材料,厚度优选为0.05mm~0.1mm,同样可在声波作用下瞬间被爆破;而整个车门尺度足以保障基本力学性能(强度、韧性及抗冲击性能),两层盖板或陶瓷涂层施工完成后,车门表面层进行抛光处理。
图1是按照本发明的优选实施例所构建的汽车的爆破系统的示意图,如图1所示,一种具有定向自爆功能的智能车门的爆破系统,包括拍摄模块、压力监测模块、温度监测模块、co浓度监测模块、控制器和声波发生器,拍摄模块包括第一电源2、第一摄像头3、第一图像处理模块4、第二电源5、第二摄像头6、第二图像处理模块7,压力监测模块包括压力传感器11和数据处理模块12,温度监测模块包括温度传感器8、温度监测模块9、控制器13和第三电源10,co浓度监测模块包括co浓度测量模块19、第四电源20和co浓度监测模块21,声波发生器包括第一声波发生器27、第二声波发生器28、第三声波发生器29、第四声波发生器30和第五声波发生器31。
下面将介绍本发明有判断人是否在车内的装置和多个预警装置;
(1)判断人是否在车内和车门外水位的装置
第一电源2为第一摄像头3提供电源;第一摄像头3对小汽车1的后排进行拍照,然后将所拍照片传送至第一图像处理模块4;第一图像处理模块4对第一摄像头3拍摄的照片进行处理,利用图像算法,然后判断小汽车1后排有没有人,并将结果通过导线传送到控制器13。同时,利用图像算法判断后车门外部的水位高度,当该值超过第一图像处理模块4中预先设定的水位阈值(0.4~0.5m)时,第一图像处理模块4将预警信号传送给控制器13。
第二电源5为第二摄像头6提供电源;第二摄像头6对小汽车1的前排进行拍照,然后将所拍照片传送至第二图像处理模块7;第二图像处理模块7对第二摄像头6拍摄的照片进行处理,利用图像算法,然后判断小汽车1前排有没有人,并将结果通过导线传送到控制器13。同时,利用图像算法判断前车门外部的水位高度,当该值超过第二图像处理模块7中预先设定的水位阈值(0.4~0.5m)时,第二图像处理模块7将预警信号传送给控制器13。
(2)车门上的压力预警装置
前车门和后车门上均设置有压力传感器11,它可以对车门上受到的压力进行监测,并将测得的值传给数据处理模块12;数据处理模块12计算压力传感器11受到的压强大小,当该值超过数据处理模块12中的预先设定的压强阈值(2700~3000n/m2)时,数据处理模块12将预警信号传送给控制器13。压力传感器11由压电陶瓷材料制作而成。
(3)车内温度预警装置
温度传感器8设置在车的顶部靠进车门一侧,它可以对车内的温度进行测量,并将测得的温度值通过导线传到温度监测模块9,当该值超过温度监测模块9中的预先设定的温度阈值(50~60℃)时,温度监测模块9将预警信号传送给控制器13。
(4)车内co浓度预警装置
co浓度测量模块19设置在车的前座和后座的下面,它可以对车内的co浓度进行测量,并将测得的值传给co浓度监测模块21,当该值超过co浓度监测模块21中的预先设定的浓度阈值(170~200mg/m3)时,co浓度监测模块21将预警信号传送给控制器13。
控制器13可能接收到的信息为以下5种:
(1)第一图像处理模块4或第二图像处理模块7判断车内为有人的结果;
(2)第一图像处理模块4或第二图像处理模块7发射的预警信号;
(3)数据处理模块12发射的预警信号;
(4)温度监测模块9发射的预警信号;
(5)co浓度监测模块21发射的预警信号;
当控制器13接收到(1)和(2)~(5)中的任何一个时,控制开关17打开,使第一声波发生器27、第二声波发生器28、第三声波发生器29、第四声波发生器30、第五声波发生器31同时开始工作。第一声波发生器27、第二声波发生器28、第三声波发生器29可以对车门进行瞬时定向爆破。第四声波发生器30和第五声波发生器31可以对车窗进行瞬时定向爆破。
下面将介绍本发明发射声波能流密度和频率的计算;
我们先建立声波发射器发射的声波的能流密度与车门的厚度、平均每个颗粒与其周围颗粒的结合面数目和颗粒表面的摩擦系数的定量关系;然后,计算求出车门在给定条件下(车门的厚度、平均每个颗粒与其周围颗粒的结合面数目和颗粒表面的摩擦系数)爆破多面体层需要施加的能量;由于在计算中车门的厚度为多面体层和两层盖板的厚度之和,故考虑了两层盖板对能量计算的影响;所以,最后计算得出的能量足以对多面体层和两层盖板进行爆破。在获知需要施加的能量后,我们利用声波能量与声波振幅、频率和波速等变量的定量关系,就求出声波发射器需要发出声波的频率。
第一声波发生器27、第二声波发生器28、第三声波发生器29、第四声波发生器30和第五声波发生器31,这五个声波发射器发射的声波为瞬时高频声波,频率范围为10~20khz;第一声波发射器、第二声波发射器和第三声波发射器发射的声波的能流密度e,可以克服微小颗粒界面间结合的摩阻力,使颗粒及其界面瞬间被爆破;声波的能流密度e的大小依据以下三个指标:
(1)车门的厚度(包括多面体层和两层盖板的厚度);
(2)平均每个颗粒与其周围颗粒的结合面数目;
(3)颗粒表面的摩擦系数;
具体的计算公式为:
e=kdn2μ
其中,k是常数,取值为1.0×109,d是车门的厚度,n所述多面体的面数,μ为所述多面体表面的摩擦系数。
例如车门厚度为5cm;当多面体14采用正六棱柱时,平均每个颗粒与其周围颗粒的结合面数目为6;多面体颗粒采用高强度钢,表面为粗糙的面,它的摩擦系数为0.6;
则可以使微小颗粒及其界面瞬间被爆破的能量流密度为
e=kdn2μ=1×109×5×62×0.6=1.08×1011
假设声波发生器发射的声波的振幅为5mm固定不变;钢材的密度为7850kg/m3;声波在钢材中的传播密度为5200m/s;则可以求出声波的发射频率。
因为声波的能流密度计算公式为
其中,p为介质密度,ω为声波频率,a为振幅,u为波速。
将需要的能量流的值带入此时中,可以求得需要采用的声波频率为:
第四种声波发射器和第五种声波发射器发射的声波具体采用的频率依据车窗玻璃的厚度进行确定;厚度小于3mm,频率为10khz;厚度为5mm时,频率为20khz;厚度介于3mm到5mm时,线性差值。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。