汽车智能破窗器设计
本文针对汽车在封闭状态下破窗自救问题，设计一种自动破窗装置，该装置以识别危险和自动破窗为目的，在汽车涉水或发生火灾的场合下能否保证乘员破窗逃生。本文分析了破窗装置的工作要求与结构特点，并进行破窗器机械结构设计计算；建立机械结构仿真模型和控制部分进行方案的设计。当达到危险情况时，温度、烟雾、水位传感器将产生电信号，该装置会发出警报，提醒驾驶员采取相应措施。同时，该装置不用借助人力，发射的撞头可在瞬间击碎车窗玻璃，实现自动化破窗。本文所设计的智能破窗器具有“自动、可靠、安全、高效”的特点。
关键词 自动破窗器，识别装置，气体发生器
目 录
1 绪论1
1.1汽车遇险破窗的重要性 1
1.2 常见汽车破窗装置的分类 2
1.3汽车智能破窗器的意义4
1.4破窗装置的发展 5
1.5本文的研究方案 5
2 破窗识别控制技术研究6
2.1 火灾报警装置 6
2.2 涉水报警装置8
2.3破窗控制模式9
3 玻璃击碎器的设计10
3.1壳体及弹道设计11
3.2安装盖设计17
3.3安装座设计18
3.4弹头组件设计18
3.5 回位弹簧设计20
结论 23
致谢 24
参考文献25
1 绪论
近年来，随着中国经济社会的发展，机动车保有量也在逐年增长，据中国统计局统计，截止到 2014 年底，我国机动车保有量达2.64 亿辆，其中汽车1.54亿辆。2012 年，中国汽车产销量双双突破 1900 万辆，超过美国，居世界首位。机动车驾驶人突破3亿人，其中汽车驾驶人超过 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
2.46亿人。汽车在中国社会中扮演着越来越重要的角色，它与每个人的生活息息相关，因此，汽车的安全问题也日益突出。
1.1 汽车遇险时破窗的重要性
人们汽车安全意识开始提升。几年前在夏季高温季节，各地经常会出现公交车自燃的事件，其中最大的一起是2009年7月，成都“6.5”公交车燃烧案，2009年6月5日，四川省成都市三环路川陕立交桥进城方向下桥处，一辆9路公交汽车突然发生燃烧，因为公交车内封闭较好，而且车内的乘客没有任何的汽车破窗逃生经验，最终导致车内乘客中27人死亡，74人受伤。这起惨案的发生引发了人们对于汽车逃生的思考和热议。在当时有很多汽车生产专家开始呼吁老百姓要学习汽车逃生知识，在遇到类似事件发生的时候不至于措手不及，从而付出生命的代价。另外各地公交车也强制要求配备安全锤，预防事故的再次发生。
图1-1成都“6.5”公交车燃烧案
时隔几年，汽车惨案再次发生。北京的一场暴雨，又唤醒了潜藏在人们心中的车内逃生意识。2012年7月份北京遭遇到了六十年一遇的强降雨袭击，一天内气象台连发5个暴雨预警，暴雨预警从蓝色升到橙色。在很短的时间内北京及周边地区就陷入一片汪洋之中，而暴雨之中水漫汽车的场景随处可见，在这样的紧急情况下，周围人已经自顾不暇，被困车内的人只能依靠自救逃生。因为很多私家车车主没有任何的车内逃生经验，导致在这场暴雨当中因为被困车内导致死亡的现象频发。
图1-2 2012年北京特大暴雨
汽车消费的不断增加，人们一方面对汽车安全性有了更高的要求，另一方面在遭遇天灾人祸等特殊情况的时候，人们又希望用最快的速度打开汽车带给我们的安全防护，留给生命一个机会。经历过几次大的事故之后，这已经成为汽车生产者和汽车消费者的普遍共识。
1.2 常见汽车破窗装置的分类
（1）安全锤：也称救生锤，是一种安装在封闭舱室里的辅助逃生工具。它一般安装于于汽车等封闭舱室内容易取到的地方。当汽车等封闭舱室出现火灾或落入水中等紧急情况下，可以方便取出并砸碎玻璃窗门以顺利逃生。
图1-3 安全锤
（2）破窗器： 破窗器不同于安全锤，其通过机械蓄力、外力加速撞针来破窗，破窗器通常以强度较高的钢性金属为撞针材料，其携带相对比较方便，是汽车必不可少的逃生工具当汽车处于火灾、落水等紧急情况时，能够帮助车内人员破窗顺利逃生。安全锤主要是用圆锥形的尖端与玻璃接触，对触点进行强力的加压，迫使玻璃轻微开裂之后再对玻璃砸几下就能够把碎片清除，而破窗器则不需要用力的挥动手臂，可以在比较狭小的空间使用，有利于遇难人员从车内逃出。
图1-4 破窗器
（3）安全破窗器：这款破窗器可以很方面地固定在车窗上，而且设置有一个锁定装置、在锁定状态下，怎么碰这个破窗器都没问题。使用时，只需旋转盖子九十度后，拍打破窗器，玻璃就会破碎。不仅如此，这个仅有拳头大小的红色破窗器并不需要多大的力量去击打，在紧急情况下老人小孩都可使用。
图1-5 安全破窗器
1.3 传统安全锤的弊端
在车辆发生落水险情时，汽车会在2分钟内沉入水中，所以留给人们的逃生的时间只有2分钟由于车门内外的水位差，这时候推开车门逃生几乎不可能，于是打破车窗成为唯一的逃生出路，但是轿车内至今没有配备一种合适有效的破窗逃生工具，然而在有些轿车车内配备了安全锤等手持式的破窗工具，但车辆发生落水时，车内人员往往神经高度紧张，很难在第一时间选着合适破窗的工具，在合适的击打点击碎车窗逃生同时轿车的车内空间限制，加上在有水的的情况下，水的阻力的作用，破窗需较大的力气，所以同样也很难破窗逃生。同时，据广东省安全防护专家统计表明：火灾时，必须在30秒时间撤离现场，否则会被有害气体窒息而晕倒，丧失逃生机会。据火灾统计90%人的死亡原因，不是马上被火烧死，而是窒息导致晕倒，被火烧死。而传统安全锤，需要20多秒时间，因而直接导致使用人丧失逃生机会。
并且传统的紧急逃生方式还存在一些问题：
（1）安全锤经常丢失，在紧急情况之下，可能无法找到。
（2）用安全锤是否能够迅速打破玻璃且不使玻璃渣伤到乘客。
（3）会不会有玻璃渣残存在车窗上扎伤逃生的乘客。
（4）在车辆遇险且拥挤混乱时，是否能有空间挥锤砸门窗玻璃。
正是由于传统安全锤有如此多的缺点，智能破窗器的设计才显得尤为重要。
1.4 汽车智能破窗器的优势
本智能破窗器的设计能够可靠的实现在落水险情和火灾情况下,汽车智能破窗装置不用借助人力，以控制弹头发射形式在瞬间击碎车窗玻璃，实现了破窗自动化。避免了因乘员力气不够而不能实现破窗的弊端。该装置具有可靠性高、结构简单、推广性高的特点。同时，该智能破窗器安装在后车窗内部的平台上，避免了传统安全锤容易遗失的弊端。此外，电子控制单元执行智能破窗器的控制部分，避免了在遇险时乘员因惊慌失措不能自主破窗的弊端。该装置还增加了一个手动破窗启动开关,可以实现快速破窗或者在其他险情下,帮助车内人员安全逃生。
1.5 本文的研究方案
通过对传统破窗器的分析，本文认为在当前中国经济社会发展水平下，通过提高汽车的智能水平，在关键时候提前向驾驶员发出警告或者帮助驾驶员采取适当的操作，可以极大的帮助遇险人员脱险，减少重大交通事故的发生。
如果能够及时预警和破窗，绝大多数事故能够避免。智能破窗器正好能解决这个问题。根据目前状况和将来发展趋势，智能破窗器系统可以分成两各部分：被动破窗系统和主动破窗系统。被动破窗系统可以探测危险并向驾驶员发出危险预警，而主动破窗系统可以发现危险并在可能的前提下自动破窗。
1 绪论1
1.1汽车遇险破窗的重要性 1
1.2 常见汽车破窗装置的分类 2
1.3汽车智能破窗器的意义4
1.4破窗装置的发展 5
1.5本文的研究方案 5
2 破窗识别控制技术研究6
2.1 火灾报警装置 6
2.2 涉水报警装置8
2.3破窗控制模式9
3 玻璃击碎器的设计10
3.1壳体及弹道设计11
3.2安装盖设计17
3.3安装座设计18
3.4弹头组件设计18
3.5 回位弹簧设计20
结论 23
致谢 24
参考文献25
1 绪论
近年来，随着中国经济社会的发展，机动车保有量也在逐年增长，据中国统计局统计，截止到 2014 年底，我国机动车保有量达2.64 亿辆，其中汽车1.54亿辆。2012 年，中国汽车产销量双双突破 1900 万辆，超过美国，居世界首位。机动车驾驶人突破3亿人，其中汽车驾驶人超过 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
2.46亿人。汽车在中国社会中扮演着越来越重要的角色，它与每个人的生活息息相关，因此，汽车的安全问题也日益突出。
1.1 汽车遇险时破窗的重要性
人们汽车安全意识开始提升。几年前在夏季高温季节，各地经常会出现公交车自燃的事件，其中最大的一起是2009年7月，成都“6.5”公交车燃烧案，2009年6月5日，四川省成都市三环路川陕立交桥进城方向下桥处，一辆9路公交汽车突然发生燃烧，因为公交车内封闭较好，而且车内的乘客没有任何的汽车破窗逃生经验，最终导致车内乘客中27人死亡，74人受伤。这起惨案的发生引发了人们对于汽车逃生的思考和热议。在当时有很多汽车生产专家开始呼吁老百姓要学习汽车逃生知识，在遇到类似事件发生的时候不至于措手不及，从而付出生命的代价。另外各地公交车也强制要求配备安全锤，预防事故的再次发生。
图1-1成都“6.5”公交车燃烧案
时隔几年，汽车惨案再次发生。北京的一场暴雨，又唤醒了潜藏在人们心中的车内逃生意识。2012年7月份北京遭遇到了六十年一遇的强降雨袭击，一天内气象台连发5个暴雨预警，暴雨预警从蓝色升到橙色。在很短的时间内北京及周边地区就陷入一片汪洋之中，而暴雨之中水漫汽车的场景随处可见，在这样的紧急情况下，周围人已经自顾不暇，被困车内的人只能依靠自救逃生。因为很多私家车车主没有任何的车内逃生经验，导致在这场暴雨当中因为被困车内导致死亡的现象频发。
图1-2 2012年北京特大暴雨
汽车消费的不断增加，人们一方面对汽车安全性有了更高的要求，另一方面在遭遇天灾人祸等特殊情况的时候，人们又希望用最快的速度打开汽车带给我们的安全防护，留给生命一个机会。经历过几次大的事故之后，这已经成为汽车生产者和汽车消费者的普遍共识。
1.2 常见汽车破窗装置的分类
（1）安全锤：也称救生锤，是一种安装在封闭舱室里的辅助逃生工具。它一般安装于于汽车等封闭舱室内容易取到的地方。当汽车等封闭舱室出现火灾或落入水中等紧急情况下，可以方便取出并砸碎玻璃窗门以顺利逃生。
图1-3 安全锤
（2）破窗器： 破窗器不同于安全锤，其通过机械蓄力、外力加速撞针来破窗，破窗器通常以强度较高的钢性金属为撞针材料，其携带相对比较方便，是汽车必不可少的逃生工具当汽车处于火灾、落水等紧急情况时，能够帮助车内人员破窗顺利逃生。安全锤主要是用圆锥形的尖端与玻璃接触，对触点进行强力的加压，迫使玻璃轻微开裂之后再对玻璃砸几下就能够把碎片清除，而破窗器则不需要用力的挥动手臂，可以在比较狭小的空间使用，有利于遇难人员从车内逃出。
图1-4 破窗器
（3）安全破窗器：这款破窗器可以很方面地固定在车窗上，而且设置有一个锁定装置、在锁定状态下，怎么碰这个破窗器都没问题。使用时，只需旋转盖子九十度后，拍打破窗器，玻璃就会破碎。不仅如此，这个仅有拳头大小的红色破窗器并不需要多大的力量去击打，在紧急情况下老人小孩都可使用。
图1-5 安全破窗器
1.3 传统安全锤的弊端
在车辆发生落水险情时，汽车会在2分钟内沉入水中，所以留给人们的逃生的时间只有2分钟由于车门内外的水位差，这时候推开车门逃生几乎不可能，于是打破车窗成为唯一的逃生出路，但是轿车内至今没有配备一种合适有效的破窗逃生工具，然而在有些轿车车内配备了安全锤等手持式的破窗工具，但车辆发生落水时，车内人员往往神经高度紧张，很难在第一时间选着合适破窗的工具，在合适的击打点击碎车窗逃生同时轿车的车内空间限制，加上在有水的的情况下，水的阻力的作用，破窗需较大的力气，所以同样也很难破窗逃生。同时，据广东省安全防护专家统计表明：火灾时，必须在30秒时间撤离现场，否则会被有害气体窒息而晕倒，丧失逃生机会。据火灾统计90%人的死亡原因，不是马上被火烧死，而是窒息导致晕倒，被火烧死。而传统安全锤，需要20多秒时间，因而直接导致使用人丧失逃生机会。
并且传统的紧急逃生方式还存在一些问题：
（1）安全锤经常丢失，在紧急情况之下，可能无法找到。
（2）用安全锤是否能够迅速打破玻璃且不使玻璃渣伤到乘客。
（3）会不会有玻璃渣残存在车窗上扎伤逃生的乘客。
（4）在车辆遇险且拥挤混乱时，是否能有空间挥锤砸门窗玻璃。
正是由于传统安全锤有如此多的缺点，智能破窗器的设计才显得尤为重要。
1.4 汽车智能破窗器的优势
本智能破窗器的设计能够可靠的实现在落水险情和火灾情况下,汽车智能破窗装置不用借助人力，以控制弹头发射形式在瞬间击碎车窗玻璃，实现了破窗自动化。避免了因乘员力气不够而不能实现破窗的弊端。该装置具有可靠性高、结构简单、推广性高的特点。同时，该智能破窗器安装在后车窗内部的平台上，避免了传统安全锤容易遗失的弊端。此外，电子控制单元执行智能破窗器的控制部分，避免了在遇险时乘员因惊慌失措不能自主破窗的弊端。该装置还增加了一个手动破窗启动开关,可以实现快速破窗或者在其他险情下,帮助车内人员安全逃生。
1.5 本文的研究方案
通过对传统破窗器的分析，本文认为在当前中国经济社会发展水平下，通过提高汽车的智能水平，在关键时候提前向驾驶员发出警告或者帮助驾驶员采取适当的操作，可以极大的帮助遇险人员脱险，减少重大交通事故的发生。
如果能够及时预警和破窗，绝大多数事故能够避免。智能破窗器正好能解决这个问题。根据目前状况和将来发展趋势，智能破窗器系统可以分成两各部分：被动破窗系统和主动破窗系统。被动破窗系统可以探测危险并向驾驶员发出危险预警，而主动破窗系统可以发现危险并在可能的前提下自动破窗。
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