汽車電子智能安全系統(tǒng)的簡單敘述
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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%。安全氣囊對駕駛員和乘員的頭部、頸部安全再發(fā)生正面碰撞時有著十分明顯的保護(hù)作用。
但是由于實際碰撞事故的復(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)計不當(dāng)還會帶來較大的負(fù)面影響。具體表現(xiàn)在：
當(dāng)小規(guī)模事故發(fā)生時，氣囊對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（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)計的氣囊系統(tǒng)，極有可能對離位乘員和小身材婦女甚至兒童造成傷害；對于大尺寸乘員來說，碰撞中常常會將氣囊壓扁后與轉(zhuǎn)向盤碰撞，也就是說普通氣囊難以對大尺寸乘員起到應(yīng)有的防護(hù)作用。
就此擺在車在安全系統(tǒng)設(shè)計人員面前的問題就是：怎樣開發(fā)出一套針對個人而非針對標(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)行實時監(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，到2005年，35%的新型車將裝備智能人員識別系統(tǒng)。按照美國的標(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前景。
2 設(shè)計概述
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電場成像芯片，實時監(jiān)控駕駛員的乘坐位置，在碰撞發(fā)生時，自動調(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)膬和瑸榱吮苊獍踩珰饽覀Τ藛T，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)計未考慮體重小于5%人模的兒童。傳統(tǒng)的安全氣囊時在打開時會對大多數(shù)的兒童頸部造成巨大壓強(qiáng)，根據(jù)NHTSA2003.1.1的測試報告，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頸部造成致命損傷。與之相對的是，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。
針對以上考慮，新開發(fā)的智能的安全系統(tǒng)能自動識別成員的體型，并將體型作為影響氣囊控制參數(shù)的一個因子，實現(xiàn)個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，以此來避免因為安全氣囊的非必要或不充分打開而引起的人員傷亡。
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)的一個節(jié)點，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.針對安全氣囊的功能設(shè)計
⑴智能氣囊開關(guān)控制（AutomaticAirBagOn-OffSwitches）。關(guān)鍵因素是碰撞發(fā)生時的加速度。在國家鑒定試驗中，碰撞瞬時的加速度約為-40g；當(dāng)由碰撞造成的減速度小于40g時氣囊不會打開。另外，考慮到氣囊并非針對兒童設(shè)計，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時氣囊有可能對兒童造成致命傷害，故當(dāng)乘員乘坐姿勢不當(dāng)?shù)膬和w重小于30公斤）時，氣囊將永遠(yuǎn)不會打開。（建議使用帶有兒童安全帶的反向安全座位）。
⑵雙氣囊噴射口多級延時噴射
為了能夠?qū)崿F(xiàn)在發(fā)生汽車碰撞時，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。并且通過控制每個噴射口相對碰撞時刻的延時長短來控制氣囊開始膨脹的時刻及最終膨脹程度。
采用上述的功能設(shè)計是因為經(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（典型值10ms）。延時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，汽車安全智能系統(tǒng)通過采樣有電場成像器件檢測的各電極電壓值來獲取乘員的乘坐姿勢與位置（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，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)。
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