高原環境下可緩解駕駛疲勞的車輛供氧裝置的設計

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與現有的制氧方式的優化為基礎，是為實現通過精確控制車輛內部的氧氣濃度從而緩解高原環境下普遍存在的駕駛疲勞現象而設計，通過實時監控駕駛員的生理狀態和車內的氧氣濃度，兩項數據反饋給制氧系統中樞，實現有針對性、安全、有效地制氧。通過分析多項調查數據初步實現了本項目的設計。

關鍵詞：高原環境 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，海拔一般在2000-5000米，海拔的升高導致氧氣濃度的不斷降低。在青藏高原地區，氧氣含量約是平原地區氧氣含量的60%，氧氣含量的降低使高原地區駕駛疲勞現象更為普遍，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的生理特征的數據，建立生理信息庫，實現對駕駛員駕駛狀態下的實時監控。利用不同氧氣濃度下大多數駕駛員的駕駛生理特征，通過調節制氧機的工作實現緩解駕駛疲勞的效果。

一、駕駛疲勞的危害

駕駛疲勞，是指駕駛人在長時間連續行車后，產生生理機能和心理機能的失調，從而在客觀上出現駕駛技能下降的現象。疲勞后連續駕駛車輛，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等不安全因素，極易發生交通安全事故，

二、供氧裝置的設計

（一）采用富氧膜分離制氧

薄膜分離技術在20世紀70年代開發成功，是新一代氣體分離技術。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系

利用血氧儀測出人體內的血氧濃度。

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

（三）智能監控并調節氧氣濃度的系統

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

其流程設計如下：

2.模糊控制在氧氣濃度的控制上的應用。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的一種計算機數字控制技術。其流程圖如圖所示：

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

模糊控制所依據的數學函數式為k（n）=k（n-1）+ku。dK，各個參數的意義為：

三、結語

利用模糊控制設計出的自適應氧氣濃度控制與測評系統，結合血氧儀，能實時檢測車內的氧氣濃度，從而在很大程度上緩解在高原地區因氧氣濃度低而造成的駕駛員駕駛疲勞的現象，降低交通事故的發生率，對在高原地區安全的駕駛車輛具有重要意義。