基于A(yíng)RM的汽車(chē)安全氣囊控制系統設計

　　3 性能試驗

　　目前汽車(chē)業(yè)內普遍采用的是5英寸（1英寸=254cm）30ms準則來(lái)確定安全氣囊的最佳點(diǎn)火時(shí)刻。在汽車(chē)碰撞過(guò)程中，乘員相對于車(chē)體向前移動(dòng)5英寸時(shí)刻的前30ms是氣囊的最佳點(diǎn)火時(shí)刻。其依據是大多數已系好安全帶的轎車(chē)乘員與轉向盤(pán)之間的間距為12英寸，氣囊充氣后的厚度為約為7英寸，氣囊從點(diǎn)爆到充滿(mǎn)氣體的時(shí)間為30ms。當氣袋充滿(mǎn)氣體的時(shí)刻乘員恰好與氣袋接觸，氣囊保護作用最佳。若氣囊點(diǎn)火過(guò)早，當乘員接觸到氣囊時(shí)，氣囊已泄氣，起不到保護作用。

　　當氣囊點(diǎn)火過(guò)晚，乘員由于慣性前移，氣囊會(huì )把乘員打傷甚至致死。所以最佳點(diǎn)火時(shí)間是設計安全氣囊控制器的關(guān)鍵。而本系統利用積分窗算法和ARMCortex處理器相結合，取得了較好的效果，試驗結果和該準則基本吻合。

　　3.1 臺車(chē)試驗

　　臺車(chē)試驗在南昌大學(xué)科技學(xué)院汽車(chē)碰撞實(shí)驗室進(jìn)行，如圖5所示。碰撞后，乘員身體前移的時(shí)刻比碰撞時(shí)刻滯后。滯后的大小主要取決于某款車(chē)型的吸能性能。由于臺車(chē)上只有安全氣囊控制系統，并無(wú)任何吸能裝置，吸能幾乎為零。故在本試驗中，認為碰撞時(shí)刻即為乘員開(kāi)始前移的時(shí)刻。臺車(chē)在滑行軌道上由繩索牽引。時(shí)速由40km/h逐漸遞增到60km/h。試驗過(guò)程由高速攝像機錄制，通過(guò)慢放錄像，測得在碰撞時(shí)刻后氣囊打開(kāi)時(shí)刻。數據如表1所示。

　　試驗數據表明，氣囊打開(kāi)時(shí)刻與最佳點(diǎn)火時(shí)刻偏差很小，在此偏差內不會(huì )發(fā)生氣囊彈傷乘員或過(guò)早漏氣的現象。

　　3.2 實(shí)車(chē)試驗

　　在國家某機動(dòng)車(chē)檢測中心，用某型號國產(chǎn)轎車(chē)進(jìn)行了實(shí)車(chē)試驗。碰撞類(lèi)型為正面碰撞。駕駛員座椅上放置了假人，且已系好安全帶。碰撞時(shí)速為60km/h。碰撞對象為蜂窩鋁。假人傳感器數采系統采樣頻率為1kHz。通過(guò)前期試驗可知，該款車(chē)型的吸能形變過(guò)程約持續50ms,故在實(shí)車(chē)試驗前，對氣囊控制系統的程序進(jìn)行了相應修改。試驗現場(chǎng)錄像截圖如圖6所示。

　　通過(guò)現場(chǎng)放置的高速攝像機錄像的回放，可知乘員在向前移動(dòng)了30ms后，安全氣囊準確爆破。實(shí)車(chē)試驗表明，安全系統控制系統可較為準確地控制氣囊的最佳點(diǎn)火時(shí)刻。

　　4 結語(yǔ)

　　由于安全氣囊要求在極短的時(shí)間內對碰撞事故作出處理，因此要求控制系統能在瞬間完成實(shí)時(shí)處理和復雜運算的過(guò)程，即要求其具有較高的運算速度，時(shí)滯較小，以適應汽車(chē)安全氣囊的實(shí)時(shí)控制要求。而一般的8位單片機編程簡(jiǎn)單，易于應用，但信號處理能力不強。本系統采用基于ARMCortexM3內核的32位高性能微控制器LM3S1138,嵌入μC/OS-Ⅱ操作系統，利用移動(dòng)積分窗爆破算法，完成了系統設計。臺車(chē)試驗和實(shí)車(chē)試驗表明，本系統可較為準確的控制氣囊的最佳點(diǎn)火時(shí)刻，從而有效保護駕駛員的安全。系統軟件設計部分使用了TI官方免費提供的驅動(dòng)庫，采用模塊化設計，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程。LM3S1138微控制器是片上系統（SoC）。集成了ADC、模擬比較器、flash存儲器等外設資源并且價(jià)格低廉，故構建的系統集成度高、體積小、成本低。LM3S1138多達46個(gè)I/O口，增加了系統的可擴展性，可在此基礎上研發(fā)多級智能型汽車(chē)安全氣囊控制系統。