加入氣體檢測功能　汽車被動安全設(shè)計更周全

　　此外，若汽車引擎燃燒不完全，其產(chǎn)生的廢氣含有一氧化碳等有毒氣體，可能因汽車通氣孔老化，導(dǎo)致有毒氣體透過通氣孔流回車室內(nèi)。由于一氧化碳是一種無色、無味的氣體，中毒后的癥狀不易被察覺，駕駛?cè)藭恢挥X中毒而失去知覺，因而成為潛藏于汽車封閉空間的隱形殺手，對駕駛?cè)松踩吧鐣Y源造成極大的威脅。

　　本裝置是與汽車被動安全設(shè)計有關(guān)，特別是關(guān)于一種預(yù)防汽車駕駛?cè)嘶杳曰蚱＞胙b置，可偵測出車室內(nèi)部特定氣體的濃度，當(dāng)其濃度大于設(shè)定的警戒值，對人體造成昏迷或疲倦時，可進行自動開啟車窗；當(dāng)其濃度大于設(shè)定的臨界值時，可自動發(fā)出汽車定址與求救信號，達到及時降低車室內(nèi)部特定氣體的濃度，避免駕駛?cè)碎L時間處在高濃度特定氣體的密閉空間內(nèi)，并增進后續(xù)救援的效率，有效降低車內(nèi)人員傷亡，避免后續(xù)傷亡擴大。

　　強化安全防護性　汽車被動式安全系統(tǒng)成風(fēng)

　　本裝置深入探討其主要原因有二：首先，是當(dāng)駕駛?cè)松硖幱诟邼舛鹊囊谎趸蓟蚨趸济荛]空間內(nèi)，常常不自覺中毒而產(chǎn)生昏睡時，若此時車窗玻璃無法自動偵測下降，讓外面的新鮮空氣導(dǎo)入降低車室內(nèi)部有毒氣體的濃度時，長時間暴露下來，仍會對駕駛?cè)诵悦a(chǎn)生極大的威脅；其次，當(dāng)駕駛?cè)艘呀?jīng)中毒昏睡，本身已無意識及力氣能告知人車正確的位置，若救援人員無法在短時間內(nèi)獲知人車位置，并提供后續(xù)救援行動，仍無法避免傷亡惡化甚至擴大（如暴露一氧化碳濃度 1，600ppm的環(huán)境內(nèi)，2小時內(nèi)就會死亡），預(yù)防汽車駕駛?cè)嘶杳曰蚱＞?，進一步避免疲勞駕駛、預(yù)防憾事發(fā)生暨爭取搶救時間，為該裝置開發(fā)的另一大動機。

　　圖1是表示汽車在一般道路行駛之車輛（主動/被動）安全防護系統(tǒng)示意圖。至于一般車輛道路行車安全防護系統(tǒng)可分為三個階段，第一階段為主動式安全階段，其主要目的在于避免車禍意外發(fā)生；第二階段為被動式安全階段，其主要目的在于降低車禍意外傷害；第三級階段主要目的在于避免后續(xù)傷害擴大。

　　圖1 車輛安全防護系統(tǒng)的範(fàn)疇

　　依目前全球先進安全系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢，重心已有從過去主動式逐漸朝向被動式，甚至第三階段發(fā)展，常見已開發(fā)主動式安全技術(shù)包含有防鎖死煞車系統(tǒng)（ABS）、電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）、倒車雷達、主動頭燈、抬頭顯示、夜視、車距保持防撞及車道保持等。

　　然而。因行車意外事件一直無法完全避免，尤其在強大車禍撞擊下，為降低車內(nèi)人員的傷亡，已朝向被動式安全發(fā)展，以降低傷害，常見已開發(fā)的技術(shù)有安全帶、安全汽囊、正撞防護、側(cè)撞防護、后撞防護及翻滾保護等；部分高級車甚至重視第三階段安全防護以避免傷害擴大，目前發(fā)展的技術(shù)有自動切斷油路、自動開中控鎖、定位發(fā)警報及緊急救援等技術(shù)。

　　依數(shù)據(jù)顯示，2010年先進安全車輛電子控制與安全系統(tǒng)約占整車成本40%，顯見在人身性命安全逐漸被重視的人權(quán)時代，第二階段被動安全系統(tǒng)及第三階段緊急救援的設(shè)計重要性突顯，然上述安全技術(shù)皆局限于汽車行駛一般道路車禍意外的被動式安全防護系統(tǒng)。

　　預(yù)防駕駛一氧化碳中毒　被動式安全防護系統(tǒng)再進化

　　中華民國專利號第M405617號，是揭露有關(guān)于一種“車用氣體偵測裝置”，其主要為一氣體偵測單元、一控制單元及一警報單元所組成，氣體偵測單元包含有分設(shè)于車體內(nèi)、外的感知元件。其中，感知元件能量測環(huán)境中的一氧化碳濃度，并轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號傳送至氣體偵測單元。

　　氣體偵測單元判定一氧化碳濃度過高時就發(fā)送信號至控制單元，藉以引發(fā)警報單元作動提醒使用人，或更進一步關(guān)閉電源強制將車輛熄火，以保護人員生命安全，其技術(shù)雖然有提及對駕駛者之警示及安全保護，但是屬于被動消極性的。環(huán)保署及消防署資料顯示，少許的一氧化碳濃度就會造成人員昏迷而失去意識，警報聲對昏迷駕駛?cè)硕砸呀?jīng)沒有太大警示作用，關(guān)閉電源強制熄火對密閉的車室內(nèi)部一氧化碳濃度亦無顯著的降低。

　　此外，氣體偵測單元無法將已昏迷駕駛?cè)说耐＼嚨攸c進行定址，并立即對外自動發(fā)出求救信號，造成后續(xù)搶救時機已失去大半，對駕駛者的安全及性命無法獲得保護。因此，若要降低駕駛?cè)说膫黾氨苊夂罄m(xù)傷亡的擴大，最重要的處置應(yīng)該是立即開車窗以降低車室內(nèi)部一氧化碳濃度，其次，將對停車地點進行定址并立即對外自動發(fā)出求救信號。

　　另外，參考中華民國專利號第M295137號，是揭露有關(guān)于一種“具偵測有害氣體及可發(fā)出警報的臭氧機”，包含一機殼、設(shè)置在該機殼內(nèi)部之臭氧產(chǎn)生器、設(shè)置在該機殼內(nèi)部之電路基板、連接到該電路基板之至少一偵測器及至少一警報裝置；其中，臭氧產(chǎn)生器可受控制以輸出臭氧，偵測器能偵測瓦斯、高濃度一氧化碳或二氧化碳等有害氣體，當(dāng)該偵測器檢測到瓦斯漏氣、高濃度一氧化碳或二氧化碳等有害氣體外洩時，將會輸出電子信號至電路基板，藉以促使臭氧產(chǎn)生器生成臭氧來氧化分解有害氣體，且警報裝置會發(fā)出蜂鳴或閃光來告知使用者，達成解決瓦斯漏氣或燒炭產(chǎn)生高濃度的一氧化碳所造成的嚴重危害。

　　然此傳感器若應(yīng)用至預(yù)防汽車駕駛?cè)艘谎趸贾卸静o積極有效的作用，理由同上述，因少許的一氧化碳濃度就會造成人員昏迷而失去意識，警報裝置對已昏迷駕駛?cè)硕砸呀?jīng)沒有太大警示作用，加上無后續(xù)對對停車地點進行定址及對外自動發(fā)出求救信號，對駕駛者的安全及性命無法獲得保護。

　　為避免上述先前技術(shù)的氣體偵測警報系統(tǒng)，對車室內(nèi)部“一氧化碳濃度”無法達到顯著的降低；再者，亦無法在第一時間自動發(fā)出汽車定址與求救信號，造成搶救時機已失去大半，體認到目前行車意外事件并不局限于一般常見于道路行駛的車禍意外；反而是特定氣體濃度異常而導(dǎo)致駕駛?cè)嘶杳曰蚱＞?，其造成車禍傷亡?shù)及意外致死率遠高于一般車禍意外（因駕駛?cè)送诓蛔杂X的狀況中昏睡窒息死亡，當(dāng)被人發(fā)現(xiàn)時皆已回天乏術(shù)），因此預(yù)防汽車駕駛?cè)艘谎趸贾卸爵咔缶鹊谋粍邮桨踩雷o系統(tǒng)應(yīng)該進一步被重視，傳統(tǒng)局限于汽車一般道路車禍意外的被動式安全防護系統(tǒng)，應(yīng)被擴大定義及設(shè)計至汽車駕駛?cè)艘蛱囟怏w濃度所導(dǎo)致的傷亡。

避免駕駛昏迷/疲倦　車內(nèi)氣體濃度偵測成關(guān)鍵

　　本裝置目的在于提供一種預(yù)防汽車駕駛?cè)嘶杳曰蚱＞胙b置，可偵測出車室內(nèi)部特定氣體的濃度，當(dāng)其濃度大于設(shè)定的警戒值，對人體造成昏迷或疲倦時，可進行自動開啟車窗；當(dāng)其濃度大于設(shè)定的臨界值時，可自動發(fā)出汽車定址與求救信號，達到即時降低車室內(nèi)部特定氣體的濃度，避免駕駛?cè)碎L時間處在高濃度特定氣體的密閉空間內(nèi)，并增進后續(xù)救援的效率，有效降低車內(nèi)人員傷亡，避免后續(xù)傷亡擴大。

　　圖2是表示本裝置方法步驟的流程圖，其步驟如下：先設(shè)定對人體具危險警戒的特定氣體濃度警戒值P1，當(dāng)汽車車室內(nèi)部某特定氣體濃度（如一氧化碳或二氧化碳）逐漸上升時，氣體偵測器偵測車室內(nèi)部特定氣體濃度，HT46F49E晶片判斷特定氣體濃度P是否大于具危險警戒特定氣體濃度警戒值P1；若是，HT46F49E晶片控制馬達轉(zhuǎn)動并帶動車窗下降，同時將車窗玻璃朝下帶動以打開車窗；若否者，則回到氣體偵測器偵測車室內(nèi)部特定氣體濃度。

　　圖2 本裝置操作步驟流程圖

　　該HT46F49E晶片控制單元更設(shè)定有對生命安全具重大威脅的特定氣體濃度臨界值P2（如一氧化碳1，600ppm），當(dāng)氣體偵測器偵測特定氣體濃度仍持續(xù)增加，并已經(jīng)大于該特定氣體濃度臨界值P2（步驟S14），代表駕駛?cè)丝赡芤呀?jīng)呈現(xiàn)昏迷或暈眩，若短時間內(nèi)（如一氧化碳1，600ppm，2小時）不立即處置，將導(dǎo)致駕駛?cè)怂劳觯撉缶榷ㄖ穯卧⒓窗l(fā)射該求救信號及該定址信號至該至少一預(yù)定接收單元（步驟S15），方便警察單位、搜救中心、消防單位或親朋好友們等預(yù)設(shè)人員對駕駛?cè)诉M行定址與搜救；若否者，則再回到步驟S11。

　　求救定址單元是一全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），用以發(fā)射出一求救信號及一定址信號至至少一預(yù)定接收單元；而預(yù)定接收單元可為一手機，而預(yù)定接收單元的擁有者可為警察單位、搜救中心、消防單位或親朋好友們等。

　　新一代被動式安全防護系統(tǒng)工作原理介紹

　　本裝置是針對汽車內(nèi)一氧化碳及二氧化碳等有毒氣體濃度達到對人體有害濃度警戒值P1（如一氧化碳800ppm），此時可能導(dǎo)致駕駛?cè)藛T疲勞甚至造成生命安全危險時，車室內(nèi)設(shè)置氣體偵測器，并利用具內(nèi)建類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（ADC）功能的HT46F49E晶片來判斷特定氣體濃度P是否大于具危險警戒特定氣體濃度警戒值P1；若是，則自動打開車窗玻璃，讓車內(nèi)與車外自然空氣對流通風(fēng)，以降低有害氣體濃度，使車內(nèi)保持一定的空氣品質(zhì)。

　　當(dāng)氣體偵測器偵測特定氣體濃度仍持續(xù)增加，并已經(jīng)大于對生命安全具重大威脅的特定氣體濃度臨界值P2（如一氧化碳1，600ppm），代表駕駛?cè)丝赡芤呀?jīng)呈現(xiàn)昏迷或暈眩，若短時間內(nèi)（如一氧化碳1，600ppm，2小時）不立即處置，將導(dǎo)致駕駛?cè)怂劳?，將透過GSM手機通報系統(tǒng)自動即時傳遞GPS定位座標(biāo)及求救信息給自行設(shè)定的指定號碼（如親朋好友、119或消防局），自動發(fā)出求救信號讓救難人員知道你在哪里，第一時間定位并且通報及時搶救，這樣才能將傷害降到最低。

　　若有害氣體濃度嚴重超出設(shè)定值，將發(fā)出求信號讓救難人員知道你在哪里，第一時間定位并且通報及時搶救，這樣才能將傷害降到最低。

　　本裝置是針對汽車內(nèi)當(dāng)所產(chǎn)生的有害氣體（CO、CO2）濃度高于安全值時，讓氣體傳感器傳遞信號至微控制器判別動作，使得車窗動作打開一縫隙，使車內(nèi)保持通風(fēng)減少有害氣體濃度。當(dāng)氣體濃度超出設(shè)定值時，將透過GSM手機警報通報系統(tǒng)自動即時傳遞GPS定位通報及信息給自行設(shè)定的指定號碼（如親朋好友、 119或消防局），方便后續(xù)搜救人員定位搜尋。

　　新一代被動式安全防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明

　　圖3是表示本預(yù)防汽車駕駛?cè)嘶杳曰蚱＞胙b置之結(jié)構(gòu)示意圖，其中，氣體偵測器是設(shè)置在車室內(nèi)部，較佳者，氣體偵測器設(shè)置在車室通氣孔周圍，避免汽車廢氣因透過通氣孔跑回車內(nèi)而不自覺，如此時氣體偵測器就可偵測汽車密閉空間內(nèi)部特定氣體的濃度。

圖3 本裝置實體結(jié)構(gòu)示意圖

為模擬在密閉的車室空間內(nèi)充滿有毒的特定氣體（如一氧化碳或二氧化碳），本裝置將寶特瓶模擬為汽車密閉空間，用寶特瓶置入已點燃的線香，此時寶特瓶內(nèi)將逐漸充滿二氧化碳氣體，且其濃度將愈來愈高，圖4為本裝置的實驗?zāi)M配置圖。

　　圖4 本裝置的實驗?zāi)M配置圖

　　假設(shè)氣體偵測器偵測車內(nèi)有害氣體濃度P，HT46F49E晶片內(nèi)建對人體有害濃度警戒值P1；當(dāng)P>P1時，透過HT46F49E這顆晶片內(nèi)建的 ADC轉(zhuǎn)換功能，讓HT46F49E發(fā)出命令信號給車窗玻璃的升降機構(gòu)。當(dāng)氣體偵測器偵測特定氣體濃度仍持續(xù)增加，并已經(jīng)大于對生命安全具重大威脅的特定氣體濃度臨界值P2；即當(dāng)P>P2時，GSM發(fā)出緊報求救信息及GPS定位信號給給自行設(shè)定的指定號碼（如親朋好友、119或消防局）（圖5）。

　　圖5 本裝置實驗?zāi)M架構(gòu)流程圖

　　因HT46F49E晶片所輸出信號值太小，無法直接驅(qū)動車窗玻璃升降機馬達，必須透過放大電路予以放大輸出信號。氣體偵測器外部要一些電子元件來驅(qū)動，其驅(qū)動電路如圖6。

　　圖6 氣體偵測器驅(qū)動電路實體圖

　　整合氣體偵測器　被動安全防護系統(tǒng)性能加分

　　因一氧化碳或二氧化碳是無色無味的有毒氣體，不管是人為或意外因素而皆會導(dǎo)致駕駛?cè)似隈{駛甚至陷入昏迷，其造成車禍傷亡數(shù)及意外致死率不亞于于一般車禍或酒醉駕駛意外（因駕駛?cè)送诓蛔杂X的狀況中昏睡窒息死亡，當(dāng)被人發(fā)現(xiàn)時皆已回天乏術(shù)），因此預(yù)防汽車駕駛?cè)艘谎趸贾卸爵咔缶鹊谋粍邮桨踩雷o系統(tǒng)應(yīng)進一步被重視；此外，傳統(tǒng)局限于汽車一般道路車禍意外的被動式安全防護系統(tǒng)，應(yīng)被擴大定義及設(shè)計至汽車駕駛?cè)艘蛱囟ㄓ卸練怏w濃度所導(dǎo)致的傷亡，其被動安全防護系統(tǒng)應(yīng)進一步被重視。

另一方面，本汽車被動安全設(shè)計裝置是針對汽車內(nèi)一氧化碳及二氧化碳等有毒氣體，當(dāng)其濃度達到對人體有害濃度警戒值，能自動啟動安全開窗機制，讓車內(nèi)與車外自然空氣對流通風(fēng)，以降低有害氣體濃度，使車內(nèi)保持一定的空氣品質(zhì)。若氣體偵測器偵測特定氣體濃度仍持續(xù)增加，并已大于對生命安全具重大威脅的特定氣體濃度臨界值，代表駕駛?cè)丝赡芤呀?jīng)呈現(xiàn)昏迷或暈眩（若短時間內(nèi)不立即處置，將導(dǎo)致駕駛?cè)怂劳觯?，透過GSM手機通報系統(tǒng)自動即時傳遞GPS定位座標(biāo)及求救信息給自行設(shè)定的指定號碼（如親朋好友、119或消防局），方便搜救人員定位搜尋，避免在繁榮市區(qū)大海撈針?biāo)频乃褜と塑?，爭取極有限的搜救時效。

　　從圖7觀之，本裝置將已點燃的線香放入寶特瓶的密閉空間中，讓寶特瓶逐漸充滿二氧化碳，以模擬車室內(nèi)遇有害氣體過濃意外事件，并將氣體偵測器置入已挖孔的寶特瓶蓋內(nèi)，氣體偵測器會將感測信號傳給HT46F49E晶片，當(dāng)其濃度達到對人體有害濃度警戒值時，晶片觸發(fā)作動信號讓汽車車窗玻璃自動下降。

　　圖7 本裝置利用線香模擬CO2測試

　　倘若氣體偵測器偵測特定氣體濃度仍持續(xù)增加，并已經(jīng)大于對生命安全具重大威脅的特定氣體濃度臨界值，代表駕駛?cè)丝赡芤呀?jīng)呈現(xiàn)昏迷或暈眩（若短時間內(nèi)不立即處置，將導(dǎo)致駕駛?cè)怂劳觯?，本裝置透過GSM手機通報系統(tǒng)自動即時傳遞GPS定位座標(biāo)及求救信息給自行設(shè)定的指定號碼（如親朋好友、119或消防局），方便搜救人員定位搜尋，避免在繁榮市區(qū)大海撈針?biāo)频乃褜と塑?，爭取極有限的搜救時效，其GPS系統(tǒng)定位出人車意外的座標(biāo)，GSM系統(tǒng)發(fā)出求救簡信給救難單位 （圖8、圖9）。

　　圖8 GPS系統(tǒng)動作示意圖

　　圖9 GSM系統(tǒng)簡信動作示意圖

　　本裝置整合氣體偵測器自動感測車室內(nèi)部CO或CO2等有毒氣體濃度、自動開窗降低車室有毒氣體濃度、GPS及GSM求救簡信發(fā)送搜救單位。

　　更多發(fā)展可能性　被動安全防護系統(tǒng)展多元風(fēng)貌

　　未來可結(jié)合車窗薄膜太陽能輔助發(fā)電，作為獨立的備用電源以防供電系統(tǒng)故障或電瓶沒電而無法動作；或整合酒精吹嘴、類神經(jīng)控制感測應(yīng)用至本裝置，加以實驗數(shù)據(jù)研發(fā)出可防酒駕危險駕駛等相關(guān)被動安全系統(tǒng)設(shè)計。

　　總的來說，人在吸入過多有害氣體，疲倦、昏眩等輕微不適癥狀，往往已經(jīng)中毒而不自覺的狀況下，然而目前汽車被動式安全防護系統(tǒng)設(shè)計皆只重視一般道路車禍，本裝置特別針對氣體意外事件發(fā)生前加以進行防護設(shè)計，符合汽車安全設(shè)計趨勢；再者，本裝置利用氣體傳感器主動偵測有害氣體濃度是否過高，并立即自動開窗及解中控鎖，提升車內(nèi)人員逃生機會，符合被動式安全設(shè)計；此外，本裝置利用GPS及GSM進行有害氣體事件后自動汽車定址及求救簡信發(fā)送，方便搜救人員第一時間獲知人地物信息，立即進行后續(xù)搜救，以避免后續(xù)傷亡擴大，符合第三階段安全設(shè)計。