羅睿南

摘 要：隨著汽車(chē)深入到人們生活中，車(chē)內(nèi)滯留兒童引發(fā)的安全問(wèn)題也愈發(fā)突出。雖然當(dāng)前已經(jīng)有一些方案試圖解決該問(wèn)題，但均存在一些不足。本設(shè)計(jì)與制作在參考已有成果基礎(chǔ)上，研究提出了新的解決方案。新系統(tǒng)由兩套獨(dú)立檢測(cè)裝置構(gòu)成，各有側(cè)重，分別檢測(cè)座椅上靜止?fàn)顟B(tài)的兒童和不在座椅上活動(dòng)狀態(tài)的兒童，涵蓋了兒童可能滯留在車(chē)內(nèi)的各種情況，設(shè)置了車(chē)窗升降系統(tǒng)，能夠?qū)嵤┳跃?，增加了系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，也有效避免了部分解決方案中為啟動(dòng)空調(diào)而需先啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的其他隱患。我們將新方案制作成演示模型，演示效果明顯。本系統(tǒng)不僅能夠報(bào)警和自救，其快速響應(yīng)的特點(diǎn)更能教育培養(yǎng)司機(jī)形成絕不將兒童滯留車(chē)內(nèi)的習(xí)慣，消除司機(jī)的僥幸心理，從源頭上解決車(chē)內(nèi)滯留兒童問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：車(chē)內(nèi)滯留；兒童；報(bào)警；自救

中圖分類號(hào)：TP277；U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）24-0043-03

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)汽車(chē)保有量逐年增高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年底我國(guó)共有2.17億輛汽車(chē)，汽車(chē)駕駛員3.42億人[1]。龐大的汽車(chē)數(shù)量和駕駛?cè)巳阂馕吨?chē)已經(jīng)深入到千家萬(wàn)戶的生活，已經(jīng)成為人們常用的代步工具。但是隨之而來(lái)的不僅僅是便利，也有各種與之相關(guān)的事故，最受關(guān)注問(wèn)題之一就是車(chē)內(nèi)滯留兒童窒息死亡。2016至2017年，我國(guó)至少發(fā)生25起兒童被滯留車(chē)內(nèi)的事故，超過(guò)20人不幸遇難[2]。防止車(chē)內(nèi)滯留兒童引發(fā)事故成為了備受社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，當(dāng)前已經(jīng)有相關(guān)專利和論文設(shè)計(jì)了不同的報(bào)警系統(tǒng)，主要存在以下問(wèn)題：

（1）不能有效區(qū)分座椅上是兒童還是貨物。一些設(shè)計(jì)利用彈簧開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)或紅外對(duì)射裝置判斷座椅上是否有兒童[2-5]，但是如果座椅上放置的是貨物也會(huì)引起系統(tǒng)的誤報(bào)警。

（2）檢測(cè)系統(tǒng)單一，可靠性低。一些裝置只使用了一套檢測(cè)裝置，如果檢測(cè)元件出現(xiàn)故障則會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)失效[6-8]。

（3）系統(tǒng)判斷報(bào)警條件時(shí)間長(zhǎng)，兒童長(zhǎng)時(shí)間處于惡劣車(chē)內(nèi)環(huán)境，易產(chǎn)生很大的人身安全風(fēng)險(xiǎn)。一些專利利用溫度傳感器、二氧化碳傳感器和一氧化碳傳感器監(jiān)控車(chē)內(nèi)環(huán)境[9，10]，以一氧化碳檢測(cè)為例，如果傳感器檢測(cè)到一氧化碳已經(jīng)升高然后再發(fā)出警報(bào)，考慮司機(jī)和路人施救的延遲，這期間兒童在車(chē)內(nèi)會(huì)受到一氧化碳的危害。

（4）系統(tǒng)工作需要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車(chē)處于可駕駛狀態(tài)，存在兒童誤操作和不法人員搶奪汽車(chē)的危險(xiǎn)。部分專利利用空調(diào)改變車(chē)內(nèi)危險(xiǎn)的環(huán)境[7，11]，但是空調(diào)啟動(dòng)的前提是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，整個(gè)汽車(chē)處于可駕駛狀態(tài)。兒童具有很強(qiáng)的好奇心，如果兒童試圖駕駛汽車(chē)可能引發(fā)嚴(yán)重的交通事故；如果不法分子試圖搶奪汽車(chē)，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的情況下，汽車(chē)以及車(chē)上兒童均面臨危險(xiǎn)。

（5）利用聲音傳感器，誤報(bào)警概率高。部分專利中使用聲音傳感器作為探測(cè)兒童滯留車(chē)內(nèi)的依據(jù)[12，13]，但是如果車(chē)外噪聲大或人為惡意發(fā)聲干擾，極易造成誤報(bào)警。

（6）未設(shè)置系統(tǒng)自救裝置，安全系數(shù)低。有些專利將報(bào)警裝置設(shè)置在司機(jī)處，允許司機(jī)將兒童滯留車(chē)內(nèi)，通過(guò)給外出的司機(jī)發(fā)送警報(bào)來(lái)提醒司機(jī)返回[5]?？墒?，如果外出的司機(jī)自身出現(xiàn)意外，車(chē)內(nèi)兒童將無(wú)人解救。有些專利需要兒童主動(dòng)操作進(jìn)行報(bào)警[14]，對(duì)于年齡較小或者是睡眠中的兒童，這種設(shè)計(jì)沒(méi)有報(bào)警效果。

針對(duì)以上問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了具備兩套快速檢測(cè)裝置、能夠識(shí)別座椅上是兒童還是貨物、不易被外界觸發(fā)而誤報(bào)警、帶有自救功能的報(bào)警安全系統(tǒng)。

1 工作原理

（1）啟動(dòng)：在模型演示階段設(shè)計(jì)為車(chē)門(mén)關(guān)閉即啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)際代表的是司機(jī)熄火停車(chē)的動(dòng)作。系統(tǒng)啟動(dòng)后會(huì)立即檢測(cè)車(chē)內(nèi)兒童情況，并根據(jù)條件立即報(bào)警，阻止司機(jī)離開(kāi)，避免司機(jī)存在僥幸心理。這一設(shè)計(jì)是為了防止司機(jī)在僥幸心理下臨時(shí)離開(kāi)汽車(chē)，但是之后司機(jī)發(fā)生意外造成車(chē)內(nèi)兒童無(wú)人解救的情況發(fā)生。如果在系統(tǒng)報(bào)警后，司機(jī)仍然離開(kāi)，系統(tǒng)的自救裝置能夠保護(hù)車(chē)內(nèi)兒童安全。這樣設(shè)計(jì)的理念最大程度消除司機(jī)僥幸心理，教育司機(jī)養(yǎng)成車(chē)內(nèi)不留兒童的習(xí)慣，如同不闖紅燈一樣，形成司機(jī)必須遵守的規(guī)則。

（2）檢測(cè)：車(chē)內(nèi)兒童具備兩種可能的狀態(tài)，一是處于在座椅上安靜落座或睡眠的狀態(tài)，二是處于在車(chē)內(nèi)移動(dòng)的狀態(tài)，我們分別將處于這兩類狀態(tài)中的兒童稱為靜態(tài)兒童和動(dòng)態(tài)兒童。對(duì)于靜態(tài)兒童，其一定會(huì)對(duì)座椅產(chǎn)生壓力，可以利用壓力作為檢測(cè)是否有兒童的標(biāo)準(zhǔn)。但是，有時(shí)座椅上也會(huì)存放貨物，貨物造成的壓力需要與兒童造成的壓力進(jìn)行區(qū)分。兒童區(qū)別于貨物的主要特征是穩(wěn)定且高于環(huán)境溫度的體溫。我們同時(shí)檢測(cè)座椅承載壓力和座椅上方是否有人體發(fā)熱現(xiàn)象就可以區(qū)分兒童還是貨物，使用的裝置是壓力傳感器和人體紅外感應(yīng)器。對(duì)于動(dòng)態(tài)兒童，其可能并不坐在座椅上，用于檢測(cè)靜態(tài)兒童的裝置并不適用于動(dòng)態(tài)兒童。我們利用微波雷達(dá)傳感器探測(cè)是否有運(yùn)動(dòng)物體存在，如果檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體說(shuō)明車(chē)內(nèi)有兒童。

（3）報(bào)警：當(dāng)兩套檢測(cè)方案中任何一套檢測(cè)出兒童滯留車(chē)內(nèi)則啟動(dòng)報(bào)警裝置，報(bào)警裝置由蜂鳴器演示，但是在未來(lái)實(shí)用中還包括汽車(chē)警示燈等裝置。

（4）自救：在報(bào)警的同時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)自救程序。我們不利用空調(diào)改善車(chē)內(nèi)環(huán)境，避免啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)造成其他隱患。我們?cè)O(shè)計(jì)了車(chē)窗升降裝置，當(dāng)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情后車(chē)窗立即下降一定高度（可設(shè)置為5cm），實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)通風(fēng)，車(chē)外和車(chē)內(nèi)語(yǔ)言交流同時(shí)避免車(chē)窗全開(kāi)留下不法分子盜取車(chē)內(nèi)物品的隱患。

（5）復(fù)位：整套報(bào)警裝置只有在車(chē)門(mén)重新打開(kāi)后才會(huì)停止報(bào)警并復(fù)位。

5 實(shí)際效果

完成組裝并調(diào)試系統(tǒng)后，各部件工作正常，能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

（1）啟動(dòng)：車(chē)門(mén)關(guān)閉后（代表汽車(chē)熄火、鎖車(chē)門(mén)），報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)。

（2）檢測(cè)：為了分別檢測(cè)兩套檢測(cè)方案，我們給微波雷達(dá)傳感器額外增加了開(kāi)關(guān)，需要檢測(cè)壓力傳感器和紅外傳感器工作效果時(shí)，關(guān)閉微波雷達(dá)傳感器開(kāi)關(guān)；需要檢測(cè)微波雷達(dá)傳感器效果時(shí)，開(kāi)啟開(kāi)關(guān)。只要座椅上沒(méi)有人體壓迫壓力傳感器，壓力傳感器檢測(cè)方案不會(huì)報(bào)警則此時(shí)單獨(dú)檢測(cè)微波雷達(dá)傳感器工作效果。檢測(cè)結(jié)果顯示，當(dāng)用手指壓迫壓力傳感器探頭時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警；當(dāng)用砝碼或其他物體壓迫壓力傳感器探頭時(shí)，系統(tǒng)不報(bào)警；當(dāng)手指（代替兒童）在車(chē)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，微波雷達(dá)傳感器正常工作，系統(tǒng)報(bào)警。值得注意的是，微波雷達(dá)報(bào)警器的探測(cè)范圍為幾米，而車(chē)模大小為幾十厘米，故而有時(shí)車(chē)外物體的運(yùn)動(dòng)也會(huì)引發(fā)報(bào)警，需要進(jìn)一步在微波雷達(dá)探測(cè)器上設(shè)置遮擋物（金屬、雙面膠）限制探測(cè)角度和探測(cè)范圍。

（3）報(bào)警：當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到信號(hào)后，系統(tǒng)立即報(bào)警。

（4）自救：與報(bào)警裝置同時(shí)工作的還有車(chē)窗升降裝置，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)車(chē)窗下降設(shè)定高度。

（5）復(fù)位：當(dāng)車(chē)門(mén)打開(kāi)后，報(bào)警停止，系統(tǒng)復(fù)位。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前已有各種針對(duì)車(chē)內(nèi)滯留兒童問(wèn)題解決方案的不足，設(shè)計(jì)了一套既能夠檢測(cè)靜態(tài)兒童又能夠檢測(cè)動(dòng)態(tài)兒童，同時(shí)能夠報(bào)警和自救的裝置，并且在本文給出了該裝置的設(shè)計(jì)和制作細(xì)節(jié)。該裝置實(shí)際檢驗(yàn)效果優(yōu)秀，具有實(shí)用的前景。該裝置的快速響應(yīng)機(jī)制能夠有效培養(yǎng)司機(jī)不將兒童滯留在車(chē)內(nèi)的習(xí)慣，從根本上解決車(chē)內(nèi)滯留兒童問(wèn)題。