摘要

当汽车静止后发生驾驶人或乘客因开启车门，以致撞倒机车骑士的交通事故时，将使骑士受伤甚至可能被其它行进中车辆辗过导致严重伤亡。在此方面目前市面上已经有在车门侧边装上LED灯闪烁警示的方法，提醒后方骑士汽车车门正在开启中。

然而，经检视所有此种交通意外事故可发现，其发生原因通常都是机车已在汽车车门旁，汽车驾驶人或乘客未注意而开启车门，导致直接撞伤骑士，故在车侧加装LED灯警示方法仅能警示后方来车，无法警示已在车门旁的车辆。为了解决此问题，必需藉由电机机构的快速动作来辅助人类判断及不当的动作行为，以预防此类憾事再度发生。因此，本文提出主动式车门开启防撞系统，由于此系统是利用红外线感应器，来判断后方及车侧来车，非由驾驶人或乘客来判断，故称为主动式。

此主动式车门开启防撞系统，使用HT66F70A 微控制器作为判断及下达锁住车门的控制命令，透过在车内的门锁把手上，装置触摸式感应开关，来启动此系统，此系统在车门外的门把附近，装置长距离与短距离两种不同侦测距离的红外线感测器，分别判断后方及车侧是否有来车，再利用自行设计，由单向轴承、动作轴心与电磁铁组成的无段式车门制动机构，使车门在被锁住时只能往回拉，无法向外推的状态。此动作机构亦考虑到当汽车遭遇撞击时，此系统必需解除动作，且车门必需长时间解锁，使人员可尽速逃生或等待救援。

1. 前言

目前的交通工具在设计上，如未注意到使用上的安全问题，对其他行人或车辆造成危险，将发生一些不可预期的意外事故。目各国政府都使用法规及一些交通安全措施，来减少交通意外事故的发生。目前汽车的制造商，也意识到民众对安全的需求远超过售价，故近年来在新车的设计上，也增加了很多车载安全装置，企图减少意外事故发生的机率。在众多种交通意外事故中，很多的意外事故皆是汽车驾驶人或乘客应注意但未注意而造成的，在这类的交通意外事故中，最常发生也常出现在媒体版面的，即是汽车驾驶人或乘客在下车时未注意后方机车行驶路线过于接近车门，不经意开启车门，造成车门撞击到机车，而使骑士倒地伤亡的问题。因此，最近交通部也修法要求汽车驾驶人或乘客在开车门时，必需使用两段式开启车门方式，注意车侧及后方是否有来车，否则发生事故时将予以重罚。

为预防此类交通事故的发生，目前已有专利针对此问题提出了一些解决的方法[1]–[4]，其大部分多为被动式。所谓被动式的车门开启防护装置，即是防护系统作动后，还是需要人为的判断，才能发挥作用。因此，被动式的方法并未能有效解决人为判断疏失的问题，此类产品大都以大多数是以警示灯闪烁、影像、警报器等被动方式来做警示动作，如将LED灯置于车门侧边，或是利用方向灯或煞车灯的闪动方式来警示后面来车。

然而，此种方式，除了用路人要特别注意车辆的闪灯警示外，只能警示在警示灯后方来车，最常见的是当车门开启时，藉由装置在车侧高亮度LED灯的闪烁，警示后方来车或行人避免撞击，然而此种解决方式只能防范机车骑士距汽车较远，注意到闪灯并来得及反应改变行车路线，才能防止此类交通事故的发生，若机车骑士未注意到LED灯，或距离汽车太近来不及反应，此法则无法有效的防止此交通事故的发生。但是观察此类交通事故的案例，发现都是机车骑士已经行进到门边或距离门后不远处，才会被正在开启的车门撞倒，从后方撞到开启车门，撞击车门或将车门撞飞的事故较少，因在车门旁边的骑士，在汽车车门开启时是来不及反应的。

为有效地解此问题，经详细探讨其事故发生原因可发现，因机车行驶速度及汽车驾驶人或乘客开门速度很快，超出人类可即时反应的速度，且所有的汽车驾驶人或乘客，有时会忘了开启车门前，要注意后方是否有来车。故若能藉由电机机构来替代人类做判断，在即将发生事故前，快速地防止车门继续往外开，将可减少意外事故的产生。故本次实验提出使用红外线感测器侦测车门外的来车，并使用微控制器做快速的逻辑判断来替代人为的判断，一旦红外线感应器感应到车门后方或侧方有来车，不论车门是否正在开启中，车门制动机构将立即制止车门继续往外开启，但能使汽车驾驶人或乘客，即刻拉回车门。故此法可减少汽车驾驶人或乘客非故意突然开启车门而造成的意外事故，此主动式车门防撞装置的反应时间及判断逻辑都比人为判断来的快速又准确。

此系统在最差的情况为当机车骑士已到车门边，汽车驾驶人或乘客正好开启车门到接近骑士处，此系统位于车门最外侧的短距离红外线感侧器侦测到物体，HT66F70A将下命令使该门制动，无法再往外开启，此状况可能会使骑士受到一些惊吓，但因车门未撞到骑士，机车有很大的机会不会倾倒；倘若发生骑士因受惊吓使机车倒下的情况，也较被车门撞击后倒下伤害小了许多。

虽然此系统可有效防治因汽车驾驶人或乘客正好开启车门而发生的意外事故，然而本文所提之主动式车门开启防撞系统，拥有一个在目前已发表与此作品类似的专利中，都没有考虑到的功能，即是当汽车在行进中发生如遭遇其它车辆撞击、车辆撞护栏…等意外事故时，此车门防撞系统将不可以防碍驾驶人或乘客逃生及救援的功能。

为了达到此目的，本系统在实做上利用水银开关(亦可以重力感测器(G-sensor) 取代)，并配合侦测汽车蓄电池充电电流大小的电流感测器，来判断汽车目前所处环境。当电流感测器由充电状态变成停止充电状态，且水银感测器动作时，表汽车发生意外事故，此系统必需停止运作，解除车门锁定机制，使乘客及驾驶人容易脱困。当然也考虑到若经过坑洞而造成水银开关动作时，因汽车仍在行进中，仍有蓄电池充电电流，此状况为则非为汽车发生撞击事故，故此系统在一小段时间后将予以忽略。

2. 工作原理

本系统在硬体方面，采用HT66F70A微控制器做为控制核心，当驾驶人或乘客欲开启车门时，碰触装置于车门内侧的触摸式门锁把手时，即可唤醒主动式车门开启防撞系统。系统的红外线感测器使用PT2248及PT2249来加强及稳定红外线的侦测距离；根据红外线感测到车门外车流的状况，来控制装置于车门板金内的单向轴承制动装置，来制动车门使它无法再继续往外开启，本系统硬体装置于汽车上的位置如图1所示。

图1 : 系统硬体装设位置图

在图1中每个车门上的长距离及短距离红外线模组，分别用于别侦测后方是否有来车，以及车门旁边是否有来车。若红外线感测到有来车时，随即利用自行设计包含电磁铁的单向轴承制动机构来制动车门。平时电磁铁是处于未通电状态，当电磁铁通电时，会将轴承锁住使车门无法再往外开，但能往内拉回关闭车门。

为了节能及防止误动作发生，此主动式车门开启防撞系统，在车门内侧的门锁把手上安装了触摸开关，当触摸开关感测到驾驶人或乘客，触摸到门锁准备下车时，将使此主动式车门开启防撞系统内的HT66F70A微控制器，从休眠状态中被唤醒，以节省不必要的能源耗损。唤醒后HT66F70A微控制器开始接收，每个车门上的两个红外线感测模组的状态，并判断车侧后方及车门旁边附近是否有来车，若侦测到来车时，单向轴承车门制动机构上的电磁铁将被致能，令车门在红外线感测器动作的情况下锁住车门，使它不能再往外开启，但能拉回关闭车门，以防止车门撞伤机车骑士，此情况一直维持到车门外的红外线感测不到物体为止。

当汽车停在停车场内时，因车与车之间空隙狭小，车内人员下车时未注意到与旁边车间之距离，打开车门撞到旁边已停好之车辆，导致其板金凹陷，必需负板金及烤漆之赔偿责任，得不偿失。此系统在两个长距离红外线长时间一直侦测到有物体时，将判断此状况为汽车停于停车场内，此时完全改由短距离红外线侦测旁边的车辆，当车门开启后，若车门距离停靠于旁边的车体太近时，HT66F70A微控制器将令单向轴承制动机构内的电磁铁激磁锁住车门，不可再继续往外开启，防止驾驶人或乘客因开门撞击到旁边车辆，锁住后系统开始计时，于一小段时间后解锁，因为在停车场内，通常车与车间的走道很小，车门锁住时等同告诉乘客快撞到旁边的车，接下来车门不可开太快，否则将撞到旁边的车辆，解锁后乘客可慢慢再继续往外开启方便下车。

另外，当在行驶中或停止的汽车遭到撞击时，亦即汽车发生交通意外事故，都必需解除系统运作，让乘客可尽速下车离开现场。此两种状况可利用装置在车上的水银开关 (可以重力感测器代替)，以及蓄电池的充电电流侦测器两者的状态来判断。

其中水银开关侦测汽车是否遭遇撞击，但是有时汽车行经坑洞时也会触发水银开关作动，此种状况为非撞击事故必需排除。充电电流感测器则是判断汽车是在行驶中或是静止状态。当水银开关动作及充电电流感测器由充电变成停止充电状态，表示汽车在行驶中遭遇撞击；另外，若原本充电电流感测器处于不充电状态，水银开关动作，表示在停车时，遭遇其它车辆撞击，以上两种状况表示汽车发生意外事故，HT66F70A微控制器下命令将单向轴承车门制动机构上的电磁铁，保持断电解锁状态，使车门可自由活动，不会因此系统动作锁住而影响后续驾驶及乘客逃生及救援工作。

本系统内之单向轴承车门制动机构，为整个系统较困难的部分，因无法直接在市面上购得完整成品，必需自制，故先利用AUTOCAD设计机构图，在市面上购买单向轴承及电磁铁，经许多次制做试验后，才得到所需的功能，完成整个单向轴承车门制动机构。红外线感测器的部分则根据设计电路[5]–[7]，并依所需的感测距离设计电阻及电路内元件，即可达成所需的感测距离，以同一电路获得长、短感测距离的目的，对于后续电路维护及制造成本来说，可有效降低此为一个优点。然而，在感应不同距离的物体上并不一定只能使用红外线，其它诸如微波及超音波…等亦可。此外，目前生产的汽车有些本身已配置车侧盲点侦测系统，可将其讯号与本系统连结，使其在汽车停止时感测讯号切换到本系统内，可取代前述长距离红外线的功能。本文所提出之主动式车门开启防撞系统，其所有构思、硬体设计及软体控制逻辑皆为本团队讨论及开发的成果，目前向经济部智慧财产局申请发明专利及实体审查中。

3.作品结构

3.1 主动式车门开启防撞系统硬体结构

本系统的控制核心是使用盛群半导体所制造的微控制器(MCU) HT66F70A，其整体系统方块图如图2所示。在这些周边电路中，由触摸式开关组成的唤醒电路如图3所示，因其触摸讯号较小故需使用多级放大器放大讯号，除电路外其硬体把手部分，则利用3D印表机印制仿实车的车门门锁把手，装上触摸式开关后之实体如图4所示。

侦测车门外是否有物体的长距离及短距离红外线感测电路之电路图如图5所示，其中长距离红外线模组功能为侦测后方是否有来车接近；短距离红外线模组功能为侦测车门旁是否有物体，其实体图如图6所示。侦测汽车本体是否遭遇撞击之双轴水银开关实体图如图7所示，此亦可使用取代重力感测器电路取代。

侦测汽车是否处于行驶状态的充电电流侦测电路，是以ACS712电流模组所组成，此模组是利用霍尔检测原理来感测电流，其输出电压为100mV/A，其电路图如图8所示，为模拟蓄电池充电电流，在此以高功率水泥电阻模拟蓄电池负载，其实体图如图9所示。

最后是单向轴承车门制动机构，主体是以单向轴承、电磁铁及动作轴心所组成的车门铰链，经多次试验后其最后实体图如图10所示，此机构为结合车体与车门并可制动车门之重要机构，单向轴承车门制动线圈的驱动电路如图11所示。最后，整体系统组合后实体如图12-14所示。

图2 : 系统方块图

图3 : 触摸式感应门锁电路图

图4 : 触摸式感应门锁模组

图5 : 红外线感测器电路图

图6 : 红外线感测模组

图7 : 模拟重力感测器的双轴水银开关

图8 : 充电电流感测电路图

图9 : 模拟蓄电池充电电流的电流感测模组

图10 : 单向轴承车门制动机构实体图

图11 : 单向轴承车门制动电磁铁驱动电路图

图12 : 整体系统实体模型图(a)：以木板组装车体模型整体外观

图13 : 整体系统实体模型图(b)：车门内部零件

图14 : 整体系统实体模型图(c)：HT66F70A及模拟蓄电池充电电流模组

3.2 主动式车门开启防撞系统软体控制逻辑

1. 系统通电后，所有车门未制动可正常开启或关闭，HT66F70A微控制器进入休眠模式。

2. 当任何一扇车门的触摸式开关有讯号或者水银开关接收到讯号时，HT66F70A微控制器解除休眠模式，表示车内乘客欲开启车门或有异常情形发生。

3. 当HT66F70A微控制器解除休眠之后，开始接收所有感测器(水银开关、左前车门长距离红外线模组、左前车门短距离红外线模组、左后车门长距离红外线模组、左后车门短距离红外线模组、右前车门长距离红外线模组、右前车门短距离红外线模组、右后车门长距离红外线模组及右后车门短距离红外线模组)的回传值，做为车门制动的依据。

4. 当所有的红外线模组都没有侦测到物体，且水银开关未接收到讯号，所有车门未制动可正常开启或关闭，此表示车辆周围无侦测到物体，可放心下车。

5. 当水银开关接收到讯号，同时侦测到蓄电池充电电流，表示车辆可能发生意外事故，此系统将自动解除车门制动的功能，以使驾驶或乘客可尽速逃生或顺利被救援。

6. 当任一扇车门的短距离红外线模组侦测到物体，且水银开关未接收到讯号时，则将使该扇车门的电磁铁致能制动车门，使车门无法再继续往外推，但可往回拉。

7. 例如：

(1)当左前车门短距离红外线模组侦测到物体时，则左前车门将被制动无法往外推但可往回拉。

(2)当左后车门短距离红外线模组有侦测物体时，则左后车门将被制动无法往外推但可往回拉

(3)当右前车门短距离红外线模组及左后车门短距离红外线模组有侦测物体时，则右前车门和左后车门将被制动，无法往外推但可往回拉，此表车侧有物体离车门很接近，只要一开门就会撞到，因此执行制动车门的动作。

此系统HT66F70A控制流程如图13所示。

图15 : 程式流程图

4. 测试方法

本系统通电后，所有车门未制动可正常开启或关闭，HT66F70A微控制器进入休眠模式。

情况一：车子在行驶过程中可能发生意外，所以将不会执行车门制动的动作，以确保人身安全。

当水银开关及蓄电池充电电流感测器同时侦测到讯号，等待一段时间过后，HT66F70A微控制器进入休眠模式。

情况二：车辆两边皆有其它车辆经过，此时前座乘客要下车。

1.若乘客触摸左右两侧任一个前车门的触摸式门锁，则HT66F70A微控制器开始接收四个车门各别的长距离及短距离红外线共八个感测器讯号(展示时只使用一边四个)，以及每个车门微动开关讯号共四个。

若左(右)侧四个红外线感测器皆无侦测到物体，不制动左(右)侧任一个车门，待左前(或右前)任一个车门开启(微动打开)后，再侦测到四个车门皆关闭(微动关闭) ，接着系统进入休眠模式。

2.若四个车门的某个长距离或/及短距离红外线侦测到物体，则无论该车门是否开启，该车门上的电磁铁动作，使车门无法往外推但可往回拉，待该车门长距离及短距离红外线皆无侦测到物体，该车门电磁铁断电，车门可正常作动，待左前(或右前)任一个车门开启(微动打开)后，再侦测到四个车门皆关闭(微动关闭) ，接着系统进入休眠模式。

情况三：车子停在停车场或路边，左侧或右侧有其它车辆或墙壁，此时乘客要下车。

若乘客触摸四个车门任一个触摸式门锁把手，HT66F70A微控制器开始接收四个车门各别的长距离及短距离红外线共八个感测器讯号(展示时只使用一边四个)，以及每个车门微动开关讯号共四个。若左前及左后车门(或右前及右后车门)长距离红外线同时侦测到物体，但短距离红外线未侦测到物体，左侧(或右侧)的两个车门皆仅由短距离红外线来侦测车侧是否有物体。

1. 若该侧两个短距离红外线感测器皆无侦测到物体，不制动该侧两车门，等待四个车门至少一个有打开(微动开启)，然后四个车门都关上(微动关闭)，接着进入休眠模式。

2. 若该侧两个短距离红外线有侦测到物体，该车门上的电磁铁动作，使车门无法往外推但可往回拉，待该车门短距离红外线无侦测到物体，该车门电磁铁断电，车门可正常作动，待四个车门至少一个有打开(微动开启)，然后四个车门皆关闭(微动关闭)，系统进入休眠模式。

情况四：当车辆两边皆有其它车辆经过，此时后座乘客要下车。为了预防前车门长距离红外线因侦测到后门而误动作，因此前车门的长距离红外线功能在本情况下失效，且后车门的长距离红外线将同时控制前车门。

若乘客触摸左右两侧任一个后车门的触摸式门锁，HT66F70A微控制器开始接收两个后车门的长距离红外线，及四个车门的短距离红外线(展示时只使用一边二个)共六个感测器讯号，以及每个车门微动开关讯号共四个(展示时只使用一边二个)。

1. 若六个红外线感测器皆无侦测到物体，不制动左(右)侧任一个车门，待左后(或右后)任一个车门开启(微动打开)后，再侦测到四个车门皆关闭(微动关闭)，系统进入休眠模式。

2. 若左右两侧任一个后车门长距离红外线有侦测到物体，则该侧前、后车门的电磁铁同时通电制动，使两车门无法往外推可往回拉，等待该侧后车门长距离红外线无侦测到物体，该侧前、后两个车门的电磁铁同时断电，两车门可正常作动，待左后(或右后)任一个车门开启(微动打开)后，再侦测到四个车门皆关闭(微动关闭) ，系统进入休眠模式。

3. 若左侧及右侧任一后门的长距离红外线无侦测到物体，但个别的短距离红外线有侦测到物体，则该车门的电磁铁通电制动，使该车门无法往外推可往回拉，等待该车门短距离红外线无侦测到物体=该车门的电磁铁断电，该车门可正常作动，四个车门的任一个车门开启(微动打开)后，再侦测到四个车门皆关闭(微动关闭) =系统进入休眠模式。

情况五：若左侧或右侧的前、后乘客皆要下车时，系统动作方式则如情况四所示。

情况六：若长距离红外线一段时间内一直感测到物体，亦即侦测到之物体没有在移动时。

在前述情况二~情况五中，若是因长距离红外线感测到物体而制动车门时，经所设定的一段时间后，长距离红外线仍然一直保持感测到物体的状态，则解除该车门制动。

5. 实验结果及讨论

为了预防汽车车门撞击骑士的交通意外事故再度发生，本文提出主动式车门开启防撞系统，使用机电装置辅助人为判断，当驾驶人或乘客应注意而未注意开启车门，即将撞到机车骑士时，利用单向轴承的无段式车门制动机构来制动车门，使车门不能外往开，但能往内关闭。此系统亦可应用于停车场内，因未注意到旁边车辆距离太近，开启车门时撞到旁边车辆，导致板金凹陷，需负赔偿责任的不幸事件。本系统使用HT66F70A为控制核心，HT66F70A具有GPIO高输出电流且容易控制，以及程式撰写容易的优点，以此来完成所有的逻辑控制，测试时每个元件及每项功能皆依设计的动作正常作动。此系统亦考量到若汽车停止中或静止时发生撞击事故时，此系统必需不能影响驾驶人或乘客的救援或逃生，故当系统感测并确认为意外事件发生时，会解除系统控制，使车门可自由开启。

(本文作者为明志科技大学电机系王胜宽教授、童柏翰、陈立谚、邱承颖、黄柏翰)

文献

[1] 王圳木，”智慧型汽车开门防撞系统”，新型专利M540067号，2017。

[2] 曾宪正，庄昌霖，苏哲淋，张家豪，”汽车开门防撞警示系统”，发明专利I568615号，2017。

[3] 黄志仁，” 汽车车门防撞警示改良装置”，新型专利M524279号，2016。

[4] 梁定钧，陈柏宏，” 汽车车门防撞侦测装置”，新型专利M520484号，2016。

[5] Princeton Technology Corp., Infrared Remote Control Transmitter PT2248 Datasheet, ver. 2.7, June 2005.

[6] Princeton Technology Corp., Infrared Remote Control Receiver PT2249A/PT2250A Datasheet, ver. 2.3, Dec. 1999.

[7] 李宗杰, 杨林泰, 李浚彦, 杨皓宇, 赖柏尔, 99学年度「专题制作」成果报告：红外线结合单晶片控制直流马达, 元培科技大学生物医学工程系, 2011年5月11日, pp. 10.