汽車安全帶使用狀態(tài)識別及限速裝置運用?

王貴槐白 偉

(1．武漢交通職業(yè)學院,湖北 武漢 430065;2．浙江吉利羅佑發(fā)動機責任有限公司,浙江 寧波 315336)

汽車安全帶使用狀態(tài)識別及限速裝置運用?

王貴槐1白 偉2

(1．武漢交通職業(yè)學院,湖北 武漢 430065;2．浙江吉利羅佑發(fā)動機責任有限公司,浙江 寧波 315336)

為解決汽車乘員的安全性和舒適性的問題,在已有的汽車未佩戴安全帶提示系統(tǒng)的基礎上,增設限速裝置。限速裝置以安全帶拉出量和安全帶卡扣開關動作為安全帶使用狀態(tài)識別信號;基于STC89C52單片機,以安全帶使用狀態(tài)識別信號控制車速,從而提高行車安全性。

汽車安全帶;狀態(tài)識別;車速控制;被動安全

汽車安全帶在汽車發(fā)生交通事故或遇到意外情況緊急制動時將駕駛員或乘坐人員束縛在座椅上,以免乘員與方向盤及儀表板等發(fā)生碰撞或沖出車外,防止或減輕乘員受二次碰撞所造成的傷害。但是一些駕駛員、乘坐人員不愿在行車時佩戴安全帶,盡管現(xiàn)代轎車配置了安全帶佩戴提醒裝置,在汽車安全帶的使用中還是存在“欺騙汽車”的現(xiàn)象,如將安全帶插扣從背后經(jīng)過插入安全帶鎖扣,來消除汽車的報警提示。針對這樣現(xiàn)象,筆者研究的基于汽車安全帶使用狀態(tài)識別的限速裝置,能夠在前排駕駛人或乘坐人員未佩戴安全帶的情況下,將車速限定在安全車速范圍內(nèi)穩(wěn)定行駛。同時該裝置不影響汽車正常駕駛,且與故障自診斷系統(tǒng)不沖突。

1 汽車安全帶使用狀態(tài)識別傳感器

正確地佩戴安全帶需要將安全帶的織帶從卷收器中拉出足夠的長度,如果乘員不系安全帶或將安全帶插扣從背后經(jīng)過插入安全帶鎖扣,從卷收器中拉出的織帶長度都比正常佩戴的短。因此,可以從卷收器中拉出織帶的長度來判斷乘員是否佩戴了安全帶。

1．1 織帶拉出量傳感器的工作原理

織帶拉出量傳感器的作用是將織帶的拉出長度轉換為變化的電信號。織帶拉出量傳感器的工作原理如圖1所示,當從卷收器中拉出織帶時,不同厚度的織帶在傳感器的殼體1與滾筒6之間運動,織帶較薄部分從殼體1與滾筒6之間滑出;織帶較厚區(qū)部分(需特意加厚)除外,使?jié)L筒6繞自身軸心轉動,還會向上移動,從而帶動滾筒頂塊5向上移動將相接觸的金屬彈性膜片3分開,輸出變化的電信號?？刂破魍ㄟ^識別變化的電信號來判斷安全帶織帶的拉出量。

1．2 織帶拉出量傳感器的適配織帶

為了使織帶拉出量傳感器能夠識別織帶的拉出量,安全帶需要采用相應的局部加厚的織帶。

1．2．1 織帶拉出的最小長度

織帶加厚部分應在安全帶正確佩戴時織帶拉出的最小長度之后?？棊Ю龅淖钚￠L度的確定:請一個瘦體型的乘員坐在汽車座椅上,向后調(diào)節(jié)座椅到最后的位置,系上安全帶,測量織帶拉出量,重復測量3次,取平均值,即為安全帶織帶拉出的最小長度Lmin。

圖1 織帶拉出量傳感器工作原理圖

1．2．2 織帶加厚部分厚度的確定

織帶拉出量傳感器中滾筒與殼體之間的距離為1．3mm,滾筒頂塊向上移動1．2mm即可將相接觸的金屬彈性膜片分開,則織帶加厚部分的最小厚度為1．3＋1．2＝2．5mm。織帶的厚度一般為1．1～1．2mm[1],因此,織帶單面加厚厚度h不小于0．7mm。

1．2．3 織帶加厚部分長度的確定

由于織帶厚度的突變會產(chǎn)生較大阻力,降低安全帶織帶的壽命。如采用拋物線曲線法確定織帶加厚部分的長度,能減小織帶與滾筒之間的摩擦力,則加厚部分的實際長度為12～14mm。

2 汽車安全帶使用狀態(tài)的識別

駕駛座安全帶使用狀態(tài)通過有無車速信號識別駕駛座是否有人,帶扣鎖緊傳感器與織帶拉出量傳感器等三個信號共同識別。副駕駛座安全帶使用狀態(tài)通過座椅壓力開關識別副駕駛座是否有人,帶扣鎖緊傳感器與織帶拉出量傳感器等三個信號共同識別。帶扣鎖緊傳感器和織帶拉出量傳感器都是常閉開關信號,應避免控制器靜態(tài)電流過大。未佩戴安全帶的自動報警采用聲光同時報警模式,當控制器判斷駕駛座或副駕駛座的乘員未佩戴安全帶時,將向蜂鳴器輸出1000Hz頻率的方波,同時以0．5S的間隔使LED閃光,提醒乘員未佩戴安全帶。

3 未佩戴安全帶時的速度控制

3．1 汽車電子油門的工作原理

當電子油門的踏板行程發(fā)生變化時,輸出的電壓信號值隨之變化,發(fā)動機ECU接受信號后,輸出控制信號使電子節(jié)氣門工作,從而達到控制車速的目的。以DQ－GP001電子油門踏板[2]為例,其工作原理如圖2,輸出信號如圖3。

圖2 DQ－GP001電子油門踏板工作原理圖

圖3 DQ－GP001電子油門踏板輸出信號

3．2 未佩戴安全帶的控制速度

汽車的車速低于某一速度時,在不佩戴安全帶的情況下,發(fā)生交通事故一般也不會造成重大人員傷害,將此車速設置為未佩戴安全帶的控制速度。由于貨車、轎車、SUV等各種車型其質量慣性各不相同,其安全車速范圍也不同。中級轎車的安全車速一般情況下為20～30km/h[3]。限速裝置設定的未佩戴安全帶的控制速度為30km/h。

根據(jù)圖3,如果汽車的最高車速可達到180km/h,信號輸出1的電壓Vsignal1為3．84V,當車速V為30km/h時,信號輸出1的電壓Vsignal1為:

代入數(shù)據(jù)得Vsignal1＝1．27V。

同理,信號輸出2的電壓Vsignal2為:

代入數(shù)據(jù)得Vsignal2＝0．63V。

3．3 限速裝置的限速電路設計

限速裝置通過干涉電子油門的輸出電壓,達到控制車速的目的。信號處理及控制系統(tǒng)由單片機和外圍電路組成。限速電路原理圖如圖4所示。在有車速,駕駛員或副駕駛座乘員又未佩戴安全帶的狀態(tài)下,當油門踏板的signal1in信號的電壓值超過量程的30%(1．27V)時,車速限制裝置將輸出下降沿信號給單片機,單片機接受信號后將輸出限速控制信號signal1out和signal2out,使油門踏板的輸出電壓為0．63V,同時報警信號提醒用戶佩戴安全帶,直到車速降到30km/h以下,單片機將釋放對油門踏板的控制,等待滿足下一次的條件觸發(fā)。

圖4 限速電路原理圖

4 汽車安全帶使用狀態(tài)識別及限速裝置的控制流程

汽車安全帶使用狀態(tài)識別及限速程序流程圖如圖5所示,圖中的編號不是執(zhí)行步驟,是編寫的程序執(zhí)行的代號,程序反復循環(huán)完成各項任務。

通過AltiumDesign、KEILuVISION4、STC_ ISP等軟件完成了控制器硬件電路、控制器控制程序的設計,制作了如圖6所示的限速實驗模擬裝置,并對程序進行了模擬實驗,程序在實驗板上運行穩(wěn)定,模擬了當車輛在快速行駛過程中,駕駛座或副駕駛座未佩戴安全帶或虛假佩戴安全帶的情況下,控制器將驅動LED燈閃爍報警并輸出車速控制信號的功能。

圖5 汽車安全帶使用狀態(tài)識別及限速程序流程圖

圖6 限速實驗模擬裝置

5 結語

針對駕駛座或副駕駛座未佩戴安全帶或虛假佩戴安全帶的情況,提出了上述提高駕駛員或副駕駛座乘員被動安全的方案,限制汽車的車速低于30km/h,并自制限速實驗裝置,驗證了安全帶使用狀態(tài)識別及限速裝置的可行性,為改進汽車安全帶控制系統(tǒng)提供了可行的思路。

[1]萬鑫銘．汽車安全性設計課程——安全帶[DB/OL]．(2011－3－15)[2015－07－10]．http://wenku．baidu．com/view/6af7bc1c650e52ea551898bc．html?re＝view．

[2]GP001電子油門踏板概況[EB/OL]．[2015－07－18]．http://www．deequn．com/product_a_xiangxi．a(chǎn)sp?id＝60．

[3]劉輝,趙建彪,李闖,等．基于限制車速的安全帶強制使用裝置[J]．電子設計工程,2011,(1):141—144．

10．3969/j．issn．1672－9846．2015．04．022

U491．6＋1

:A

:1672－9846(2015)04－0084－03

2015－08－20

武漢交通職業(yè)學院大學生科技創(chuàng)新項目“汽車安全帶工作狀態(tài)識別與車速限制裝置”(編號:2012S001)。

王貴槐(1960－),男,福建寧化人,武漢交通職業(yè)學院汽車工程學院副教授,主要從事汽車檢測教學與研究。白 偉(1991－),男,湖北孝感人,浙江吉利羅佑發(fā)動機責任有限公司電氣工程師,主要從事汽車線束與傳感器的設計工作。