汽車安全帶提醒系統的改進設計

賀博遠

日常生活中，如果駕駛員駕駛汽車時沒系安全帶，汽車就會不斷報警提醒。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過插入鎖扣內，“騙過”汽車讓其停止報警。

能否改進現有的汽車安全帶提醒系統，識別騙局，保證乘車人的安全？

一、汽車安全帶提醒系統工作原理

汽車安全帶是一種保護乘車人的被動安全裝置。一旦汽車發生碰撞，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，保護乘車人。

實現上述功能的安全帶被稱為緊急鎖止式安全帶，其結構如圖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成，如圖2所示。

汽車緊急制動或發生碰撞時，緊急鎖止裝置中的加速度敏感器感應到汽車加速度或織帶拉出加速度超過規定值，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現。當汽車緊急制動或碰撞時，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、慣性盤產生角加速度，在慣性力的作用下，卷帶筒與慣性盤之間產生角位移，這個角位移使汽車安全帶進入鎖止狀態。

目前汽車安全帶主要分為普通安全帶、限力式安全帶、預張緊限力式安全帶、預卷式預張緊限力式安全帶。

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。預張緊限力式安全帶在限力式安全帶上增加了預緊器。預卷式預緊限力式安全帶則在預張緊限力式安全帶上增加了預卷電機系統。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如何工作？首先，有一個探測系統PPD，一般安裝在前排副駕駛側坐墊泡沫中，如圖3所示，PPD通過識別壓力來工作。當座椅無人乘坐時，不對傳感器產生太大的壓力；當座椅上的重量大于12千克時（歐洲NCAP的要求為大于48千克），PPD認為有人乘坐。

安全帶提醒系統SBR在PPD判斷有人乘坐時，若發現沒有系安全帶，即安全帶鎖舌未插入鎖扣時，就給安全氣囊一個信號，然后給組合儀表和輔助儀表信號，發出報警聲及報警燈閃爍，提醒乘車人系安全帶。當安全帶插入鎖扣后，停止報警。

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

二、改進措施

安全帶不經過乘車人胸前時，織帶在卷帶筒中會剩余很多，織帶纏繞的半徑大。基于以上分析，我提出如下設計方案：在卷帶筒兩側圓盤的合適位置分別安裝一個發光二極管和光接收器，如圖4（a）所示。

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

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

在正確系好安全帶的過程中，安全帶拉出較多，卷帶軸轉的圈數多，可根據卷帶軸轉的圈數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——卷帶軸轉圈計數法。如何記錄卷帶軸轉的圈數呢？

我首先想到跳繩計圈法。跳繩每跳一下就記一圈，但它是通過齒輪轉動的方法計圈數，而我們需要卷帶軸轉圈數的電子信息，才能與汽車的安全帶提醒系統結合。因此，我又想到流水線紅外計件器的方法。

與前面的方法類似，在卷帶筒一側圓盤（圓盤與軸一同轉動）外緣附近安裝一個發光二極管，在卷收器外殼的內側對應位置處安裝一個光接收器，如圖4（b）所示。

在系安全帶過程中，卷帶軸每轉一圈，接收器感應到一次亮光，記數一次，從而達到記圈目的。以乘車人系好安全帶時卷帶軸轉的圈數為閾值，如果圈數少于閾值則為認為安全帶沒有系好，從而報警提醒。

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