CN101537822B - 基于安全带的汽车行驶危险预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于安全带的汽车行驶危险预警装置，它包括：一安全带扣，其包括一包括线圈、衔铁、磁轭和导线接口的电磁铁装置和一原车安全带扣；衔铁上和磁轭底部分别设置有一连接原车安全带扣用的孔和一连接车辆座椅用的孔，线圈通过连接所述安全带扣控制器；一安全带扣控制器，其通过原车上车载CAN总线接收驾驶辅助系统提供的报警级别大小和车辆碰撞信号；当接收到报警级别信息时，安全带扣控制器控制线圈内电流通断，进而通过电磁铁装置中的衔铁控制原车安全带扣拉紧和放松安全带，以预警驾驶员；当接收到车辆碰撞信号时，安全带扣控制器控制安全带扣对安全带进行锁止，将驾驶员和乘客锁止在座椅上。本发明兼具危险预警及紧急锁止的功能，结构简单，安装方便，应用范围广。

Description

基于安全带的汽车行驶危险预警装置

技术领域

本发明涉及汽车安全技术领域，特别是关于一种基于安全带的汽车行驶危险预警装置。

背景技术

随着车辆主动安全技术的发展，现有前撞报警系统、车道偏离报警系统等多种驾驶辅助系统为驾驶员提供危险状态预警信息。而车辆发生碰撞等危险的情况往往是在驾驶员精力不集中或处于疲劳状态的情况下发生，此类报警系统要达到最佳的报警效果，需要对驾驶员实施最可靠的刺激方式，以保证其能够在各种状态下快速有效的察觉到报警信息。触觉作为人的主要感觉能力之一，分布最广，感受信息最多，因此采用触觉报警方式作用效果往往较为明显。各汽车厂商及研究机构在此方面均有相关的应用研究，例如，奥迪公司在车辆偏离车道线时用方向盘振动的方式提醒驾驶员，中国专利200520128761.8在车辆处于危险状态时则利用安装于油门踏板上的振动装置给驾驶员以报警提示。对于已有的方向盘振动报警方式，由于如今车辆方向盘本身已集成了安全气囊及大量的功能按钮，再增加一振动装置势必会使其内部线路及部件布置更加复杂。对于油门踏板振动报警方式，由于车辆处于危险状态时驾驶员的脚不一定恰好搁于踏板上，在此情况下将无法起到报警作用。

另外，在车辆不可避免地发生了碰撞等紧急情况时，此类报警系统最好还应具有将驾驶员及乘客紧急锁止于座椅上的功能，以免发生人体由于和方向盘等物体的剧烈碰撞而受伤。能够实现此功能的最佳装置为具有锁止功能的安全带，例如公开号为CN201161580的专利便提出一种紧急锁止式安全带卷收器，其在紧急情况下具有对安全带进行锁止的功能，但是其结构复杂，安装时对原车的安全带卷收器改动较大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，兼具有危险预警及紧急锁止功能的基于安全带的汽车行驶危险预警装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于安全带的汽车行驶危险预警装置，它包括：一安全带扣，其包括一电磁铁装置和一原车安全带扣；所述电磁铁装置包括线圈、衔铁、磁轭和导线接口；所述衔铁上和磁轭底部分别设置有一连接所述原车安全带扣用的孔和一连接车辆座椅用的孔，所述线圈通过所述导线接口连接所述安全带扣控制器；一安全带扣控制器，其通过原车上车载CAN总线接收驾驶辅助系统提供的报警级别大小和车辆碰撞信号；当接收到报警级别信号时，所述安全带扣控制器控制所述线圈内电流通断，进而通过所述电磁铁装置中的衔铁控制所述原车安全带扣拉紧和放松安全带，其特征在于：当报警级别为1时，安全带拉紧和放松的频率为0.5Hz，当报警级别为2时，安全带拉紧和放松的频率为1Hz，当报警级别为3时，安全带拉紧和放松的频率为2Hz；当接收到车辆碰撞信号时，所述安全带扣控制器控制所述安全带扣对安全带进行锁止；所述电磁铁装置有一固定铁芯，所述衔铁和铁芯之间设置有一复位弹簧，所述衔铁下端连接一底面直径略小于所述铁芯中心孔直径的倒锥形锁止销；两锁止栓分别横向设置在所述铁芯中心孔壁内，外端伸出所述中心孔壁外，所述锁止栓内端连接一锁止栓复位弹簧。

所述安全带扣控制器包括一单片机、一CAN总线收发外围电路和一电磁铁PWM驱动外围电路；所述CAN总线收发外围电路通过原车上车载CAN总线接收驾驶辅助系统提供的报警级别大小和车辆碰撞信号，并输送给所述单片机。

当所述CAN总线收发外围电路接收到报警级别信息时，所述单片机根据级别不同生成一不同频率的PWM信号，并通过所述电磁铁PWM驱动外围电路输送给所述线圈，控制所述线圈内电流通断；当CAN总线收发外围电路接收到车辆碰撞信号时，所述安全带扣控制器将给所述线圈施加最大电流，使得所述锁止栓能够迅速对所述锁止销进行锁止，进而对安全带进行锁止。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明在安全带扣中采用电磁铁装置，在车辆处于危险状态时能够按照一定频率对车辆安全带进行拉紧与放松，充分对驾驶员进行触觉上的刺激，使得驾驶员能够迅速的接收到预警信息，因此能够及时、主动、准确地提供预警信息。2、由于本发明在安全带扣电磁铁装置的衔铁及固定铁芯中分别设置了锁止销及锁止栓，并且在车辆发生碰撞等危险时给电磁铁施加最大电流，使得锁止栓能够迅速对锁止销进行锁止，因此能够迅速拉紧安全带并把驾驶员及乘客锁止于座椅上。3、由于本发明在电磁铁装置衔铁头部保留了原车安全带扣，因此在车辆发生碰撞并且驾驶员及乘客被锁止后，急救人员能够通过解开安全带和原车安全带扣的连接，从而迅速解除对驾驶员或乘客的锁止。本发明基于一个电磁铁装置对车辆安全带扣进行改造，使其兼具有危险预警及紧急锁止的功能，结构简单，安装方便，可广泛应用于前撞报警系统、车道偏离报警系统等多种驾驶辅助系统。

附图说明

图1是本发明的结构框图

图2是本发明的安全带扣的结构示意图

图3是本发明的安全带扣在紧急锁止时的工作示意图

图4是本发明的安全带扣控制器原理图

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括安全带扣1和安全带扣控制器2。安全带扣控制器2通过原车上车载CAN总线3接收驾驶辅助系统提供的报警级别大小和车辆碰撞信号。当安全带扣控制器2接收到报警级别信息时，控制安全带扣1以不同的频率拉紧和放松安全带，充分对驾驶员进行触觉上的刺激，使得驾驶员能够迅速的接收到预警信息。当安全带扣控制器2接收到车辆碰撞信号时，安全带扣控制器2控制安全带扣1对安全带进行锁止，将驾驶员和乘客锁止在座椅上。

如图2所示，安全带扣1包括一电磁铁装置11和一原车安全带扣12。其中，电磁铁装置11为现有技术设备，其额定工作电压采用+12V，也可以根据车型的变化采用其它额定工作电压的电磁铁。电磁铁装置11包括一对线圈111、一磁轭112、一衔铁113、一固定铁芯114、一复位弹簧115、一锁止销116、一对锁止栓117、一对锁止栓复位弹簧118和一导线接口119。

线圈111通过导线接口119与安全带扣控制器2连接，磁轭112下方设置一个安装孔121，用于连接本发明和车辆上的座椅。衔铁113上开设有一孔120，通过孔120可以将电磁铁装置11和原车安全带扣12固定连接，因此本发明无需额外设计其与安全带的连接装置，在车辆发生碰撞并且驾驶员和乘客被锁止后，急救人员能够通过解开安全带和原车安全带扣12的连接，迅速解除对驾驶员或乘客的锁止。衔铁113与固定铁芯114之间设置有复位弹簧115，这样原车安全带扣12会处于弹性状态。衔铁113下部通过螺纹固定连接锁止销116，锁止销116为一个倒锥形部件，且该倒锥形的底面直径略小于固定铁芯114的中心孔直径。两锁止栓117分别横向设置在固定铁芯114的中心孔壁内，外端伸出中心孔壁外，且二者位于同一平面上，每一锁止栓117的内端连接一锁止栓复位弹簧118。这样锁止栓117在锁止销116推动作用下，可以随着锁止栓复位弹簧118的伸缩而横向运动。

上述各实施例中，当安全带扣控制器2给线圈111施加一定大小的电流时，衔铁113将被电磁力吸引到靠近固定铁芯114的位置，同时带动原车安全带扣12拉紧安全带，此时复位弹簧115被压缩。线圈111断电后，衔铁113将在复位弹簧115力的作用下迅速复位到初始位置，原车安全带扣12也进行联动从而放松安全带。其中，线圈111以一定的频率上电和断电，在电磁力和弹簧力的作用下，安全带将被以相同频率拉紧和放松，从而对驾驶员起到预警作用。另外，由于复位弹簧115的存在，可使得在车辆非危险状态下，安全带处于较为松弛的状态，从而减轻对驾驶员腹部的压力。导线接口119上设置有两个引线端子，第一引线端子连接安全带扣控制器2的输出端，用于接收安全带扣控制器2发送的驱动信号；第二引线端子连接12V车载电池的正极。

如图3所示，当安全带扣控制器2给线圈111施加一最大电流时，固定铁芯114相应地产生一极大电磁力。在该电磁力的作用下，衔铁113将克服复位弹簧115的作用迅速向固定铁芯114移动，当锁止销116的倒锥面和两锁止栓117的端部接触时，将推动锁止栓117克服锁止栓复位弹簧115的作用朝固定铁芯114的外围运动。当锁止销116的倒锥面完全通过锁止栓117后，锁止栓117随着锁止栓复位弹簧118的复位而恢复到原来的位置，卡住锁止销116的倒锥形底面，使得锁止栓117能够迅速对锁止销116进行锁止，进而对安全带进行锁止。

如图4所示，安全带扣控制器2包括单片机21、一CAN总线收发外围电路22和一电磁铁PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)驱动外围电路23。其中，CAN总线收发外围电路22从车载CAN总线3中接收到原车上驾驶辅助系统发出的报警级别和车辆碰撞信号等信息，之后将这些信息输送给单片机21。单片机21生成一TTL(Transistor-Transistor Logic，逻辑门电路)类型的PWM信号并输送给电磁铁PWM驱动外围电路23，TTL类型的PWM信号经过电磁铁PWM驱动外围电路23转化为MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，半导体金属氧化物)类型的PWM信号后，输送给安全带扣2，控制安全带扣2的工作。本实施例中，单片机21可以采用摩托罗拉公司生产的型号为MC9S08DZ60的8位单片机，也可以采用其它类似的单片机芯片，在此不限。

CAN总线收发电路22采用PCA82C250芯片U2作为驱动器，PCA82C250芯片U2的管脚6和管脚7分别连接车载CAN总线3的低端CANL和高端CANH，用于接收原车上驾驶辅助系统发出的报警级别和车辆碰撞信号等信息。PCA82C250芯片U2的管脚1和管脚4分别与单片机21的管脚29和管脚30连接，以将接收到的原车上驾驶辅助系统发出的报警级别和车辆碰撞信号等信息输送给单片机21。电容C1和C2并联连接构成PCA82C250芯片U2的滤波稳压电路，滤波稳压电路两端分别与PCA82C250芯片U2的管脚3和管脚2连接，同时PCA82C250芯片U2的管脚3还与电源电压VCC相连，PCA82C250芯片U4的管脚2与地线相连。

电磁铁PWM驱动外围电路23包括一信号转换装置231、一光隔元件232和一MOSFET管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层-半导体-场效晶体管)Q1。其中，信号转换装置231采用一SN7407N芯片U3，其输入端与单片机21的管脚31相连，用于将单片机21发出的TTL类型的PWM信号转换成MOS类型的PWM信号。光隔元件232采用TLP521U4，将单片机21与后续的驱动电路中的强电隔离开。光隔元件232管脚1通过一510Ω的限流电阻R1与电源电压VCC相连，管脚2与信号转换装置231的输出端相连，管脚3连接MOSFET管Q1的栅极，管脚3同时通过一10KΩ的限流电阻R2与地线GND连接，管脚4连接车载蓄电池正极+12V。本实施例中，MOSFET管Q1的型号为IRFZ48N，其门极与地线GND相连，漏极PWMOUT1通过一二极管D1与12V车辆蓄电池相连，且二极管D1负极连接12V车辆蓄电池的正极。同时漏极PWMOUT1与安全带扣1中线圈111的输入端相连，且线圈11连接12V车辆蓄电池的正极。这样，二极管D1与线圈111并联，保证了线圈111断电后，线圈111的剩余电动势能通过二极管D1形成的回路迅速消失。

上述实施例中，当单片机21发出的PWM信号为低电平时，光隔元件232的管脚4和管脚3导通，MOSFET管Q1的栅极为高电平，此时Q1的漏极和源极之间导通，安全带扣1的电磁铁线圈111的电路形成回路，电磁铁装置11开始工作，安全带被拉紧；反之，当单片机21发出的PWM信号为高电平时，光隔元件232的管脚4和管脚3不导通，MOSFET管Q1的栅极为低电平，此时Q1的漏极和源极之间也不导通，安全带扣2的电磁铁线圈111的电路回路断开，安全带被放松。

本发明使用时，当安全带扣控制器2接收到车载CAN总线3的报警级别为0时，其对安全带扣不发出任何控制信号，本发明起到普通安全带扣的作用。当安全带扣控制器2接收到车载CAN总线3的报警级别为1时，单片机21发出频率为0.5Hz、占空比为50％的PWM信号对安全带扣1进行控制，相应的安全带扣1以0.5Hz的频率拉紧与放松安全带。当安全带扣控制器2接收到车载CAN总线3的报警级别为2时，单片机21发出频率为1Hz、占空比为50％的PWM信号对安全带扣1进行控制，相应的安全带扣1以1Hz的频率拉紧与放松安全带。当安全带扣控制器2接收到车载CAN总线3的报警级别为3时，单片机21发出频率为2Hz、占空比为50％的PWM信号对安全带扣1进行控制，相应的安全带扣1以2Hz的频率拉紧与放松安全带。当安全带扣控制器2接收到车载CAN总线3的车辆碰撞信号时，单片机21发出占空比为100％的PWM信号对安全带扣1进行控制，即此时对线圈111施加最大电流，从而使得安全带被迅速锁止。上述各报警级别对应的控制频率，可根据驾驶员的感受做相应调整，在此不做限制。

上述各实施例中，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种基于安全带的汽车行驶危险预警装置，它包括：一安全带扣，其包括一电磁铁装置和一原车安全带扣；所述电磁铁装置包括线圈、衔铁、磁轭和导线接口；所述衔铁上和磁轭底部分别设置有一连接所述原车安全带扣用的孔和一连接车辆座椅用的孔，所述线圈通过所述导线接口连接所述安全带扣控制器；

一安全带扣控制器，其通过原车上车载CAN总线接收驾驶辅助系统提供的报警级别大小和车辆碰撞信号；当接收到报警级别信号时，所述安全带扣控制器控制所述线圈内电流通断，进而通过所述电磁铁装置中的衔铁控制所述原车安全带扣拉紧和放松安全带，其特征在于：当报警级别为1时，安全带拉紧和放松的频率为0.5Hz，当报警级别为2时，安全带拉紧和放松的频率为1Hz，当报警级别为3时，安全带拉紧和放松的频率为2Hz；当接收到车辆碰撞信号时，所述安全带扣控制器控制所述安全带扣对安全带进行锁止；所述电磁铁装置有一固定铁芯，所述衔铁和铁芯之间设置有一复位弹簧，所述衔铁下端连接一底面直径略小于所述铁芯中心孔直径的倒锥形锁止销；两锁止栓分别横向设置在所述铁芯中心孔壁内，外端伸出所述中心孔壁外，所述锁止栓内端连接一锁止栓复位弹簧。

2.如权利要求1所述的基于安全带的汽车行驶危险预警装置，其特征在于：所述安全带扣控制器包括一单片机、一CAN总线收发外围电路和一电磁铁PWM驱动外围电路；所述CAN总线收发外围电路通过原车上车载CAN总线接收驾驶辅助系统提供的报警级别大小和车辆碰撞信号，并输送给所述单片机。

3.如权利要求2所述的基于安全带的汽车行驶危险预警装置，其特征在于：当所述CAN总线收发外围电路接收到报警级别信息时，所述单片机根据级别不同生成一不同频率的PWM信号，并通过所述电磁铁PWM驱动外围电路输送给所述线圈，控制所述线圈内电流通断；当CAN总线收发外围电路接收到车辆碰撞信号时，所述安全带扣控制器将给所述线圈施加最大电流，使得所述锁止栓能够迅速对所述锁止销进行锁止，进而对安全带进行锁止。

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