握盤轉向提示方向盤套

◆長沙市長郡芙蓉中學 唐唯軼 戴 辰

新手司機因判斷不準方向盤打轉的圈數，易引發起步、停車、掉頭、倒車等一連串操作失誤。即便是經驗豐富的司機，也會因握姿不正確、不確定方向盤的打轉圈數等造成開車時誤操作，引發交通事故。

如果在不改變汽車方向盤原有結構又方便安裝的基礎上，通過研究汽車方向盤基本打轉圈數，設計一種可顯示方向盤打轉了幾圈，并能及時糾正握姿的裝置，就可以減少安全事故的發生。

一、實驗與分析

握盤轉向提示方向盤套中需安裝傳感器來感應雙手握方向盤的姿勢是否正確，什么樣的傳感器最合適？

通過查找資料我們了解到，紅外線傳感器、電感傳感器、磁感應傳感器、微波傳感器、電容傳感器等都能對移動的物體產生感應。我們以上述幾種傳感器作為觸發信號源，利用12V觸發式循環繼電器制作了一個模擬沙盤進行對比實驗。

1.實驗器材

紅外線傳感器，電感傳感器，磁感應傳感器，微波傳感器，電容傳感器，循環繼電器，小燈泡，方向盤，導線，電源，塑料板。

2.實驗方法

在方向盤上分別安裝各種不同的傳感器，用導線連接循環繼電器的信號觸發端，讓小燈泡接上循環繼電器輸出的常開端，再接上電源，將手分別在無覆蓋物、覆蓋塑料板時放在傳感器的上方，觀察小燈泡是否發光。實驗結果如表1所示。

表1

本裝置的傳感器需安裝在方向盤套內，因此，要求這種傳感器不僅能感應到進入感應區的人手，而且在被覆蓋塑料板后還能靈敏地感應到人手。從上述實驗結果分析可知，可選用電容傳感器。

二、轉動提示器的設計

方向盤的向右一圈、中間回正、向左一圈在方向盤表面顯示都相同，易混淆。為了能讓新手司機明確方向盤所處的位置，需設計一個可顯示方向盤打轉了幾圈的轉動提示器。此轉動提示器能根據鋼珠的位置判斷方向盤的位置變化。

將轉動提示器安裝在控制盒內，再設置一個背光燈，通過光敏傳感器感應駕駛室內光線的明暗變化。當車內光線較暗時，背光燈打開，能清晰地看到轉動提示器內鋼珠的位置。轉動提示器的結構如圖1。

圖1 轉動提示器結構圖

三、方案的設計與分析

握盤轉向提示方向盤套包括開關量傳感器、光敏傳感器、邏輯控制電路、繼電器、語音提示裝置、轉動提示器等，結構如圖2。

方向盤上設置了開關量傳感器，能準確感應到方向盤的位置，并將信號傳輸到邏輯控制電路，由邏輯控制電路通過繼電器控制設置紅、綠信號燈及語音提示裝置。

方向盤套的3點及9點位置設置了電容傳感器。開關量傳感器定位方向盤的三個位置：向右一圈，中間回正，向左一圈，分別連接邏輯控制電路1#、2#、3#位置；電容傳感器連接邏輯控制電路4#位置，完成“提醒握姿”功能。當司機雙手離開3點、9點的位置超過10秒，或一只手離開3點、9點位置超過10秒，就會發出提示語音：“咚、咚、咚……請雙手分別在方向盤的3點與9點位置握穩。”

四、制作裝置

1.實物組裝

在方向盤的中間放置帶開關量傳感器、光敏傳感器、邏輯控制電路、繼電器、語音提示裝置等的長方體控制盒，在方向盤外層裝一個帶有電容傳感器的方向盤套。繼電器的常閉端分別連接開關量傳感器與電容傳感器，繼電器的常開端連接語音提示裝置。

在控制盒中設置一個背光燈，通過光敏傳感器感應駕駛室內光線的明暗程度，當車內光線較暗時，背光燈打開，能看清轉動提示器內鋼珠的位置，如圖3。

圖3 握盤轉向提示方向盤套實物圖

2.工作原理

（1）工作模式一：向左一圈模式

當鋼珠位于圖4所示位置時，表示方向盤目前所處的位置是向左一圈。

圖4 向左一圈模式時鋼珠的位置

（2）工作模式二：中間回正模式

當鋼珠位于圖5所示位置時，表示方向盤目前所處的位置是中間回正。

圖5 中間回正模式時鋼珠的位置

（3）工作模式三：向右一圈模式

當鋼珠位于圖6所示位置時，表示方向盤目前所處的位置是向右一圈。

圖6 向右一圈模式時鋼珠的位置

（4）工作模式四：握姿不規范模式

當司機雙手離開3點、9點的位置超過10秒，或一只手離開3點、9點位置超過10秒就會報警，并發出語音提示：“請在3點與9點位置握穩方向盤。”

3.裝置安裝位置的確定

為了保證裝置能在不改變原方向盤結構的前提下，準確、有效地感應方向盤圈數，并能充分發揮定位提示與規范握盤姿勢的作用，我們將方向盤套安裝在方向盤外層。

五、創新點

針對新手司機開車時對方向盤打轉操作不熟練的現象，提出幫助他們進行方向盤打轉定位的方法，并及時糾正司機握方向盤的姿勢，能為降低交通事故發生概率提供參考。

專家點評

唐唯軼、戴辰兩位同學完成的“握盤轉向提示方向盤套”項目是一項青少年利用自己的創新思維與方式，幫助新手司機解決常遇到的因對方向盤打轉的圈數判斷不準，繼而引發起步、停車、掉頭、倒車等操作失誤的有趣發明。

以下兩點尤其值得贊賞。

第一，他們發現了要解決的問題之后，盡力從已有的知識與經驗中提取創新智慧，將小時候自己玩過、訓練手指平衡與靈活度的“小鋼珠歸位”玩具的原理、結構巧妙地移植到了發明項目中，既能提高司機規范握盤的意識，又能使其根據鋼珠所在位置準確判斷方向盤的位置變化，簡單、明了。

第二，兩位小發明人為完成這個項目，運用工程思維，對所用的電子器件如開關量傳感器、光敏傳感器、邏輯控制電路、繼電器、語音提示裝置等進行了檢驗與校正，較好地把控了研究的方向與進度。