引言

　　隨著汽車的普及和行駛速度的加快删窒，交通事故及傷亡人數(shù)也在逐年上升。在發(fā)生汽車碰撞事故時，如何有效地保護(hù)司機(jī)和乘員生命的安全是迫切需要解決的問題限番。安全氣囊作為與安全帶配合使用的被動保護(hù)裝置已經(jīng)普及，成為汽車構(gòu)件中保護(hù)乘員的主要裝備之一呀舔。

　　安全氣囊控制系統(tǒng)主要由傳感器、自檢電路赃蛛、觸發(fā)電路恃锉、通訊電路和報警電路組成，如圖1所示呕臂。

　　其工作原理為：上電后破托，系統(tǒng)進(jìn)行自檢，確定觸發(fā)電路是否可以正常工作歧蒋。若觸發(fā)電路存在故障土砂，報警電路進(jìn)行聲光報警，表明系統(tǒng)無法正常工作谜洽，通知駕駛員及時修理糕加。當(dāng)自檢正常時，通過32位微處理器LM3S1138不斷對加速度傳感器MMA7260測得的信號進(jìn)行采樣囱叼。當(dāng)汽車受到一定角度內(nèi)的高速碰撞時烂多，系統(tǒng)在經(jīng)過算法分析確認(rèn)之后，立即觸發(fā)氣囊包內(nèi)的點火器沟乘，氣囊迅速充滿氣體盒酷，阻擋駕駛員與汽車構(gòu)件之間可能發(fā)生的碰撞，通過氣囊上排氣孔的節(jié)流阻尼作用來緩沖吸收駕駛員動能伟铸，從而達(dá)到保護(hù)駕駛員安全的目的迟书。

　　加速度測量電路的硬件原理圖如圖2所示。

　　本系統(tǒng)只使用MMA7260三軸加速度傳感的X和Z兩軸來進(jìn)行水平方向的碰撞判斷豆赏。X軸方向測量汽車正面碰撞的加速度挣菲，Z軸方向測量汽車垂直方向的加速度。當(dāng)汽車高速駛過溝掷邦、坎路面時白胀，會導(dǎo)致傳感器即使在沒有發(fā)生碰撞的情況下，也產(chǎn)生較大信號抚岗。此信號疊加在低速碰撞的碰撞波形上或杠，導(dǎo)致微控制器誤認(rèn)為高速碰撞，進(jìn)而發(fā)生誤啟爆研矗。鑒于此赵溢，當(dāng)汽車Z軸（垂直方向）。產(chǎn)生較大的加速度時芒浪，無論X軸方向加速度如何歧余，安全氣囊均設(shè)計為不啟爆。避免了因為汽車高速駛過地面路障時蔑串，安全氣囊引爆所造成的不必要的損失川骗，增強(qiáng)了路面抗干擾性。

　　由于氣囊氣體發(fā)生器的點爆時需20mA電流脈沖柱涕。若直接用LM3S1138的I/O口輸出高電平進(jìn)行引爆伍恼，驅(qū)動過小，無法滿足要求。系統(tǒng)選用電磁式繼電器羡雷，在LM3S1138輸出口的控制下可驅(qū)動大功率的負(fù)載携喳。由于繼電器會產(chǎn)生較明顯的干擾，故在繼電器周圍加抗干擾電路的同時與光電耦合器配合使用热品，使得處理器與觸發(fā)電路光電隔離巍糯。當(dāng)碰撞發(fā)生時，安全氣囊對身材過于矮小的成年人或兒童不但沒有保護(hù)作用客扎，引爆的巨大沖擊力甚至?xí)⑵鋸椝浪盥汀榱烁玫貙崿F(xiàn)安全點火和智能化點火，系統(tǒng)在觸發(fā)回路上設(shè)置一個座位壓力感應(yīng)裝置徙鱼。如果有成年人入座宅楞，則裝置閉合，點火電路可正常工作袱吆。相反厌衙，如果裝置斷開，則表明無人入座或只有矮小成年人或兒童入座绞绒，觸發(fā)電路不能形成回路婶希。此時，即使汽車發(fā)生碰撞且算法發(fā)出點火信號蓬衡，安全氣囊也不爆破喻杈。這樣，既防止在無人入座的狀態(tài)下引爆氣囊而造成的經(jīng)濟(jì)損失撤蟆，又避免了氣囊對矮小成年人和兒童造成的傷害奕塑。點火觸發(fā)電路的原理圖如圖3所示。

　　2.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)采用CortexM3內(nèi)核處理器簡化了軟件開發(fā)環(huán)境登凿。針對LM3S1138等一系列的微控制器，TI官方免費提供了基于C語言（符合ANSIC標(biāo)準(zhǔn)）煮啡。的驅(qū)動庫隘匙，它包含了眾多固件函數(shù)庫，對每一個外設(shè)都有相應(yīng)例程馁祈，可以很方便地根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行修改和移植恕臣。因此在軟件編程時，無需匯編程序的軟件管理银薪，完全可以用驅(qū)動庫C語言函數(shù)進(jìn)行編程開發(fā)靴亩。開發(fā)應(yīng)用程序時，利用驅(qū)動庫的例程進(jìn)行模塊化設(shè)計夫石，不僅程序編寫方便伪睬，而且代碼簡潔且可讀性強(qiáng)。對編寫大型程序而言鸭僧，采用驅(qū)動庫能增強(qiáng)可靠性和安全性口溃，同時降低維護(hù)成本揩页。故本系統(tǒng)軟件程序利用TI公司提供的驅(qū)動庫例程進(jìn)行模塊化程序設(shè)計，把整個系統(tǒng)程序分為若干個小程序或模塊烹俗，分別進(jìn)行獨立設(shè)計爆侣、編程和測試。最后將各模塊構(gòu)建一個完整的工程幢妄，完成應(yīng)用程序設(shè)計兔仰。將整個工程分成了主程序、啟動任務(wù)蕉鸳、定時采樣任務(wù)和串行通信任務(wù)等4大模塊斋陪。流程圖如圖4所示。

　　2.3.1 主程序模塊

　　3.1 臺車試驗

　　
　　臺車試驗在南昌大學(xué)科技學(xué)院汽車碰撞實驗室進(jìn)行策见，如圖5所示镀材。碰撞后，乘員身體前移的時刻比碰撞時刻滯后蒜材。滯后的大小主要取決于某款車型的吸能性能忍具。由于臺車上只有安全氣囊控制系統(tǒng)，并無任何吸能裝置抖臭，吸能幾乎為零却怪。故在本試驗中，認(rèn)為碰撞時刻即為乘員開始前移的時刻倾伶。臺車在滑行軌道上由繩索牽引殷感。時速由40km/h逐漸遞增到60km/h。試驗過程由高速攝像機(jī)錄制巫碍，通過慢放錄像椰完，測得在碰撞時刻后氣囊打開時刻。數(shù)據(jù)如表1所示禀舰。

　　試驗數(shù)據(jù)表明，氣囊打開時刻與最佳點火時刻偏差很小怔匣，在此偏差內(nèi)不會發(fā)生氣囊彈傷乘員或過早漏氣的現(xiàn)象握联。

　　在國家某機(jī)動車檢測中心，用某型號國產(chǎn)轎車進(jìn)行了實車試驗每瞒。碰撞類型為正面碰撞金闽。駕駛員座椅上放置了假人，且已系好安全帶。碰撞時速為60km/h代芜。碰撞對象為蜂窩鋁埠褪。假人傳感器數(shù)采系統(tǒng)采樣頻率為1kHz。通過前期試驗可知挤庇，該款車型的吸能形變過程約持續(xù)50ms,故在實車試驗前钞速，對氣囊控制系統(tǒng)的程序進(jìn)行了相應(yīng)修改。試驗現(xiàn)場錄像截圖如圖6所示嫡秕。

　　通過現(xiàn)場放置的高速攝像機(jī)錄像的回放渴语，可知乘員在向前移動了30ms后，安全氣囊準(zhǔn)確爆破昆咽。實車試驗表明驾凶，安全系統(tǒng)控制系統(tǒng)可較為準(zhǔn)確地控制氣囊的最佳點火時刻。

4 結(jié)語

　　由于安全氣囊要求在極短的時間內(nèi)對碰撞事故作出處理鉴梦，因此要求控制系統(tǒng)能在瞬間完成實時處理和復(fù)雜運(yùn)算的過程氛灸，即要求其具有較高的運(yùn)算速度，時滯較小逐茄，以適應(yīng)汽車安全氣囊的實時控制要求剑碌。而一般的8位單片機(jī)編程簡單，易于應(yīng)用蹲京，但信號處理能力不強(qiáng)衔密。本系統(tǒng)采用基于ARMCortexM3內(nèi)核的32位高性能微控制器LM3S1138,嵌入μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，利用移動積分窗爆破算法蚊牌，完成了系統(tǒng)設(shè)計找蝗。臺車試驗和實車試驗表明，本系統(tǒng)可較為準(zhǔn)確的控制氣囊的最佳點火時刻诀虹，從而有效保護(hù)駕駛員的安全渊输。系統(tǒng)軟件設(shè)計部分使用了TI官方免費提供的驅(qū)動庫，采用模塊化設(shè)計晌颅，簡化了開發(fā)過程奸误。LM3S1138微控制器是片上系統(tǒng)（SoC）。集成了ADC真仲、模擬比較器袋马、flash存儲器等外設(shè)資源并且價格低廉，故構(gòu)建的系統(tǒng)集成度高秸应、體積小虑凛、成本低。LM3S1138多達(dá)46個I/O口软啼，增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性桑谍，可在此基礎(chǔ)上研發(fā)多級智能型汽車安全氣囊控制系統(tǒng)延柠。
 

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