汽车副驾安全带压力报警传感器的失效研究

姚文苇

（陕西学前师范学院 计算机与电子信息系，陕西 西安 710100）

汽车副驾安全带压力报警传感器的失效研究

姚文苇

（陕西学前师范学院 计算机与电子信息系，陕西 西安 710100）

通过分析副驾座椅压力报警传感器的报警异常，对影响汽车安全带压力传感器报警的各因素进行了研究。改变传感器本身的电阻参数进行实际产品实验验证，确定电阻与压力的之间变化关系；检测了与传感器直接接触的坐垫、海绵以及面套束紧度对传感器导通压力的影响。结果表明；电阻、坐垫海绵对导通压力的影响极大，会导致安全报警系统失效；面套的松紧对传感器也有一定的影响。其结论将对优化压力传感器报警系统有一定的指导意义。

压力报警传感器；汽车副驾；海绵体；面套束紧

汽车座椅是人与汽车直接接触的界面，人们驾乘汽车的安全性与是否系座椅安全带有很大关系[1-2]。当汽车发生碰撞或遇到意外紧急制动时，将产生巨大的惯性作用力，使车内人员与方向盘、挡风玻璃、座椅靠背等物体发生二次碰撞，极易造成对乘员的伤害，甚至将乘员抛出车外。安全带能将车内人员束缚在座位上，防止了二次碰撞。但如果不能正确使用安全带，也会致酿成事故在汽车界也属于重点发展对象之一。根据在车讯网微博上的调查结果估计，75%的人系安全带的安全意识比较单薄，特别是副驾驶座椅以及后排的人员对系好安全带的意识偏低。为了更好的让人们在乘车时系好安全带，目前一些汽车座椅上安装安全带压力报警传感器以起到提示和警告的作用。根据当今国际社会采用技术路线是利用压力传感器检测来判定是否有人乘坐，由于安全带报警传感器的本身参数、结构的不同，在实际上经常出现异常的失效模式[3-4]。如在没有感知到人员时，出现报警信号；前期使用阶段感知人员后报警，使用一段时间后，没有感知到人员就报警；另外一种情况是一直不会出现报警信号。为了完善压力传感器报警功能，本文对失效的模式进行模拟仿真，并对故障原因分析、并对相关参数进行完善和优化。从而增强人员在乘车时系好安全带的意识，更好的保护人们的人身安全。

1 安全带报警传感器

安全带提醒系统由探测未系安全带的传感器和第一级提醒信号或第二级提醒信号所组成，当车内乘员未系安全带时，发出信号提醒车内乘员。安全带报警传感器安装于机动车座椅内，由感应装置、检测装置、线束以及连接装置组成[5-6]。检测装置捕捉感应装置的信号，将感应装置探测到的乘员占用状态或物体非占用情况，通过声、光的形式反映出来。感应装置判断座椅上乘员占用情况的提醒装置，当探测到座椅被乘员占用时，检测装置指示乘员占用状态；当感应装置探测到座椅未被乘员占用时，检测装置指示物体非占用状态[7-10]。

2 传感器的探测区域

在基于压力传感器的乘员识别中发现，乘员坐姿的改变势必影响乘员体压分布的动态变化[1]，根据以往的实验数据统计坐姿引起的乘员体压分布变化呈现非线性特征，但其中H点（H点指人体的躯干线和大腿中心线的交点）的位置是不变的。将传感器粘贴位置排布在体压范围外，传感器无法导通，功能没有实现，所以应确定压力传感器粘贴在座椅坐垫的准确位置。根据人体压力分布与实际装配验证最终确定排布位置是以H点位置前移50mm的位置，H点左移20mm的位置和H点右移20mm的位置所围成的区域如图2，安全报警传感器在座椅上的位置安装如图1所示。

图1 传感器的位置排布Fig.1 Position arrangement of sensor

图2 H点的探测区域Fig.2 The detection region of H point

3 实验技术要求

实验的温度要求如表1所示。

表1 实验的温度要求Tab.1 The requirements of experimental temperature

传感器的电器参数如表2所示。

表2 传感器的电器参数Tab.2 The electrical parameters of the sensor

4 实验结果及分析

4.1 电阻对导通压力的影响

压力的大小是压力传感器导通的关键，所以压力范围的设置是解决问题的一个重要参数。对压力传感器的参数驱动电压、驱动电流、电阻、电容进行研究判别，其中电阻是直接影响传感器导通报警的主要参数，为了改善导通报警的压力，现对电阻参数进行调整并进行实验对比，图3为传感器装于工作平台（刚性）上，电阻取不同值时，传感器导通报警时的实测压力值。其中电阻的取值为R1=10 000 Ω，R2=1000 Ω，R3=100 Ω。

图3 不同阻值时导通压力参数分布Fig.3 Parameter distribution of conducting pressure for different resistance

由图3传感器压力的数据，可以看出，电阻值越大，传感器导通报警的压力值越小；电阻较小时，传感器导通报警时的压力值较大。理论上电阻值一定时，导通的压力是一致的，但是由于产品制作过程中的过程误差，所以在实际测试时出现上下波动的现象，曲线波动不大，满足设计的理论要求。考虑到人体体重差异，传感器电阻建议值应在小于100 Ω的范围内。

4.2 坐垫海绵的影响

由于实际生产中，传感器需要装配在坐垫海绵上，而坐垫海绵为软质，传感器在实际的测量值与产品本身的压力导通值存在一定的偏差。

实验设计：将同一电阻值生产的同一批次的产品随机挑选50件，进行测试，测试条件是传感器单独放置工作平台（刚性），另外一种装配在海绵上。

传感器放置工作平台及装配在海绵上的导通压力参数对比如图4，曲线1为接触点在海绵上测试曲线，曲线2为传感器的接触点在工作平台的测试状况。由图4可知，粘贴在海绵上的施加压力普遍大于粘贴工作台的压力，压力差在30 N左右。

图4 传感器放置工作平台及装配在海绵上的导通压力参数分布Fig.4 Distribution of conducting pressure when sensors was placed on working platform and assembled on the sponge

4.3 坐垫及面套的影响

为了人体舒适感，座椅的最上层为坐垫及面套，人体的压力是通过坐垫及面套作用于传感器。实验设计：用假臀模拟人的状态，分别将传感器装配在海绵上，与装配在海绵与面套之间进行测试。

在装配传感器的海绵上进行测试产品50件，放上假臀时均导通报警；测试装配在海绵与坐垫之间的传感器，与只装配于海绵上时状态相同，没有报警，在此基础上增加重量，当重量添加至1 Kg左右时传感器才导通。由此可见坐垫包上面套，其束紧度对传感器导通的压力也存在影响。包上面套后，面套对整个座垫来说重量差别在1 Kg左右。

由实验结果可知，海绵体、坐垫面套，均会导致压力传感器的导通压力增大，在设置压力导通时要充分的验证其对传感器的影响。

5 结论

文中对失效的模式进行模拟仿真，并对故障原因分析、并对相关参数进行完善和优化。得到的结论如下：1)在座椅上将排布位置进行定位以便粘贴位置统一，有利于传感器充分感知到乘员的压力分布，对导通有很大的作用；2)电阻值越大，传感器导通报警的压力值越小，综合考虑到人体体重差异几个方面的影响，传感器电阻建议值在小于100 Ω的范围内；3)海绵体、坐垫面套，均会导致压力传感器的导通压力增大，在设置压力导通时要充分的验证其对传感器的影响。对不同状态下的对比数据进行分析，将有利于完善汽车座椅压力传感器报警系统，从而更好的发挥安全带对于副驾的保护作用。

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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 稿件编号：201501018

国家自然科学基金项目(11474191)

姚文苇(1981—)，女，山东临沂人，硕士，讲师。研究方向：功率超声。