汽车安全带提醒系统的改进设计

贺博远

日常生活中，如果驾驶员驾驶汽车时没系安全带，汽车就会不断报警提醒。有的人觉得很烦，又不愿系安全带，索性将安全带锁舌从背后经过插入锁扣内，“骗过”汽车让其停止报警。

能否改进现有的汽车安全带提醒系统，识别骗局，保证乘车人的安全？

一、汽车安全带提醒系统工作原理

汽车安全带是一种保护乘车人的被动安全装置。一旦汽车发生碰撞，安全带将乘车人束缚在座椅上，限制乘车人向前冲或阻止乘车人被抛离座椅，避免二次碰撞，减轻伤害程度，保护乘车人。

实现上述功能的安全带被称为紧急锁止式安全带，其结构如图1所示。它由织带、带扣锁、紧急锁止式卷收器和固定件构成。紧急锁止式卷收器既有收卷、存储部分或全部织带的功能，又有紧急锁止织带的功能。它由卷带筒和紧急锁止装置构成，如图2所示。

汽车紧急制动或发生碰撞时，紧急锁止装置中的加速度敏感器感应到汽车加速度或织带拉出加速度超过规定值，紧急锁止装置立即锁止织带，将乘车人束缚在座椅上。

感应织带拉出加速度的装置称为织带敏感装置，通过装在缠绕织带的卷带筒上的惯性盘来实现。当汽车紧急制动或碰撞时，乘车人突然向前冲，引起织带被拉出的速度突然变化，随之卷带筒、惯性盘产生角加速度，在惯性力的作用下，卷带筒与惯性盘之间产生角位移，这个角位移使汽车安全带进入锁止状态。

目前汽车安全带主要分为普通安全带、限力式安全带、预张紧限力式安全带、预卷式预张紧限力式安全带。

限力式安全带是在普通安全带卷束器中心安装一根限力轴。预张紧限力式安全带在限力式安全带上增加了预紧器。预卷式预紧限力式安全带则在预张紧限力式安全带上增加了预卷电机系统。但这些都未涉及前面提出的安全带锁舌欺骗式插入锁扣的问题。

汽车安全带提醒系统如何工作？首先，有一个探测系统PPD，一般安装在前排副驾驶侧坐垫泡沫中，如图3所示，PPD通过识别压力来工作。当座椅无人乘坐时，不对传感器产生太大的压力；当座椅上的重量大于12千克时（欧洲NCAP的要求为大于48千克），PPD认为有人乘坐。

安全带提醒系统SBR在PPD判断有人乘坐时，若发现没有系安全带，即安全带锁舌未插入锁扣时，就给安全气囊一个信号，然后给组合仪表和辅助仪表信号，发出报警声及报警灯闪烁，提醒乘车人系安全带。当安全带插入锁扣后，停止报警。

一些人利用现有安全带提醒系统的不足，把安全带锁舌从身后绕过插入安全带锁扣内，但这样无法保证乘车人的安全。如何杜绝这种现象呢？

二、改进措施

安全带不经过乘车人胸前时，织带在卷带筒中会剩余很多，织带缠绕的半径大。基于以上分析，我提出如下设计方案：在卷带筒两侧圆盘的合适位置分别安装一个发光二极管和光接收器，如图4（a）所示。

当安全带未经过乘车人胸前时，织带在中心轴上缠绕的半径大，阻挡发光二极管的光到达光接收器，光接收器无信号；当安全带经过乘车人胸前时，织带在卷带筒中剩余少，织带在中心轴上缠绕的半径小，发光二极管的光到达光接收器，光接收器输出信号。

根据光接收器有无信号，就可以判断安全带是否正常系好。发光二极管和光接收器的安装位置需根据安全带正常使用时的具体情况来定。

在正确系好安全带的过程中，安全带拉出较多，卷带轴转的圈数多，可根据卷带轴转的圈数多少判断安全带是否系好。因此，我提出第二种判断安全带是否系好的方法——卷带轴转圈计数法。如何记录卷带轴转的圈数呢？

我首先想到跳绳计圈法。跳绳每跳一下就记一圈，但它是通过齿轮转动的方法计圈数，而我们需要卷带轴转圈数的电子信息，才能与汽车的安全带提醒系统结合。因此，我又想到流水线红外计件器的方法。

与前面的方法类似，在卷带筒一侧圆盘（圆盘与轴一同转动）外缘附近安装一个发光二极管，在卷收器外壳的内侧对应位置处安装一个光接收器，如图4（b）所示。

在系安全带过程中，卷带轴每转一圈，接收器感应到一次亮光，记数一次，从而达到记圈目的。以乘车人系好安全带时卷带轴转的圈数为阈值，如果圈数少于阈值则为认为安全带没有系好，从而报警提醒。

如果是小孩乘坐，根据第一种方法，织带在卷带筒中剩余多，光接收器无信号；按第二种方法，卷带轴转的圈数也少于阈值，安全带提醒系统同样报警，可防止小孩乘坐在前排副驾驶员位置。