時(shí)間：2023-03-30 11:34:33
序論：在您撰寫汽車安全氣囊論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
1)加速度法
該算法是通過測(cè)量汽車碰撞時(shí)的加速度（減速度），當(dāng)加速度超過預(yù)先設(shè)定的閾值就彈出安全氣囊。
2)速度變量法
該算法是通過對(duì)汽車加速度進(jìn)行積分從而得到加速度變化量，當(dāng)加速度變化量超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)就彈出安全氣囊。
3)加速度坡度法
該方法是對(duì)加速度進(jìn)行求導(dǎo)得到加速度的變化量作為判斷是否點(diǎn)火的指標(biāo)。
4)移動(dòng)窗積分算法[2]
對(duì)加速度曲線在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行積分，當(dāng)積分值超過預(yù)先設(shè)置的閾值時(shí)，就發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。
1.1移動(dòng)窗積分算法
下面具體介紹一下移動(dòng)窗積分算法，選定以下幾個(gè)觀察量作為氣囊點(diǎn)火的條件指標(biāo)。①汽車碰撞時(shí)的水平方向加速度（或減速度）ax。ax是直接反映碰撞激烈程度的信號(hào)，而且ax在最佳點(diǎn)火時(shí)刻的選取中起關(guān)鍵作用。②汽車碰撞時(shí)垂直方向的加速度ay，氣囊控制系統(tǒng)加入ay對(duì)非碰撞信號(hào)能起到很大的抗干擾作用，當(dāng)汽車發(fā)生正向碰撞時(shí)，ay與ax有很大的不一致性[3]；而當(dāng)汽車受到路面干擾，例如汽車與較高的臺(tái)階直接相撞時(shí)，ay與ax有很大的一致性[3]，可以由此來判別干擾信號(hào)。
結(jié)合這幾個(gè)量，得出一個(gè)判斷氣囊點(diǎn)火的最佳指標(biāo)。
需要采樣一個(gè)時(shí)間段（從碰撞開始）ax的值，根據(jù)這一系列的值才能判斷碰撞的激烈程度.氣囊點(diǎn)火控制算法應(yīng)在發(fā)生碰撞后20～30ms內(nèi)做出點(diǎn)火判斷，因?yàn)闅饽遗蛎浀阶畲笮枰獣r(shí)間大概為30ms[4]，在碰撞初速度為28.4km/h時(shí)，人體向前移動(dòng)5inch到達(dá)接觸氣囊的時(shí)間大概為70ms，則目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)刻為70－30＝40ms，所以氣囊打開應(yīng)該在碰撞后的40ms時(shí)刻，所以算法必須在20～30ms內(nèi)做出點(diǎn)火決定。這樣可以采樣碰撞后的20個(gè)加速度值（頻率是1kHZ）作為算法的輸入值。而對(duì)于垂直方向也可以如此采樣。則可得兩組值：ax(1)，ax(2)……ax(20)；ay(1)，ay(2)……ay(20).
移動(dòng)窗算法中對(duì)ax的處理為（1）式：
(1)
圖2移動(dòng)窗口算法示意圖
其中t為當(dāng)前時(shí)刻，w為時(shí)間窗寬度（采樣時(shí)間寬度），對(duì)ax(t)進(jìn)行積分，得到指標(biāo)S(t，w)，當(dāng)S(t，w)超過預(yù)先設(shè)定值時(shí)，則發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。
寫成離散形式，如式(2)：
(2)
n為當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)，k為采樣點(diǎn)數(shù)，f為采樣頻率。
加上垂直加速度之后，可以提高對(duì)路面干擾的抗干擾能力[3]，形式如式(3)：
(3)
S(n，k，ρ)為雙向合成積分量，n，f，k如上定義；ρ為合成因數(shù)，表征兩個(gè)方向加速度在合成算法中的權(quán)重。這種算法主要是考慮了汽車碰撞時(shí)的加速度因素，當(dāng)加速度的積分達(dá)到一定值的時(shí)候，表示汽車的碰撞劇烈程度也到達(dá)一定值，會(huì)給乘員帶來一定傷害。而且這種算法對(duì)于判斷最佳點(diǎn)火時(shí)刻也是很有優(yōu)勢(shì)的，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，利用這種算法得出的點(diǎn)火時(shí)刻離汽車碰撞的最佳點(diǎn)火時(shí)刻（利用攝像得出）僅差幾毫秒[2]，符合要求的精度。
但是這種算法也有其不足，例如沒有考慮碰撞時(shí)的速度以及座位上有沒有人的因素，這樣當(dāng)汽車低速運(yùn)行的時(shí)候，還是有可能引起誤觸發(fā)。如果將速度和座位上是否有人的信號(hào)引入，則可以進(jìn)一步減少誤觸發(fā)的機(jī)會(huì)。
1.2利用數(shù)據(jù)融合提出的改進(jìn)算法
由上面的敘述中我們可以知道，移動(dòng)窗積分算法對(duì)于氣囊彈出與否進(jìn)行判斷主要是根據(jù)積分量S，現(xiàn)在我們對(duì)積分量進(jìn)行一些改造，可以克服上述缺點(diǎn)。具體做法如下，加入以下幾個(gè)觀察量：
（1）汽車碰撞時(shí)的水平方向速度v，v可以反映汽車碰撞時(shí)乘客的受傷害程度。v越大，乘客的動(dòng)能就越大，碰撞時(shí)受到的傷害就越大。v是判斷氣囊是否應(yīng)該打開的最直接的指標(biāo)。（2）坐位上是否有乘員的信號(hào)[5]。坐位上無人時(shí)，當(dāng)發(fā)生碰撞則可以不彈出氣囊，這樣做可以減少誤觸發(fā)的幾率，同時(shí)避免對(duì)其他乘員的傷害。
引入函數(shù)，這個(gè)函數(shù)的波形為：
圖3函數(shù)波形圖
當(dāng)v超過30km/h的時(shí)候，y的值就大于1；反之就小于1?，F(xiàn)在普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)是，安全帶配合使用的氣袋引爆車速一般為：低于20km/h正面撞擊固定壁時(shí)，不應(yīng)點(diǎn)爆。而在大于35km/h碰撞時(shí)，必須點(diǎn)爆。在20km/h和35km/h之間屬于可爆可不爆的范圍。所以我們?nèi)0＝30km/h為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，這樣結(jié)合上面的移動(dòng)窗積分算法，提出新的S1，則S1為：
(4)
這樣當(dāng)v>v0時(shí)，汽車點(diǎn)火引爆的靈敏度就比原來大了；而v<v0時(shí)，點(diǎn)火靈敏度就比原來小了。再引入座位是否有人信號(hào)c，有人時(shí)c＝1，反之c＝0。
(5)
S''''即為加入了v和c的雙加速度合成積分量，其優(yōu)點(diǎn)是可以減少氣囊誤觸發(fā)的幾率，更好的保護(hù)乘員的安全。
再考慮到v>v0時(shí)引爆氣囊的靈敏度不需要太大，可以適當(dāng)調(diào)整的系數(shù)為1/∏，此時(shí)y函數(shù)圖形如圖4。
由圖4可看到，采用增加了速度函數(shù)的算法后，使到v>v0時(shí)的靈敏度適當(dāng)增加，同時(shí)也有效的減少了v<v0（低速）時(shí)的誤點(diǎn)火幾率。這個(gè)參數(shù)可以通過大量的碰撞實(shí)驗(yàn)來確定，使得點(diǎn)火效果最優(yōu)。
1.3利用模式識(shí)別的方法提出的控制算法
上述利用數(shù)據(jù)融合改進(jìn)的移動(dòng)窗控制算法是一種利用直觀概念進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，采用的是實(shí)時(shí)計(jì)算得出碰撞判決指標(biāo)，缺點(diǎn)是計(jì)算量比較大，控制系統(tǒng)的性能要求較高。如果能夠直接根據(jù)輸入進(jìn)行點(diǎn)火判斷，則計(jì)算量會(huì)大大減少。
為了減少計(jì)算量，使點(diǎn)火控制速度更加迅速，可以采用模式識(shí)別的方法。原理如下，在臺(tái)車碰撞試驗(yàn)中采用第二節(jié)中提出的加入了速度函數(shù)的改進(jìn)移動(dòng)窗算法，對(duì)不同的輸入（加速度和速度）及其結(jié)果進(jìn)行判斷，并將其記錄下來，得到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。再利用模式識(shí)別的方法，結(jié)合大量的記錄，則可以求出某一車型的氣囊點(diǎn)火判斷的判別函數(shù)。然后在實(shí)際應(yīng)用中可以利用判別函數(shù)對(duì)輸入的加速度和速度直接進(jìn)行判別，對(duì)汽車狀態(tài)（氣囊彈出和氣囊不彈出）進(jìn)行分類，從而大大減少計(jì)算量。
圖4函數(shù)波形圖
2設(shè)計(jì)判別函數(shù)原理
氣囊的彈出(w1)與不彈出(w2)可歸結(jié)為通過對(duì)對(duì)象（汽車的碰撞）n組特征觀察量（a1，a2....an，v）的判斷（這里取汽車碰撞的加速度和速度為特征觀察量），從而對(duì)x＝[a1，a2....an，v]進(jìn)行歸類。在歸類中，我們總是希望錯(cuò)誤率最小，所以可以采用基于最小錯(cuò)誤率的貝葉斯決策[6]。
通過對(duì)上述數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)，我們可以得到氣囊彈出的概率P(w1)，從而P(w2)=1－P(w1)。
要對(duì)x進(jìn)行分類，還需要類條件概率密度。p(x|w1)是氣囊彈出狀態(tài)下觀察x的類條件概率密度；p(x|w2)是氣囊不彈出狀態(tài)下觀察x的類條件概率密度。這樣我們可以算出w1和w2的后驗(yàn)概率，如式(6)：
(6)
基于最小錯(cuò)誤率的貝葉斯決策規(guī)則為：如果P(w1|x)>P(w2|x)，則把x歸類于彈出狀態(tài)w1，反之P(w1|x)<P(w2|x)，則把x歸類于不彈出狀態(tài)。把它設(shè)計(jì)成分類函數(shù)的形式，則可以直接利用分類函數(shù)進(jìn)行判別。如式(7)：
(7)
x是樣本向量，w為權(quán)向量，w0是個(gè)常數(shù)。在實(shí)際操作中，可以通過上述數(shù)據(jù)庫(kù)中大量的樣本來計(jì)算出w和w0。得出g(x)后，則可以對(duì)實(shí)際中檢測(cè)到的一組特征值進(jìn)行評(píng)估，以決定是否引爆氣囊。
二維的情況下g(x)的示意圖如圖5所示。
圖5分類函數(shù)示意圖
如圖5所示，分類函數(shù)g(x)可以將兩種狀態(tài)（引爆氣囊和不引爆氣囊）很好地區(qū)分開來，實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車碰撞狀態(tài)的即時(shí)判斷。而這種算法只要求系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)查表的運(yùn)算，大大減少計(jì)算量。
3總結(jié)
綜上所述，移動(dòng)窗算法對(duì)于低速的抗干擾方面存在不足；而加入了速度函數(shù)的改進(jìn)算法，能夠適當(dāng)增加系統(tǒng)在高速時(shí)的靈敏度，又能減少低速時(shí)的氣囊誤觸發(fā)幾率，符合現(xiàn)代安全氣囊的控制要求；模式識(shí)別的控制算法是建立在前面正確的控制算法的基礎(chǔ)上，利用大量的歷史數(shù)據(jù)得出判別函數(shù)，從而直接對(duì)氣囊是否彈出進(jìn)行判斷，大大減少計(jì)算量。
參考文獻(xiàn)
[1]鐘志華，楊濟(jì)匡.汽車安全氣囊技術(shù)及其應(yīng)用[J]．中國(guó)機(jī)械工程，2000年2月第11卷第1-2期
[2]王建群等.汽車安全氣囊點(diǎn)火控制算法的研究[J]．汽車工程，1997年第1期
[3]鄭維等.雙向加速度合成氣袋控制算法及其抗路面干擾特性[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2003年第43卷第2期
[4]張金換等.汽車安全氣袋系統(tǒng)的研究[J]．清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1997年第11期第69～72頁
[5]尹武良等.一種基于電容傳感的乘員感應(yīng)裝置[J].汽車技術(shù)，2000年第8期
[6]邊肇祺，張學(xué)工.模式識(shí)別[M．清華大學(xué)出版社2000，第1～100頁
關(guān)鍵詞安全氣囊；汽車碰撞；數(shù)據(jù)融合；模式識(shí)別
1引言
汽車安全氣囊的應(yīng)用拯救了許多乘員的生命。但隨著汽車的應(yīng)用越來越多，氣囊錯(cuò)誤彈出的情況也時(shí)有發(fā)生，這樣反而會(huì)威脅到乘員的安全，所以必須提高安全氣囊的控制性能。因此，我們也需要進(jìn)一步研究氣囊控制算法。
汽車安全氣囊技術(shù)發(fā)展到今天，其優(yōu)劣已經(jīng)不在于是否能夠判斷發(fā)生碰撞和實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，現(xiàn)代的安全氣囊控制的關(guān)鍵在于能夠在最佳時(shí)間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火和對(duì)于非破壞性碰撞的抗干擾。只有實(shí)現(xiàn)最佳時(shí)間點(diǎn)火，才能夠更好的保護(hù)駕駛員和乘客。
最佳時(shí)間的確定在于當(dāng)汽車發(fā)生碰撞的過程中，乘員向前移動(dòng)接觸到氣囊，此時(shí)氣囊剛好達(dá)到最大體積，這樣的保護(hù)效果最好。如果點(diǎn)火慢了，則乘員在接觸氣囊的時(shí)候，氣囊還在膨脹，這樣會(huì)對(duì)乘員造成額外的傷害。如果點(diǎn)火快了，乘員在接觸到氣囊的時(shí)候氣囊已經(jīng)可以萎縮，則氣囊不能對(duì)乘員的碰撞起到最好的緩沖作用，也就不能很好的起到對(duì)乘員的保護(hù)作用。
圖1氣囊示意圖
第二個(gè)是氣囊的可靠性問題，也就是對(duì)于急剎車、過路坎和其他非破壞性碰撞時(shí)引起的沖擊信號(hào)的抗干擾。汽車在顛簸路面上行駛或以很低速度的碰撞產(chǎn)生的加速度信號(hào)可能會(huì)令氣囊誤觸發(fā)，一個(gè)好的控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠很好的識(shí)別這些信號(hào)，從而在汽車產(chǎn)生非破壞性碰撞時(shí)不會(huì)使氣囊系統(tǒng)誤打開。
第三個(gè)就是氣囊控制技術(shù)的基本指標(biāo)，包括避免以下情況：①氣囊可能在很低的車速時(shí)打開。車輛在很低車速行駛而發(fā)生碰撞事故時(shí)，只要駕駛員和乘員系上了安全帶，是不需要?dú)饽掖蜷_起保護(hù)作用的。這時(shí)氣囊的打開造成了不必要的浪費(fèi)。②當(dāng)乘客偏離座位或座位上無人，氣囊系統(tǒng)的啟動(dòng)不僅起不到應(yīng)有的保護(hù)作用，還可能對(duì)乘客造成一定傷害[1]。
2安全氣囊點(diǎn)火控制的幾種算法
1)加速度法
該算法是通過測(cè)量汽車碰撞時(shí)的加速度（減速度），當(dāng)加速度超過預(yù)先設(shè)定的閾值就彈出安全氣囊。
2)速度變量法
該算法是通過對(duì)汽車加速度進(jìn)行積分從而得到加速度變化量，當(dāng)加速度變化量超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)就彈出安全氣囊。
3)加速度坡度法
該方法是對(duì)加速度進(jìn)行求導(dǎo)得到加速度的變化量作為判斷是否點(diǎn)火的指標(biāo)。
4)移動(dòng)窗積分算法[2]
對(duì)加速度曲線在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行積分，當(dāng)積分值超過預(yù)先設(shè)置的閾值時(shí)，就發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。
2.1移動(dòng)窗積分算法
下面具體介紹一下移動(dòng)窗積分算法，選定以下幾個(gè)觀察量作為氣囊點(diǎn)火的條件指標(biāo)。①汽車碰撞時(shí)的水平方向加速度（或減速度）ax。ax是直接反映碰撞激烈程度的信號(hào)，而且ax在最佳點(diǎn)火時(shí)刻的選取中起關(guān)鍵作用。②汽車碰撞時(shí)垂直方向的加速度ay，氣囊控制系統(tǒng)加入ay對(duì)非碰撞信號(hào)能起到很大的抗干擾作用，當(dāng)汽車發(fā)生正向碰撞時(shí)，ay與ax有很大的不一致性[3]；而當(dāng)汽車受到路面干擾，例如汽車與較高的臺(tái)階直接相撞時(shí)，ay與ax有很大的一致性[3]，可以由此來判別干擾信號(hào)。
結(jié)合這幾個(gè)量，得出一個(gè)判斷氣囊點(diǎn)火的最佳指標(biāo)。
需要采樣一個(gè)時(shí)間段（從碰撞開始）ax的值，根據(jù)這一系列的值才能判斷碰撞的激烈程度.氣囊點(diǎn)火控制算法應(yīng)在發(fā)生碰撞后20～30ms內(nèi)做出點(diǎn)火判斷，因?yàn)闅饽遗蛎浀阶畲笮枰獣r(shí)間大概為30ms[4]，在碰撞初速度為28.4km/h時(shí)，人體向前移動(dòng)5inch到達(dá)接觸氣囊的時(shí)間大概為70ms，則目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)刻為70－30＝40ms，所以氣囊打開應(yīng)該在碰撞后的40ms時(shí)刻，所以算法必須在20～30ms內(nèi)做出點(diǎn)火決定。這樣可以采樣碰撞后的20個(gè)加速度值（頻率是1kHZ）作為算法的輸入值。而對(duì)于垂直方向也可以如此采樣。則可得兩組值：ax(1)，ax(2)……ax(20)；ay(1)，ay(2)……ay(20).
移動(dòng)窗算法中對(duì)ax的處理為（1）式：
(1)
圖2移動(dòng)窗口算法示意圖
其中t為當(dāng)前時(shí)刻，w為時(shí)間窗寬度（采樣時(shí)間寬度），對(duì)ax(t)進(jìn)行積分，得到指標(biāo)S(t，w)，當(dāng)S(t，w)超過預(yù)先設(shè)定值時(shí)，則發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。
寫成離散形式，如式(2)：
(2)
n為當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)，k為采樣點(diǎn)數(shù)，f為采樣頻率。
加上垂直加速度之后，可以提高對(duì)路面干擾的抗干擾能力[3]，形式如式(3)：
(3)
S(n，k，ρ)為雙向合成積分量，n，f，k如上定義；ρ為合成因數(shù)，表征兩個(gè)方向加速度在合成算法中的權(quán)重。這種算法主要是考慮了汽車碰撞時(shí)的加速度因素，當(dāng)加速度的積分達(dá)到一定值的時(shí)候，表示汽車的碰撞劇烈程度也到達(dá)一定值，會(huì)給乘員帶來一定傷害。而且這種算法對(duì)于判斷最佳點(diǎn)火時(shí)刻也是很有優(yōu)勢(shì)的，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，利用這種算法得出的點(diǎn)火時(shí)刻離汽車碰撞的最佳點(diǎn)火時(shí)刻（利用攝像得出）僅差幾毫秒[2]，符合要求的精度。
但是這種算法也有其不足，例如沒有考慮碰撞時(shí)的速度以及座位上有沒有人的因素，這樣當(dāng)汽車低速運(yùn)行的時(shí)候，還是有可能引起誤觸發(fā)。如果將速度和座位上是否有人的信號(hào)引入，則可以進(jìn)一步減少誤觸發(fā)的機(jī)會(huì)。
2.2利用數(shù)據(jù)融合提出的改進(jìn)算法
由上面的敘述中我們可以知道，移動(dòng)窗積分算法對(duì)于氣囊彈出與否進(jìn)行判斷主要是根據(jù)積分量S，現(xiàn)在我們對(duì)積分量進(jìn)行一些改造，可以克服上述缺點(diǎn)。具體做法如下，加入以下幾個(gè)觀察量：
（1）汽車碰撞時(shí)的水平方向速度v，v可以反映汽車碰撞時(shí)乘客的受傷害程度。v越大，乘客的動(dòng)能就越大，碰撞時(shí)受到的傷害就越大。v是判斷氣囊是否應(yīng)該打開的最直接的指標(biāo)。（2）坐位上是否有乘員的信號(hào)[5]。坐位上無人時(shí)，當(dāng)發(fā)生碰撞則可以不彈出氣囊，這樣做可以減少誤觸發(fā)的幾率，同時(shí)避
免對(duì)其他乘員的傷害。
引入函數(shù)，這個(gè)函數(shù)的波形為：
圖3函數(shù)波形圖
當(dāng)v超過30km/h的時(shí)候，y的值就大于1；反之就小于1?，F(xiàn)在普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)是，安全帶配合使用的氣袋引爆車速一般為：低于20km/h正面撞擊固定壁時(shí)，不應(yīng)點(diǎn)爆。而在大于35km/h碰撞時(shí)，必須點(diǎn)爆。在20km/h和35km/h之間屬于可爆可不爆的范圍。所以我們?nèi)0＝30km/h為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，這樣結(jié)合上面的移動(dòng)窗積分算法，提出新的S1，則S1為：
(4)
這樣當(dāng)v>v0時(shí)，汽車點(diǎn)火引爆的靈敏度就比原來大了；而v<v0時(shí)，點(diǎn)火靈敏度就比原來小了。再引入座位是否有人信號(hào)c，有人時(shí)c＝1，反之c＝0。
(5)
S''''即為加入了v和c的雙加速度合成積分量，其優(yōu)點(diǎn)是可以減少氣囊誤觸發(fā)的幾率，更好的保護(hù)乘員的安全。
再考慮到v>v0時(shí)引爆氣囊的靈敏度不需要太大，可以適當(dāng)調(diào)整的系數(shù)為1/∏，此時(shí)y函數(shù)圖形如圖4。
由圖4可看到，采用增加了速度函數(shù)的算法后，使到v>v0時(shí)的靈敏度適當(dāng)增加，同時(shí)也有效的減少了v<v0（低速）時(shí)的誤點(diǎn)火幾率。這個(gè)參數(shù)可以通過大量的碰撞實(shí)驗(yàn)來確定，使得點(diǎn)火效果最優(yōu)。
2.3利用模式識(shí)別的方法提出的控制算法
上述利用數(shù)據(jù)融合改進(jìn)的移動(dòng)窗控制算法是一種利用直觀概念進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，采用的是實(shí)時(shí)計(jì)算得出碰撞判決指標(biāo)，缺點(diǎn)是計(jì)算量比較大，控制系統(tǒng)的性能要求較高。如果能夠直接根據(jù)輸入進(jìn)行點(diǎn)火判斷，則計(jì)算量會(huì)大大減少。
為了減少計(jì)算量，使點(diǎn)火控制速度更加迅速，可以采用模式識(shí)別的方法。原理如下，在臺(tái)車碰撞試驗(yàn)中采用第二節(jié)中提出的加入了速度函數(shù)的改進(jìn)移動(dòng)窗算法，對(duì)不同的輸入（加速度和速度）及其結(jié)果進(jìn)行判斷，并將其記錄下來，得到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。再利用模式識(shí)別的方法，結(jié)合大量的記錄，則可以求出某一車型的氣囊點(diǎn)火判斷的判別函數(shù)。然后在實(shí)際應(yīng)用中可以利用判別函數(shù)對(duì)輸入的加速度和速度直接進(jìn)行判別，對(duì)汽車狀態(tài)（氣囊彈出和氣囊不彈出）進(jìn)行分類，從而大大減少計(jì)算量。
圖4函數(shù)波形圖
3設(shè)計(jì)判別函數(shù)原理
氣囊的彈出(w1)與不彈出(w2)可歸結(jié)為通過對(duì)對(duì)象（汽車的碰撞）n組特征觀察量（a1，a2....an，v）的判斷（這里取汽車碰撞的加速度和速度為特征觀察量），從而對(duì)x＝[a1，a2....an，v]進(jìn)行歸類。在歸類中，我們總是希望錯(cuò)誤率最小，所以可以采用基于最小錯(cuò)誤率的貝葉斯決策[6]。
通過對(duì)上述數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)，我們可以得到氣囊彈出的概率P(w1)，從而P(w2)=1－P(w1)。
要對(duì)x進(jìn)行分類，還需要類條件概率密度。p(x|w1)是氣囊彈出狀態(tài)下觀察x的類條件概率密度；p(x|w2)是氣囊不彈出狀態(tài)下觀察x的類條件概率密度。這樣我們可以算出w1和w2的后驗(yàn)概率，如式(6)：
(6)
基于最小錯(cuò)誤率的貝葉斯決策規(guī)則為：如果P(w1|x)>P(w2|x)，則把x歸類于彈出狀態(tài)w1，反之P(w1|x)<P(w2|x)，則把x歸類于不彈出狀態(tài)。把它設(shè)計(jì)成分類函數(shù)的形式，則可以直接利用分類函數(shù)進(jìn)行判別。如式(7)：
(7)
x是樣本向量，w為權(quán)向量，w0是個(gè)常數(shù)。在實(shí)際操作中，可以通過上述數(shù)據(jù)庫(kù)中大量的樣本來計(jì)算出w和w0。得出g(x)后，則可以對(duì)實(shí)際中檢測(cè)到的一組特征值進(jìn)行評(píng)估，以決定是否引爆氣囊。
二維的情況下g(x)的示意圖如圖5所示。
圖5分類函數(shù)示意圖
如圖5所示，分類函數(shù)g(x)可以將兩種狀態(tài)（引爆氣囊和不引爆氣囊）很好地區(qū)分開來，實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車碰撞狀態(tài)的即時(shí)判斷。而這種算法只要求系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)查表的運(yùn)算，大大減少計(jì)算量。
4總結(jié)
綜上所述，移動(dòng)窗算法對(duì)于低速的抗干擾方面存在不足；而加入了速度函數(shù)的改進(jìn)算法，能夠適當(dāng)增加系統(tǒng)在高速時(shí)的靈敏度，又能減少低速時(shí)的氣囊誤觸發(fā)幾率，符合現(xiàn)代安全氣囊的控制要求；模式識(shí)別的控制算法是建立在前面正確的控制算法的基礎(chǔ)上，利用大量的歷史數(shù)據(jù)得出判別函數(shù)，從而直接對(duì)氣囊是否彈出進(jìn)行判斷，大大減少計(jì)算量。
參考文獻(xiàn)
[1]鐘志華，楊濟(jì)匡.汽車安全氣囊技術(shù)及其應(yīng)用[J]．中國(guó)機(jī)械工程，2000年2月第11卷第1-2期
[2]王建群等.汽車安全氣囊點(diǎn)火控制算法的研究[J]．汽車工程，1997年第1期
[3]鄭維等.雙向加速度合成氣袋控制算法及其抗路面干擾特性[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2003年第43卷第2期
[4]張金換等.汽車安全氣袋系統(tǒng)的研究[J]．清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1997年第11期第69～72頁
關(guān)鍵詞：傳感器;制動(dòng);汽車安全;自動(dòng)檢測(cè)；ABS；SRS
中圖分類號(hào)：TH715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1713702
Application of Automatic Detection Technology in Auto Safety System
ZI Guichang 1,LIU Yinxia1,GE Hua2
(1.Vocational & Polytechnical College,Liaoning Engineering Technical University,Fuxin,123000,China;2.Fuxin Kehui Electronic Co.Ltd.,Fuxin,123000,China)
Abstract：Along with continuous increase of traffic accident and the improvement of users′ safe consciousness,in order to decrease injury to drivers and passengers due to a tremendous force,in modern automobile,the Anti-lock Brake System(ABS)and the Supplemental Restraint System (SRS) is more and more popular. This article introduces the examination object and the examination principle of the automobile sensor. And introduces the concrete application of sensor in the ABS and the SRS in a detail.
Keywords：sensor;anti-lock brake;auto safety;automatic detection;ABS;SRS
自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、科學(xué)研究和人們的日常生活中，并起到越來越重要的作用，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的一項(xiàng)必不可少的重要基礎(chǔ)技術(shù)。本文闡述了汽車用傳感器的檢測(cè)對(duì)象和檢測(cè)原理，并詳細(xì)介紹了汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng)中相關(guān)傳感器的具體應(yīng)用。
1 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在汽車安全系統(tǒng)中的應(yīng)用
1.1 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)
隨著新交法實(shí)施，交通安全越來越受到各方的重視，同時(shí)國(guó)家也開始頒布一系列強(qiáng)制實(shí)行的法規(guī)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車安全性能進(jìn)行嚴(yán)格的限制。汽車安全裝備最基本的主動(dòng)安全裝置――ABS防止車輪抱死機(jī)械裝置，已經(jīng)開始強(qiáng)制安裝在規(guī)定的汽車上。世界上第一臺(tái)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS(the Anti-lock Brake System)于1950 年問世，首先被應(yīng)用在航空領(lǐng)域的飛機(jī)上。從1968 年才開始研究在汽車上應(yīng)用，這是自20世紀(jì)80年代后期以來汽車技術(shù)的最大成就之一。
ABS是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點(diǎn)的汽車安全控制系統(tǒng),既有普通制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動(dòng)狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動(dòng)方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車領(lǐng)域最先進(jìn)、制動(dòng)效果最佳的制動(dòng)裝置。
ABS由傳感器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器和電子控制器三大部分組成。電子控制器又叫電控單元(Electronic Control Unit,ECU)。測(cè)試車輪轉(zhuǎn)數(shù)的傳感器以及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)的控制儀是實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)必不可少的元件，這是車用ABS系統(tǒng)研制的重要理論依據(jù)。汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。
傳感器主要是安裝在車輪上的轉(zhuǎn)速傳感器，其作用是對(duì)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，獲取車輪轉(zhuǎn)速(速度)信號(hào)，發(fā)出車輪將被抱死的信號(hào)；ECU的主要作用是接受車輪轉(zhuǎn)速傳感器送來的脈沖信號(hào)，計(jì)算出輪速、參考車速、車輪減速度、滑移率等，并進(jìn)行判斷、輸出控制指令送給執(zhí)行器；制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是執(zhí)行器，在接受了電控單元ECU的指令后，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器中的電磁閥動(dòng)作，調(diào)節(jié)制動(dòng)器的壓力，使之增大、保持或減小，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力的控制功能，使各車輪的制動(dòng)力滿足少量滑動(dòng)但接近抱死的制動(dòng)狀態(tài)，以使車輛在緊急剎車時(shí)不致失去方向性和穩(wěn)定性。通過控制指令調(diào)節(jié)器降低該車輪制動(dòng)缸的油壓，減小制動(dòng)力矩，經(jīng)一定時(shí)間后，再恢復(fù)原有的油壓，不斷的這樣循環(huán)(可達(dá)5~10次/s)，始終使車輪處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)而又有最大的制動(dòng)力矩。
1.2 安全氣囊系統(tǒng)
安全氣囊由美國(guó)人約翰?赫特里特(John?Hotrich)發(fā)明。1952年，在遭遇一次事故后，他萌發(fā)了設(shè)計(jì)撞車安全裝置的想法。安全氣囊主要由碰撞傳感器、安全氣囊控制組件(SRS ECU)、安全氣囊組件、安全氣囊系統(tǒng)指示燈等主要部件組成。
碰撞傳感器 安全氣囊的關(guān)鍵部分是碰撞傳感器，傳感器的作用是檢測(cè)出車輛發(fā)生碰撞時(shí)的沖擊或減速度值，再把信號(hào)傳遞給電子控制系統(tǒng)，判斷是否需要打開安全氣囊。
ECU 其作用是接收碰撞傳感器及其他各傳感器輸入的信號(hào)，判斷是否點(diǎn)火引爆氣囊，并對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行自診斷。
安全氣囊組件 主要由氣囊、螺旋彈簧、氣體發(fā)生器、點(diǎn)火器等組成。氣體發(fā)生器根據(jù)信號(hào)指示產(chǎn)生點(diǎn)火動(dòng)作，點(diǎn)燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣， 使氣囊迅速膨脹。
SRS指示燈 用于指示安全氣囊的工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，指示燈自動(dòng)發(fā)亮、報(bào)警。
安全氣囊的基本原理是當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，控制器根據(jù)碰撞沖擊速度(減速度)信號(hào)，識(shí)別和判斷碰撞的強(qiáng)度，當(dāng)碰撞強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定條件時(shí)，引爆氣囊的傳感器迅速觸動(dòng)點(diǎn)火器引爆氮?dú)夤虘B(tài)粒子，形成迅速膨脹的氣袋，以緩沖駕駛員所遭受的沖擊力度。
汽車安全氣囊有機(jī)械式和電子式兩大類型。全機(jī)械式安全氣囊系統(tǒng)的氣囊、充氣泵、傳感器等部件集中裝在轉(zhuǎn)向盤內(nèi)，安全氣囊的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在電子式安全氣囊系統(tǒng)中，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，根據(jù)傳感器感應(yīng)碰撞的程度，并將感應(yīng)信號(hào)送至電控單元ECU，由ECU對(duì)碰撞信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。若是輕度碰撞，氣囊不動(dòng)作；若屬于中度至嚴(yán)重程度的碰撞時(shí)，ECU則會(huì)發(fā)出點(diǎn)火器點(diǎn)火的信號(hào)，使氣囊在極短時(shí)間內(nèi)充氣，以保護(hù)駕乘人員。電子式安全氣囊系統(tǒng)具體工作過程如圖3所示。
在電子式安全氣囊系統(tǒng)中，采用雙動(dòng)作雙氣囊和雙安全帶預(yù)緊器的控制程序框圖如圖4所示。
圖4 電子式安全氣囊系統(tǒng)程序框圖其工作過程的步驟是：首先汽車點(diǎn)火起動(dòng)，氣囊開始工作，CPU等電子電路復(fù)位，做好工作準(zhǔn)備，然后自檢。在碰撞發(fā)生后，經(jīng)CPU判斷碰撞速度的大小，并發(fā)出不同的控制指令。當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，控制器根據(jù)傳感器發(fā)出的加速度信號(hào)，識(shí)別和判斷碰撞的強(qiáng)度，當(dāng)碰撞強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)條件的要求時(shí)，引爆氣囊的傳感器迅速觸動(dòng)點(diǎn)火器引爆氮?dú)夤虘B(tài)粒子，形成迅速膨脹的氣袋，以緩沖前排乘客所遭受的沖擊力度，主要保護(hù)其頭部不受傷害。當(dāng)然不必緊張，傳感器會(huì)自動(dòng)計(jì)算所受到碰撞的強(qiáng)烈程度，不會(huì)因駕駛員操作不當(dāng)或汽車遇到小的障礙及較輕的碰撞而導(dǎo)致氣囊錯(cuò)誤起爆。
2 結(jié) 語
隨著轎車的迅速發(fā)展，汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，有更多的廠家研制和生產(chǎn)汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng)，其技術(shù)越來越先進(jìn)。需要指出的是，ABS只是制動(dòng)的輔助系統(tǒng)，可以在制動(dòng)時(shí)幫助駕駛者控制車輛狀態(tài)，防止車輛在制動(dòng)中失去轉(zhuǎn)向能力，其中主要操控仍是駕駛者，所以超速駕駛?cè)詴?huì)引發(fā)事故，而且需要強(qiáng)調(diào)的是，系好安全帶是安全氣囊發(fā)揮保護(hù)作用的一個(gè)重要條件。
參 考 文 獻(xiàn)
［1］孟立凡.傳感器原理及應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.
［2］劉偉.傳感器原理及實(shí)用技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2006.
［3］何希才.傳感器及其應(yīng)用電路.北京：電子工業(yè)出版社，2001.
［4］王遂雙.電子控制系統(tǒng)的原理與檢修.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.
[題目]隨著汽車進(jìn)入尋常百姓家,人們對(duì)駕駛汽車的安全性越來越關(guān)注。在新型汽車的方向盤和前排乘客座位前的儀表板內(nèi)都有折疊安全氣囊,該安全氣囊中含有疊氮化鈉(NaN3)50 %、硝酸鉀、二氧化硅粉等。
(1)一旦汽車發(fā)生有足夠強(qiáng)度的意外碰撞時(shí),一個(gè)碰撞傳感器將激活特定的電路,使疊氮化鈉放電并在0.03 秒內(nèi)全部分解,生成鈉并放出單質(zhì)氣體X,則X的化學(xué)式為__________,寫出該分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________。
(2)生成的金屬鈉與硝酸鉀發(fā)生二次反應(yīng),又有X生成,同時(shí)生成氧化鉀和氧化鈉,請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式___________________________;將該反應(yīng)中的氧化劑與還原劑填入下列空格中,并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目和方向。
其中產(chǎn)物氧化鉀和氧化鈉,能與安全氣囊中二氧化硅發(fā)生反應(yīng),生成硅酸鹽。
(3)碰撞后瞬間釋放的氣體使安全氣囊脹大,從而能阻擋人體前沖。若安全氣囊內(nèi)放有260 克疊氮化鈉,產(chǎn)生的氣體有______升(假定此時(shí)氣囊內(nèi)壓強(qiáng)為101325 Pa,溫度為300 K)。在此后的0.1 秒內(nèi),氣體通過氣囊上的小孔迅速消散,氣囊收縮。
(4)在上述安全氣囊的配方中二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少為_______________。
(5)氣囊中的二氧化硅是為了與氧化鉀和氧化鈉發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鹽,這一步有必要性嗎?請(qǐng)談?wù)勀愕目捶?______________________________。
[命題意圖]本題是受一道初中試題[1]的啟發(fā)創(chuàng)作而來。以汽車發(fā)生意外碰撞時(shí)安全氣囊中的物質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為載體,融化學(xué)反應(yīng)原理、氧化還原反應(yīng)的概念及其方程式配平、阿佛加德羅定律、化學(xué)計(jì)算等知識(shí)于一體,實(shí)現(xiàn)了“情境載體――知識(shí)融通――能力實(shí)現(xiàn)”的基本命題思路,對(duì)學(xué)生接受與處理信息的能力、思維能力、計(jì)算能力和科學(xué)素養(yǎng)等進(jìn)行綜合考查。本題以生活實(shí)際中情境為切入點(diǎn),期望引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心生活、科技和社會(huì)現(xiàn)實(shí),激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)學(xué)生感悟、體驗(yàn)化學(xué)的價(jià)值與意義等情感目標(biāo)的落實(shí),發(fā)揮考試的教育功能。
[試題點(diǎn)評(píng)]
1. 情境來自現(xiàn)實(shí),貼近學(xué)生生活。隨著社會(huì)的發(fā)展,汽車、汽車安全氣囊對(duì)學(xué)生來說都不再是陌生的話題,不少學(xué)生家里都有私家車。解決汽車安全氣囊中的化學(xué)反應(yīng)問題,讓學(xué)生感受到化學(xué)就在自己身邊,聯(lián)通化學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活,使學(xué)生培增學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,從而運(yùn)用化學(xué)的理念思考和解決現(xiàn)實(shí)問題――而這正是科學(xué)素養(yǎng)的體現(xiàn)之一。
2. 弘揚(yáng)化學(xué)學(xué)科的價(jià)值。汽車安全氣囊可提高汽車安全性的作用無容置疑。本題讓學(xué)生領(lǐng)略和感受到化學(xué)的價(jià)值和意義,為學(xué)生樹立積極健康的學(xué)科形象,拓展知識(shí)視野。試題的內(nèi)容和解題的過程有著鮮活的時(shí)代氣息。
3. 體現(xiàn)人文關(guān)懷、體現(xiàn)綠色化學(xué)的思想。安全氣囊中的主要反應(yīng)結(jié)束之后,對(duì)產(chǎn)生的K2O和Na2O的處理,正是從環(huán)保角度思考,使解題過程充分體現(xiàn)科學(xué)和人文的融合。
4. 強(qiáng)調(diào)主干知識(shí)。試題考查的內(nèi)容――化學(xué)反應(yīng)原理、氧化還原反應(yīng)方程式配平、氧化還原反應(yīng)的概念、阿佛加德羅定律、化學(xué)計(jì)算等都是化學(xué)學(xué)科的主干知識(shí)。主干知識(shí)的考查一直是高考重點(diǎn),上述這些主干知識(shí)也一直是高考的重中之重。
5. 問題設(shè)置由易到難,具有較好的梯度。第一問是疊氮化鈉的分解,題干的表述非常清楚, X是氮?dú)饪梢哉f是一目了然。第二問是鈉與硝酸鉀的反應(yīng),對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物題干中亦有明確的表述,用化合價(jià)升降法配平此方程式、標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目及方向也是最基本的要求,難度大于第一問。第三問要求算出300 K時(shí)的氮?dú)獾捏w積,必須先根據(jù)第一、二問的方程式算出氮?dú)馕镔|(zhì)的量,氮?dú)庠跇?biāo)準(zhǔn)狀況下的體積,然后根據(jù)阿佛加德羅定律算出300 K的氮?dú)怏w積。第四問由化學(xué)方程式算出K2O和Na2O的物質(zhì)的量,再由堿性氧化物和酸性氧化物反應(yīng)的方程式算出所需SiO2的物質(zhì)的量,然后根據(jù)疊氮化鈉的質(zhì)量與百分含量算出SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。最后一問,要求學(xué)生從題干中提取信息,K2O和Na2O會(huì)隨氣體一起從氣囊中散出,會(huì)噴到駕駛員、乘客身上以及環(huán)境中,聯(lián)想到K2O和Na2O都是典型堿性氧化物,極易與水反應(yīng)生成具有強(qiáng)腐蝕性的強(qiáng)堿,對(duì)駕駛員、乘客與環(huán)境都有危害,利用它們與二氧化硅反應(yīng)生成無毒、無污染的硅酸鹽。本問對(duì)學(xué)生提取信息的能力、思維能力、語言表達(dá)能力要求較高。
[試題解析]
(1)疊氮化鈉分解,題干的表述非常清楚,不難得到X是氮?dú)?但需要注意的是在書寫化學(xué)方程式時(shí)疊氮化鈉的分解條件――放電。
(2)鈉與硝酸鉀的反應(yīng),反應(yīng)的產(chǎn)物題干中亦有明確的表述,用化合價(jià)升降法配平此方程式、標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目及方向也是最基本的要求。
得到產(chǎn)生氮?dú)馕镔|(zhì)的量共為6.4 mol,設(shè)氣囊溫度是300 K,要算氮?dú)獾捏w積必須根據(jù)阿佛加德羅定律:同壓下,一定量氣體物質(zhì)的體積之比等于溫度之比,即6.4 mol×22.4 mol?L-1/273 K=V/300 K,求算出300 K時(shí)氮?dú)獾捏w積。
(4)根據(jù)方程式②算出K2O和Na2O分別是0.4 mol和2 mol,再根據(jù)方程式:
算出所需二氧化硅的最小質(zhì)量:2.4 mol×60 g?mol-1=144 g,這是與氧化鉀和氧化鈉恰好反應(yīng)所需的二氧化硅質(zhì)量,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:
144 g×0.5/260 g=0.277。
(5)從材料中提煉信息:氣體會(huì)通過氣囊上的小孔迅速消散,不可避免氧化鉀和氧化鈉也會(huì)從氣囊里散出,就會(huì)與駕駛員和乘客的皮膚直接接觸,生成對(duì)人和環(huán)境都有危害的物質(zhì),所以利用它們與二氧化硅反應(yīng)生成無毒、無污染的硅酸鹽。
[答案]
(1)N2 , 2NaN3 2Na+3N2
(2)10Na+2KNO3K2O+5Na2O+N2
(3) 157.5; (4) 0.277
(5)有必要。因?yàn)檠趸浐脱趸c都能與水反應(yīng)生成強(qiáng)堿。氧化鉀和氧化鈉隨氮?dú)鈴陌踩珰饽乙莩?就可能與駕駛員和乘客的皮膚直接接觸,在與空氣環(huán)境中可發(fā)生反應(yīng)生成強(qiáng)堿,對(duì)人和環(huán)境都有危害。所以,可利用它們與二氧化硅反應(yīng)生成無毒、無污染的硅酸鹽把它們處理掉。
參考文獻(xiàn):
[1]汪朝陽.新課程課標(biāo)下的命題趨勢(shì)[J].化學(xué)教學(xué),2005,(1～2):97～99.
Abstract： The number of vehicle road traffic accidents increases year by year， while people buy more and more cars. The emergence of the restraint system hugely saves lives. The safety airbags， which is the last guarantee in the restraint system， undoubtedly attract people's attention. However， every sword has two blades. The safety airbags also bring suffer to its user， leading to doubt of them. The writer demonstrates some misunderstanding of customers to the airbags and analyzes the reason to misfire of airbags and the situation when the airbags atc is safe. Moreover， detailed description of the function of airbags in the restraint system is deployed.
關(guān)鍵詞： 安全氣囊；碰撞；約束系統(tǒng)
Key words： airbag；crash；restraint system
中圖分類號(hào)：U491.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）06-0037-03
1 安全氣囊與約束系統(tǒng)的關(guān)系
安全氣囊是美國(guó)工程師Jorn W.Hertrick于1953年發(fā)明的，由于它在汽車碰撞事故中能夠有效保護(hù)乘員，減少傷亡，近20年來在北美、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到迅速發(fā)展和普及。我國(guó)對(duì)安全氣囊技術(shù)很重視，現(xiàn)在新車型基本都配置有安全氣囊。
安全氣囊模塊的全名稱應(yīng)為SRS AIRBAG， SRS是英文Supplemental Restraint System的縮寫，直譯為輔助防護(hù)系統(tǒng)或輔助約束系統(tǒng)。SRS氣囊系統(tǒng)的發(fā)展過程簡(jiǎn)要?dú)w納為：發(fā)明于50年代，開發(fā)于60年代、應(yīng)用于70年代、發(fā)展于80年代、推廣于90年代[1]。約束系統(tǒng)具體指在與乘員發(fā)生二次碰撞過程中，約束乘員并與乘員發(fā)生作用的汽車零部件。它主要有座椅、安全帶、儀表板、方向盤、轉(zhuǎn)向管柱以及安全氣囊[2]。所以，安全氣囊只是SRS的一部分，是輔助防護(hù)系統(tǒng)中能夠起緩沖作用的一種裝置。
當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，汽車與汽車或汽車與障礙物之間的碰撞稱一次碰撞。一次碰撞后，汽車速度急劇變化，駕乘人員就會(huì)受到慣性力的作用向前運(yùn)動(dòng)，并與車內(nèi)的方向盤、擋風(fēng)玻璃或儀表臺(tái)等物件發(fā)生碰撞，這種碰撞稱為二次碰撞；再之后，是人體軟組織器官和骨骼的撞擊，被稱為三次碰撞（圖1）。汽車的約束系統(tǒng)是在二次碰撞中起到了關(guān)鍵性的作用。
2 安全氣囊理解誤區(qū)的分析和說明
由于安全氣囊在碰撞過程中被過分的夸大其功能，導(dǎo)致許多消費(fèi)者對(duì)其產(chǎn)生了一些誤解。
誤解一：該爆時(shí)不爆，不該爆時(shí)卻爆了！
安全氣囊誤爆，許多消費(fèi)者第一反應(yīng)就是汽車的質(zhì)量問題。其實(shí)，是主機(jī)廠不重視車輛安全性嗎？當(dāng)然不會(huì)?？梢哉f隨著社會(huì)的進(jìn)步，汽車安全已經(jīng)被提到首位。可為什么還會(huì)出現(xiàn)氣囊誤爆的情況呢？這要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。
①安全氣囊匹配試驗(yàn)的一個(gè)重要部分是誤作用試驗(yàn)，即在非碰撞事故的狀況下不能讓安全氣囊起爆。表1列舉了一部分誤用試驗(yàn)的路況。作者認(rèn)為：安全氣囊的誤作用的起爆閥值比高速碰撞更重要，安全氣囊誤爆會(huì)傷害乘員和增加維修費(fèi)用，客戶投訴將嚴(yán)重影響企業(yè)的聲譽(yù)和品牌的形象。而且車輛發(fā)生誤作用的機(jī)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碰撞事故。所以，大多數(shù)主機(jī)廠決定下述情況下，安全氣囊是不能起爆的。
表1中所列幾種誤作用試驗(yàn)形式是對(duì)大量行駛路況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后形成的，能夠代表目前道路上的大多數(shù)行駛路況，但是不能覆蓋所有的惡劣行駛路況，即某些惡劣路況行駛當(dāng)中氣囊有可能起爆。因?yàn)檫@些路況使車體感應(yīng)到的加速度大小和速度速降持續(xù)時(shí)間與起爆判斷標(biāo)準(zhǔn)類似，ACU（氣囊控制器）誤認(rèn)為是發(fā)生了交通碰撞事故，所以發(fā)出指令引爆了氣囊。例如以下交通事故形式：
一、高速行駛在壞路上容易引起安全氣囊誤爆的爛路，由于路面損壞嚴(yán)重，如果車輛高速行駛所產(chǎn)生的沖擊加速度以及持續(xù)時(shí)間符合了安全氣囊起爆條件，ACU給出點(diǎn)火信號(hào)讓安全氣囊起爆。
二、碰撞傳感器的布置區(qū)域受到了嚴(yán)重的沖擊變形，產(chǎn)生的沖擊加速度以及持續(xù)時(shí)間符合了安全氣囊起爆條件，那么ACU給出點(diǎn)火信號(hào)也會(huì)讓安全氣囊起爆。
②安全氣囊匹配試驗(yàn)的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)是碰撞試驗(yàn)，即根據(jù)不同車型確定氣囊的起爆與否的速度閥值，并通過一系列的不同速度的碰撞試驗(yàn)最終匹配合適的安全氣囊。更準(zhǔn)確的說，是通過不斷的優(yōu)化氣囊的保護(hù)能力的同時(shí)，匹配合適的車輛約束系統(tǒng)。
以上7種碰撞試驗(yàn)形式是對(duì)大量交通事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸類后形成的，能夠代表目前道路上的大多數(shù)交通事故，但是不能覆蓋所有的交通事故形式，即某些交通事故當(dāng)中氣囊有可能不起爆。例如：
1）汽車受側(cè)面碰撞超過斜前方±30°角時(shí)；2）汽車受橫向碰撞時(shí)（如果有側(cè)面氣囊或氣簾會(huì)在側(cè)碰中起爆，但不排除個(gè)別車輛匹配時(shí)會(huì)讓側(cè)碰時(shí)正面氣囊也起爆）；3）汽車受后方碰撞時(shí)；4）汽車發(fā)生繞縱向軸線側(cè)翻時(shí)。
由此可見，氣囊起爆也是有條件的，正是由于不了解這些原因，大家才對(duì)汽車碰撞后氣囊的“無作為”大為不滿。由于車輛本身的原因和實(shí)驗(yàn)室目前尚不能完全模擬出所有碰撞類型以及開發(fā)費(fèi)用龐大等等諸多原因，安全氣囊也許關(guān)鍵時(shí)刻它會(huì)成為保衛(wèi)我們生命安全的最后一道屏障，也許它可能吝嗇的讓人們與其絢麗的綻放失之交臂。
誤解二：安全氣囊“萬能論”。
許多消費(fèi)者認(rèn)為，車?yán)锇惭b了氣囊，安全性大大提高了，過分的依賴了安全氣囊。其實(shí)，在一般的前方撞擊意外中，第一保護(hù)你的防線就是車頭的預(yù)折區(qū)域（Crumble Zone）。這個(gè)預(yù)折區(qū)域透過變形來吸納或分散撞擊力，也即常說的吸能結(jié)構(gòu)。當(dāng)車輛因撞擊而停頓，但突然的減速力仍會(huì)使得乘員的上身不自控地向前沖的時(shí)候，安全帶便發(fā)揮它的功能了——它舒緩你上身的前沖運(yùn)動(dòng)。不過，如果撞擊力巨大的話，安全帶亦不能有效的制止這種運(yùn)動(dòng)，你的頭部和上身仍然會(huì)向前沖，這便是安全氣囊出場(chǎng)的時(shí)候了，當(dāng)它充氣彈出時(shí)，便能夠在你的頭部和胸部形成一種護(hù)墊的功能，避免了這些部位直接撞擊到轉(zhuǎn)向盤或儀表板上。保護(hù)乘員在撞擊中不受傷害。
所以，安全氣囊只是撞擊時(shí)的第三道防線，第一防線是車頭的預(yù)折區(qū)域，這不是所有車都有的東西，譬如平頭車就欠缺點(diǎn)，但第二防線安全帶。單獨(dú)使用安全氣囊可使事故死亡率下降18%左右，它與安全帶配合使用可使事故死亡率下降47%左右。而單獨(dú)使用安全帶可使事故死亡率下降42%左右?？梢?，安全帶對(duì)于乘員保護(hù)的效果好于氣囊[3]。2011年5月，“長(zhǎng)安街英菲尼迪案”肇事者之所以成為唯一幸存者，就是因?yàn)榕鍘Я税踩珟У木壒?。而且，作者?qiáng)調(diào)，國(guó)內(nèi)乃至歐洲（美國(guó)除外）氣囊的開發(fā)和匹配都是以駕乘人員佩帶安全帶為依據(jù)的。如果沒有使用安全帶時(shí)，氣囊的起爆極有可能對(duì)人員造成傷害。對(duì)于車身來說，提高汽車結(jié)構(gòu)的安全性，即讓汽車碰撞部位的塑性盡量大，吸收較多的碰撞能量，降低汽車減速度峰值，盡量減緩一次碰撞的強(qiáng)度；同時(shí)使得汽車乘員艙部分有足夠的強(qiáng)度和剛度，確保汽車乘員的生存空間，并保證發(fā)生事故后乘員能順利逃逸，保證碰撞時(shí)乘員身體不暴露到車外。對(duì)于約束系統(tǒng)來說，座椅的結(jié)構(gòu)必須保證乘員碰撞中不產(chǎn)生下潛運(yùn)動(dòng)；安全帶的限力值設(shè)計(jì)合理；氣囊的展開時(shí)間精確等等?？梢?，合理的車身結(jié)構(gòu)和良好的約束系統(tǒng)的組合才是保護(hù)消費(fèi)者免受傷害的必備條件[4]。
由此可見，安全氣囊在被動(dòng)安全系統(tǒng)中雖然是最后一道保障，但并不是完全由它來保障人的生命。如果非要按照比例來劃分的話，安全帶的安全性要占到60%，儀表板、座椅等部件的安全性要占到30%，而氣囊的安全性僅占有10%左右。只有在全車的約束系統(tǒng)匹配合理的情況下，安全氣囊能夠做到錦上添花般使保護(hù)性更好。并且，作者相信，隨著科技的發(fā)展，應(yīng)用在汽車上的高新技術(shù)越來越多，伴隨著許多主動(dòng)安全功能的開發(fā)，車輛會(huì)越來越安全，越來越利于駕駛。
參考文獻(xiàn)：
[1]舒華，姚國(guó)平，曹斌.汽車SRS氣囊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與事故診斷[M].北京理工大學(xué)出版社，1998.
關(guān)鍵詞： 頻率響應(yīng)分析； 側(cè)碰傳感器； 模態(tài)； MSC Nastran
中圖分類號(hào)： U461.91文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B
0引言
側(cè)面碰撞傳感器的主要作用是檢測(cè)車身上碰撞傳感器所在位置的加速度信號(hào)，并將信號(hào)發(fā)送至安全氣囊ECU控制單元，由ECU識(shí)別加速度信號(hào)，并判斷是否需要點(diǎn)火.
汽車在行駛過程中，會(huì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)軸和道路等內(nèi)部和外界的激勵(lì)，這些激勵(lì)的范圍幾乎覆蓋從低頻到中高頻幾乎所有頻率.受內(nèi)部和外界激勵(lì)的作用，側(cè)碰撞傳感器安裝點(diǎn)有共振的可能.當(dāng)發(fā)生共振時(shí)，安裝點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)較大的振幅，此時(shí)側(cè)碰傳感器采集到的異常加速度信號(hào)會(huì)傳遞給安全氣囊ECU，當(dāng)安全氣囊ECU誤認(rèn)為達(dá)到碰撞減速度閾值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致安全氣囊的誤爆，給顧客人身安全和公司財(cái)產(chǎn)帶來不必要的損失.因此，必須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)傳感器安裝位置的頻率響應(yīng)特性進(jìn)行預(yù)測(cè)，保證其頻率響應(yīng)特性曲線滿足廠家對(duì)產(chǎn)品安裝位置的要求.[1]利用MSC Nastran頻率響應(yīng)分析功能對(duì)某車型碰撞傳感器安裝點(diǎn)進(jìn)行仿真分析，以驗(yàn)證其性能能否滿足目標(biāo)要求.
1分析理論
在MSC Nastran頻率響應(yīng)分析中，有兩種不同的數(shù)值方法供選擇：直接法（SOL108）和模態(tài)法（SL111）[2]，本文采用模態(tài)法對(duì)側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)進(jìn)行頻率響應(yīng)分析.
模態(tài)頻率響應(yīng)分析是主模態(tài)分析的擴(kuò)展.作為推導(dǎo)的第一步，假定x=ξ（ω）eiωt （1）將變量從物理坐標(biāo)u（ω）轉(zhuǎn)換到模態(tài)坐標(biāo)ξ（ω）.因?yàn)楹苌儆玫剿械哪B(tài)，所以上式通常是近似代換.
7結(jié)論
通過CAE分析與實(shí)測(cè)試驗(yàn)的相關(guān)性對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，利用MSC Nastran強(qiáng)大的頻率響應(yīng)分析功能，在設(shè)計(jì)初期對(duì)汽車電子產(chǎn)品固定點(diǎn)進(jìn)行頻率響應(yīng)分析是可行的，并且可以盡早的驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性，為性能設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持.
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】側(cè)碰；被動(dòng)安全；二次碰撞；氣囊；氣簾；吸能式車體
汽車的安全性能問題牽扯著千家萬戶的幸福，大多數(shù)駕駛員沒有意識(shí)到疲勞駕駛、酒后駕駛、賭氣超車、搶紅燈等危險(xiǎn)駕駛行為帶來的嚴(yán)重后果。公安部交通管理局的最新交通事故和死忙人數(shù)提醒著我們，危險(xiǎn)駕駛帶來的可能是幾個(gè)家庭的悲劇。
汽車碰撞事故可分為單車事故和多車事故。單車事故可分為翻車事故和障礙物碰撞事故；多車事故可分為正碰、追尾、側(cè)碰。事故中汽車可能受到前后、左右、上下各方向的沖擊[1]。
圖1 事故形式比例[3]
發(fā)生碰撞時(shí)車內(nèi)乘員的傷亡的主要原因[1]：
1）一次碰撞過程劇烈，以致傳遞到司乘人員身上的加速度值超過了人體的耐受極限，使人體器官受到損傷
2）碰撞過程中乘坐室外部剛硬物體，侵入乘坐室內(nèi)部，直接將司乘人員擠壓死亡
3）司乘人員在車內(nèi)遭受的“二次碰撞”而受傷
4）在碰撞過程中，乘坐室變形太大，以致司乘人員缺乏生存空間而傷亡。
側(cè)面碰撞較正碰和后碰相比較，緩沖區(qū)域小，更容易受到傷害。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，被動(dòng)安全的零部件發(fā)揮著重要作用。
被動(dòng)安全涉及的汽車零部件主要有：安全帶、氣囊、可潰縮轉(zhuǎn)向管柱、可潰縮踏板、吸能式車體結(jié)構(gòu)等。
本文針對(duì)碰撞事故中發(fā)生較多的側(cè)面碰撞，推薦幾種為避免車內(nèi)司乘人員發(fā)生“二次碰撞”的配置。
一、側(cè)氣簾
在A柱發(fā)生側(cè)碰時(shí)，橫向慣性使司乘人員緊靠車門玻璃或內(nèi)飾表面，容易造成傷害。當(dāng)側(cè)氣簾傳感器接收到碰撞信號(hào)，側(cè)氣簾迅速?gòu)捻斉锵逻吘壧帍堥_，從A柱到C柱區(qū)域，緩沖側(cè)面碰撞帶來的頭部傷害。
圖2 側(cè)氣簾示意圖
二、側(cè)氣囊
側(cè)氣囊安裝在座椅靠背外側(cè)，主副座椅和二排座椅均可配備。側(cè)碰發(fā)生時(shí)，側(cè)氣囊傳感器接收信號(hào)，側(cè)氣囊從座椅表層接縫處迅速?gòu)堥_，可以緩沖側(cè)碰撞帶來的胸部、臂部的傷害。
圖3 側(cè)氣囊示意圖
三、前排中央安全氣囊
前排中央安全氣囊位于駕駛員座椅內(nèi)側(cè)靠背上，與側(cè)氣囊位置相反，這一安全氣囊主要作用于車輛發(fā)生側(cè)碰時(shí)，為非撞擊一側(cè)的駕駛員或者副駕駛座位上的乘客提供保護(hù)。彈出時(shí)在前排座椅中間靠近整車中心的位置展開。
如圖4所示，當(dāng)無副駕駛員時(shí)，發(fā)生側(cè)駕駛員方向側(cè)碰，三點(diǎn)式安全帶未起到保護(hù)駕駛員作用，駕駛員撞向副儀表板造成二次傷害，頸部和腰部亦造成嚴(yán)重傷害。
如圖5所示，當(dāng)汽車配備前排中央安全氣囊，當(dāng)側(cè)碰發(fā)生時(shí)，傳感器接收到信號(hào)后，氣囊打開能夠很好的支撐腰部以上區(qū)域，避免二次碰撞帶來的傷害。
如圖6所示，當(dāng)有副駕駛員時(shí)，發(fā)生駕駛員方向側(cè)碰，副駕駛成員的三點(diǎn)式安全帶并未起到保護(hù)駕駛員作用，撞向了副儀表板和駕駛員。造成兩人受傷。
如圖7所示，當(dāng)汽車配備前排中央安全氣囊，當(dāng)側(cè)碰發(fā)生時(shí)，傳感器接收到信號(hào)，氣囊打開支撐腰部以上區(qū)域，避免二次碰撞帶來的傷害。同時(shí)阻隔了與主駕駛員之間的兩人碰撞。
四、吸能式車體結(jié)構(gòu)
圖8 吸能式車體結(jié)構(gòu)示意圖
吸能式車體結(jié)構(gòu)主要集中在發(fā)生碰撞的瞬間，通過車身的前部潰縮來吸收碰撞產(chǎn)生的能量。車門防撞梁結(jié)構(gòu)、B柱抗彎曲能力、增加填充物等實(shí)現(xiàn)吸能效果，減少對(duì)人員的傷害。
參考文獻(xiàn)
[1]鐘志華.汽車碰撞安全技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2005，7.
[2]公安部交通管理局.中華人民共和國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)[M].北京（2007-2011年度）.
[3]覃禎員.轎車側(cè)面碰撞車身結(jié)構(gòu)安全性和乘員損傷保護(hù)研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.
[4]李博旭.保護(hù)更全面通用推出前排中央安全氣囊[J].汽車之家，2013.
作者簡(jiǎn)介：
許丹（1987—），女，遼寧丹東人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)供職于遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司，主要從事汽車研發(fā)及工業(yè)生產(chǎn)過程控制。
