汽車安全帶提醒系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

賀博遠(yuǎn)

日常生活中，如果駕駛員駕駛汽車時(shí)沒系安全帶，汽車就會不斷報(bào)警提醒。有的人覺得很煩，又不愿系安全帶，索性將安全帶鎖舌從背后經(jīng)過插入鎖扣內(nèi)，“騙過”汽車讓其停止報(bào)警。

能否改進(jìn)現(xiàn)有的汽車安全帶提醒系統(tǒng)，識別騙局，保證乘車人的安全？

一、汽車安全帶提醒系統(tǒng)工作原理

汽車安全帶是一種保護(hù)乘車人的被動(dòng)安全裝置。一旦汽車發(fā)生碰撞，安全帶將乘車人束縛在座椅上，限制乘車人向前沖或阻止乘車人被拋離座椅，避免二次碰撞，減輕傷害程度，保護(hù)乘車人。

實(shí)現(xiàn)上述功能的安全帶被稱為緊急鎖止式安全帶，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由織帶、帶扣鎖、緊急鎖止式卷收器和固定件構(gòu)成。緊急鎖止式卷收器既有收卷、存儲部分或全部織帶的功能，又有緊急鎖止織帶的功能。它由卷帶筒和緊急鎖止裝置構(gòu)成，如圖2所示。

汽車緊急制動(dòng)或發(fā)生碰撞時(shí)，緊急鎖止裝置中的加速度敏感器感應(yīng)到汽車加速度或織帶拉出加速度超過規(guī)定值，緊急鎖止裝置立即鎖止織帶，將乘車人束縛在座椅上。

感應(yīng)織帶拉出加速度的裝置稱為織帶敏感裝置，通過裝在纏繞織帶的卷帶筒上的慣性盤來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)汽車緊急制動(dòng)或碰撞時(shí)，乘車人突然向前沖，引起織帶被拉出的速度突然變化，隨之卷帶筒、慣性盤產(chǎn)生角加速度，在慣性力的作用下，卷帶筒與慣性盤之間產(chǎn)生角位移，這個(gè)角位移使汽車安全帶進(jìn)入鎖止?fàn)顟B(tài)。

目前汽車安全帶主要分為普通安全帶、限力式安全帶、預(yù)張緊限力式安全帶、預(yù)卷式預(yù)張緊限力式安全帶。

限力式安全帶是在普通安全帶卷束器中心安裝一根限力軸。預(yù)張緊限力式安全帶在限力式安全帶上增加了預(yù)緊器。預(yù)卷式預(yù)緊限力式安全帶則在預(yù)張緊限力式安全帶上增加了預(yù)卷電機(jī)系統(tǒng)。但這些都未涉及前面提出的安全帶鎖舌欺騙式插入鎖扣的問題。

汽車安全帶提醒系統(tǒng)如何工作？首先，有一個(gè)探測系統(tǒng)PPD，一般安裝在前排副駕駛側(cè)坐墊泡沫中，如圖3所示，PPD通過識別壓力來工作。當(dāng)座椅無人乘坐時(shí)，不對傳感器產(chǎn)生太大的壓力；當(dāng)座椅上的重量大于12千克時(shí)（歐洲NCAP的要求為大于48千克），PPD認(rèn)為有人乘坐。

安全帶提醒系統(tǒng)SBR在PPD判斷有人乘坐時(shí)，若發(fā)現(xiàn)沒有系安全帶，即安全帶鎖舌未插入鎖扣時(shí)，就給安全氣囊一個(gè)信號，然后給組合儀表和輔助儀表信號，發(fā)出報(bào)警聲及報(bào)警燈閃爍，提醒乘車人系安全帶。當(dāng)安全帶插入鎖扣后，停止報(bào)警。

一些人利用現(xiàn)有安全帶提醒系統(tǒng)的不足，把安全帶鎖舌從身后繞過插入安全帶鎖扣內(nèi)，但這樣無法保證乘車人的安全。如何杜絕這種現(xiàn)象呢？

二、改進(jìn)措施

安全帶不經(jīng)過乘車人胸前時(shí)，織帶在卷帶筒中會剩余很多，織帶纏繞的半徑大?；谝陨戏治?，我提出如下設(shè)計(jì)方案：在卷帶筒兩側(cè)圓盤的合適位置分別安裝一個(gè)發(fā)光二極管和光接收器，如圖4（a）所示。

當(dāng)安全帶未經(jīng)過乘車人胸前時(shí)，織帶在中心軸上纏繞的半徑大，阻擋發(fā)光二極管的光到達(dá)光接收器，光接收器無信號；當(dāng)安全帶經(jīng)過乘車人胸前時(shí)，織帶在卷帶筒中剩余少，織帶在中心軸上纏繞的半徑小，發(fā)光二極管的光到達(dá)光接收器，光接收器輸出信號。

根據(jù)光接收器有無信號，就可以判斷安全帶是否正常系好。發(fā)光二極管和光接收器的安裝位置需根據(jù)安全帶正常使用時(shí)的具體情況來定。

在正確系好安全帶的過程中，安全帶拉出較多，卷帶軸轉(zhuǎn)的圈數(shù)多，可根據(jù)卷帶軸轉(zhuǎn)的圈數(shù)多少判斷安全帶是否系好。因此，我提出第二種判斷安全帶是否系好的方法——卷帶軸轉(zhuǎn)圈計(jì)數(shù)法。如何記錄卷帶軸轉(zhuǎn)的圈數(shù)呢？

我首先想到跳繩計(jì)圈法。跳繩每跳一下就記一圈，但它是通過齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方法計(jì)圈數(shù)，而我們需要卷帶軸轉(zhuǎn)圈數(shù)的電子信息，才能與汽車的安全帶提醒系統(tǒng)結(jié)合。因此，我又想到流水線紅外計(jì)件器的方法。

與前面的方法類似，在卷帶筒一側(cè)圓盤（圓盤與軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)）外緣附近安裝一個(gè)發(fā)光二極管，在卷收器外殼的內(nèi)側(cè)對應(yīng)位置處安裝一個(gè)光接收器，如圖4（b）所示。

在系安全帶過程中，卷帶軸每轉(zhuǎn)一圈，接收器感應(yīng)到一次亮光，記數(shù)一次，從而達(dá)到記圈目的。以乘車人系好安全帶時(shí)卷帶軸轉(zhuǎn)的圈數(shù)為閾值，如果圈數(shù)少于閾值則為認(rèn)為安全帶沒有系好，從而報(bào)警提醒。

如果是小孩乘坐，根據(jù)第一種方法，織帶在卷帶筒中剩余多，光接收器無信號；按第二種方法，卷帶軸轉(zhuǎn)的圈數(shù)也少于閾值，安全帶提醒系統(tǒng)同樣報(bào)警，可防止小孩乘坐在前排副駕駛員位置。