◆長沙市長郡芙蓉中學(xué) 唐唯軼 戴 辰

新手司機(jī)因判斷不準(zhǔn)方向盤打轉(zhuǎn)的圈數(shù)，易引發(fā)起步、停車、掉頭、倒車等一連串操作失誤。即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)，也會(huì)因握姿不正確、不確定方向盤的打轉(zhuǎn)圈數(shù)等造成開車時(shí)誤操作，引發(fā)交通事故。

如果在不改變汽車方向盤原有結(jié)構(gòu)又方便安裝的基礎(chǔ)上，通過研究汽車方向盤基本打轉(zhuǎn)圈數(shù)，設(shè)計(jì)一種可顯示方向盤打轉(zhuǎn)了幾圈，并能及時(shí)糾正握姿的裝置，就可以減少安全事故的發(fā)生。

一、實(shí)驗(yàn)與分析

握盤轉(zhuǎn)向提示方向盤套中需安裝傳感器來感應(yīng)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(yīng)傳感器、微波傳感器、電容傳感器等都能對(duì)移動(dòng)的物體產(chǎn)生感應(yīng)。我們以上述幾種傳感器作為觸發(fā)信號(hào)源，利用12V觸發(fā)式循環(huán)繼電器制作了一個(gè)模擬沙盤進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

1.實(shí)驗(yàn)器材

紅外線傳感器，電感傳感器，磁感應(yīng)傳感器，微波傳感器，電容傳感器，循環(huán)繼電器，小燈泡，方向盤，導(dǎo)線，電源，塑料板。

2.實(shí)驗(yàn)方法

在方向盤上分別安裝各種不同的傳感器，用導(dǎo)線連接循環(huán)繼電器的信號(hào)觸發(fā)端，讓小燈泡接上循環(huán)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(shí)放在傳感器的上方，觀察小燈泡是否發(fā)光。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1

本裝置的傳感器需安裝在方向盤套內(nèi)，因此，要求這種傳感器不僅能感應(yīng)到進(jìn)入感應(yīng)區(qū)的人手，而且在被覆蓋塑料板后還能靈敏地感應(yīng)到人手。從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，可選用電容傳感器。

二、轉(zhuǎn)動(dòng)提示器的設(shè)計(jì)

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(jī)明確方向盤所處的位置，需設(shè)計(jì)一個(gè)可顯示方向盤打轉(zhuǎn)了幾圈的轉(zhuǎn)動(dòng)提示器。此轉(zhuǎn)動(dòng)提示器能根據(jù)鋼珠的位置判斷方向盤的位置變化。

將轉(zhuǎn)動(dòng)提示器安裝在控制盒內(nèi)，再設(shè)置一個(gè)背光燈，通過光敏傳感器感應(yīng)駕駛室內(nèi)光線的明暗變化。當(dāng)車內(nèi)光線較暗時(shí)，背光燈打開，能清晰地看到轉(zhuǎn)動(dòng)提示器內(nèi)鋼珠的位置。轉(zhuǎn)動(dòng)提示器的結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 轉(zhuǎn)動(dòng)提示器結(jié)構(gòu)圖

三、方案的設(shè)計(jì)與分析

握盤轉(zhuǎn)向提示方向盤套包括開關(guān)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(zhuǎn)動(dòng)提示器等，結(jié)構(gòu)如圖2。

方向盤上設(shè)置了開關(guān)量傳感器，能準(zhǔn)確感應(yīng)到方向盤的位置，并將信號(hào)傳輸?shù)竭壿嬁刂齐娐?，由邏輯控制電路通過繼電器控制設(shè)置紅、綠信號(hào)燈及語音提示裝置。

方向盤套的3點(diǎn)及9點(diǎn)位置設(shè)置了電容傳感器。開關(guān)量傳感器定位方向盤的三個(gè)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(dāng)司機(jī)雙手離開3點(diǎn)、9點(diǎn)的位置超過10秒，或一只手離開3點(diǎn)、9點(diǎn)位置超過10秒，就會(huì)發(fā)出提示語音：“咚、咚、咚……請(qǐng)雙手分別在方向盤的3點(diǎn)與9點(diǎn)位置握穩(wěn)。”

四、制作裝置

1.實(shí)物組裝

在方向盤的中間放置帶開關(guān)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(gè)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(guān)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(shè)置一個(gè)背光燈，通過光敏傳感器感應(yīng)駕駛室內(nèi)光線的明暗程度，當(dāng)車內(nèi)光線較暗時(shí)，背光燈打開，能看清轉(zhuǎn)動(dòng)提示器內(nèi)鋼珠的位置，如圖3。

圖3 握盤轉(zhuǎn)向提示方向盤套實(shí)物圖

2.工作原理

（1）工作模式一：向左一圈模式

當(dāng)鋼珠位于圖4所示位置時(shí)，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(shí)鋼珠的位置

（2）工作模式二：中間回正模式

當(dāng)鋼珠位于圖5所示位置時(shí)，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(shí)鋼珠的位置

（3）工作模式三：向右一圈模式

當(dāng)鋼珠位于圖6所示位置時(shí)，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(shí)鋼珠的位置

（4）工作模式四：握姿不規(guī)范模式

當(dāng)司機(jī)雙手離開3點(diǎn)、9點(diǎn)的位置超過10秒，或一只手離開3點(diǎn)、9點(diǎn)位置超過10秒就會(huì)報(bào)警，并發(fā)出語音提示：“請(qǐng)?jiān)?點(diǎn)與9點(diǎn)位置握穩(wěn)方向盤。”

3.裝置安裝位置的確定

為了保證裝置能在不改變?cè)较虮P結(jié)構(gòu)的前提下，準(zhǔn)確、有效地感應(yīng)方向盤圈數(shù)，并能充分發(fā)揮定位提示與規(guī)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(chuàng)新點(diǎn)

針對(duì)新手司機(jī)開車時(shí)對(duì)方向盤打轉(zhuǎn)操作不熟練的現(xiàn)象，提出幫助他們進(jìn)行方向盤打轉(zhuǎn)定位的方法，并及時(shí)糾正司機(jī)握方向盤的姿勢，能為降低交通事故發(fā)生概率提供參考。

專家點(diǎn)評(píng)

唐唯軼、戴辰兩位同學(xué)完成的“握盤轉(zhuǎn)向提示方向盤套”項(xiàng)目是一項(xiàng)青少年利用自己的創(chuàng)新思維與方式，幫助新手司機(jī)解決常遇到的因?qū)Ψ较虮P打轉(zhuǎn)的圈數(shù)判斷不準(zhǔn)，繼而引發(fā)起步、停車、掉頭、倒車等操作失誤的有趣發(fā)明。

以下兩點(diǎn)尤其值得贊賞。

第一，他們發(fā)現(xiàn)了要解決的問題之后，盡力從已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)中提取創(chuàng)新智慧，將小時(shí)候自己玩過、訓(xùn)練手指平衡與靈活度的“小鋼珠歸位”玩具的原理、結(jié)構(gòu)巧妙地移植到了發(fā)明項(xiàng)目中，既能提高司機(jī)規(guī)范握盤的意識(shí)，又能使其根據(jù)鋼珠所在位置準(zhǔn)確判斷方向盤的位置變化，簡單、明了。

第二，兩位小發(fā)明人為完成這個(gè)項(xiàng)目，運(yùn)用工程思維，對(duì)所用的電子器件如開關(guān)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(jìn)行了檢驗(yàn)與校正，較好地把控了研究的方向與進(jìn)度。