高原环境下可缓解驾驶疲劳的车辆供氧装置的设计

孙冰清 雷德舜 韩周扬 拉巴普尺

摘要：本项目以人体在不同氧气浓度下的生理状态与现有的制氧方式的优化为基础，是为实现通过精确控制车辆内部的氧气浓度从而缓解高原环境下普遍存在的驾驶疲劳现象而设计，通过实时监控驾驶员的生理状态和车内的氧气浓度，两项数据反馈给制氧系统中枢，实现有针对性、安全、有效地制氧。通过分析多项调查数据初步实现了本项目的设计。

关键词：高原环境 驾驶疲劳 精确控制 制氧

引言

在我国西南部青藏高原和云贵高原地区，海拔一般在2000-5000米，海拔的升高导致氧气浓度的不断降低。在青藏高原地区，氧气含量约是平原地区氧气含量的60%，氧气含量的降低使高原地区驾驶疲劳现象更为普遍，而驾驶疲劳是造成交通事故的重要原因之一。收集不同氧气浓度下驾驶员驾驶状态的生理特征的数据，建立生理信息库，实现对驾驶员驾驶状态下的实时监控。利用不同氧气浓度下大多数驾驶员的驾驶生理特征，通过调节制氧机的工作实现缓解驾驶疲劳的效果。

一、驾驶疲劳的危害

驾驶疲劳，是指驾驶人在长时间连续行车后，产生生理机能和心理机能的失调，从而在客观上出现驾驶技能下降的现象。疲劳后连续驾驶车辆，会造成四肢无力，注意力不集中，判断能力下降，操作停顿或修正时间不当等不安全因素，极易发生交通安全事故，

二、供氧裝置的设计

（一）采用富氧膜分离制氧

薄膜分离技术在20世纪70年代开发成功，是新一代气体分离技术。薄膜分离法采用的是“富氧膜”。富氧膜拥有能让空气中氧分子率先通过的特性，从而收集到高浓度的氧，输送给使用人员。装置每分钟约能产出3升浓度约为30%的氧气，从而提高空气中的氧气浓度，缓解因高原地区氧气浓度的降低而造成的驾驶疲劳。

（二）驾驶员驾驶特征与氧气浓度的关系

利用血氧仪测出人体内的血氧浓度。

当汽车内的氧气浓度过高或过低时，都会影响人体的精神状态，从而影响驾驶员的驾驶特征。

（三）智能监控并调节氧气浓度的系统

1.氧气浓度的检测。气体传感器是指将所测量的气体转化为与其成一定关系可用电量输出的装置或器件。运用医疗氧气浓度传感器可对车内的氧气浓度进行检测。利用单片机完成程序的设计。

其流程设计如下：

2.模糊控制在氧气浓度的控制上的应用。利用模糊控制对氧气浓度进行控制。

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。其流程图如图所示：

从流程图中可以看出，供氧系统的输入量为氧气浓度初值与输出量的差值。输出量为调节氧气浓度装置阀门的开度。

模糊控制所依据的数学函数式为k（n）=k（n-1）+ku。dK，各个参数的意义为：

三、结语

利用模糊控制设计出的自适应氧气浓度控制与测评系统，结合血氧仪，能实时检测车内的氧气浓度，从而在很大程度上缓解在高原地区因氧气浓度低而造成的驾驶员驾驶疲劳的现象，降低交通事故的发生率，对在高原地区安全的驾驶车辆具有重要意义。