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安全氣囊智能控制系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):3994788閱讀:365來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:安全氣囊智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及汽車安全氣囊控制領(lǐng)域,尤其是精確控制安全氣囊點(diǎn)火觸發(fā)時(shí)間的智 能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)
文獻(xiàn)[1]汪學(xué)方,楊俊波.汽車安全氣囊智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J],《機(jī)械與電子》, 2005(11) ; [2]汽車安全氣囊智能控制系統(tǒng)專利號(hào)=96241579. 0;根據(jù)以上資料可以看出, 目前,國(guó)內(nèi)氣囊研究主要采用8位單片機(jī)作為主控芯片,通過(guò)減速度傳感器或者兩軸加速 度傳感器對(duì)汽車碰撞信息進(jìn)行采集,如果檢查的信息超過(guò)所設(shè)閾值,發(fā)點(diǎn)火信號(hào),通過(guò)觸發(fā) 電路觸發(fā)氣囊;文獻(xiàn)[1]中還具有系統(tǒng)自檢電路,包括對(duì)EEPR0M、加速度傳感器、點(diǎn)火電路 和氣囊的自檢;通過(guò)串口通信電路對(duì)保存在單片機(jī)里的事故信息進(jìn)行讀??;通過(guò)安全警告 燈為駕駛員提供氣囊是否正常工作的可視信號(hào);備用電源電路保證系統(tǒng)失去電源的情況下 還能正常工作。由于氣囊引爆的條件很嚴(yán)格,與碰撞的速度、碰撞的角度、減速度值、變形量等等 都有關(guān)系,如果控制芯片不能及時(shí)處理這些信號(hào),會(huì)導(dǎo)致安全氣囊引爆錯(cuò)誤——汽車碰撞 比較嚴(yán)重時(shí)卻沒有打開,有時(shí)不具備打開條件卻突然打開傷到駕駛員或乘員。故需要安全 氣囊控制系統(tǒng)能在瞬間完成實(shí)時(shí)處理和復(fù)雜的運(yùn)算,并在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)碰撞事故作出處 理,即要求其具有較高的運(yùn)算速度,時(shí)滯較小,以適應(yīng)汽車安全氣囊的實(shí)時(shí)控制要求。一般的8位單片機(jī)信號(hào)處理能力不強(qiáng),在實(shí)際應(yīng)用中,安全氣囊時(shí)常未起到相應(yīng) 的保護(hù)作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有氣囊控制系統(tǒng)安全保護(hù)作用上的不足,提供一種智 能型安全氣囊控制系統(tǒng),以降低現(xiàn)有安全氣囊不能準(zhǔn)確引爆所引發(fā)的安全隱患,并為多級(jí) 智能型汽車安全氣囊控制系統(tǒng)的研究提供平臺(tái)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是主控芯片選用TI公司基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32 位工業(yè)級(jí)微控處理器LM3S1138,利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能實(shí)時(shí)處理傳感器采集的信息, 及時(shí)引爆安全氣囊保護(hù)乘員安全。控制系統(tǒng)主要由自檢電路、傳感器和數(shù)據(jù)采集電路、觸發(fā)電路、備用電源電路、電 壓調(diào)節(jié)電路、通訊電路和報(bào)警電路等組成。自檢電路上電后,系統(tǒng)首先對(duì)EEPR0M、加速度傳感器、點(diǎn)火電路等自檢,確定觸 發(fā)電路是否可以正常工作。若觸發(fā)電路存在故障,報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警,表明系統(tǒng)無(wú)法正 常工作,通知駕駛員及時(shí)修理。傳感器和數(shù)據(jù)采集電路LM3S1138處理器內(nèi)置8通道10位ADC,采樣速率可達(dá)IM/ s,精度足夠用于安全氣囊。各個(gè)傳感器從相應(yīng)的輸出管腳輸出電壓值,通過(guò)LM3S1138處理 器內(nèi)置的ADC對(duì)電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,再存入到軟件設(shè)定的數(shù)組中??紤]到剛性碰撞和彈性碰撞在相同車速時(shí)后果截然不同,因此采用加速度作為引爆控制條件??刂葡到y(tǒng)選用三軸加速度傳感器,為避免汽車高速駛過(guò)溝、坎路面時(shí),在沒有發(fā)生碰撞的情況下,也產(chǎn)生較 大信號(hào)疊加在低速碰撞的碰撞波形上進(jìn)而發(fā)生誤爆,故當(dāng)汽車Z軸(垂直方向)產(chǎn)生較大 的加速度時(shí),無(wú)論X軸方向加速度如何,安全氣囊均設(shè)計(jì)為不啟爆,以增強(qiáng)路面抗干擾性。觸發(fā)電路由于氣囊氣體發(fā)生器的點(diǎn)爆時(shí)需20mA的電流脈沖。若直接用LM3S1138 的I/O 口輸出高電平進(jìn)行引爆,驅(qū)動(dòng)過(guò)小,無(wú)法滿足要求。系統(tǒng)選用電磁式繼電器,在 LM3S1138輸出口的控制下可驅(qū)動(dòng)大功率的負(fù)載。由于繼電器會(huì)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(shí)與光電耦合器配合使用,使得處理器與觸發(fā)電路光電隔離。 點(diǎn)火算法采用垂直量的移動(dòng)窗積分算法,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(lái)一定傷害,即刻引爆氣囊。同時(shí),考慮到國(guó)內(nèi)很多人對(duì)安全氣囊的保護(hù)作用不甚了解, 副駕駛座位的安全氣囊對(duì)嬰兒或者身材過(guò)于矮小的兒童不僅起不到保護(hù)作用,相反氣囊爆 開時(shí)與兒童頭部的瞬間接觸力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)兒童的承受能力。因此利用重量傳感器進(jìn)行檢測(cè), 如果檢測(cè)人的重量在40kg以下,則認(rèn)為是嬰兒或者兒童,進(jìn)行語(yǔ)音提醒關(guān)閉引爆氣囊的開 關(guān),以降低氣囊引爆對(duì)他們的傷害。備用電源電路防止碰撞后電路斷電而不能引爆氣囊,通過(guò)其自放電功能,向引爆 電路輸出應(yīng)急電流,確保安全氣囊及時(shí)引爆。電壓調(diào)節(jié)電路汽車上電器負(fù)載變化頻繁,許多電感線圈和開關(guān)通斷時(shí),都會(huì)造成 負(fù)載電流突變。電壓調(diào)節(jié)電路維持各元件工作電壓平衡,使控制電路始終處于最佳狀態(tài),一 旦出現(xiàn)短路或斷路,報(bào)警燈立即點(diǎn)亮。通訊電路為便于分析事故原因,將碰撞前的90個(gè)數(shù)據(jù)和撞車后的90個(gè)數(shù)據(jù)都記 錄在LM3S1138內(nèi)置的Flash中,PC機(jī)通過(guò)串行口讀出氣囊控制系統(tǒng)黑匣子中的數(shù)據(jù),讀取 密碼開發(fā)人員可自行設(shè)置。本系統(tǒng)軟件程序利用TI公司提供的驅(qū)動(dòng)庫(kù)例程進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì),把整個(gè)系 統(tǒng)程序分為若干個(gè)小程序或模塊,分別進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)、編程、測(cè)試。最后將各模塊構(gòu)建一個(gè) 完整的工程,完成應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。將整個(gè)工程分成了主程序、啟動(dòng)任務(wù)、加速度采樣任務(wù)、串 行通信任務(wù)等四大模塊,通過(guò)嵌入uC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)各任務(wù)統(tǒng)一管理,加強(qiáng)了控制 系統(tǒng)對(duì)外界信息的實(shí)時(shí)處理能力。本發(fā)明的有益效果是LM3S1138微處理器結(jié)合了 Thumb_2指令32位哈佛微體系 結(jié)構(gòu)。Thumb-2技術(shù)提高了代碼密度,比32位編碼減少了 26%內(nèi)存使用率,較16位編碼提 高了 25%性能。通過(guò)降低時(shí)鐘頻率,提供更低的功耗,降低了研發(fā)成本,提高了企業(yè)效率。LM3S1138微處理器在芯片上采用了 Tail-Chaining中斷技術(shù),該技術(shù)把中斷之間 的延遲縮短到6個(gè)機(jī)器周期,在實(shí)際應(yīng)用中可減少70%中斷,增強(qiáng)了程序的執(zhí)行效率。可以 在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)碰撞事故做出處理,瞬間完成實(shí)時(shí)處理和復(fù)雜運(yùn)算,降低氣囊誤爆以及可 能產(chǎn)生的副作用,降低引爆氣囊而造成的經(jīng)濟(jì)損失。LM3S1138微控制器是片上系統(tǒng)(SoC),集成了 ADC、模擬比較器、flash存儲(chǔ)器等外 設(shè)資源并且價(jià)格低廉,故構(gòu)建的系統(tǒng)集成度高、體積小、成本低。系統(tǒng)采用Cortex-M3內(nèi)核處理器簡(jiǎn)化了軟件開發(fā)環(huán)境。針對(duì)LM3S1138等一系列 的微控制器,TI官方免費(fèi)提供了基于C語(yǔ)言(符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn))的驅(qū)動(dòng)庫(kù),它包含了眾多固件函數(shù)庫(kù),對(duì)每一個(gè)外設(shè)都有相應(yīng)例程,可以很方便地根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行修改和移植。因此在軟件編程時(shí),無(wú)需匯編程序的軟件管理,完全可以用驅(qū)動(dòng)庫(kù)C語(yǔ)言函數(shù)進(jìn)行編程開發(fā)。 開發(fā)應(yīng)用程序時(shí),利用驅(qū)動(dòng)庫(kù)的例程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),不僅程序編寫方便,而且代碼簡(jiǎn)潔、 可讀性強(qiáng)。對(duì)編寫大型程序而言,采用驅(qū)動(dòng)庫(kù)能增強(qiáng)可靠性和安全性,同時(shí)降低維護(hù)成本。32位CPU特別適于運(yùn)行多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng),通過(guò)嵌入μ C/0S-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),不僅 可以充分發(fā)揮32位CPU的多任務(wù)潛力,提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性,使其更容易做到不崩潰, 同時(shí)提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。因?yàn)棣?C/0S-II是一個(gè)占先式的內(nèi)核,即已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的高優(yōu) 先級(jí)任務(wù)可以剝奪正在運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的CPU使用權(quán),只需把MMA7260采集到的加速 度數(shù)據(jù)處理程序的優(yōu)先級(jí)設(shè)定得高一些,中斷結(jié)束后就會(huì)立即執(zhí)行數(shù)據(jù)處理程序,加速度 一旦達(dá)到設(shè)定閾值,即刻引爆氣囊。對(duì)安全氣囊觸發(fā)電路,從軟、硬件兩個(gè)角度考慮如果座位上為嬰兒或者身材矮小 的兒童不引爆氣囊。這樣既防止在無(wú)人入座的狀態(tài)下引爆氣囊而造成的經(jīng)濟(jì)損失,又避免 了氣囊對(duì)嬰兒或身材矮小的兒童造成傷害。由于LM3S1138微處理器多達(dá)46個(gè)I/O 口,軟件上采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行管理,大 大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,可在此基礎(chǔ)上研發(fā)多級(jí)智能型汽車安全氣囊控制系統(tǒng)。


圖1安全氣囊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是智能安全氣囊控制系統(tǒng)點(diǎn)火觸發(fā)電路原理圖。圖中,LM3S1138發(fā)點(diǎn)火信號(hào)ΡΕ0,光電耦合器U1,限流電阻R1,功率三極管Q1,二 極管D1,電容Cl,限流電阻R2,發(fā)光二極管DS1,二極管D2,電磁式繼電器K1,電阻R3,電容 C2,開關(guān)Si,JPl安全氣囊點(diǎn)火裝置接口。其中電阻阻值IK左右,電容容值0. Iuf0圖3是智能安全氣囊控制系統(tǒng)加速度采集原理圖。圖中,MMA7260為三軸加速度傳感器,電阻R1、R2、R3的阻值IK左右,電容C1,C2, C3的容值0. Inf。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)一步說(shuō)明圖1安全氣囊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。其工作原理為上電后,系統(tǒng)進(jìn)行自檢,確定觸 發(fā)電路是否可以正常工作。若觸發(fā)電路存在故障,報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警,表明系統(tǒng)無(wú)法正 常工作,通知駕駛員及時(shí)修理。當(dāng)自檢正常時(shí),通過(guò)32位微處理器LM3S1138不斷對(duì)加速度 傳感器所測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行采樣。當(dāng)汽車受到一定角度內(nèi)的高速碰撞時(shí),系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)算法分 析確認(rèn)之后,立即觸發(fā)氣囊包內(nèi)的點(diǎn)火器,氣囊迅速充滿氣體,阻擋駕駛員與汽車構(gòu)件之間 可能發(fā)生的碰撞,通過(guò)氣囊上排氣孔的節(jié)流阻尼作用來(lái)緩沖吸收駕駛員動(dòng)能,從而達(dá)到保 護(hù)駕駛員安全的目的。圖2中LM3S1138控制器經(jīng)過(guò)運(yùn)算通過(guò)PEO 口發(fā)點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)(1),經(jīng)過(guò)光電耦合 器⑵把微處理器與觸發(fā)電路光電隔離,加強(qiáng)了電磁式繼電器(10)的抗干擾能力。功率三 極管(4)導(dǎo)通使得電磁式繼電器(10)工作,驅(qū)動(dòng)安全氣囊點(diǎn)火裝置。如果安放在座位下的 重量傳感器檢測(cè)到人的重量在40kg以下,表明無(wú)人入座或身材矮小的兒童入座,就進(jìn)行語(yǔ)音提示,打開控制開關(guān),觸發(fā)電路形成不了回路,即使汽車發(fā)生碰撞且算法發(fā)出點(diǎn)火信號(hào), 安全氣囊也不爆破。 圖3中三軸加速度傳感器MMA7260(1)測(cè)得加速度后,從其輸出管腳13輸出X軸電 壓值、從其輸出管腳14輸出Y軸電壓值、從其輸出管腳15輸出Z軸電壓值,傳至LM3S1138 處理器內(nèi)置的ADC對(duì)電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,存入到軟件設(shè)定的數(shù)組中,通過(guò)uC/OS-II實(shí)時(shí) 操作系統(tǒng)調(diào)用優(yōu)先級(jí)最高的加速度采樣任務(wù),對(duì)加速度值實(shí)時(shí)處理,一旦達(dá)到引爆條件,即 刻 引爆氣囊。
權(quán)利要求
一種安全氣囊智能控制系統(tǒng),包括微控處理器、加速度傳感器、點(diǎn)火觸發(fā)電路、系統(tǒng)自檢電路、串口通信電路、安全警告燈,其特征在于(1)微控處理器為32位高性能微控處理器LM3S1138,嵌入uC/OS-II操作系統(tǒng);(2)加速度傳感器為三軸加速度傳感器,與LM3S1138的1腳(ADC0)、2腳(ADC1)、5腳(ADC2)相連接;(3)在副駕駛座下面設(shè)置重量傳感器,與LM3S1138的6腳(ADC3)相連接;(4)LM3S1138的72腳(PE0)與觸發(fā)電路相連,JP1口與安全氣囊點(diǎn)火裝置相連。
全文摘要
一種用于汽車安全氣囊的智能控制系統(tǒng),以32位高性能主控芯片LM3S1138為核心,配以必要的外圍電路,包括三軸加速度傳感器,重量傳感器,觸發(fā)電路,電壓調(diào)節(jié)電路,串口通信電路,聲光報(bào)警電路。各控制任務(wù)由嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II統(tǒng)一管理,對(duì)傳感器采集的信號(hào)運(yùn)用移動(dòng)積分窗爆破算法判斷是否達(dá)到引爆條件。該控制系統(tǒng)不僅可以較為準(zhǔn)確控制點(diǎn)火觸發(fā)時(shí)間,而且集成度高、體積小、可擴(kuò)展性強(qiáng)。
文檔編號(hào)B60R21/16GK101817331SQ20101016117
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月4日
發(fā)明者管菊花, 羅小青, 郭波 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)
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