车用模糊控制儿童缺氧保护装置的制作方法

本实用新型属于汽车设计技术领域，涉及一种车用模糊控制儿童缺氧保护装置。

背景技术：

据不完全统计，从2006年到2015年，至少发生20起儿童被忘在车内的事件，造成15人死亡。儿童被困在车内，由于车内高温、缺氧，时间一长导致缺氧窒息，而目前大部分乘用车上并没有能够有效防止驻车车内缺氧对困锁在车内的儿童造成生命安全隐患的保护装置。虽然现阶段许多专利都设计了针对儿童困锁缺氧的保护装置，但是大多都无法准确的判断儿童所处情况。

申请号2012104908420的发明专利公开了一种儿童危险的自动报警装置和方法，该装置包括：含氧量检测模块、儿童确认模块、报警模块，该发明专利通过红外线确认儿童是否在车内，但当车内发热体较多的情况下，不易确认；申请号201510449018.4的专利公开了一种通过车内音频启动的乘用汽车儿童缺氧保护装置，该装置包括控制系统、车内氧气监测系统、临界含氧量报警系统和应急处置系统；当驻车时间超过30分钟且车门车窗紧闭时,车内音频控制装置接收到车内超过60分贝的高频声音刺激时启动所述儿童缺氧保护装置，该装置通过接收高分贝声音来确认儿童被困锁车内，但是此方法误差较大。

技术实现要素：

本实用新型为了克服现有技术存在的问题，提供了一种车用模糊控制儿童缺氧保护装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种车用模糊控制儿童缺氧保护装置，其特征在于，包括汽车状态检测模块、含氧量检测模块、模糊控制模块以及保护控制模块，上述各模块均与汽车ECU相连。

进一步的技术方案如下：

汽车状态检测模块用于检测汽车状态，判断汽车是否处于熄火停车状态，包括速度传感器、车门传感器和发动机传感器；速度传感器、车门传感器和发动机传感器均与汽车ECU连接，发动机传感器还与汽车发动机连接，获得汽车是否熄火或者停车的信息。

含氧量检测模块用于初步判断车内是否有生命体存在，包括三个含氧量探测器，其中，一个含氧量探测器设于驾驶员座椅椅背中央，一个含氧量探测器设于副驾驶室座椅椅背中央，一个含氧量探测器设于右侧A柱内侧中部，三个含氧量探测器均与汽车ECU连接。

模糊控制模块用于进一步判断车内综合环境以及被困儿童的状态，包括三个声级计、一个温度计以及一个控制器，其中第一个声级计设于主驾驶座椅椅背中央，第二个声级计设置在副驾驶座椅背中央，第三个声级计设于驾驶室上方，温度计设于驾驶室上方，三个声级计和温度计均与控制器连接，控制器与汽车ECU连接。

保护控制模块用于对被困儿童进行保护，控制车窗以及车载空调运行，包括无线通讯单元以及单片机，单片机与车载车窗自动升降机构和车载空调控制机构相连，无线通讯单元和单片机均与汽车ECU连接。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.在含氧量检测模块中，与其余专利中与含氧量预设值进行比较的判断方法不同，本实用新型采用含氧量探测器检测车内含氧量的变化，根据含氧量是否发生变化判断车内是否有生命体存在，能减小判断误差，且能在氧含量还很高的情况下及时做出处理，留出时间空余量，有效解决汽车长时间驻车时车内缺氧对车内困锁儿童可能造成的安全隐患，减少此类伤害；

2.与以往的专利不同，本实用新型采用模糊控制算法判断孩子的状态，找出了含氧量、温度以及孩子音频信息之间的关系，同时家长也可在其中加入孩子的习惯，有利于更加准确智能的判断孩子的状态；

3.采用模糊控制算法综合车内含氧量、温度以及孩子的音频信息等因素，得出相应的车窗调控结果，相比于直接把车窗摇到某一固定位置而言准确性更高，有效避免了因为车窗开度过小使得车内氧气含量不能得到及时的回复的问题；

4.本实用新型同时综合了温度、含氧量两个影响因素，而以往的专利一般只针对其中一个采取相应的措施，更加的完善准确；

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型所述的车用模糊控制儿童缺氧保护装置的结构示意图；

图2为本实用新型所述的车用模糊控制儿童缺氧保护装置的工作流程简图；

图3为本实用新型所述的车用模糊控制儿童缺氧保护控制方法的流程示意图；

图4为本实用新型所述的车用模糊控制儿童缺氧保护控制方法的步骤二中使用的隶属函数图形。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

本实用新型提供了一种车用模糊控制儿童缺氧保护装置，包括汽车状态检测模块、含氧量检测模块、模糊控制模块以及保护控制模块，上述各模块均与汽车ECU相连。

汽车状态检测模块用于检测汽车状态，判断汽车是否处于熄火停车状态，包括速度传感器、车门传感器和发动机传感器；速度传感器、车门传感器和发动机传感器与汽车ECU连接，发动机传感器与汽车发动机连接,获得汽车是否熄火或者停车的信息。

含氧量检测模块用于初步判断车内是否有生命体存在，包括三个含氧量探测器，其中，一个含氧量探测器设于驾驶员座椅椅背中央，一个含氧量探测器设于副驾驶室座椅椅背中央，一个含氧量探测器设于右侧A柱内侧中部，三个含氧量探测器均与汽车ECU连接。

模糊控制模块用于进一步判断车内综合环境以及被困儿童的状态，包括三个声级计、一个温度计以及一个控制器，其中第一个声级计设于主驾驶座椅椅背中央，第二个声级计设置在副驾驶座椅背中央，第三个声级计设于驾驶室上方，温度计设于驾驶室上方，三个声级计和温度计均与控制器连接，控制器与汽车ECU连接。

保护控制模块用于对被困儿童进行保护，控制车窗以及车载空调运行，包括无线通讯单元以及单片机，单片机与车载车窗自动升降机构和车载空调控制机构相连，无线通讯单元和单片机均与汽车ECU连接。

车用模糊控制儿童缺氧保护装置的结构示意图如图1所示。

本实用新型还提供了一种车用模糊控制儿童缺氧保护控制方法，具体步骤如下：

步骤一、通过汽车状态检测模块综合判断汽车是否处于熄火停车状态，并确定车内是否有生命体存在。

步骤二、模糊控制模块利用模糊控制法，获得车窗的开闭程度S0并进行精确控制；

步骤三、保护控制模块启动，对被困儿童进行保护并对车内环境进行综合调控；

车用模糊控制儿童缺氧保护装置的工作流程简图如图2所示。

车用模糊控制儿童缺氧保护控制方法的流程示意图如图3所示。

步骤一的具体过程如下：

汽车状态检测模块中的速度传感器实时检测汽车车速，当检测到汽车车速v>0时，即判断汽车处于行车状态时，含氧量检测模块、模糊控制模块以及保护控制模块均不启动；当速度传感器检测到汽车车速v＝0、发动机传感器检测到汽车发动机已经熄火且车门传感器检测到车门上锁时，即满足条件1时，含氧量检测模块启动，三个含氧量探测器实时检测车内氧气含量，并绘制含氧量-时间图形，若5～10s内车内氧气含量△s基本不变，即△s<0.5％则视为车内没有消耗氧气的生命体存在，模糊控制模块以及保护控制模块均不启动；若5～10s内车内氧气含量持续降低，即满足条件2：△s≥0.5％，说明车内有消耗氧气的生命体存在，则触发模糊控制模块进一步判断，同时触发无线通讯单元，发送求救短信至车主手机；

步骤二的具体过程如下：

模糊控制模块启动，声级计、温度计实时采集车内信息，并将采集到的车内信息传送至控制器进行模糊处理，判断车内以及儿童的综合状态，若满足模糊控制要求即满足条件3时，则启动保护控制模块；

模糊控制具体过程为：

a、选择输入量和输出量：

将温度计采集的车内温度T、含氧量探测器探测的含氧量Mo以及声级计所测得的数值V作为输入量，选取车窗的开闭程度S作为输出量；

b、输入量和输出量的模糊化：

将各输入量都划分为5个模糊集，即{LO,ML,MD,MH,HI}，分别代表模糊量大小LO为低，ML为略低，MD为中，MH为略高，HI为高，各模糊子集与输入量、输出量的对应关系如下面的表格所示：

其中，“+”表示将车窗开度变大；“-”表示将车窗开度变小；

将输入量车内温度T、声级计数值V、氧浓度Mo和输出量车窗开启大小S的量化论域分为9级，即{-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4}，相应的量化因子k分别为kT＝1.25,kV＝5,kMO＝0.675,kS＝3.75；

通过量化因子转变为论域的各模糊子集均符合三角形隶属函数对应原则，隶属函数的横坐标为论域的级数：LO对应区间[-4，-2]；ML对应区间[-4，0]；MD对应区间[-2，+2]；MH对应区间[0，+4]；HI对应区间[+2，+4]；纵坐标为隶属度μ，隶属度μ的取值范围为[0,1]；

论域为LO时函数解析式为：

论域为ML时函数解析式为：当论域级数处于[-4,-2]区间时,当论域级数处于[-2，0]区间时,

论域为MD时函数解析式为：当论域级数处于[-2,0]区间时,当论域级数处于[0，+2]区间时,

论域为MH时函数解析式为：当论域级数处于[0，+2]区间时,当论域级数处于[+2，+4]区间时,

论域为HI时函数解析式为：

由此，可得到隶属度函数的图像，隶属函数图形如图4所示；

c、制定模糊规则：

根据经验以及数据归纳制定模糊规则，规则采用IF-THEN的结构，共有2+3*(4+1*5)＝29种，具体规则如下：

(1) IF Mo＝ML THEN S＝MH

(2) IF Mo＝LO THEN S＝HI

(3) IF Mo＝MD AND T＝LO THEN S＝HI

(4) IF Mo＝MD AND T＝ML THEN S＝MH

(5) IF Mo＝MD AND T＝LO THEN S＝HI

(6) IF Mo＝MD AND T＝LO THEN S＝HI

(7) IF Mo＝MD AND T＝MD AND V＝LO THEN HI

(8) IF Mo＝MD AND T＝MD AND V＝ML THEN S＝MH

(9) IF Mo＝MD AND T＝MD AND V＝MD THEN S＝MD

(10) IF Mo＝MD AND T＝MD AND V＝MH THEN S＝ML

(11) IF Mo＝MD AND T＝MD AND V＝LO THEN S＝LO

(12) IF Mo＝MH AND T＝LO THEN S＝HI

(13) IF Mo＝MH AND T＝ML THEN S＝MH

(14) IF Mo＝MH AND T＝LO THEN S＝HI

(15) IF Mo＝MH AND T＝LO THEN S＝HI

(16) IF Mo＝MH AND T＝MD AND V＝LO THEN HI

(17) IF Mo＝MH AND T＝MD AND V＝ML THEN S＝MH

(18) IF Mo＝MH AND T＝MD AND V＝MD THEN S＝MD

(19) IF Mo＝MH AND T＝MD AND V＝MH THEN S＝ML

(20) IF Mo＝MH AND T＝MD AND V＝LO THEN S＝LO

(21) IF Mo＝HI AND T＝LO THEN S＝HI

(22) IF Mo＝HI AND T＝ML THEN S＝MH

(23) IF Mo＝HI AND T＝LO THEN S＝HI

(24) IF Mo＝HI AND T＝LO THEN S＝HI

(25) IF Mo＝HI AND T＝MD AND V＝LO THEN HI

(26) IF Mo＝HI AND T＝MD AND V＝ML THEN S＝MH

(27) IF Mo＝HI AND T＝MD AND V＝MD THEN S＝MD

(28) IF Mo＝HI AND T＝MD AND V＝MH THEN S＝ML

(29) IF Mo＝HI AND T＝MD AND V＝LO THEN S＝LO

d、求解反模糊化：

采用模糊控制中的加权平均法对模糊解进行反模糊化，得到相应的数值解S0，这里取模糊子集的隶属度作为权系数，其计算公式为

式中，Si为模糊推理得到的车窗开启量，数值上等于车窗开启大小S，即Si＝S；

为权系数，Si通过量化因子，将其转化为论域后，由隶属度函数的函数关系得到的隶属度的值，即为权函数；

k为S的量化因子，k＝ks＝3.75；

S0为反模糊化的实际车窗调整量，S0为正则表示将车窗开度变大，S0为负则表示将车窗开度变小。

步骤三具体过程如下：

保护控制模块启动，无线通讯单元发送求救短信至车主手机，车内发出警报；

此外，根据模糊控制得到的结果，单片机控制车载车窗自动升降机构调整车窗开度，调整值为S0，同时若判断车内温度T≥26℃时单片机控制车载空调控制机构开启车载空调，降低车内温度；调整完成后，模糊控制模块继续检测车内温度T、声级计数值V、氧浓度Mo，模糊控制求取下一阶段的车窗开度值，如此循环直至车内温度以及含氧量达到正常范围。