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基于限制车速的安全带强制使用装置
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摘要：汽车行业里3大主题——汽车安全、环保、节能与新能源越来越受到公众的关注，而作为在汽车发生交通事故或遇到意外情况紧急制动时将驾驶员或乘员束缚在座椅上，以免前冲，防止或
汽车行业里3大主题——汽车安全、环保、节能与新能源越来越受到公众的关注，而作为在汽车发生交通事故或遇到意外情况紧急制动时将驾驶员或乘员束缚在座椅上，以免前冲，防止或减轻乘员受二次碰撞所造成伤害的安全装置[1]——安全带在汽车安全领域越来越受到重视。追根溯源，1959年沃尔沃将三点式安全带作为标准配置在汽车前排座位安装[2]。当汽车发生正面碰撞时，如果系了安全带，可使事故死亡率减少57%，侧面撞车时可使事故死亡率减少44%，翻车时可使事故死亡率减少80%。不使用安全带的人在碰撞事故发生后弹出车外的可能性，比使用安全带的人要高10倍；受伤后住院治疗时间要增加2～4倍[3]，这充分说明了佩戴安全带的重要性。可是仍然有很多驾驶员不愿在驾驶时佩戴安全带，针对这个问题，社会上在近几年也提出了很多解决不佩戴安全带驾驶汽车的防范措施和装置，如：强制使用安全带装置——在不佩戴安全带时不允许机动车起动。可当今社会关于安全带的技术发展存在两个问题：1）汽车在低速行驶时，不会出现由于没有佩戴安全带而造成的事故，反而会因为佩戴安全带给驾驶员造成不方便和不适感，所以这种强制装置不太受消费者喜好；2）由于佩戴安全带的不舒适性往往会使驾驶员只将安全带插入卡扣，而安全带并未处于正常工作状态，从而使这种装置失效。针对以上问题，提出了一种解决方式——基于限制车速的安全带强制使用装置。其特点是基于Drive-by-wire理念，在驾驶员不佩戴安全带的情况下，当汽车车速高于预先设定的安全值时，通过这一装置强制干涉加速踏板控制信号，使汽车车速无法继续升高并回到安全车速范围内稳定行驶，同时该装置不影响汽车正常驾驶，且与OBD不冲突。
1 强制使用安全带装置
所开发的可限制车速的强制佩戴安全带装置，主要由两大系统——传感器系统﹑信号处理及控制系统组成，图1为本装置组成图。
图1 装置的组成Fig.1 System components
1.1 传感器系统
传感器系统主要包括安全带卡扣开关传感器、车速传感器、安全车速设定装置、加速踏板位置传感器和语音提示装置等，由此共同构成信号集群。
1）安全带卡扣开关传感器安全带卡扣开关置于安全带卡扣处，用于检测驾驶员是否佩戴安全带。目前市场上一些高档车集成有佩戴安全带提示装置，其信号在汽车的CAN协议上传输，因此检测是否佩戴安全带也可直接从汽车CAN协议上采集。本装置中安全带卡扣开关采用一组JKY/M106型光电对管，其特点是当安全带扣上时输出高电平，未系安全带时输出低电平。
2）车速传感器车速传感器置于汽车轮毂处，本装置直接利用汽车电控系统中采用的车速传感器，该车速信号可以直接从汽车CAN协议上采集得到。
3）安全车速设定装置这里安全车速定义为在不佩戴安全带行车过程中发生交通事故时也不造成重大事故的允许车速。本装置的安全车速设定装置置于汽车内饰的仪表盘处，由于货车、轿车、SUV等各种车型其质量惯性各不相同，因此其安全车速范围也不同。以中档轿车为例，一般情况下，其安全车速为20～30 km/h，在驾驶员不对其进行设置的情况下默认安全车速为25 km/h，本装置中驾驶员可以通过旋转旋钮来调节自己需要的安全车速。但可调节的范围在该车型标定的安全车速范围之内。设置好安全车速之后，信号处理系统会在设定的安全车速下进行工作模式的判断，使汽车更加智能化。
4）加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器置于汽车加速踏板处，主要传输加速踏板负荷情况，本装置直接应用发动机电控系统中的加速踏板位置传感器。当驾驶员踩加速踏板时，加速踏板位置传感器输出一个对应的电压信号，本装置直接采集该电压信号，并由信号处理系统进行处理。
5）语音提示装置语音提示装置同样置于汽车内饰的仪表盘处，在未系安全带的情况下一旦汽车启动，由信号处理系统向其发出“请您系好安全带”的提示声，从而增加其人性化功能。
1.2 信号处理及控制系统
信号处理及控制系统由单片机和外围电路组成，其共同构成最小系统。
单片机选用飞思卡尔的16位处理器MC9S12DP512，采用C语言编译，用于接收安全带卡扣开关、车速传感器、安全车速设定装置、加速踏板位置传感器等信号，经综合处理后判断安全带佩戴及车速状态，并启动语音提示装置，同时确定向发动机ECU输入替代实际加速踏板位置传感器信号的控制车速的一个假加速踏板位置信号，使车速稳定在一定的范围内。
文章来源：《内燃机工程》 网址: http://www.nrjgczz.cn/qikandaodu/2021/0709/967.html