汽車副駕安全帶壓力報警傳感器的失效研究

姚文葦

（陜西學前師范學院 計算機與電子信息系，陜西 西安 710100）

汽車副駕安全帶壓力報警傳感器的失效研究

姚文葦

（陜西學前師范學院 計算機與電子信息系，陜西 西安 710100）

通過分析副駕座椅壓力報警傳感器的報警異常，對影響汽車安全帶壓力傳感器報警的各因素進行了研究。改變傳感器本身的電阻參數(shù)進行實際產(chǎn)品實驗驗證，確定電阻與壓力的之間變化關系；檢測了與傳感器直接接觸的坐墊、海綿以及面套束緊度對傳感器導通壓力的影響。結(jié)果表明；電阻、坐墊海綿對導通壓力的影響極大，會導致安全報警系統(tǒng)失效；面套的松緊對傳感器也有一定的影響。其結(jié)論將對優(yōu)化壓力傳感器報警系統(tǒng)有一定的指導意義。

壓力報警傳感器；汽車副駕；海綿體；面套束緊

汽車座椅是人與汽車直接接觸的界面，人們駕乘汽車的安全性與是否系座椅安全帶有很大關系[1-2]。當汽車發(fā)生碰撞或遇到意外緊急制動時，將產(chǎn)生巨大的慣性作用力，使車內(nèi)人員與方向盤、擋風玻璃、座椅靠背等物體發(fā)生二次碰撞，極易造成對乘員的傷害，甚至將乘員拋出車外。安全帶能將車內(nèi)人員束縛在座位上，防止了二次碰撞。但如果不能正確使用安全帶，也會致釀成事故在汽車界也屬于重點發(fā)展對象之一。根據(jù)在車訊網(wǎng)微博上的調(diào)查結(jié)果估計，75%的人系安全帶的安全意識比較單薄，特別是副駕駛座椅以及后排的人員對系好安全帶的意識偏低。為了更好的讓人們在乘車時系好安全帶，目前一些汽車座椅上安裝安全帶壓力報警傳感器以起到提示和警告的作用。根據(jù)當今國際社會采用技術路線是利用壓力傳感器檢測來判定是否有人乘坐，由于安全帶報警傳感器的本身參數(shù)、結(jié)構(gòu)的不同，在實際上經(jīng)常出現(xiàn)異常的失效模式[3-4]。如在沒有感知到人員時，出現(xiàn)報警信號；前期使用階段感知人員后報警，使用一段時間后，沒有感知到人員就報警；另外一種情況是一直不會出現(xiàn)報警信號。為了完善壓力傳感器報警功能，本文對失效的模式進行模擬仿真，并對故障原因分析、并對相關參數(shù)進行完善和優(yōu)化。從而增強人員在乘車時系好安全帶的意識，更好的保護人們的人身安全。

1 安全帶報警傳感器

安全帶提醒系統(tǒng)由探測未系安全帶的傳感器和第一級提醒信號或第二級提醒信號所組成，當車內(nèi)乘員未系安全帶時，發(fā)出信號提醒車內(nèi)乘員。安全帶報警傳感器安裝于機動車座椅內(nèi)，由感應裝置、檢測裝置、線束以及連接裝置組成[5-6]。檢測裝置捕捉感應裝置的信號，將感應裝置探測到的乘員占用狀態(tài)或物體非占用情況，通過聲、光的形式反映出來。感應裝置判斷座椅上乘員占用情況的提醒裝置，當探測到座椅被乘員占用時，檢測裝置指示乘員占用狀態(tài)；當感應裝置探測到座椅未被乘員占用時，檢測裝置指示物體非占用狀態(tài)[7-10]。

2 傳感器的探測區(qū)域

在基于壓力傳感器的乘員識別中發(fā)現(xiàn)，乘員坐姿的改變勢必影響乘員體壓分布的動態(tài)變化[1]，根據(jù)以往的實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計坐姿引起的乘員體壓分布變化呈現(xiàn)非線性特征，但其中H點（H點指人體的軀干線和大腿中心線的交點）的位置是不變的。將傳感器粘貼位置排布在體壓范圍外，傳感器無法導通，功能沒有實現(xiàn)，所以應確定壓力傳感器粘貼在座椅坐墊的準確位置。根據(jù)人體壓力分布與實際裝配驗證最終確定排布位置是以H點位置前移50mm的位置，H點左移20mm的位置和H點右移20mm的位置所圍成的區(qū)域如圖2，安全報警傳感器在座椅上的位置安裝如圖1所示。

圖1 傳感器的位置排布Fig.1 Position arrangement of sensor

圖2 H點的探測區(qū)域Fig.2 The detection region of H point

3 實驗技術要求

實驗的溫度要求如表1所示。

表1 實驗的溫度要求Tab.1 The requirements of experimental temperature

傳感器的電器參數(shù)如表2所示。

表2 傳感器的電器參數(shù)Tab.2 The electrical parameters of the sensor

4 實驗結(jié)果及分析

4.1 電阻對導通壓力的影響

壓力的大小是壓力傳感器導通的關鍵，所以壓力范圍的設置是解決問題的一個重要參數(shù)。對壓力傳感器的參數(shù)驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流、電阻、電容進行研究判別，其中電阻是直接影響傳感器導通報警的主要參數(shù)，為了改善導通報警的壓力，現(xiàn)對電阻參數(shù)進行調(diào)整并進行實驗對比，圖3為傳感器裝于工作平臺（剛性）上，電阻取不同值時，傳感器導通報警時的實測壓力值。其中電阻的取值為R1=10 000 Ω，R2=1000 Ω，R3=100 Ω。

圖3 不同阻值時導通壓力參數(shù)分布Fig.3 Parameter distribution of conducting pressure for different resistance

由圖3傳感器壓力的數(shù)據(jù)，可以看出，電阻值越大，傳感器導通報警的壓力值越小；電阻較小時，傳感器導通報警時的壓力值較大。理論上電阻值一定時，導通的壓力是一致的，但是由于產(chǎn)品制作過程中的過程誤差，所以在實際測試時出現(xiàn)上下波動的現(xiàn)象，曲線波動不大，滿足設計的理論要求。考慮到人體體重差異，傳感器電阻建議值應在小于100 Ω的范圍內(nèi)。

4.2 坐墊海綿的影響

由于實際生產(chǎn)中，傳感器需要裝配在坐墊海綿上，而坐墊海綿為軟質(zhì)，傳感器在實際的測量值與產(chǎn)品本身的壓力導通值存在一定的偏差。

實驗設計：將同一電阻值生產(chǎn)的同一批次的產(chǎn)品隨機挑選50件，進行測試，測試條件是傳感器單獨放置工作平臺（剛性），另外一種裝配在海綿上。

傳感器放置工作平臺及裝配在海綿上的導通壓力參數(shù)對比如圖4，曲線1為接觸點在海綿上測試曲線，曲線2為傳感器的接觸點在工作平臺的測試狀況。由圖4可知，粘貼在海綿上的施加壓力普遍大于粘貼工作臺的壓力，壓力差在30 N左右。

圖4 傳感器放置工作平臺及裝配在海綿上的導通壓力參數(shù)分布Fig.4 Distribution of conducting pressure when sensors was placed on working platform and assembled on the sponge

4.3 坐墊及面套的影響

為了人體舒適感，座椅的最上層為坐墊及面套，人體的壓力是通過坐墊及面套作用于傳感器。實驗設計：用假臀模擬人的狀態(tài)，分別將傳感器裝配在海綿上，與裝配在海綿與面套之間進行測試。

在裝配傳感器的海綿上進行測試產(chǎn)品50件，放上假臀時均導通報警；測試裝配在海綿與坐墊之間的傳感器，與只裝配于海綿上時狀態(tài)相同，沒有報警，在此基礎上增加重量，當重量添加至1 Kg左右時傳感器才導通。由此可見坐墊包上面套，其束緊度對傳感器導通的壓力也存在影響。包上面套后，面套對整個座墊來說重量差別在1 Kg左右。

由實驗結(jié)果可知，海綿體、坐墊面套，均會導致壓力傳感器的導通壓力增大，在設置壓力導通時要充分的驗證其對傳感器的影響。

5 結(jié)論

文中對失效的模式進行模擬仿真，并對故障原因分析、并對相關參數(shù)進行完善和優(yōu)化。得到的結(jié)論如下：1)在座椅上將排布位置進行定位以便粘貼位置統(tǒng)一，有利于傳感器充分感知到乘員的壓力分布，對導通有很大的作用；2)電阻值越大，傳感器導通報警的壓力值越小，綜合考慮到人體體重差異幾個方面的影響，傳感器電阻建議值在小于100 Ω的范圍內(nèi)；3)海綿體、坐墊面套，均會導致壓力傳感器的導通壓力增大，在設置壓力導通時要充分的驗證其對傳感器的影響。對不同狀態(tài)下的對比數(shù)據(jù)進行分析，將有利于完善汽車座椅壓力傳感器報警系統(tǒng)，從而更好的發(fā)揮安全帶對于副駕的保護作用。

[1]高振海，肖振華，李紅建.基于體壓分布檢測和支持矢量機分類的汽車乘員坐姿識別 [J].機械工程學報，2009,(7)：216-220.GAO Zhen-hai,XIAO Zhen-hua,LI Hong-jian.Occupant position recognition with seat surface pressure distributions and support vector machines classifier[J].Journal of Mechanical Engineering.2009,(7)：216-220.

[2]劉吉富，李敏勇.重力傳感器水平度測量儀原理分析[J].傳感器與儀器儀表，2008(24):159-160.LIU Ji-fu,LI Min-yong.The theory and analyses of gradienter using gravity sensor[J].Sensor and Instrument,2008(24):159-160.

[3]袁述，袁東輝，黎玉娥，等.汽車安全座椅傳感器檢測系統(tǒng)[J].吉林工商學院學報，2014(4):95-97.YUAN Shu,YUAN Dong-hui,LI Yu,et al.The sensor detection system of car safety seat[J].Journal of Jilin Business and Technology College,2014(4):95-97.

[4]高利寧,丁毅.垂直升降式車庫托盤智能化的設計[J].陜西科技大學學報，2009(4):81-83.GAO Li-ning,DING Yi.Design of vertical lifting intelligent pallet solid garage[J].Journal of Shaanxi University of Science &Technology,2009(4):81-83.

[5]姚文葦.傳感器在煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)中的應用[J].電子測試，2014(15):97-99.YAO Wen-wei.Application sensors in safe production of the coal industry[J].Electronics Test,2014(15):97-99.

[6]楊雪,劉詩斌.壓力傳感器溫度補償各種算法的比較[J].電子設計工程，2013,21(10):90-93.YANG Xue,LIU Shi-bin.Comparison analysis of different compensation methods of pressure sensor[J].Electronic Design Engineering,2013,21(10):90-93.

[7]姚文葦.新型納米傳感器技術的發(fā)展及其應用[J].電子測試，2014(4):45-46.YAO Wen-wei.Technology of modern nano-sensors and its application[J].Electronics Test,2014(4):45-46.

[8]周靜,彭琰舉,常鵬，等.基于ZIGBEE的壓力傳感器標定系統(tǒng)的研究[J].電子設計工程，2012,20(11):61-64.ZHOU Jing,PENG Yan-ju,CHANG Peng et al.Research of pressure sensor calibration system based on ZIGBEE[J].Electronic Design Engineering,2012,20(11):61-64.

[9]王永強，謝迎天，王慧君.基于同軸電容的過電壓傳感器研究[J].陜西電力，2013（4）：61-65.WANG Yong-qiang,XIE Ying-tian,WANG Hui-jun.Research on overvoltage sensor based on coaxiall capacitor[J].Shaanxi Electric Power，2013（4）：61-65.

[10]王黎明,周晉,陳昌龍.GIS微水監(jiān)測濕度傳感器自校驗平臺的設計[J].陜西電力，2012（4）：11-15.WANG Li-ming,ZHOU Jin,CHEN Chang-long.Design of adaptive equipment for humidity sensor of GIS moisture content monitoring[J].Shaanxi Electric Power,2012(4)：11-15.

Failures research of pressure alarm sensor of safety belt on automobile copilot

YAO Wen-wei
（Department of Computer Science and Electronic Information,Shaanxi Xueqian Normal University,Xian 710100,China）

Through the analysis of the copilot seat pressure alarm of abnormal conditions,the factors affecting the pressure alarm sensor of automobile safety belt are studied.By changing the resistance parameter of sensor,the actual product experimental validation is tested and verified to determine the relationship between the resistance and the change of pressure;effect of cushion,sponge and fastening degree of surface cover on sensor conducting pressure are detected.The results show that;resistance,cushion sponge has great effects on the conducting pressure,which will cause the security alarm system failure;surface cover tightness had also great effect on the sensor.The conclusion will be help for the optimization of pressure sensor alarm system.

pressure alarm sensor；automobile copilot；sponge；fastening degree of surface

TN384

A

1674－6236（2015）10-0062-03

2015-01-03 稿件編號：201501018

國家自然科學基金項目(11474191)

姚文葦(1981—)，女，山東臨沂人，碩士，講師。研究方向：功率超聲。