汽车电子智能安全系统的简单叙述

1 引言

安全带和安全气囊是汽车碰撞事故中最有效的乘员保护设施。据有关数据表明，佩带座椅安全带可以使碰撞事故中乘员伤亡率减少15%-30%。安全气囊对驾驶员和乘员的头部、颈部安全再发生正面碰撞时有着十分明显的保护作用。

但是由于实际碰撞事故的复杂多样性，无论是安全带还是安全气囊，其保护作用都有其局限性，而且如使用或设计不当还会带来较大的负面影响。具体表现在：

当小规模事故发生时，气囊对乘员的伤害很有可能超过事故本身。当驾驶员乘坐位置过于靠近方向盘时（out of position，即OOP），安全气囊系统来内部气体发生器约在30ms内将气袋充满，巨大的冲击力将对离气囊组件很近并处于膨胀方向的乘员的头部和颈部造成严重伤害；按标准位置乘员设计的气囊系统，极有可能对离位乘员和小身材妇女甚至儿童造成伤害；对于大尺寸乘员来说，碰撞中常常会将气囊压扁后与转向盘碰撞，也就是说普通气囊难以对大尺寸乘员起到应有的防护作用。

就此摆在车在安全系统设计人员面前的问题就是：怎样开发出一套针对个人而非针对标准的安全系统，这种系统要能够对乘员情况进行实时监控，并通过监控得到的参数在碰撞过程中控制安全系统。

开发新型智能安全系统的重要性毋庸置疑。据有关数据统计，到2005年，35%的新型车将装备智能人员识别系统。按照美国的标准，到了2006年，所有的都必须装备此类系统。可以毫不犹豫地说，开发汽车智能安全系统在今后将具有广阔的市场前景。

MOTOROLA公司所开发的传感器和微处理器在汽车控制方面具有很高的性能价格比。而本次参赛所采用的传感器是该公司最新开发的电场成像器件MC33794，该芯片非常适合用于测量和人有关的物理参数（因为人体本身主要由水组成，而水里的金属元素是人体成为具有常电解特性的良导体。）所以我们以该传感器为核心，优化了传感器安排，重新设计了该智能安全系统。此系统使用传感器和高性能MCU来探测驾驶员的体型、位置和重量并决定安全带和安全气囊的工作状态。

2 设计概述

2.1为什么开发智能安全系统？

首先，据National Highway Traffic Safety administration (NHTSA)的调查，大多数应安全气囊受伤的乘员（aggressive airbag）都是由于不恰当的乘坐位置。新的智能安全系统通过MC33794电场成像芯片，实时监控驾驶员的乘坐位置，在碰撞发生时，自动调节安全带矫正乘员乘坐位置。若乘员是乘坐位置不当的儿童，为了避免安全气囊伤害乘员，气囊将不展开。

其次，传统的安全带气囊系统是建立在三种用于汽车碰撞的人模(Hydrid3)之上的：

（1）50%人模:代表平均身高1.77米和体重86公斤
（2）95%人模:包括95%的人的身高1.88米和体重108公斤.
（3）5%人模:代表5%的矮小身材1.48米和体重56公斤.

该统计未考虑体重小于5%人模的儿童。传统的安全气囊时在打开时会对大多数的儿童颈部造成巨大压强，根据NHTSA2003.1.1的测试报告，在242起由安全气囊引起的受致命伤害的模型中，119起是儿童模型。同时大多数的在交通事故中死亡的儿童颈部都因使用安全气囊而对颈部造成致命损伤。与之相对的是，大体型的乘员（提醒超过95%人模）在事故中又常常压扁安全气囊而撞到方向盘。

针对以上考虑，新开发的智能的安全系统能自动识别成员的体型，并将体型作为影响气囊控制参数的一个因子，实现个人化的安全气囊控制。

2.2系统的功能及原理

本次设计的目标是开发一种通用的不限车型的智能安全系统。该系统能既能用作驾驶位安全汽囊控制系统，也能安装在乘客位控制乘客位安全汽囊系统。利用单片机精确地控制安全气囊的开放和安全带的收紧程度，以此来避免因为安全气囊的非必要或不充分打开而引起的人员伤亡。

本系统并不直接控制安全气囊与安全带，而是作为CAN总线内的一个节点，向实际控制安全气囊和安全带的微控制器发出部分控制参数。借以实现安全系统的智能化。

2.2.1系统应具备的功能：

1.针对安全气囊的功能设计

⑴智能气囊开关控制（AutomaticAirBagOn-OffSwitches）。关键因素是碰撞发生时的加速度。在国家鉴定试验中，碰撞瞬时的加速度约为-40g；当由碰撞造成的减速度小于40g时气囊不会打开。另外，考虑到气囊并非针对儿童设计，当汽车发生碰撞时气囊有可能对儿童造成致命伤害，故当乘员乘坐姿势不当的儿童（体重小于30公斤）时，气囊将永远不会打开。（建议使用带有儿童安全带的反向安全座位）。

⑵双气囊喷射口多级延时喷射

为了能够实现在发生汽车碰撞时，不同体型的人受到不同膨胀程度的气囊的保护，我们采用了双气囊喷射口模型。并且通过控制每个喷射口相对碰撞时刻的延时长短来控制气囊开始膨胀的时刻及最终膨胀程度。

采用上述的功能设计是因为经研究表明，并非在汽车发生碰撞之后立即打开气囊就能取得最好的保护效果，而是要经过一段延时（典型值10ms）。延时具体值则取决于碰撞导致的汽车加速度和乘员体型的大小。

2.安全带预调整。

在发生碰撞时，汽车安全智能系统通过采样有电场成像器件检测的各电极电压值来获取乘员的乘坐姿势与位置（这是本次大赛建议使用芯片MC33794的一大功能），若乘客身体过于接近方向盘则提前收紧安全带，减小OOP（outofposition）程度，进一步保证乘客安全。

2.2.2工作原理

1.工作原理图