汽車安全帶提醒裝置發(fā)展與新設(shè)想

孫峰輝 張根萊 劉成源 萬霖

摘 ?要：作為汽車被動安全的主要設(shè)備之一，汽車安全帶能在車輛事故中有效降低駕乘人員的受傷程度。汽車安全帶提醒裝置是安全帶的配套系統(tǒng)，能夠?qū)λ境巳藛T的安全帶佩戴情況進(jìn)行檢測與反饋，督促乘客正確及時佩戴安全帶。結(jié)合國內(nèi)學(xué)者的研究成果，以安全帶提醒裝置的現(xiàn)狀為背景，探討并總結(jié)了當(dāng)前提醒裝置的研究方向，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)理論，提出了新型提醒裝置的設(shè)想。

關(guān)鍵詞：安全帶;安全帶提醒裝置;汽車安全;人機(jī)工程

中圖分類號：U46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著汽車保有量的增加，因為汽車駕駛不當(dāng)、未正確佩戴安全帶所引起的交通事故也隨之增加。作為汽車被動安全最為主要的設(shè)備之一，汽車安全帶能在車輛事故中有效降低駕乘人員被傷害的程度。安全帶自發(fā)明以來，以其簡單、實用的安全性能挽救了許多的生命，駕駛或乘坐車輛時系好安全帶已經(jīng)成為保證人民生命安全的強(qiáng)制措施。但是現(xiàn)今許多駕駛?cè)藛T和乘客依然沒有佩戴安全帶的習(xí)慣。2005年9月，根據(jù)調(diào)查顯示，我國國內(nèi)乘用車駕駛員安全帶佩戴率僅達(dá)到68%，與一些發(fā)達(dá)國家相比均有較大的差距。有個別駕駛員甚至在網(wǎng)絡(luò)上購買獨立的安全帶卡扣，從而避免安全帶報警器發(fā)出響聲，拒絕使用安全帶。此類現(xiàn)象大大提高了駕駛?cè)藛T和乘客的乘車風(fēng)險。在交通事故發(fā)生時增添了不必要的傷害。

安全帶提醒裝置是對司機(jī)與乘客的安全帶佩戴情況進(jìn)行檢測與反饋，以起到對司乘人員的提示作用的一系列機(jī)械與電子元件的統(tǒng)稱。為了全面了解目前國內(nèi)學(xué)者針對汽車安全帶提醒裝置的研究，筆者通過CNKI中國期刊全文數(shù)據(jù)庫，以“安全帶提醒裝置”、“汽車安全帶”為主題進(jìn)行檢索。收集了8篇相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行綜述，并提出了自己的設(shè)想。

1 安全帶提醒裝置的現(xiàn)狀

根據(jù)《GB/T 24551—2009 汽車安全帶提醒裝置》指導(dǎo)，目前國內(nèi)常用的安全帶提醒裝置是一種電控兩級信號提醒系統(tǒng)。

隨著點火開關(guān)的啟動，安全帶提醒裝置開啟，利用傳感器不斷檢測車速信號與安全帶信號。當(dāng)成員沒有佩戴安全帶時，首先啟動第一級提醒信號（視覺信號），通過未系安全帶標(biāo)志提醒乘員。當(dāng)車輛行駛一段距離，或者達(dá)到一定車速，或者超出一段時間后，安全帶提醒裝置發(fā)出第二級提醒信號（視覺和聽覺信號），在顯示標(biāo)志的同時觸發(fā)聲音提示。如果在規(guī)定的持續(xù)時間之后安全帶依然沒有系上，提醒信號將自動關(guān)閉，完成提示工作。

我國的研究人員以豐田花冠轎車為例，對現(xiàn)在廣泛采用的電子式安全帶提醒裝置進(jìn)行了效果分析，根據(jù)他們的結(jié)果，在133個樣本中，有72人上車未系安全帶，有1人受到警示燈提醒后系上安全帶，有28人受到蜂鳴器提醒后系上安全帶，對于目標(biāo)人群的安全帶佩戴提高率為40.28%，由此可知，電子式安全帶提醒裝置對于提高安全帶佩戴率有一定作用，但還有很大的提升空間。

2 關(guān)于安全帶提醒裝置的幾種研究方向

2.1 在現(xiàn)有架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提升安全帶提醒裝置的準(zhǔn)確性、快速性和穩(wěn)定性

鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院的王洪有、邵明省和侯鐵兵等人分別基于控制器CB220和CB280設(shè)計出新的汽車安全帶自動提醒系統(tǒng)。因為采用了合適的PLC模塊，整個系統(tǒng)具有可靠性高、體積小、便于維護(hù)調(diào)試和掉電保護(hù)等優(yōu)點。可以預(yù)見，隨著控制模塊的更新?lián)Q代，未來的安全帶提醒系統(tǒng)會更加可靠。

2.2 優(yōu)化安全帶提醒裝置的傳感器設(shè)置，“擦亮眼睛”

海馬轎車有限公司的張帥等人對安全帶提醒裝置進(jìn)行了有效性區(qū)域研究，他們的研究主要針對壓力傳感器形式的安全帶提醒裝置，在無論乘坐人的坐姿如何，必須保證安全帶提醒裝置都能有效進(jìn)行提醒，同時也要避免傳感器誤觸的情況發(fā)生。他們對12種不同的坐姿進(jìn)行了壓力測試，根據(jù)不同坐姿的壓強(qiáng)分布結(jié)果，確定了壓力傳感器的布置位置與方向，從而確定安全帶提醒裝置的設(shè)計。

武漢交通職業(yè)學(xué)院的王貴槐等人針對駕駛員和乘客“欺騙”安全帶提醒裝置，使用獨立插扣或者將安全帶插扣從背后經(jīng)過插入安全帶鎖扣的現(xiàn)象，設(shè)計出一種新的汽車安全帶使用狀態(tài)識別傳感器。通過對從卷收器中拉出織帶的長度的測量，判斷乘員是否正確佩戴了安全帶。相比于僅靠鎖扣判斷乘員是否佩戴了安全帶，大大提高了提醒裝置的可靠性。

2.3 針對多乘員車輛特別是運(yùn)營車輛，利用物聯(lián)網(wǎng)思想集中監(jiān)控

陽泉市交通集團(tuán)萬通汽車檢測有限公司的張璐所設(shè)計的安全帶智能檢測系統(tǒng)拓展了安全帶提醒裝置的功能。以往的安全帶提醒裝置都是針對“個人”，特別是駕駛員和副駕駛的提醒，對于整個車輛中人員的佩戴情況往往得不到必要的了解，而這一點對于運(yùn)營車輛來說卻是必要的。該系統(tǒng)采用3層結(jié)構(gòu)，可以監(jiān)控每個安全帶的狀態(tài)，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)顯示功能。加強(qiáng)了運(yùn)營車輛安全帶佩戴管理，方便監(jiān)控安全帶的使用情況，避免因未佩戴安全帶或者安全帶失效帶來生命財產(chǎn)損失。

3 安全帶提醒裝置的新設(shè)想

筆者認(rèn)為，安全帶提醒裝置屬于直接作用于人的一類裝置，人機(jī)關(guān)系特別突出，因此，利用人機(jī)工程學(xué)原理的指導(dǎo)，對其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化是可行且必要的。

觸覺信號相對于聽覺信號更能引起乘車人的強(qiáng)制注意，在乘車人行駛過程中，背部始終與座椅接觸，如果在座椅背部設(shè)置一種觸覺信號，即可達(dá)到人一上車就受到提示的效果，且不需要他人的監(jiān)督與額外的提醒。合理的設(shè)計可以在乘員正確佩戴安全帶或下車后自動解除該信號。

筆者設(shè)想，當(dāng)乘坐人未系安全帶時，可以在座椅的靠背（坐墊）部分通過凸起塊狀物引起乘坐人的不適，從而達(dá)到提醒作用并促使乘員檢查并系好安全帶;當(dāng)乘員系好安全帶時，凸起塊狀物收回，不適感消失。通過這種裝置，形成了一個坐下——不適——檢查并佩戴安全帶——不適感消失的過程，不需要外人監(jiān)督，也避免了部分乘客的遺忘，概念圖如圖1所示。

依據(jù)此思路，筆者初步設(shè)計了一種新型提醒裝置：使用齒輪與安全帶卷收器連接，利用拉繩與滑輪傳遞到凸柱處，通過安全帶的抽出與安全帶鎖扣按鈕的配合達(dá)到控制凸柱在伸出與收回狀態(tài)之間的相互切換。在正常情況下，在未系安全帶時，彈簧會將凸柱頂出，此時凸柱處于提醒狀態(tài)，隨著安全帶被拉出，凸柱會隨著安全帶的拉長而縮回，在乘坐人系好安全帶后凸柱最終變?yōu)槭栈貭顟B(tài);在特殊或緊急情況下，乘坐人沒有足夠的時間佩戴安全帶，凸柱一直處于伸出狀態(tài)，這雖然會引起乘坐人的不適，但并不至于影響緊急情況下的駕駛安全性。

具體結(jié)構(gòu)分解如圖2所示，結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：擬利用安全帶卷收器軸的轉(zhuǎn)動動能作為動力來源，在卷收器軸上采用齒輪傳動，利用安全帶拉出時卷收器軸所產(chǎn)生的圓周運(yùn)動帶動小齒輪運(yùn)動，進(jìn)而帶動大齒輪（大齒輪軸上有一繞繩的套筒）的運(yùn)動，提供凸柱回縮的動力。凸柱外伸部分為一柱體，另一端為一圓盤，圓盤上安有彈簧與阻尼裝置，彈簧與阻尼的另一端固連在座位上。彈簧為凸柱提供拉力，使凸柱在安全帶未被拉出時始終保持在伸出狀態(tài);阻尼可以使凸柱在回縮行程的速度大于外伸行程的速度，方便在系安全帶時快速消除不適感，在解安全帶時減緩不適感的產(chǎn)生。凸柱外壁開有固定槽，相應(yīng)地，固定平板的內(nèi)壁設(shè)有活動卡塊，活動卡塊由彈簧提供一定的壓力，在凸柱回縮合適行程后，在彈簧的作用下，活動卡塊卡住凸柱，使凸柱可以長時間保持固定的同時整個安全帶提醒系統(tǒng)的其他部位不再長時間受力。當(dāng)乘客按下安全帶PRESS按鈕解除安全帶的同時，利用PRESS按鈕下壓動作，將這一位移傳遞至活動卡塊，收回卡塊，解除凸柱的限位，此時凸柱在彈簧作用下可以自發(fā)彈回，保持伸出狀態(tài)。

4 結(jié)語

雖然有關(guān)汽車安全帶設(shè)計與研究在世界范圍內(nèi)趨于穩(wěn)定，通過對國內(nèi)學(xué)者研究的整理，結(jié)合自身展望，筆者認(rèn)為汽車安全帶提醒裝置依然具有優(yōu)化與改進(jìn)的空間。無論是硬件的更新、傳感器的優(yōu)化、裝置的集成還是人機(jī)工程學(xué)的創(chuàng)新，在未來，更加符合人體的提醒裝置將繼續(xù)出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳德旭.中國乘用車安全帶提醒裝置研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 24551—2009，汽車安全帶提醒裝置[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[3]吳德旭，張曉龍，王延昭.中國乘用車安全帶提醒裝置效果研究[J].北京汽車，2006（2）：5-8.

[4]劉玉光，張曉龍.乘用車安全帶提醒裝置適應(yīng)性研究[J].2006中國汽車安全技術(shù)國際研討會，2006：55-59.

[5]王洪有，邵明省.基于CB220的汽車安全帶自動提醒系統(tǒng)[J].山西電子技術(shù)，2008（3）：39-40.

[6]侯鐵兵.基于CB280的汽車安全帶自動提醒系統(tǒng)[J].國外電子測量技術(shù)，2008（9）：55-57.

[7]張帥，閆寶慶.HNSAE15030安全帶提醒裝置（SBR）有效區(qū)域性研究[J].第十二屆河南省汽車工程科技學(xué)術(shù)研討會，2015：45-47.

[8]王貴槐，白偉.汽車安全帶使用狀態(tài)識別及限速裝置運(yùn)用[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2015（17-4）：84-86.

[9]張璐.小型轎車駕駛安全帶的智能檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)械管理開發(fā)，2018（8）：187-188.