呼气检测系统设计

孙国鹏，于士军（德州学院汽车工程学院，山东 德州 253000）



呼气检测系统设计

孙国鹏，于士军
（德州学院汽车工程学院，山东 德州 253000）

因酒后驾车造成的事故严重影响了社会的安全事业，在我国虽采取了一些相应的措施，但是均未起到理想的效果。为了达到安全驾驶的目的，设计了呼气检测系统。该系统通过对驾驶员呼出的气体进行检测并采取相应的处理措施，保证安全驾驶。杜绝酒后驾车，从而尽量保证人们的出行安全，促进社会的和谐稳定发展。

酒后驾驶；酒精传感器；呼气检测系统；安全驾驶

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.065

CLC NO.: U469Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-202-03

引言

汽车在现代社会中扮演了越来越重要的角色。随着社会的发展和汽车的大范围应用，伴随在汽车周边的不安定因素也随之出现，其中最为引人关注的便是酒后驾车现象。因为酒后驾车而造成的交通事故给我国社会的和谐发展与稳定等方面造成了巨大的威胁。

1、国外防酒驾措施

在国外，汽车推广的时间长，并且受生活习惯的影响使得饮酒现象也普遍高于国内，但酒驾发生的数量却低于国内。在啤酒盛行的德国，政府在公共厕所安装了酒精检测器通过对小便进行检测而防止酒驾[1]。另外，在世界范围内同样比较流行的酒精检测装置就是交警手中的便携式酒精检测器[2]。但这两者的防酒驾效果并不显著，因为它太过依赖驾驶员的自律。

在欧洲，汽车文化已存在多年，因此在多数情况下驾驶员都能够按照防酒后驾车装置的提示来自觉选择不开车[3]。在中国，这两种方式的效果却并不显著。目前，我国最为普及的方式则是采用公益广告、路边设置提示标语以及采取严厉的法律法规措施等[4]。

2、呼气检测系统

2.1呼气检测系统的基本结构

该系统主要由呼气检测装置ECU、张口式橡胶皮管、酒精传感器、汽车信号灯、警报器、警示铃、空气流量传感器、硬质塑料通气道、警示灯以及车轮转速传感器等组成。

为了方便迅速的收集驾驶员呼出的气体，利用了将张口式橡胶皮管通过方向盘固定的方式，并与硬质塑料通气管相连接，用来传送驾驶员呼出的气体。通气管上装有酒精传感器和空气流量传感器。另外在驾驶室内部增设了警示灯和警示铃，方便驾驶员及时察觉系统工作结果。各构件协同工作，共同构成了呼气检测系统。下图所示为呼气检测装置的基本结构图。

2.2呼气检测系统工作原理

呼气检测装置ECU采用了现今比较成熟的单片机技术。当插入汽车钥匙启动汽车后，将会使ECU开始工作，ECU会控制并调节系统工作。驾驶员呼出的气体进入通气管道，并先后受到空气流量传感器和酒精传感器的检测。气体流量基准值按酒精传感器的运行要求设定，并且要使空气流量基准值远小于正常情况下经过酒精传感器的空气流量。两传感器的电阻值分别与空气流量和酒精含量有很好的线性关系，在系统开始工作时，通过电流值和电压值的改变来决定其余部件的工作情况并将信息传递给ECU。系统的工作流程图如图2所示。

若空气流量传感器检测到空气流量过低时，传感器电阻值保持在很大的状态，使得其所在支路中电量降低，并联电路中另一支路电量相对升高，使警示铃和警示灯所在电路开始工作。一方面会通过警示铃和警示灯提醒车主重新检测和检修系统；另一方面，系统会接通警报器所在电路使其工作，汽车信号灯也会进入双闪模式开始工作，这是防止在系统未确定驾驶员是否为酒后驾车状态时驾驶员便开车。此时唯有熄火并拔出钥匙警报器、警示灯等才会停止工作。如图3所示为空气流量传感器所在电路的一部分，其中V表示汽车提供的电压；RL为定值电阻；Va表示空气流量传感器传递给酒精传感器的电压，唯有电压足够大时后续电路才会工作；Vb表示系统给警示铃、警报器、警示灯和汽车信号灯等装置提供的电压；Rs表示可以充当空气流量传感器的电阻，它的阻值随空气流量的大小而变化。

根据相关规定，驾驶员呼出气体中酒精含量在20mg～80mg/100ml的值域范围内属于酒后驾车[5]。为了强化系统的防酒驾效果，进行了酒后驾车实验。分别找到年龄在20～40岁且身体健康的男女司机各三名作为志愿者参与测试，结果显示，其中有一男一女两名志愿者呼出气体的酒精含量在达到15mg/100ml左右时开始出现注意力无法高度集中的情况，这可能因为个人体质因素影响了实验结果，为了防患于未然，因此将该系统的酒精传感器选用灵敏度较高的传感器。

当传感器检测到气体酒精含量达到15mg/100ml时，酒精传感器电阻降低，电压升高，使警示灯、警示铃和汽车警报器同时工作。警示灯、警示铃提醒车主当前为酒后驾车，警报器和进入双闪模式的信号灯则会提醒其他车主远离该车辆同时吸引执法人员及时发现排查。另外在有车载电话的汽车上，系统还会有附加工作。若车轮转速传感器检测到车轮的转速在两分钟后仍未明显降低，系统则会通过车载电话自动报警，以便将安全隐患扼杀的摇篮里。

3、系统测试实验

为了确定该系统在实际应用中的有效性，进行了该系统检测试验。将该呼气检测系统安装在三名志愿者的普通私家轿车并让三名志愿者饮用少量酒至其呼出气体中酒精含量分别处于15mg/100ml左右和25mg/100ml左右，然后模拟上车点火准备启动汽车的过程，每位志愿者在这两种情况下均进行了两次实验，并对实验结果进行了记录。记录显示，在总共进行的12次实验中，系统仅有一次在其呼气中酒精浓度为15mg/100ml的情况下系统将检测结果定义为不属于酒后驾车，其它均正确的做出了判断。

综合实验情况，该系统在实际运行中是准确有效的。具体实验数据如下表所示。

表1　

4、结论

防酒驾呼气检测装置在检测驾驶员是否为酒后驾驶状态方面将会起到全面而有效的作用，通过各装置间的配合工作来合理有效的实现对酒驾进行检测和处理。装置若检测到驾驶员为酒驾状态，将会立即提醒驾驶员并使警报器和信号灯开始工作，防止酒驾事故发生，进而保证驾驶员、乘客及他人的安全，这对促进我国社会交通事业的安全与稳定的发展将会起到重要的作用。

[1]丁舒平.于同进.道路交通事故的间接成因分析[J].公路交通科.2009.

[2]王宇峰.国内外智能交通系统研究现状简介[J].硅谷.2008.

[3]郑艳芳.基于道路及环境因素的城市交通安全分析研究[D].福建.福州大学.2005.

[4]李怀源.酒后驾车交通事故的应对之策[J].道路交通管理.2007.

[5]张勇刚.机动车驾驶人酒后驾车管理对策研究[J].政法学刊.2005.

Breath detection system design

Sun Guopeng,Yu Shijun
(School of automotive engineering,Dezhou University,Shandong Dezhou 253000)

The accidents caused by drunk driving have seriously affected the social security cause.In our country,we have taken some measures,but have not played an ideal effect.In order to achieve the goal of safe driving,the breath detection system is designed.The system detects and takes the corresponding treatment measures to ensure the safe driving through the gas exhaled by the driver.To prevent drunk driving,so as to ensure people's travel safety,and promote the harmonious and stable development of society.

drink driving; alcohol sensor; breath detection system; safe driving

U469

A

1671-7988（2016）08-202-03

孙国鹏（1994-），男，本科在读，就读于德州学院汽车工程学院。