一种提高车辆涉水深度的装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种提高车辆涉水深度的装置及其控制方法。
技术背景
2.军用越野汽车和一些特殊用途车辆在实际使用过程中会通过一些深度未知的水沟、沼泽和河道，有时积水会淹没发动机进气口甚至整个车身，此时，进气口会因为吸入积水，导致车辆熄火甚至发动机损坏，发动机的进气口成为限制车辆涉水深度的主要因素。目前大多数车辆通过调整进气口安装高度来提高涉水深度，但车辆整体结构的美观和协调使进气口的安装高度只能在一定范围内调整，且当积水淹没车身时，通过调整进气口的安装高度已不能满足车辆涉水行驶。


技术实现要素：

3.本发明的发明目的在于解决上述现有技术的不足，从而提供一种提高车辆涉水深度的装置，该装置能在不改变车辆进气口位置的情况下大幅度提高车辆涉水行驶深度，使车辆具有短时间水下行驶的能力。
4.本发明的另一目的在于提供一种用于控制上述提高车辆涉水深度的装置的方法。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种提高车辆涉水深度的装置，包括发动机进气管、水位检测模块、供气管路、执行机构及控制系统；所述发动机进气管的第一端与车辆的发动机进气口连通，第二端设有两个以上的端口，其中的端口一处装有水位检测模块，其它的端口处均经一供气管路与车辆的制动系统和充放气系统的储气罐连通；所述水位检测模块包括金属网，金属网上端通过管箍固定在发动机进气管的端口一处；金属网与车上的供电模块正极连接，供电模块的负极与车身连接，当积水接触金属网时形成回路，并产生电压信号；所述执行机构包括设于各供气管路上、用于控制供气管路通断的电动阀门，及设于水位检测模块下方、用于开闭发动机进气管的端口一的封堵机构；封堵机构包括电动推杆及装在电动推杆上的进气口堵头，进气口堵头的外表面为上小下大的圆锥面结构，进气口堵头小端部外径为发动机进气管内径的0.8倍，大端部外径为发动机进气管内径的1.1倍；控制系统包括装于供气管路上的压力传感器、控制器，控制器输入端与压力传感器连接，用于接收压力传感器的信号进而控制电动阀门的开度；控制器另一输入端与水位检测模块连接，用于接收水位检测模块的电压信号进而控制封堵机构动作。
6.控制系统的控制器为单片机。
7.控制系统还包括两个a/d转换器，压力传感器的信号线经放大器放大后与其中一个a/d转换器的输入端口vin 连接，该a/d转换器的8路数字输出端口（db0~db7）与单片机的
8路输入端口（p10~p17）一一对应连通；金属网经电路线与另一个a/d转换器的输入端口vin 连接，该a/d转换器的8路数字输出端口（db0~db7）与单片机的8路输入端口（p20~p27）一一对应连通；单片机的四路输出端口（p00~p03）与电动阀门连接，单片机的两路输出端口（p04~p05）分别连接至一个电磁继电器的线圈端，两个电磁继电器的常开触点串联在电动推杆的电源回路上。
8.金属网与供电模块正极之间串接有一阻值为1kω的电阻。
9.所述金属网与管箍焊接，金属网直径是堵头外径的1.1倍，金属网下端部与发动机进气管的端口一之间的距离不小于10cm，金属网采用直径2mm的金属丝组成的网孔直径为6mm
±
1mm的管状结构。
10.所述进气口堵头的外表面采用橡胶材质；金属网为铜材质。
11.储气罐出气口与供气管路之间装有一手控阀门，手控阀门一端与车辆上的储气罐出气口螺纹连接，另一端通过气管接头与供气管路连接；压力传感器通过螺纹连接方式安装在压力传感器安装管上，压力传感器安装管一端通过螺纹与电动阀门串接后整体串接在供气管路上，电动阀门另一端口与供气管路通过气管接头连接。
12.水位检测模块和电动推杆的供电模块为车上配备的2块12v电瓶；控制系统采用5v蓄电池提供电源。
13.一种用于控制上述提高车辆涉水深度的装置的方法，包括以下三种工作模式：涉水行驶模式：控制系统根据水位检测模块监测车辆的涉水深度，当水位高度与金属网接触时，控制系统接收到水位检测模块发出的信号，控制器发输出控制信号，控制电动推杆推出，使进气口堵头堵住发动机进气管的正常进气端口，同时控制电动阀门打开，储气罐为车辆的发动机提供气源；气源压力不足模式：控制系统根据压力传感器实时监测储气罐的供气压力，当储气罐的供气压力小于设定值0.45mpa时，控制器控制电动阀门关闭；正常行驶模式：控制系统根据水位检测模块监测车辆的涉水深度，当车辆未涉水或涉水深度低于发动机进气口时，控制器控制电动阀门常闭，控制电动推杆缩回，使发动机进气口常开，同时压缩机开启为储气罐充气。
14.气源压力不足模式的控制优先级大于涉水行驶模式。
15.相对于现有技术，本发明具有以下优势：本发明可大幅提高车辆涉水深度，军用越野车涉水深度的设计值一般为0.75m，通过改变进气口位置的传统方式可将涉水深度提高至1.2m左右，本专利可使车辆涉水深度不受进气口位置的影响，将涉水深度提高至2m以上，在不增加制动系统的储气管容量的前提下，可实现车辆15s左右水下行驶；另外，该装置的结构和控制系统与车辆是独立的，当不进行涉水行驶时可关闭控制系统，当装置出现故障时，不影响车辆正常运行，提高了装置的安全性。另外，涉水行驶时，水面会形成波浪，导致车辆不同位置的水深有差异，传统水位监测装置安装在车辆底盘或前格栅处，导致所监测的水位与进气口处水位有差异，本专利的水位监测装置可实时监测进气口位置的水位，可防止因为水面波浪引起的进水，提高了涉水的安全性。另外，该装置将堵头外表面设计为橡胶材质，并通过密封胶等方式确保了气密性，进一步提高了涉水的安全性。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明控制系统电路原理图；图中：1-储气罐；2-手控阀门；3-气管接头；4-供气管路；5-压力传感器安装管；6-压力传感器；7-电动阀门；8-发动机进气管；9-水位检测模块；10-进气口堵头；11-电动推杆；12-放大器；13-a/d转换器；14-控制器；15-电磁继电器。
具体实施方式
17.图1中，本发明包括：水位检测模块9、供气管路4、执行机构、控制系统；发动机进气管8的第一端与车辆的发动机进气口连通，第二端设有两个以上的端口，其中的端口一处装有水位检测模块9，其它的端口处均经一供气管路4与车辆的制动系统和充放气系统的储气罐1连通；水位检测模块9由管箍和金属网组成，金属网为铜材质，具有不易腐蚀、导电性好的特性，金属网与管箍焊接，并通过管箍固定在发动机进气管端口处，为防止金属网与电动推杆堵头干涉，金属网直径是堵头外径的1.1倍，为提高触发控制系统的涉水高度，并保证执行机构运作前进气管端口不进水，金属网下方超出发动机进气管端口10cm，金属网采用直径2mm的金属丝组成的网孔直径为6mm
±
1mm的管状结构，可保证结构强度的同时增加与水的接触面接，进而提高检测精度；进一步地，金属网与车上供电模块正极连接，供电模块负极与车身连接，当积水接触金属网时形成回路，并产生电压信号，由a/d转换器变成数字信号后，被控制器14（stc89c52芯片）读取；供气管路4一端与发动机进气管8的端口一连通，另一端经过气管接头3与手控阀门2一端连通，手控阀门2另一端与车辆上的储气罐1出气口螺纹连接；手控阀门可在车辆不进行涉水行驶时，关闭该装置，防止储气罐漏气，压力传感器通过检测储气罐的气压，控制电动阀门的开度，进而控制供气速率，电动阀门由4相进步电机控制，进气口堵头为圆锥形，外表面为橡胶材质，可保证气密性；执行机构包括电动阀门7、封堵机构；电动阀门7设于各供气管路4上、用于控制供气管路4通断；封堵机构设于水位检测模块9下方、用于开闭发动机进气管8的端口一；封堵机构包括电动推杆11及装在电动推杆上的进气口堵头10，进气口堵头10的外表面为上小下大的圆锥面结构，进气口堵头10小端部外径为发动机进气管内径的0.8倍，大端部外径为发动机进气管8内径的1.1倍；控制系统包括装于供气管路4上的压力传感器6、控制器14，控制器输入端与压力传感器6连接，用于接收压力传感器6的信号进而控制电动阀门7的开度；控制器另一输入端与水位检测模块9连接，用于接收水位检测模块9的电压信号进而控制封堵机构动作；压力传感器6通过螺纹连接方式安装在压力传感器安装管5上，压力传感器安装管5一端通过螺纹与电动阀门7串接后整体串接在供气管路4上，电动阀门7另一端口与供气管路4通过气管接头连接。
18.图2中，控制器14为单片机，控制系统还包括两个a/d转换器，压力传感器6的信号线经放大器12放大后与其中一个a/d转换器的输入端口vin 连接，该a/d转换器的8路数字输出端口（db0~db7）与单片机的8路输入端口（p10~p17）一一对应连通；金属网经电路线与
另一个a/d转换器的输入端口vin 连接，该a/d转换器的8路数字输出端口（db0~db7）与单片机的8路输入端口（p20~p27）一一对应连通；单片机的四路输出端口（p00~p03）与电动阀门7连接，单片机的两路输出端口（p04~p05）分别连接至一个电磁继电器15的线圈端，两个电磁继电器15的常开触点串联在电动推杆11的电源回路上。
19.为保护控制系统，金属网与供电模块正极之间串接有一阻值为1kω的电阻。
20.水位检测模块9和电动推杆11由车上配备的2块12v电瓶提供电源；控制系统采用5v蓄电池提供电源。
21.控制逻辑如下：单片机（stc89c52芯片）读取水位检测模块9传输的水位信号后，通过电磁继电器15控制电动推杆11所在电路的开闭，从而控制电动推杆11的运动，电动推杆11带动进气口堵头10将进气口密封。压力传感器6实时检测储气罐1的气压，产生的电压信号经放大器12和a/d转换器13处理后形成的数字信号被单片机读取，单片机依据2个a/d转换器传输的信号控制电动阀门7的开度，从而控制储气罐1向发动机供气的速率，当水深再次低于金属网时，单片机根据相同逻辑，控制电动推杆反向运动打开进气口，并同时控制电动阀门闭合。
22.当车辆涉水行驶，水深到达进气口位置时，水深检测模块形成回路，stc89c52芯片读取到相应的电信号；此时，单片机控制系统发出电信号通过继电器闭合控制电动推杆所在电路形成回路，电动推杆启动并会关闭发动机进气口；于此同时，单片机控制系统控制电动阀门打开，短时间内为发动机提供气源，保证发动机能继续运转，车辆完成涉水行驶。
23.当水深再次低于进气口时，单片机控制系统通过相同原理控制电动推杆打开发动机进气口，同时关闭电动阀门，发动机恢复正常供气，同时为储气罐充气。
24.由于储气罐储存气体有限，根据某型军用越野汽车配置的储气罐容量和压强以及涉水工况的耗气速率计算，可满足车辆约15s极限涉水行驶，后续可通过增加储气罐容量和压强来延长水下行驶时间。
25.一种用于控制上述提高车辆涉水深度的装置的方法，包括以下三种工作模式：涉水行驶模式：控制系统根据水位检测模块9监测车辆的涉水深度，当水位高度与金属网接触时，控制系统接收到水位检测模块9发出的信号，控制器14发输出控制信号，控制电动推杆11推出，使进气口堵头10堵住发动机进气管8的正常进气端口，同时控制电动阀门7打开，储气罐1为车辆的发动机提供气源；气源压力不足模式：控制系统根据压力传感器6实时监测储气罐1的供气压力，当储气罐1的供气压力小于设定值0.45mpa时，控制器14控制电动阀门7关闭；气源压力不足模式的控制优先级大于涉水行驶模式，由于储气罐1储存气体有限，控制器14先对储气罐1的供气压力进行监控，在保证车辆制动用气的前提下进行涉水行驶模式的运行，可防止车辆在涉水情况下丧失基本的制动功能；正常行驶模式：控制系统根据水位检测模块9监测车辆的涉水深度，当车辆未涉水或涉水深度低于发动机进气口时，控制器14控制电动阀门7常闭，控制电动推杆11缩回，使发动机进气口常开，同时压缩机开启为储气罐1充气。
26.由于车辆高度、整体结构以及美观等因素的限制，进气口高度只能在一定范围内调整，现有技术提高涉水的深度有限。当水位淹没整个车身时，通过上述专利的技术方案已不能满足车辆涉水行驶，而本专利的技术方案能使车辆短时间具有水下行驶的能力。
27.现有技术通过发动机ecu进行控制，本专利通过独立的单片机控制系统进行控制，当不进行涉水行驶时，装置的可靠性会影响发动机系统的工作，本专利的控制系统是独立的，当不进行涉水行驶时可关闭控制系统，当装置出现故障时不影响车辆正常运行。
28.本专利的水位监测装置通过在发动机进气口安装的金属网结构监测进气口处的水位，涉水行驶时，水面会形成波浪，导致车辆不同位置的水深有差异，本专利的水位监测装置可实时监测进气口位置的水位，可防止因为水面波浪引起的进水。