孫國(guó)鵬，于士軍（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 253000）

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呼氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫國(guó)鵬，于士軍
（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 253000）

因酒后駕車造成的事故嚴(yán)重影響了社會(huì)的安全事業(yè)，在我國(guó)雖采取了一些相應(yīng)的措施，但是均未起到理想的效果。為了達(dá)到安全駕駛的目的，設(shè)計(jì)了呼氣檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)駕駛員呼出的氣體進(jìn)行檢測(cè)并采取相應(yīng)的處理措施，保證安全駕駛。杜絕酒后駕車，從而盡量保證人們的出行安全，促進(jìn)社會(huì)的和諧穩(wěn)定發(fā)展。

酒后駕駛；酒精傳感器；呼氣檢測(cè)系統(tǒng)；安全駕駛

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.065

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

引言

汽車在現(xiàn)代社會(huì)中扮演了越來(lái)越重要的角色。隨著社會(huì)的發(fā)展和汽車的大范圍應(yīng)用，伴隨在汽車周邊的不安定因素也隨之出現(xiàn)，其中最為引人關(guān)注的便是酒后駕車現(xiàn)象。因?yàn)榫坪篑{車而造成的交通事故給我國(guó)社會(huì)的和諧發(fā)展與穩(wěn)定等方面造成了巨大的威脅。

1、國(guó)外防酒駕措施

在國(guó)外，汽車推廣的時(shí)間長(zhǎng)，并且受生活習(xí)慣的影響使得飲酒現(xiàn)象也普遍高于國(guó)內(nèi)，但酒駕發(fā)生的數(shù)量卻低于國(guó)內(nèi)。在啤酒盛行的德國(guó)，政府在公共廁所安裝了酒精檢測(cè)器通過(guò)對(duì)小便進(jìn)行檢測(cè)而防止酒駕[1]。另外，在世界范圍內(nèi)同樣比較流行的酒精檢測(cè)裝置就是交警手中的便攜式酒精檢測(cè)器[2]。但這兩者的防酒駕效果并不顯著，因?yàn)樗^(guò)依賴駕駛員的自律。

在歐洲，汽車文化已存在多年，因此在多數(shù)情況下駕駛員都能夠按照防酒后駕車裝置的提示來(lái)自覺選擇不開車[3]。在中國(guó)，這兩種方式的效果卻并不顯著。目前，我國(guó)最為普及的方式則是采用公益廣告、路邊設(shè)置提示標(biāo)語(yǔ)以及采取嚴(yán)厲的法律法規(guī)措施等[4]。

2、呼氣檢測(cè)系統(tǒng)

2.1呼氣檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要由呼氣檢測(cè)裝置ECU、張口式橡膠皮管、酒精傳感器、汽車信號(hào)燈、警報(bào)器、警示鈴、空氣流量傳感器、硬質(zhì)塑料通氣道、警示燈以及車輪轉(zhuǎn)速傳感器等組成。

為了方便迅速的收集駕駛員呼出的氣體，利用了將張口式橡膠皮管通過(guò)方向盤固定的方式，并與硬質(zhì)塑料通氣管相連接，用來(lái)傳送駕駛員呼出的氣體。通氣管上裝有酒精傳感器和空氣流量傳感器。另外在駕駛室內(nèi)部增設(shè)了警示燈和警示鈴，方便駕駛員及時(shí)察覺系統(tǒng)工作結(jié)果。各構(gòu)件協(xié)同工作，共同構(gòu)成了呼氣檢測(cè)系統(tǒng)。下圖所示為呼氣檢測(cè)裝置的基本結(jié)構(gòu)圖。

2.2呼氣檢測(cè)系統(tǒng)工作原理

呼氣檢測(cè)裝置ECU采用了現(xiàn)今比較成熟的單片機(jī)技術(shù)。當(dāng)插入汽車鑰匙啟動(dòng)汽車后，將會(huì)使ECU開始工作，ECU會(huì)控制并調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作。駕駛員呼出的氣體進(jìn)入通氣管道，并先后受到空氣流量傳感器和酒精傳感器的檢測(cè)。氣體流量基準(zhǔn)值按酒精傳感器的運(yùn)行要求設(shè)定，并且要使空氣流量基準(zhǔn)值遠(yuǎn)小于正常情況下經(jīng)過(guò)酒精傳感器的空氣流量。兩傳感器的電阻值分別與空氣流量和酒精含量有很好的線性關(guān)系，在系統(tǒng)開始工作時(shí)，通過(guò)電流值和電壓值的改變來(lái)決定其余部件的工作情況并將信息傳遞給ECU。系統(tǒng)的工作流程圖如圖2所示。

若空氣流量傳感器檢測(cè)到空氣流量過(guò)低時(shí)，傳感器電阻值保持在很大的狀態(tài)，使得其所在支路中電量降低，并聯(lián)電路中另一支路電量相對(duì)升高，使警示鈴和警示燈所在電路開始工作。一方面會(huì)通過(guò)警示鈴和警示燈提醒車主重新檢測(cè)和檢修系統(tǒng)；另一方面，系統(tǒng)會(huì)接通警報(bào)器所在電路使其工作，汽車信號(hào)燈也會(huì)進(jìn)入雙閃模式開始工作，這是防止在系統(tǒng)未確定駕駛員是否為酒后駕車狀態(tài)時(shí)駕駛員便開車。此時(shí)唯有熄火并拔出鑰匙警報(bào)器、警示燈等才會(huì)停止工作。如圖3所示為空氣流量傳感器所在電路的一部分，其中V表示汽車提供的電壓；RL為定值電阻；Va表示空氣流量傳感器傳遞給酒精傳感器的電壓，唯有電壓足夠大時(shí)后續(xù)電路才會(huì)工作；Vb表示系統(tǒng)給警示鈴、警報(bào)器、警示燈和汽車信號(hào)燈等裝置提供的電壓；Rs表示可以充當(dāng)空氣流量傳感器的電阻，它的阻值隨空氣流量的大小而變化。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，駕駛員呼出氣體中酒精含量在20mg～80mg/100ml的值域范圍內(nèi)屬于酒后駕車[5]。為了強(qiáng)化系統(tǒng)的防酒駕效果，進(jìn)行了酒后駕車實(shí)驗(yàn)。分別找到年齡在20～40歲且身體健康的男女司機(jī)各三名作為志愿者參與測(cè)試，結(jié)果顯示，其中有一男一女兩名志愿者呼出氣體的酒精含量在達(dá)到15mg/100ml左右時(shí)開始出現(xiàn)注意力無(wú)法高度集中的情況，這可能因?yàn)閭€(gè)人體質(zhì)因素影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了防患于未然，因此將該系統(tǒng)的酒精傳感器選用靈敏度較高的傳感器。

當(dāng)傳感器檢測(cè)到氣體酒精含量達(dá)到15mg/100ml時(shí)，酒精傳感器電阻降低，電壓升高，使警示燈、警示鈴和汽車警報(bào)器同時(shí)工作。警示燈、警示鈴提醒車主當(dāng)前為酒后駕車，警報(bào)器和進(jìn)入雙閃模式的信號(hào)燈則會(huì)提醒其他車主遠(yuǎn)離該車輛同時(shí)吸引執(zhí)法人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)排查。另外在有車載電話的汽車上，系統(tǒng)還會(huì)有附加工作。若車輪轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)到車輪的轉(zhuǎn)速在兩分鐘后仍未明顯降低，系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)車載電話自動(dòng)報(bào)警，以便將安全隱患扼殺的搖籃里。

3、系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)

為了確定該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的有效性，進(jìn)行了該系統(tǒng)檢測(cè)試驗(yàn)。將該呼氣檢測(cè)系統(tǒng)安裝在三名志愿者的普通私家轎車并讓三名志愿者飲用少量酒至其呼出氣體中酒精含量分別處于15mg/100ml左右和25mg/100ml左右，然后模擬上車點(diǎn)火準(zhǔn)備啟動(dòng)汽車的過(guò)程，每位志愿者在這兩種情況下均進(jìn)行了兩次實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了記錄。記錄顯示，在總共進(jìn)行的12次實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)僅有一次在其呼氣中酒精濃度為15mg/100ml的情況下系統(tǒng)將檢測(cè)結(jié)果定義為不屬于酒后駕車，其它均正確的做出了判斷。

綜合實(shí)驗(yàn)情況，該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中是準(zhǔn)確有效的。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。

表1　

4、結(jié)論

防酒駕呼氣檢測(cè)裝置在檢測(cè)駕駛員是否為酒后駕駛狀態(tài)方面將會(huì)起到全面而有效的作用，通過(guò)各裝置間的配合工作來(lái)合理有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)酒駕進(jìn)行檢測(cè)和處理。裝置若檢測(cè)到駕駛員為酒駕狀態(tài)，將會(huì)立即提醒駕駛員并使警報(bào)器和信號(hào)燈開始工作，防止酒駕事故發(fā)生，進(jìn)而保證駕駛員、乘客及他人的安全，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)社會(huì)交通事業(yè)的安全與穩(wěn)定的發(fā)展將會(huì)起到重要的作用。

[1]丁舒平.于同進(jìn).道路交通事故的間接成因分析[J].公路交通科.2009.

[2]王宇峰.國(guó)內(nèi)外智能交通系統(tǒng)研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)介[J].硅谷.2008.

[3]鄭艷芳.基于道路及環(huán)境因素的城市交通安全分析研究[D].福建.福州大學(xué).2005.

[4]李懷源.酒后駕車交通事故的應(yīng)對(duì)之策[J].道路交通管理.2007.

[5]張勇剛.機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)司坪篑{車管理對(duì)策研究[J].政法學(xué)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

孫國(guó)鵬（1994-），男，本科在讀，就讀于德州學(xué)院汽車工程學(xué)院。