高原環(huán)境下可緩解駕駛疲勞的車輛供氧裝置的設(shè)計

孫冰清 雷德舜 韓周揚 拉巴普尺

摘要：本項目以人體在不同氧氣濃度下的生理狀態(tài)與現(xiàn)有的制氧方式的優(yōu)化為基礎(chǔ)，是為實現(xiàn)通過精確控制車輛內(nèi)部的氧氣濃度從而緩解高原環(huán)境下普遍存在的駕駛疲勞現(xiàn)象而設(shè)計，通過實時監(jiān)控駕駛員的生理狀態(tài)和車內(nèi)的氧氣濃度，兩項數(shù)據(jù)反饋給制氧系統(tǒng)中樞，實現(xiàn)有針對性、安全、有效地制氧。通過分析多項調(diào)查數(shù)據(jù)初步實現(xiàn)了本項目的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：高原環(huán)境 駕駛疲勞 精確控制 制氧

引言

在我國西南部青藏高原和云貴高原地區(qū)，海拔一般在2000-5000米，海拔的升高導(dǎo)致氧氣濃度的不斷降低。在青藏高原地區(qū)，氧氣含量約是平原地區(qū)氧氣含量的60%，氧氣含量的降低使高原地區(qū)駕駛疲勞現(xiàn)象更為普遍，而駕駛疲勞是造成交通事故的重要原因之一。收集不同氧氣濃度下駕駛員駕駛狀態(tài)的生理特征的數(shù)據(jù)，建立生理信息庫，實現(xiàn)對駕駛員駕駛狀態(tài)下的實時監(jiān)控。利用不同氧氣濃度下大多數(shù)駕駛員的駕駛生理特征，通過調(diào)節(jié)制氧機的工作實現(xiàn)緩解駕駛疲勞的效果。

一、駕駛疲勞的危害

駕駛疲勞，是指駕駛?cè)嗽陂L時間連續(xù)行車后，產(chǎn)生生理機能和心理機能的失調(diào)，從而在客觀上出現(xiàn)駕駛技能下降的現(xiàn)象。疲勞后連續(xù)駕駛車輛，會造成四肢無力，注意力不集中，判斷能力下降，操作停頓或修正時間不當(dāng)?shù)炔话踩蛩兀瑯O易發(fā)生交通安全事故，

二、供氧裝置的設(shè)計

（一）采用富氧膜分離制氧

薄膜分離技術(shù)在20世紀(jì)70年代開發(fā)成功，是新一代氣體分離技術(shù)。薄膜分離法采用的是“富氧膜”。富氧膜擁有能讓空氣中氧分子率先通過的特性，從而收集到高濃度的氧，輸送給使用人員。裝置每分鐘約能產(chǎn)出3升濃度約為30%的氧氣，從而提高空氣中的氧氣濃度，緩解因高原地區(qū)氧氣濃度的降低而造成的駕駛疲勞。

（二）駕駛員駕駛特征與氧氣濃度的關(guān)系

利用血氧儀測出人體內(nèi)的血氧濃度。

當(dāng)汽車內(nèi)的氧氣濃度過高或過低時，都會影響人體的精神狀態(tài)，從而影響駕駛員的駕駛特征。

（三）智能監(jiān)控并調(diào)節(jié)氧氣濃度的系統(tǒng)

1.氧氣濃度的檢測。氣體傳感器是指將所測量的氣體轉(zhuǎn)化為與其成一定關(guān)系可用電量輸出的裝置或器件。運用醫(yī)療氧氣濃度傳感器可對車內(nèi)的氧氣濃度進行檢測。利用單片機完成程序的設(shè)計。

其流程設(shè)計如下：

2.模糊控制在氧氣濃度的控制上的應(yīng)用。利用模糊控制對氧氣濃度進行控制。

模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制技術(shù)。其流程圖如圖所示：

從流程圖中可以看出，供氧系統(tǒng)的輸入量為氧氣濃度初值與輸出量的差值。輸出量為調(diào)節(jié)氧氣濃度裝置閥門的開度。

模糊控制所依據(jù)的數(shù)學(xué)函數(shù)式為k（n）=k（n-1）+ku。dK，各個參數(shù)的意義為：

三、結(jié)語

利用模糊控制設(shè)計出的自適應(yīng)氧氣濃度控制與測評系統(tǒng)，結(jié)合血氧儀，能實時檢測車內(nèi)的氧氣濃度，從而在很大程度上緩解在高原地區(qū)因氧氣濃度低而造成的駕駛員駕駛疲勞的現(xiàn)象，降低交通事故的發(fā)生率，對在高原地區(qū)安全的駕駛車輛具有重要意義。