汽車電子智能安全系統(tǒng)的簡(jiǎn)單敘述
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安全帶和安全氣囊是汽車碰撞事故中最有效的乘員保護(hù)設(shè)施。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，佩帶座椅安全帶可以使碰撞事故中乘員傷亡率減少15%-30%。安全氣囊對(duì)駕駛員和乘員的頭部、頸部安全再發(fā)生正面碰撞時(shí)有著十分明顯的保護(hù)作用。
但是由于實(shí)際碰撞事故的復(fù)雜多樣性，無論是安全帶還是安全氣囊，其保護(hù)作用都有其局限性，而且如使用或設(shè)計(jì)不當(dāng)還會(huì)帶來較大的負(fù)面影響。具體表現(xiàn)在：
當(dāng)小規(guī)模事故發(fā)生時(shí)，氣囊對(duì)乘員的傷害很有可能超過事故本身。當(dāng)駕駛員乘坐位置過于靠近方向盤時(shí)（out of position，即OOP），安全氣囊系統(tǒng)來內(nèi)部氣體發(fā)生器約在30ms內(nèi)將氣袋充滿，巨大的沖擊力將對(duì)離氣囊組件很近并處于膨脹方向的乘員的頭部和頸部造成嚴(yán)重傷害；按標(biāo)準(zhǔn)位置乘員設(shè)計(jì)的氣囊系統(tǒng)，極有可能對(duì)離位乘員和小身材婦女甚至兒童造成傷害；對(duì)于大尺寸乘員來說，碰撞中常常會(huì)將氣囊壓扁后與轉(zhuǎn)向盤碰撞，也就是說普通氣囊難以對(duì)大尺寸乘員起到應(yīng)有的防護(hù)作用。
就此擺在車在安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面前的問題就是：怎樣開發(fā)出一套針對(duì)個(gè)人而非針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的安全系統(tǒng)，這種系統(tǒng)要能夠?qū)Τ藛T情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過監(jiān)控得到的參數(shù)在碰撞過程中控制安全系統(tǒng)。
開發(fā)新型智能安全系統(tǒng)的重要性毋庸置疑。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2005年，35%的新型車將裝備智能人員識(shí)別系統(tǒng)。按照美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，到了2006年，所有的都必須裝備此類系統(tǒng)?？梢院敛华q豫地說，開發(fā)汽車智能安全系統(tǒng)在今后將具有廣闊的市場(chǎng)前景。
2 設(shè)計(jì)概述
2.1為什么開發(fā)智能安全系統(tǒng)？
首先，據(jù)National Highway Traffic Safety administration (NHTSA)的調(diào)查，大多數(shù)應(yīng)安全氣囊受傷的乘員（aggressive airbag）都是由于不恰當(dāng)?shù)某俗恢谩Ｐ碌闹悄馨踩到y(tǒng)通過MC33794電場(chǎng)成像芯片，實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛員的乘坐位置，在碰撞發(fā)生時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)安全帶矯正乘員乘坐位置。若乘員是乘坐位置不當(dāng)?shù)膬和?，為了避免安全氣囊傷害乘員，氣囊將不展開。
其次，傳統(tǒng)的安全帶氣囊系統(tǒng)是建立在三種用于汽車碰撞的人模(Hydrid3)之上的：
（1）50%人模:代表平均身高1.77米和體重86公斤
（2）95%人模:包括95%的人的身高1.88米和體重108公斤.
（3）5%人模:代表5%的矮小身材1.48米和體重56公斤.
該統(tǒng)計(jì)未考慮體重小于5%人模的兒童。傳統(tǒng)的安全氣囊時(shí)在打開時(shí)會(huì)對(duì)大多數(shù)的兒童頸部造成巨大壓強(qiáng)，根據(jù)NHTSA2003.1.1的測(cè)試報(bào)告，在242起由安全氣囊引起的受致命傷害的模型中，119起是兒童模型。同時(shí)大多數(shù)的在交通事故中死亡的兒童頸部都因使用安全氣囊而對(duì)頸部造成致命損傷。與之相對(duì)的是，大體型的乘員（提醒超過95%人模）在事故中又常常壓扁安全氣囊而撞到方向盤。
針對(duì)以上考慮，新開發(fā)的智能的安全系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別成員的體型，并將體型作為影響氣囊控制參數(shù)的一個(gè)因子，實(shí)現(xiàn)個(gè)人化的安全氣囊控制。
2.2系統(tǒng)的功能及原理
本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是開發(fā)一種通用的不限車型的智能安全系統(tǒng)。該系統(tǒng)能既能用作駕駛位安全汽囊控制系統(tǒng)，也能安裝在乘客位控制乘客位安全汽囊系統(tǒng)。利用單片機(jī)精確地控制安全氣囊的開放和安全帶的收緊程度，以此來避免因?yàn)榘踩珰饽业姆潜匾虿怀浞执蜷_而引起的人員傷亡。
本系統(tǒng)并不直接控制安全氣囊與安全帶，而是作為CAN總線內(nèi)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，向?qū)嶋H控制安全氣囊和安全帶的微控制器發(fā)出部分控制參數(shù)。借以實(shí)現(xiàn)安全系統(tǒng)的智能化。
2.2.1系統(tǒng)應(yīng)具備的功能：
1.針對(duì)安全氣囊的功能設(shè)計(jì)
⑴智能氣囊開關(guān)控制（AutomaticAirBagOn-OffSwitches）。關(guān)鍵因素是碰撞發(fā)生時(shí)的加速度。在國(guó)家鑒定試驗(yàn)中，碰撞瞬時(shí)的加速度約為-40g；當(dāng)由碰撞造成的減速度小于40g時(shí)氣囊不會(huì)打開。另外，考慮到氣囊并非針對(duì)兒童設(shè)計(jì)，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)氣囊有可能對(duì)兒童造成致命傷害，故當(dāng)乘員乘坐姿勢(shì)不當(dāng)?shù)膬和w重小于30公斤）時(shí)，氣囊將永遠(yuǎn)不會(huì)打開。（建議使用帶有兒童安全帶的反向安全座位）。
⑵雙氣囊噴射口多級(jí)延時(shí)噴射
為了能夠?qū)崿F(xiàn)在發(fā)生汽車碰撞時(shí)，不同體型的人受到不同膨脹程度的氣囊的保護(hù)，我們采用了雙氣囊噴射口模型。并且通過控制每個(gè)噴射口相對(duì)碰撞時(shí)刻的延時(shí)長(zhǎng)短來控制氣囊開始膨脹的時(shí)刻及最終膨脹程度。
采用上述的功能設(shè)計(jì)是因?yàn)榻?jīng)研究表明，并非在汽車發(fā)生碰撞之后立即打開氣囊就能取得最好的保護(hù)效果，而是要經(jīng)過一段延時(shí)（典型值10ms）。延時(shí)具體值則取決于碰撞導(dǎo)致的汽車加速度和乘員體型的大小。
2.安全帶預(yù)調(diào)整。
在發(fā)生碰撞時(shí)，汽車安全智能系統(tǒng)通過采樣有電場(chǎng)成像器件檢測(cè)的各電極電壓值來獲取乘員的乘坐姿勢(shì)與位置（這是本次大賽建議使用芯片MC33794的一大功能），若乘客身體過于接近方向盤則提前收緊安全帶，減小OOP（outofposition）程度，進(jìn)一步保證乘客安全。
2.2.2工作原理
1.工作原理圖
OOP的概念：即out of position，是指駕駛員在駕駛時(shí)偏離正確的坐姿而靠近方向盤的情況。本方案中多次用到這一概念，故在此強(qiáng)調(diào)說明。
當(dāng)汽車速度急速下降時(shí)，若加速度大于中斷閥值（即使得單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序的加速度），則向MCU發(fā)出外部中斷，MCU將加速度傳感器得到的模擬量A/D轉(zhuǎn)化后判斷該加速度是否超過安全氣囊的開啟閥值。若已超過，則將各傳感器得到的參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)椴楸淼刂?詳細(xì)的闡述見第四部分軟件描述)，進(jìn)而查表得到氣囊參數(shù)受傳感器參數(shù)。
評(píng)論