汽車輔助保安器

摘要：目前，普通汽車存在車內窒息、車內高溫和汽車溺水等因素造成的安全隱患，為了提高普通汽車的安全性能，給汽車安裝由乘員傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器和進水傳感器等，結合控制電路和邏輯電路，實現在車內有人的前提下，當出現車內溫度過高、二氧化碳濃度過高、汽車落水等危險情況時，保安器立即接通開窗電機，及時打開車窗。

關鍵詞：汽車；輔助；保安器

1 緒論

汽車的推廣和普及，給我們的生產和生活帶來了很大的便利。雖然汽車在設計和生產的過程中已經把安全性能做得比較好了，但是從實際情況來看，普通汽車仍存在一些揪心的安全隱患。

1.1 車內窒息

這些事故的發生，往往是一些粗心的家長，把孩子長時間滯留車內，導致車內缺氧，二氧化碳濃度過高，孩子又不懂得開窗或無法開窗，汽車也不會自動開窗，最終釀成孩子窒息而死的慘劇！

1.2 車內高溫

這個安全隱患也更多地發生在滯留車內的孩子身上。一旦車內溫度過高，孩子又不懂得開窗或無法開窗，汽車也不會自動開窗，被活活熱死！

1.3 汽車溺水

當發生汽車落水事故后，駕駛員如果未能第一時間打開車窗，車內進水過多，將引起車內電路設備失靈甚至短路，就算有后續開窗動作也無法打開車窗，最終導致車內人員被活活淹死！遺憾的是目前普通汽車沒有這方面的安全措施。為了防止這些事故的發生，提高汽車的安全性能，迫切需要一種相關的汽車輔助保安裝置。

2 汽車輔助保安器的設計

2.1 組成情況

分析研究這些安全隱患和汽車的相關結構，經過多次的設計與實踐論證，最后確定汽車輔助保安器的基本組成如圖1所示。

汽車輔助保安器由控制電路、乘員傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、進水傳感器等組成。控制電路置于鋁合金盒內，防水、防潮。

2.2 技術方案

給汽車增加由乘員傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、進水傳感器等，結合控制電路和邏輯電路，就能實現在車內有人的前提下，如果出現車內溫度過高、二氧化碳濃度過高、汽車落水等危險情況，保安器立即接通開窗電機，及時打開車窗。

2.3 電路設計

汽車輔助保安器的基本電路如圖2所示。

圖2中，CO2是二氧化碳傳感器，二氧化碳濃度檢測范圍一般是0～5000ppm，模擬輸出電壓（OUT）一般是0～2.5V。t°是溫度傳感器，有模擬量輸出，實時輸出熱電阻上的電壓信號。A、B是水位檢測電極接線點，連接相應的水位檢測電極，其保護電阻R可以在10Ω～1000Ω取值。PIR是人體感應模塊，當探測到有人時，輸出高電平，沒有人時輸出低電平，可以重復觸發，即感應輸出高電平后，如果有人在其感應范圍內活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變為低電平。人體感應模塊的感應距離一般在3米以內。電位器VR1、VR2、VR3用以調整相應的傳感器對三極管的觸發閾值（靈敏度）。K1、K2、K3是額定電壓為5V的微型繼電器。M是汽車車門內的玻璃升降器電機。+Vcc是電源，直接取自汽車蓄電池。

2.4 工作原理

2.4.1 情況一：車內有人

人體感應模塊PIR檢測到車內有乘員，輸出高電平（3.3V），電位器VR3適當調整觸發閾值，三極管Q3導通，繼電器K3通電，開關K3閉合。二氧化碳傳感器CO2、溫度傳感器t°和進水檢測電路得電工作，實時監測車內的二氧化碳濃度、溫度和進水等情況。

如果車內二氧化碳濃度過高（如4000ppm），二氧化碳傳感器將輸出相應的高電平。電位器VR1適當調整觸發閾值，三極管Q1導通，繼電器K1通電，開關K1閉合，開窗電機M工作，實施開窗動作。

如果車內溫度過高（如35℃以上），溫度傳感器輸出高電平，電位器VR2適當調節觸發閾值，三極管Q2導通，繼電器K2通電，開關K2閉合，開窗電機M工作，實施開窗動作。

由于自然界的水含電解質，都是導體，如果車內進水，檢測點A、B間被水接通，三極管Q2導通，繼電器K2通電，開關K2閉合，開窗電機M工作，實施開窗動作。

這樣，一旦車內出現二氧化碳濃度過高、溫度過高、汽車落水等任何一種危險情況時，開窗電機M都將得電，立即開窗，以確保人身安全。

2.4.2 情況二：車內無人

如果車內無人，人體感應模塊PIR輸出低電平，三極管Q3截止，繼電器K3斷電，開關K3斷開。這樣，二氧化碳傳感器、溫度傳感器和進水檢測電路斷電不工作，K1和K2始終斷開，保安器不會有開窗動作。

3 傳感器的安裝位置

如圖3是汽車輔助保安器的傳感器典型安裝位置示意圖。

3.1 人體感應模塊的安裝位置

人體感應模塊一般應安裝在車內座位的正上方，探測的方向應該朝正下方，同時探測圓錐角不能太大，以便既能準確檢測乘員情況，同時可以防止車外人員的干擾，以免傳感器誤測誤判。

3.2 溫度、二氧化碳傳感器的安裝位置

溫度、二氧化碳傳感器一般應安裝在車內中間空氣能流通的部位，便于準確檢測車內的溫度和二氧化碳濃度的高低。

3.3 進水傳感器的安裝位置

進水傳感器的安裝部位可取發動機艙中下部兩側，因為汽車落水一般是車頭先下沉的。同時，進水傳感器位置也要低于汽車蓄電池的高度，這樣可以保證蓄電池被水浸泡前讓保安器盡早檢測到進水情況。車尾的車廂兩側也要安裝進水傳感器，以檢測車尾的進水情況。

以上是傳感器的典型安裝位置示意，在實際使用中，可以根據需要調整每種傳感器的數量和相應的安裝位置。

4 應用價值

本科技創新項目有以下兩個明顯的應用價值：

4.1 能提高普通汽車的安全性能

使普通汽車具備在車內有人的前提下，對車內的溫度、二氧化碳濃度等進行實時監控。如果出現車內溫度過高、車內二氧化碳濃度過高、汽車落水等緊急情況時，能及時自動打開車窗，以免發生人身安全事故，進一步提高汽車的安全性能。

4.2 受益對象巨大

截至2016年6月底，全國汽車保有量達1.84億輛；汽車駕駛人2.96億人；平均每2.2個駕駛員有一輛私家小汽車；平均每百戶家庭有31輛私家車。

如果這些車輛都能用上這種汽車輔助保安器，受益對象巨大！

參考文獻：

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作者簡介：張高晨（2002），男，漢族，浙江臺州人，臺州市第一中學學生，椒江區科學院小院士，獲得2項國家專利。《汽車輔助保安器》獲第31屆浙江省青少年科技創新大賽一等獎。