汽车安全气囊控制分析论文

2022-04-21

1概述汽车安全气囊系统是现代乘用车的基本设备之一，它属于一种被动辅助安全装置。安全气囊和安全带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20%-30%。在重大事故中，它可以大大减轻事故对人体的伤害。下面是小编精心推荐的《汽车安全气囊控制分析论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

汽车安全气囊控制分析论文篇1：

汽车斜角碰撞安全气囊点火控制策略研究

摘要：针对传统汽车安全气囊控制器点火算法在处理斜角碰撞工况下不能准确控制点火的问题，提出了基于y向加速度干预的安全气囊点火算法。对传统算法和基于y向加速度干预的安全气囊点火算法进行对比分析，采用y向加速度干预的算法在正面碰撞和斜角碰撞中得到的点火时刻（Time To Fire，TTF）与最佳点火时刻（Required Time To Fire，RTTF）的比值均能达到70%以上。与传统算法相比，新算法具有更好的可靠性和精确度。

关键词：安全气囊；点火算法；y向加速度；斜角碰撞

Key words：airbag； ignition algorithm； y-direction acceleration； oblique impact

在保护驾驶员和乘员安全方面，安全气囊系统已成为了一种基本配置[1]。与其它的安全系统不同，安全气囊系统作为汽车碰撞发生后保护人身安全的最后一道防线，它关系到驾驶员和乘员的生命安全。因此，确保安全气囊精确可靠的点火是非常必要的。当前，关于安全气囊控制器点火算法的研究主要集中在两个方面，一是提高算法的抗路面干扰能力，二是在需要点火的时刻，研究如何提高控制点火时刻的精度[2]。为了提高路面抗干扰性能，研究了双向加速度合成的气囊控制算法，引入了汽车行驶过程中的z向加速度[3-4]。为提高气囊点火的精确度，研究了基于预碰撞信息的安全气囊控制器点火算法和采用神经网络的方法[5-10]，通过多参数引入，在汽车碰撞之前对汽车的运行状态进行判断，采用预判断的方法提高了安全气囊点火的可靠性。相对第一种研究，该方法只是研究了如何提高抗路面干扰，并没有对对如何提高气囊控制器点火时刻精度进行进一步的研究。第二个方面，在积累了第一方面研究成果的同时，采用预判断方法提高抗干扰能力和点火可靠性，但是该方法采用的基础算法依然是传统的点火算法。传统的点火算法对碰撞严重性灵敏度不高，汽车在不同速度不同角度的碰撞下，传统点火算法可靠性不高[11]。有研究表明，在所有的汽车与汽车碰撞事故中，汽车发生100%正面碰撞的概率为16%，其它各种斜角碰撞的概率占23%[12]。关于斜角碰撞安全性，美国FMVSS208法规规定了48 km/h的30°斜角碰撞安全性要求，而在我国，并没有针对汽车斜角碰撞中乘员保护的相关试验标准。在交通事故中，安全气囊在发生角度碰撞时不起爆的情况常有发生，由此造成的用户与制造商的纠纷也不在少数。乘员不能得到很好的保护，导致的人员和经济损失巨大。因此，在我国进行斜角碰撞研究，提高斜角碰撞中安全气囊点火算法的判断可靠性和准确度，对于提高碰撞中乘员的保护有着重要的意义。

汽车在不同速度和角度的碰撞下，根据力与加速度的关系，其y向加速度与斜角碰撞强度具有一定的关联性，本文从这一特性出发，构建一个考虑斜角碰撞差异的可靠性更高的安全气囊控制器点火算法。

1 传统算法点火准确性分析

对于单一的碰撞模式，汽车的碰撞严重程度和乘员的损伤程度与汽车的碰撞加速度密切相关。根据这一特性，构建的传统点火算法主要有：速度增量法、比功率法、加速度增量法、移动窗积分法、神经网络算法、加速度平方累积算法、基于速度变化的判别算法、加速度增量绝对值累积算法等[3， 11]。

为了评估传统算法的点火可靠性，获取了某车型不同碰撞形式下5种点火算法得到的TTF，并与相应碰撞形式下的RTTF对比。一般情况下，RTTF是基于127 mm-30 ms准则。因此有必要先获得假人向前移动127 mm所需要的时间。通常有两种方法可以确定假人移动127 mm的时间，第一种是根据高速摄像资料来判断假人移动的时间；第二种方法就是对碰撞加速度进行两次积分来获取假人移动127 mm的时间[11]。本文采用第2种方法获取所需要的时间。

传统算法的TTF和RTTF对比结果见表1。表中“N”表示在该模式下，安全气囊没有被触发。比率大于100表示该碰撞模式下，气囊的点火时刻滞后于RTTF。从表1中可知，5种点火算法在不需要点火的状态下安全气囊都没有点火。各算法在不同正碰模式下都能较好地控制TTF，比率基本上能达到70%以上，但是，各种算法在用于斜碰撞中时，都不能较好地控制TTF。在斜碰撞中的比率都在30%～40%间，因此，现有的点火算法不能满足实际需要，有必要对现有的算法进行改进或构建一种新的算法来提高汽车在发生斜碰撞时的点火准确性与可靠性，提高气囊在斜碰撞中对乘员的保护。

2 汽车斜角碰撞的动力学分析

汽车安全气囊的控制器通常是通过刚架结构与汽车固结在一起，以保证控制器能够真实地感知汽车碰撞过程中的加速度。当汽车发生碰撞时，相互接触部分发生剧烈变形，同时，剧烈的冲击通过车架传递给传感器，形成x向和y向陡峭的加速度前沿。在发生斜角碰撞时，车辆的前部只有一侧参与碰撞中能量的吸收，这种碰撞形态下碰撞变形大，刚度小，所以碰撞中车体冲击的加速度峰值小。因而在同样的速度下发生碰撞时，发生正面碰撞的点火时刻要早于斜角碰撞的时刻，但是RTTF变化量与加速度增量并不是呈线性关系。因此在两种碰撞形式中采用只考虑x向加速度的点火算法无法对斜角碰撞做出准确的判断。

当汽车发生斜碰撞时，在不同速度下，发生不同角度的碰撞工况下，x向和y向的加速度信号的关联性，从图1的受力图分析可知。同一速度下不同角度碰撞，偏角越大，y向加速度所占的比例越大，也就是说y向碰撞强度越大。而在相同角度不同速度下碰撞时，汽车所受的横向和纵向加速度因速度的增大而增大，但比值不变。汽车在不同速度和不同角度碰撞工况中加速度的差异，为新算法的构建提供了可能。

3 基于y向加速度干预合成算法

碰撞过程中，y向碰撞越剧烈，正向加速度越大。由于碰撞前y向的本身没有速度，碰撞使其获得横向的速度，碰撞后又回归到速度0，因此，y向加速度有正有负。根据能量守恒，正向加速度与负向加速度是相等的，即y向加速度取平方求和反映的是横向碰撞强度。

为了比较新算法的可靠性，y向因子引入对判断曲线的影响程度，采用两种算法对同一斜碰撞进行对比，比较新旧算法积分值的变化趋势，新算法能否根据斜角碰撞强度对积分值进行相应调节，从而实现点火时刻的调节。考虑到实车斜角碰撞试验成本高及台车试验不便于模拟斜角碰撞等因素，本文采用通过试验验证的整车有限元模型进行仿真，获取斜角碰撞的加速度。图3为左侧30°速度为48 km/h斜角碰撞分别采用y向加速度干预的合成算法（ρ=0.5）求得的Sc值和不考虑y向加速度干预的传统算法求得的So值的比较曲线。从图3可以得出，考虑y向加速度干预的算法求得的Sc曲线的变化趋势与传统算法求得的Sc曲线的变化趋势一致，而使用Sc代替So作为点火参数可以根据斜碰撞的碰撞强度的感知，对点火时刻进行相应的调节，提高判断准确性，从而提高系统的在斜角碰撞中对乘员的保护能力。

4.2 有效性验证

为了评价基于y向加速度干预的合成积分量Sc相对于传统积分量So的优化性能，使用有限元仿真的方法得到表1中各工况的碰撞加速度曲线，使用相同方法获取RTTF，对各碰撞形态使用基于y向干预的合成算法，得到的TTF与RTTF的比值见表2。

由表2可知，基于y向加速度干预的合成算法与传统算法相比，在正面碰撞工况下，点火准确性没有太多变化，但是在斜角碰撞工况下，其点火准确性有了很大的提高。在斜角碰撞中，TTF与RTTF的比值均能达到70%以上，表明基于y向加速度干预的合成算法能够有效提高斜角碰撞的准确性，基本达到算法设计的目标。

本文中，尽管有关斜角碰撞曲线是通过有限元仿真的方法获取的，但是并不影响基于y向加速度干预的方法有效性的验证，而只影响参数的选取。在实际碰撞过程中，由于车辆本身结构、传感器安装位置等因素都会对气囊控制器的加速度信号产生影响，所以在具体设计时，需要根据实车试验综合分析来决定ρ的值，提高安全气囊在斜角碰撞中的点火准确性。当然，安全气囊控制作为一个系统，包括碰撞识别、抗干扰等方面，本文所做的改进侧重于斜角碰撞中的控制，在基本的控制算法中寻找突破，提高了安全气囊在斜角碰撞中的保护性能。

5 结论

（1）传统的安全气囊控制器点火算法在斜角碰撞工况下点火时刻不理想。

（2）分析发现汽车在发生斜角碰撞的过程中x、y两向加速度存在很强的相关性，且y向加速度与斜角碰撞强度具有相关性。

（3）利用斜角碰撞过程中x向和y向加速度的相关性，构建了一种基于y向加速度的安全气囊控制器合成算法。

（4）利用合成算法，在斜角碰撞工况中TTF与RTTF的比值提高到了70%以上。这一事实说明，合成算法与传统算法相比在处理斜角碰撞工况中具有更高的准确性。

作者：殷文强　郭厚锐　刘玉云　白中浩

汽车安全气囊控制分析论文篇2：

猎豹汽车安全气囊工作原理及检修

1概述

汽车安全气囊系统是现代乘用车的基本设备之一，它属于一种被动辅助安全装置。安全气囊和安全带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20%-30%。在重大事故中，它可以大大减轻事故对人体的伤害。但由于安全气囊是一种高精度、高可靠性装置，一般不允许维修，这就给安全气囊不知怎样去检修，从而使故障不能及得到排除。最终，安全气囊系统不能正常工作，在重大事故中不能起到对人体的保护作用。

安全气囊系统俗称SRS。事故中它对驾乘人员的头部、颈部安全有着十分明显的保护作用。统计结果表明：汽车发生事故时，人体胸部以上受伤的几率高达75%以上。实际证明，在SRS动作过程中，SRS气囊动作时间板短，从开始充气到完全充满，时间仅为30 ms；从汽车遭受碰撞至SRS气囊收缩为止，所用时间仅为120 ms。因此，SRS气囊动作的过程状态和经历的时间无法用肉眼来确定。

1）SRS安全气囊碰撞引爆的条件：

SRS安全气囊系统必须工作正常。

碰撞方位为正前方或斜前方±30°角度内；（指驾驶员气囊、乘员侧气囊）。

碰撞时，负加速度值≥电脑设定的负加速度的阀值。

2）SRS安全气囊碰撞不能引爆的条件：

SRS安全气囊系统工作不正常；

汽车遭受侧面碰撞超过斜前方±30°角；

汽车遭受横面或后面碰撞；

汽车发生绕纵向轴线侧翻。

2猎豹CFA6470系列汽车SRS安全气囊系统结构

猎豹CFA6470系列汽车安全气囊系统由方向盘、气囊模块（其中内有喇叭开关）、螺旋电缆、控制器ECU、ECU支架、气囊线束组成（图1）。

1）气囊模块气囊模块由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板组成，安装在方向盘中心处。

2）气体发生器作用是在有效时间内产生气体使气囊张开，是利用热效反应产生氮气而充入气囊。在点火器引爆点火剂瞬间，点火剂会产生大量热量，叠氮化钠药片受热立即分解，产生氮气并从充气孔充入

气囊。

3）点火器当SRS ECU发出点火指令使电热丝电路接通时，电热丝迅速红热引爆引药，炸药瞬间爆炸产生热量，药筒内温度和压力急剧升高并冲破药筒，使充气剂受热分解放出氮气冲入气囊。

4）气囊ECU是安全气囊系统的控制中心，其功用是接收碰撞传感器及其他各传感器输入的信号，判断是否点火引爆气囊充气，并对系统故障进行自诊断。还要对控制组件中关键部件的电路不断进行诊断测试，并通过SRS指示灯和存储在存储器中的故障代码显示测试结果。

3安全气囊系统工作原理

当汽车时速超过30KM/h时发生前碰撞事故时，装在汽车仪表台下安全传感器可检测到车速突然减速，由碰撞传感器将撞击的信息传给电子控制单元ECU，当汽车在阴影区内受到正面碰撞且冲击力大于预定值时，安全气囊系统就会自动起动。安全传感器其起动减速度比气囊传感器的小。当电流流至发火极时就点火。这时发生在安全传感器、中央气囊传感器或前气囊传感器同时起动时，当减速力作用在传感器上时，充气内的发火极就点火，产生气体。充入气囊的气体迅速增加气囊的气囊内的压力，冲开转向盘气囊总成和气囊门，然后气囊充气终止。随着气体通过气囊后部或侧面的放气孔排出、气囊瘪下来。

4安全气囊系统检测注意事项

1）安全规范：除原设计的线束外，严禁将线束接到气囊系统线束上；禁止使用万用表以及其他能产生电源的仪器检测点火器；存放安全气囊时，应按照气囊向上和连接器向下的方式放置，万一误爆时，这样放置的危险性较小；不要试图用工具打开安全气囊的气袋或点火器，并禁止对其加热；维修焊接前应拆掉蓄电池正极；连接电气线束前，认真检查线束是否处于断。

2）检测步骤：SRS安全气囊系统诊断电路，不断检查气囊系统是否存在故障。当打开点火开关从LOCK位置转至ACC或ON位置时，诊断电路起动气囊警告灯6 s进行初步检查过程中，如果检测到故障，气囊警告灯不熄灭，即使过了6 s，警告灯仍然点亮。再用猎豹专用汽车电脑故障诊断仪以及专用诊断插头对故障车进行诊断；以诊断的结果对安全气囊各相应部件做正确的维修。维修后其清除故障码处理。在电源负板断开30秒钟以上才能对安全气囊和相应部件进行拆解和维修。

3）拆卸注意事项：进行任何拆卸工作前，应先进行下列操作：①先接通点火开关，检查仪表板上安全气囊指示灯工作是否正常；②关闭点火开关，拔出钥匙。断开蓄电池正极，等待2 min以上，如果安全气囊指示灯工作异常，断开蓄电池正极后应该等待10 min，再进行操作。拆卸转向盘时，应使用专用工具将转向柱锁定在“直向前”的位置，以保证控制装置和螺旋线束在安装中不会被损坏；③只能安装与原车零部件编号相同的配件，点火器是有失效期的，要遵守配件上注明的使用期限；④接通蓄电池后，打开点火开关时，维修人员不要将身体放在安全气囊打开的轨迹之内；⑤安装完毕后，检查安全气囊指示灯运行是否正常。

4）常见故障代码见表1。

5）猎豹CFA6470系列汽车SRS安全气囊系统ECU接线图，见图2。

6）故障案例：安全气囊故障灯常亮

用电脑故障诊断仪检测，故障代码为B2500、B1111。由故障代码分析、推断，可能是由于电源电压过高，烧毁了SRS指示灯，后经修复。换新指示灯，电路系统回复。但没有对控制器ECU内的故障码清除。检修：用电脑故障诊断仪WU-2002，专用插头WU-43对该车控器ECU进行故障码清除，气囊灯熄灭，气囊系统回复正常。如遇到故障码为B2500、B1111、B1112、B1347、B1348、B1349的故障车，均不需要换件，只要对故障码所对应的部位做适当的修复，使该回路能正常工作，故障码清除，气囊灯熄灭，气囊系统回复正常。针对B1347故障码的检修，成回路电阻低的原因是：插入气囊发生器内，无法将发生器插孔内黄色环形圈中的短路片打开，这时，只要将环形圈内短路片做适当修复即可。

用电脑故障诊断仪检测，故障代码为B1346。主气囊回路电阻过高；由故障代码发生在ECU10、11脚至驾驶员气囊的回路中。检修方法：断电30秒钟后，拆卸安全气囊时发现，螺旋电缆上部的小黄插头没有插到位，经重新插接，对气囊控制单元ECU清除故障码，故障排除。气囊模块的判定正确做法：用一阻值2欧的电阻模拟气囊模块，查看系统能否正常工作来断定气囊模块的好坏，切记不能用三用表去测气囊模块。

用电脑故障诊断仪检测，故障代码为B1620，ECU内部故障。检修：SRS控制器内有故障代码B1620，需更換新件。

诊断仪无法通讯：首先诊断仪必须升级，不能使用限次版的诊断仪，必须使用WU-43专用诊断插头。其次查找ECU第9脚至T形插头12脚是否通路，特别要查看T形插头12脚插接件的好坏，是否脱落、生锈、氧化、接触不良，最终造成无法通讯。

5结束语

本文基于安全气囊的工作原理和结构原理，对猎豹CFA6470系列车型安全气囊系统常见的故障做出了详细的归纳和总结，并提出了常见故障的系统性检测及维修方法，可以很好的指导检查和维修。

参考文献

[1]潘承炜,汽车安全气囊检测[M].北京:人民交通出版社,2007.

[2]陈国庆,汽车安全气囊系统维修技术[M].北京:北京理工大学出版社,2009.

[3]赵福堂.汽车电器与电子设备(第2版) [M].北京:北京理工大学出版社,2005.

作者：庞巍

汽车安全气囊控制分析论文篇3：

基于自组织神经网络SOM的汽车安全气囊装配故障诊断

摘要：利用汽车安全气囊装配工序中已有的先验知识，构建并训练了一个自组织神经网络SOM的多传感器故障诊断系统。通过现场的多传感器采集设备运行数据信息输入故障诊断的系统，利用自组织SOM神经网络的聚类性能，得到装配工序中故障的类型，从而达到诊断汽车安全气囊装配工序的故障。通过无师自动学习的方式对输入信号进行分析，计算简单，精度高，具有很高的应用价值。

关键词：汽车安全气囊自组织神经网络故障诊断

随着现代汽车动力性能的不断提升，汽车的种类、数量也在不断增多，而高速公路、快速路桥也在快速发展，汽车的使用更加广泛普及，因此，这使得更加容易发生严重的交通事故。汽车的安全性能也是衡量汽车质量的一个重要因素，而汽车安全气囊是现代轿车中最被关注的汽车安全的高技术装置。可以说，当汽车发生严重交通事故时，汽车安全气囊质量的好坏，直接关系着能否挽救车内人员的生命[1]。因此，在生产过程中对汽车安全气囊生产工序的监测显得尤为重要。

利用汽车安全气囊装配工序中已有的先验知识，构建并训练了一个自组织神经网络SOM的多传感器故障诊断系统；通过现场的多传感器采集设备运行数据信息输入故障诊断的系统，利用自组织SOM神经网络的聚类性能，得到装配工序中故障的类型。从而达到诊断汽车安全气囊装配工序的故障，具有较高的应用价值。

1 诊断汽车安全气囊装配工序的故障类型

将输入向量设定为汽车安全气囊现场的装配中采集的传感器的数据，输出向量X={x1，x2，x3，x4，x5}，其中x1为压力传感器，x2右侧的光栅尺传感器的检测数据，x3左侧光栅尺传感器检测数据，x4、x5为布袋卷起电机速度传感器检测数据。输出向量中设置五种输出类型，分别是左卷袋电机不动作类型、右卷袋电机不动作类型、气袋卷袋不均匀类型、举升架不工作类型、未知故障类型。

1.1 特征级融合

特征融合采用的是BP神经网络方法，利用传感器检测的先后顺序，特征融合第n个传感器。

传感器的个数为n，n的值为5，传感器特征值个数称为m，m=8，这里检测的数据有以下8种状态，它们分别是升降、快降、下降、上升、平稳、异常、未知。这里的000、001、010、011、100、101、110、111，xn-1，…，xn-18是cm的二进制表示方法，传感器n的时间序列用18种类来表示。

BP网层结构结构分为三层，其中隐层里有16个单元，因此，整个网络是一个5×16×5的结构，Morlet小波函数是隐层函数。

1.2 决策级融合

将特征融合的输出结果，利用基于SOM网络来进行下一步决策级融合。k在这里表示的是生产线运行的工况，k=5，五种故障类型分别是右卷袋电机不动作、举升架不工作、气袋卷袋不均匀、左卷袋电机不动作、未知故障。

其中，在这里竞争层中神经元设置为6×6的输出网格；选择训练样本为800组；初始的网络权值随机选择较小的竞争层神经元；总的训练次数设为N=3000，初始学习率η0=0.5。

（1）在输入的样本数据中选取一组网络的数据来作为输出，并进行处理。

（2）竞争神经元的方法，这里选区的是最小欧式距离，竞争获胜神经元设定为k，满足：

i=l，2，…，m（1）

式中，输出向量xj，而在竞争层任何的一个神经元与其输入节点网络权值，i=l，2，3，…，m；j=1，2，3，…，n。其中，ms是为竞争神经元的的个数，n是输出向量的个数。

（3）获胜单元的相领区域，这里成为Nc（t），而相领区域Nc（t）的形状是六边形的形状，选取的是高斯函数。