汽車(chē)安全帶提醒裝置發(fā)展與新設(shè)想

孫峰輝 張根萊 劉成源 萬(wàn)霖

摘 ?要：作為汽車(chē)被動(dòng)安全的主要設(shè)備之一，汽車(chē)安全帶能在車(chē)輛事故中有效降低駕乘人員的受傷程度。汽車(chē)安全帶提醒裝置是安全帶的配套系統(tǒng)，能夠?qū)λ境巳藛T的安全帶佩戴情況進(jìn)行檢測(cè)與反饋，督促乘客正確及時(shí)佩戴安全帶。結(jié)合國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究成果，以安全帶提醒裝置的現(xiàn)狀為背景，探討并總結(jié)了當(dāng)前提醒裝置的研究方向，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)理論，提出了新型提醒裝置的設(shè)想。

關(guān)鍵詞：安全帶;安全帶提醒裝置;汽車(chē)安全;人機(jī)工程

中圖分類(lèi)號(hào)：U46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著汽車(chē)保有量的增加，因?yàn)槠?chē)駕駛不當(dāng)、未正確佩戴安全帶所引起的交通事故也隨之增加。作為汽車(chē)被動(dòng)安全最為主要的設(shè)備之一，汽車(chē)安全帶能在車(chē)輛事故中有效降低駕乘人員被傷害的程度。安全帶自發(fā)明以來(lái)，以其簡(jiǎn)單、實(shí)用的安全性能挽救了許多的生命，駕駛或乘坐車(chē)輛時(shí)系好安全帶已經(jīng)成為保證人民生命安全的強(qiáng)制措施。但是現(xiàn)今許多駕駛?cè)藛T和乘客依然沒(méi)有佩戴安全帶的習(xí)慣。2005年9月，根據(jù)調(diào)查顯示，我國(guó)國(guó)內(nèi)乘用車(chē)駕駛員安全帶佩戴率僅達(dá)到68%，與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比均有較大的差距。有個(gè)別駕駛員甚至在網(wǎng)絡(luò)上購(gòu)買(mǎi)獨(dú)立的安全帶卡扣，從而避免安全帶報(bào)警器發(fā)出響聲，拒絕使用安全帶。此類(lèi)現(xiàn)象大大提高了駕駛?cè)藛T和乘客的乘車(chē)風(fēng)險(xiǎn)。在交通事故發(fā)生時(shí)增添了不必要的傷害。

安全帶提醒裝置是對(duì)司機(jī)與乘客的安全帶佩戴情況進(jìn)行檢測(cè)與反饋，以起到對(duì)司乘人員的提示作用的一系列機(jī)械與電子元件的統(tǒng)稱(chēng)。為了全面了解目前國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)汽車(chē)安全帶提醒裝置的研究，筆者通過(guò)CNKI中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)，以“安全帶提醒裝置”、“汽車(chē)安全帶”為主題進(jìn)行檢索。收集了8篇相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行綜述，并提出了自己的設(shè)想。

1 安全帶提醒裝置的現(xiàn)狀

根據(jù)《GB/T 24551—2009 汽車(chē)安全帶提醒裝置》指導(dǎo)，目前國(guó)內(nèi)常用的安全帶提醒裝置是一種電控兩級(jí)信號(hào)提醒系統(tǒng)。

隨著點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的啟動(dòng)，安全帶提醒裝置開(kāi)啟，利用傳感器不斷檢測(cè)車(chē)速信號(hào)與安全帶信號(hào)。當(dāng)成員沒(méi)有佩戴安全帶時(shí)，首先啟動(dòng)第一級(jí)提醒信號(hào)（視覺(jué)信號(hào)），通過(guò)未系安全帶標(biāo)志提醒乘員。當(dāng)車(chē)輛行駛一段距離，或者達(dá)到一定車(chē)速，或者超出一段時(shí)間后，安全帶提醒裝置發(fā)出第二級(jí)提醒信號(hào)（視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)信號(hào)），在顯示標(biāo)志的同時(shí)觸發(fā)聲音提示。如果在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間之后安全帶依然沒(méi)有系上，提醒信號(hào)將自動(dòng)關(guān)閉，完成提示工作。

我國(guó)的研究人員以豐田花冠轎車(chē)為例，對(duì)現(xiàn)在廣泛采用的電子式安全帶提醒裝置進(jìn)行了效果分析，根據(jù)他們的結(jié)果，在133個(gè)樣本中，有72人上車(chē)未系安全帶，有1人受到警示燈提醒后系上安全帶，有28人受到蜂鳴器提醒后系上安全帶，對(duì)于目標(biāo)人群的安全帶佩戴提高率為40.28%，由此可知，電子式安全帶提醒裝置對(duì)于提高安全帶佩戴率有一定作用，但還有很大的提升空間。

2 關(guān)于安全帶提醒裝置的幾種研究方向

2.1 在現(xiàn)有架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提升安全帶提醒裝置的準(zhǔn)確性、快速性和穩(wěn)定性

鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院的王洪有、邵明省和侯鐵兵等人分別基于控制器CB220和CB280設(shè)計(jì)出新的汽車(chē)安全帶自動(dòng)提醒系統(tǒng)。因?yàn)椴捎昧撕线m的PLC模塊，整個(gè)系統(tǒng)具有可靠性高、體積小、便于維護(hù)調(diào)試和掉電保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。可以預(yù)見(jiàn)，隨著控制模塊的更新?lián)Q代，未來(lái)的安全帶提醒系統(tǒng)會(huì)更加可靠。

2.2 優(yōu)化安全帶提醒裝置的傳感器設(shè)置，“擦亮眼睛”

海馬轎車(chē)有限公司的張帥等人對(duì)安全帶提醒裝置進(jìn)行了有效性區(qū)域研究，他們的研究主要針對(duì)壓力傳感器形式的安全帶提醒裝置，在無(wú)論乘坐人的坐姿如何，必須保證安全帶提醒裝置都能有效進(jìn)行提醒，同時(shí)也要避免傳感器誤觸的情況發(fā)生。他們對(duì)12種不同的坐姿進(jìn)行了壓力測(cè)試，根據(jù)不同坐姿的壓強(qiáng)分布結(jié)果，確定了壓力傳感器的布置位置與方向，從而確定安全帶提醒裝置的設(shè)計(jì)。

武漢交通職業(yè)學(xué)院的王貴槐等人針對(duì)駕駛員和乘客“欺騙”安全帶提醒裝置，使用獨(dú)立插扣或者將安全帶插扣從背后經(jīng)過(guò)插入安全帶鎖扣的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)出一種新的汽車(chē)安全帶使用狀態(tài)識(shí)別傳感器。通過(guò)對(duì)從卷收器中拉出織帶的長(zhǎng)度的測(cè)量，判斷乘員是否正確佩戴了安全帶。相比于僅靠鎖扣判斷乘員是否佩戴了安全帶，大大提高了提醒裝置的可靠性。

2.3 針對(duì)多乘員車(chē)輛特別是運(yùn)營(yíng)車(chē)輛，利用物聯(lián)網(wǎng)思想集中監(jiān)控

陽(yáng)泉市交通集團(tuán)萬(wàn)通汽車(chē)檢測(cè)有限公司的張璐所設(shè)計(jì)的安全帶智能檢測(cè)系統(tǒng)拓展了安全帶提醒裝置的功能。以往的安全帶提醒裝置都是針對(duì)“個(gè)人”，特別是駕駛員和副駕駛的提醒，對(duì)于整個(gè)車(chē)輛中人員的佩戴情況往往得不到必要的了解，而這一點(diǎn)對(duì)于運(yùn)營(yíng)車(chē)輛來(lái)說(shuō)卻是必要的。該系統(tǒng)采用3層結(jié)構(gòu)，可以監(jiān)控每個(gè)安全帶的狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)顯示功能。加強(qiáng)了運(yùn)營(yíng)車(chē)輛安全帶佩戴管理，方便監(jiān)控安全帶的使用情況，避免因未佩戴安全帶或者安全帶失效帶來(lái)生命財(cái)產(chǎn)損失。

3 安全帶提醒裝置的新設(shè)想

筆者認(rèn)為，安全帶提醒裝置屬于直接作用于人的一類(lèi)裝置，人機(jī)關(guān)系特別突出，因此，利用人機(jī)工程學(xué)原理的指導(dǎo)，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化是可行且必要的。

觸覺(jué)信號(hào)相對(duì)于聽(tīng)覺(jué)信號(hào)更能引起乘車(chē)人的強(qiáng)制注意，在乘車(chē)人行駛過(guò)程中，背部始終與座椅接觸，如果在座椅背部設(shè)置一種觸覺(jué)信號(hào)，即可達(dá)到人一上車(chē)就受到提示的效果，且不需要他人的監(jiān)督與額外的提醒。合理的設(shè)計(jì)可以在乘員正確佩戴安全帶或下車(chē)后自動(dòng)解除該信號(hào)。

筆者設(shè)想，當(dāng)乘坐人未系安全帶時(shí)，可以在座椅的靠背（坐墊）部分通過(guò)凸起塊狀物引起乘坐人的不適，從而達(dá)到提醒作用并促使乘員檢查并系好安全帶;當(dāng)乘員系好安全帶時(shí)，凸起塊狀物收回，不適感消失。通過(guò)這種裝置，形成了一個(gè)坐下——不適——檢查并佩戴安全帶——不適感消失的過(guò)程，不需要外人監(jiān)督，也避免了部分乘客的遺忘，概念圖如圖1所示。

依據(jù)此思路，筆者初步設(shè)計(jì)了一種新型提醒裝置：使用齒輪與安全帶卷收器連接，利用拉繩與滑輪傳遞到凸柱處，通過(guò)安全帶的抽出與安全帶鎖扣按鈕的配合達(dá)到控制凸柱在伸出與收回狀態(tài)之間的相互切換。在正常情況下，在未系安全帶時(shí)，彈簧會(huì)將凸柱頂出，此時(shí)凸柱處于提醒狀態(tài)，隨著安全帶被拉出，凸柱會(huì)隨著安全帶的拉長(zhǎng)而縮回，在乘坐人系好安全帶后凸柱最終變?yōu)槭栈貭顟B(tài);在特殊或緊急情況下，乘坐人沒(méi)有足夠的時(shí)間佩戴安全帶，凸柱一直處于伸出狀態(tài)，這雖然會(huì)引起乘坐人的不適，但并不至于影響緊急情況下的駕駛安全性。

具體結(jié)構(gòu)分解如圖2所示，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：擬利用安全帶卷收器軸的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能作為動(dòng)力來(lái)源，在卷收器軸上采用齒輪傳動(dòng)，利用安全帶拉出時(shí)卷收器軸所產(chǎn)生的圓周運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)小齒輪運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)大齒輪（大齒輪軸上有一繞繩的套筒）的運(yùn)動(dòng)，提供凸柱回縮的動(dòng)力。凸柱外伸部分為一柱體，另一端為一圓盤(pán)，圓盤(pán)上安有彈簧與阻尼裝置，彈簧與阻尼的另一端固連在座位上。彈簧為凸柱提供拉力，使凸柱在安全帶未被拉出時(shí)始終保持在伸出狀態(tài);阻尼可以使凸柱在回縮行程的速度大于外伸行程的速度，方便在系安全帶時(shí)快速消除不適感，在解安全帶時(shí)減緩不適感的產(chǎn)生。凸柱外壁開(kāi)有固定槽，相應(yīng)地，固定平板的內(nèi)壁設(shè)有活動(dòng)卡塊，活動(dòng)卡塊由彈簧提供一定的壓力，在凸柱回縮合適行程后，在彈簧的作用下，活動(dòng)卡塊卡住凸柱，使凸柱可以長(zhǎng)時(shí)間保持固定的同時(shí)整個(gè)安全帶提醒系統(tǒng)的其他部位不再長(zhǎng)時(shí)間受力。當(dāng)乘客按下安全帶PRESS按鈕解除安全帶的同時(shí)，利用PRESS按鈕下壓動(dòng)作，將這一位移傳遞至活動(dòng)卡塊，收回卡塊，解除凸柱的限位，此時(shí)凸柱在彈簧作用下可以自發(fā)彈回，保持伸出狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然有關(guān)汽車(chē)安全帶設(shè)計(jì)與研究在世界范圍內(nèi)趨于穩(wěn)定，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)學(xué)者研究的整理，結(jié)合自身展望，筆者認(rèn)為汽車(chē)安全帶提醒裝置依然具有優(yōu)化與改進(jìn)的空間。無(wú)論是硬件的更新、傳感器的優(yōu)化、裝置的集成還是人機(jī)工程學(xué)的創(chuàng)新，在未來(lái)，更加符合人體的提醒裝置將繼續(xù)出現(xiàn)。

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