CN2284165Y - 汽车安全气囊的智能控制装置 - Google Patents

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宋世和
崔维继
赵才
何顺录
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Abstract

本实用新型公开了一种用于汽车安全气囊的智能控制装置。该装置包括减速度传感器1、信号识别阈值检测单元2、速度信息计算单元3、碰撞状态信息计算单元4、安全启动信息值计算单元5、点火信号产生单元6。其中2、3、4、5、6是由单片机(或CPU)为核心配以必要的***电路所构成的信号识别***来实现的。对汽车碰撞信号的识别及点火算法采用软、硬件相结合,通过软件在单片机(CPU)内执行来完成。能对复杂的碰撞过程进行分析,准确判断是否需要触发气囊,并能根据碰撞程度自适应调整触发气囊的时间,不仅作用可靠,而且具有自适应控制和智能化的特点。

Description

汽车安全气囊的智能控制装置
本实用新型涉及一种用于汽车安全气囊的智能控制装置。
控制装置是汽车安全气囊的关键部分,相当于人体的大脑,敏感汽车撞车的信息,进行识别判断,以便适时发出指令控制气体发生器点火,因此,在设计控制装置时,必须要求它在撞车瞬间解决两个问题:其一是根据碰撞程序判断是否要触发气囊;其二是在什么时刻触发生囊,使气囊对乘员具有最佳保护效果。目前,气囊的控制装置一般根据不同车型预告设定一个或数个固定的触发阈值,国外已配置的安全气囊控制装置大多属于这种类型,例如本田气囊***的控制中设置了两个阈值,一个为触发阈值,一个为安全阈值,安全阈值较触发阈值低。当汽车发生碰撞时,在减速度作用下,首先超过安全阈值,由安全传感器控制的开关闭合;超过触发阈值时,由触发传感器控制的开关闭合,只有在两个开关闭合下,才能发出点火信号,使气囊动作。这种类型的气囊控制装置能够判断是否需要触发气囊的问题,但不能准确判断是否需要触发气囊及解决最佳触发气囊时刻的问题,这将影响气囊对乘员的保护效果。
本实用新型的主要目的是提出一种能对复杂的碰撞过程进行分析,准确判断是否需要触发气囊,并能根据碰撞程度自适应调整触发气囊的时间,使其达到最佳触发时刻,以取得的乘员良好的保护效果的汽车安全囊的智能控制装置。
本实用新型通过下述方案实现:一种汽车安全气囊的智能控制装置其特征是它包括:
用于检测汽车碰撞的减速度并输出减速度信号的减速度传感器(1);
用于接收碰撞减速度信号,并判断是否大于予先设置的识别限testv,若大于testv,则启动识别程序的碰撞信号识别阈值检测单元(2);
用于在接收碰撞减速度信号的基础上计算速度信息值S的碰撞速度信息处理单元(3);
用于在接收碰撞减速度信号的基础上计算碰撞状态信息值E的碰撞状态信息处理单元(4);
用于在接收碰撞减速度信号的基础上产生一个安全启动信息值F的安全启动信息值计算单元(5);
用于在综合考虑速度信息值,碰撞状态信息值,安全启动信息值基础上,计算出点火信息值IGN的点火信息生产单元(6),
它还包括由多路模拟开关U1、单片机U2、地址译码器U3、数据锁存器U4、非易失性静态随机存贮器U5构成的控制电路和由电阻R1-R1,电容C1-C5,AD转换器A1A2构成的压阻式减速度传感器;其中,所述的控制电路中的多路模拟开关U1其脚输入端IN0-IN7为***自检信输入端,其脚A、B、COUT端分别与单片机U2的脚A13、A14、A15、ACH5端相接;所述的单片机U2的脚A8-15端,AD.0-7端、ALE端、RD端,WR端分别与U3、U4、U5的A13-A15端、G端、DE端、WR端及它们各自的信号入/出端相接;所述的控制电路还包括由放大器A、二极管D1、电阻RF、R12、R13、R14所构成的碰撞信号输入电路,其中,放大器A的输出端与U1的脚ACH.5端相接,U1的脚HSD.0端、脚HSD.1端分别与控制电路外的报警信号输出端、启动信号输出端相连接;所述的压阻式减速度传感器,其中的A/D转换器A1的正、负极端分别与其前极滤波电路中的电阻R6、R5相接,A1的输出端与电阻R9相接,电阻R8跨接在A1的负极端与输出端之间,转换器A2的正、负极端分别与电阻R11、电容C5相接,A1、A2的正极端还分别通过电阻R7、电容C4接地。
以单片机(或CPU)为核心配以必要的***电路构成的智能控制装置包括:减速度传感器,检测汽车碰撞的减速度并输出减速度信号;碰撞信号识别阈值检测单元,接收碰撞减速度信号,并在该信号的基础上,判断是否启动识别程序;碰撞速度信息处理单元,接收碰撞减速度信号,并在该信号的基础上,计算速度信息值;碰撞状态信息处理单元,接收碰撞减速度信号,并在该信号的基础上,计算碰撞状态信息值;安全启动信息值计算单元,接收碰撞减速度信号,并产生一个气囊安全启动信息值;点火信号产生单元,在综合考虑速度信息值,碰撞状态信息值,安全启动信息值的基础上,计算出点火信息值,当超过预定阈值时,则发出气囊点火信号。
本实用新型除上述六个主要部分外,还有诊断及监测单元,信息记录单元,联机检测及接口单元。
本实用新型具有以下明显的优点:(一)碰撞信号的识别采用软、硬件相结合,通过软件在单片机内执行,在识别碰撞信号基础上产生点火信号,控制安全气囊的触发。因此,可方便地通过软件的修改或某些设置参数的变化使该控制装置适用于不同车型。(二)信号的识别及点火算法不同于目前安全气囊设计中所使用的速度变化量法,加适度坡度法等,它是将碰撞速度,碰撞状态(即反映碰撞强度)及安全启动的信息量通过一定的关系综合在一起得到点火信息值,不仅能准确判断碰撞的发生,又能敏感碰撞强度而自适应调整点时刻,使其具有自适应控制和智能化的特点。(三)所设置的信号识别阈值及安全启动阈值所起的作用相当于一个安全传感器,因此,仅需配置一个减速度传感器,不需要再串联一个安全传感器,即可使控制装置结构简化,又可降低成本。综上所述,该实用新型将使安全气囊的安全性和可靠性明显提高。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述:
图1为本实用新型基本结构原理方框图;
图2为按照本实用新型的一个实际控制装置方框图;
图3为本实用新型信号识别过程流程图;
图4为撞车后信号识别过程及点火曲线
图5为压阻式减速度传感器电路原理图
图6为信号预处理电路、单片机及***电路原理图。
由图1-6,本实用新型它包括:
用于检测汽车碰撞的减速度并输出减速度信号的减速度传感器1,
用于接收碰撞减速度信号,并判断是否大于予先设置的识别限testv,若大于testv,则启动识别程序的碰撞信号识别阈值检测单元2,
用于在接收碰撞减速度信号的基础上计算速度信息值S的碰撞速度信息处理单元3,
用于在接收碰撞减速度信号的基础上计算碰撞状态信息值E的碰撞状态信息处理单元4,
用于在接收碰撞减速度信号的基础上产生一个安全启动信息值F的安全启动信息值计算单元5,
用于在综合考虑速度信息值,碰撞状态信息值,安全启动信息值的基础上,计算出点火信息值IGN的点火信息生产单元6,
它还包括由多路模拟开关U1、单片机U2、地址译码器U3、数据锁存器U4、非易失性静态随机存贮器U5构成的控制电路和电阻R1-R11,电容C1-C5,AD转换器A1A2构成的压阻式减速度传感器;其中,所述的控制电路中的多路模拟开关U1其脚输入端IN0-IN7为***自检信号输入端,其脚A、B、COUT端分别与单片机U2的脚A13、A14、A15、ACH5端相接;所述的单片机U2的脚A8-15端,AD.0-7端、ALE端、RD端、WR端分别与U3、U4、U5的A13-A15端、G端、DE端、WR端及它们各自的信号入/出端相接;所述的控制电路还包括由放大器A、二极管D1、电阻RF、R12、R13、R14所构成的碰撞信号输入电路,其中,放大器A的输出端与U1的脚ACH.5端相接,U1的脚HSD.0端、脚HSD.1端分别与控制电路外的报警信号输出端、启动信号输出端相连接;所述的压阻式减速度传感器,其中的A/D转换器A1的正、负极端分别与其前极滤波电路中的电阻R6、R5相接,A1的输出端与电阻R9相接,电阻R8跨接在A1的负极端与输出端之间,转换器A2的正、负极端分别与电阻R11、电容C5相接,A1、A2的正极端还分别通过电阻R7、电容C4接地。上述的碰撞速度信息处理单元3是对通过滤波及检波后的碰撞减速度信号在识别周期内连续进行积分,且以积分结果为碰撞速度信息值S的碰撞速度信息处理单元。上述的碰撞状态信息处理单元4是对通过滤波及检波后的碰撞减速度信号在计算周期内进行求导,且以得到在识别周期内加速度变化量累积值E的碰撞状态信息处理单元。上述的安全启动信息值计算单元5是对判断通过滤波及检测后的碰撞减速度信号是否高于预设的安全启动限safev:若高于safev,则触发程序中的阈值窗,使其处于开启状态,即安全启动信息值F为1;若低于safev,则立即关闭阈值窗,即安全启动信息值F为O的安全启动信息值计算单元。上述的碰撞速度信息处理单元3、碰撞状态信息处理单元4、安全启动信息值计算单元5,其与点火信息产生单元6之间的信号传递关系是IGN=(K1*S+K2*E)*F,其中:1GN是点火信息值,S是碰撞速度信息值,E是碰撞状态信息值,F是安全启动信息值,K1、K2分别是碰撞速度信息值和碰撞状态信。
图1表示该实用新型基本结构原理方案,包括配置在车室内的减速度传感器1,用来探测汽车碰撞时减速度,并输出相应的碰撞信号;信号识别阀值检测单元2,其中设置一个合适的识别阈值,当碰撞信号大于识别信号时,启动信号识别程序,对碰撞信号进行计算处理,当碰撞信号低于识别阈值时,该装置处于复位并等待状态。碰撞信号的识别通过速度信息计算单元3,碰撞状态信息计算单元4及安全启动信息值计算单元5,在接收来自传感器输出的减速度信号的基础上进行,如速度信息计算是通过对减速度信号进行积分运算而得到与碰撞过程中速度有关的信息值S;碰撞状态信息计算是通过对减速度信号进行求导,得到加速度变化量的累积值,它是一个与碰撞强度有关的信息值E;安全启动信息值F的计算是在判断减速度信号是否高于安全启动限,若高于安全启动限则触发程序中的阈值窗,使该阈值窗处于开启状态,一旦低于安全启动限,则立即关闭阈值窗,即使碰撞信号的持续时间再长,也不需启动安全气囊;点火信号产生单元6,按一定的关***综合S,E,F三个量,计算出点火信息值IGN,我们称之为综合分量识别法,当IGN大于点火阈值时,立即输出点火信号,即在碰撞达到一定强度(安全启动阈值窗处于开启状态)时,碰撞信号(包括碰撞速度信息及碰撞状态信息)的积累大于点火阈值,则认为确实发生了严重碰撞,安全气囊立即触发。
图2表示该实用新型实际控制装置方框图,信号预处理电路7主要是根据碰撞信号识别的要求对传感器输出的减速度信号进行放大,滤波,检波等处理,再通过A/D转换器8将处理后的减速度信号转换为数字信号,送至单片机(或CPU)及***电路9中进行速度信息,碰撞状态信息,安全启动信息及点火信号的计算,最后输出一个点火信号IGN给气囊启动控制电路10,该电路主要将点火信号转变为足以点燃气体发生器中电点火管的点火能量。电源11供给该装置所需的电压及电流。电路9除对碰撞信号进行识别产生点火信号外,还具有诊断该装置关键部位的状态是否正常的功能,若不正常则输出报警信号。
结合图1图2,简要说明汽车碰撞时该装置的作用过程:在汽车发生碰撞时,通过减速度传感器1探测减速度信号G,送至信号预处理电路7进行放大、滤波及检波等处理,处理后的减速度信号仍为模拟信号,再送至A/D模数转换器8将期转换成数字信号,输入到单片机(或CPU)及***电路9中,单片机开始对碰撞信号进行计算处理。首先通过信号识别阈值检测单元2,检测碰撞信号是否高于所设置的识别限testv,当碰撞信号高于testv时,则该信号分别进入速度信息计算单元3,碰撞状态信息计算单元4,安全启动信息值计算单元5,得到速度信息值S、碰撞状态信息值E、安全启动信息值F,将S、E、F三个值同时送入点火信号产生单元6,按照综合分量识别法计算出点火信息值IGN,当IGN大于点火阈值时,输出IGN到气囊启动控制电路10,该电路将IGN转变为点火能量,使气囊中电点火管发火。
图3表示单片机(或CPU)及***电路9构成的信号识别***所进行的碰撞信号识别及计算点火信息的流程图。图中,各符号的含义如下:i:碰揞速度信息值计算周期控制变量。j:碰撞状态信息值计算周期控制变量。A[i]:碰撞信号testv:碰撞信号识别阈值Amax:碰撞状态信息值计算周期内极大值Amin:碰撞状态信息值计算周期内极小值Ti:碰撞速度信息值计算周期Tj:碰撞状态信息值计算周期safev:安全启动限S:碰撞速度信息值E:碰撞状态信息值F:安全启动信息值K1:碰撞速度信息值在点火信息值中的权重。K2:碰撞状态信息值在点火信息值中的权重。IGN:点火信息值fstr:点火信息阈值点火信息值是按照综合分量识别法的公式进行计算:
             IGN=(K1*S+K2*E)*F式中K1,K2分别为碰撞速度信息值和碰撞状态信息值的加权数,公式物理意义已在图1说明中进行了描述。图4表示在严重碰撞状态下,碰撞信号的识别及点火信息的曲线:图中①表示碰撞信号;②表示碰撞速度信息值;③表示碰撞状态信息值;④表示安全启动阈值窗;⑤表示点火信息值;tr为点火信息值大于等于点火信息阈值fstr时输出点火信号的时间。图5表示压阻式传感器电路原理。图中Uont为输出的碰撞信号。图6表示采用以单片机为核心的控制电路原理图。包括4051多路模拟开关1、8098单片机2、74LS138地址译码器3、74LS373数据锁存器4、DS1225Y非易失性静态随机存贮器5。

Claims (5)

1、一种汽车安全气囊的智能控制装置其特征是它包括:
用于检测汽车碰撞的减速度并输出减速度信号的减速度传感器(1),
用于接收碰撞减速度信号,并判断是否大于予先设置的知别限testv,若大于testv,则启动识别程序的碰撞信号识别阈值检测单元(2),
用于在接收碰撞减速度信号的基础上计算速度信息值S的碰撞速度信息处理单元(3),
用于在接收碰撞减速度信号的基础上计算碰撞状态信息值E的碰撞状态信息处理单元(4),
用于在接收碰撞减速度信号的基础上产生一个安全启动信息值F的安全启动信息值计算单元(5),
用于在综合考虑速度信息值,碰撞状态信息值,安全启动信息值的基础上,计算出点火信息值IGN的点火信息生产单元(6)。
它还包括由多路模拟开关U1、单片机U2、地址译码器U3、数据锁存器U4、非易失性静态随机存贮器U5构成的控制电路和由电阻R1-R11,电容C1-C5,AD转换器A1A2构成的压阻式减速度传感器;其中,所述的控制电路中的多路模拟开关U1其脚输入端IN0-IN7为***自检信号输入端,其脚A、B、COUT端分别与单片机U2的脚A13、A14、A15、ACH5端相接;所述的单片机U2的脚A8-15端,AD.0-7端、ALE端、RD端,WR端分别与U3、U4、U5的A13-A15端、G端、DE端、WR端及它们各自的信号入/出端相接;所述的控制电路还包括由放大器A、二极管D1、电阻RF、R12、R13、R14所构成的碰撞信号输入电路,其中,放大器A的输出端与U1的脚ACH.5端相接,U1的脚HSD.0端、脚HSD.1端分别与控制电路外的报警信号输出端、启动信号输出端相连接;所述的压阻式减速度传感器,其中的A/D转换器A1的正、负极端分别与其前极滤波电路中的电阻R6、R5相接,A1的输出端与电阻R9相接,电阻R8跨接在A1的负极端与输出端之间,转换器A2的正、负极端分别与电阻R11、电容C5相接,A1、A2的正极端还分别通过电阻R7、电容C4接地。
2、根据权利要求1所述的汽车安全气囊的智能控制装置,其特征是上述的碰撞速度信息处理单元(3)是对通过滤波及检波后的碰撞减速度信号在识别周期内进行连续积分,且以积分结果为碰撞速度信息值S的碰撞速度信息处理单元。
3、根据权利要求1所述的汽车安全气囊的知能控制装置,共特征是上述的碰撞状态信息处理单元(4)是对通过滤波及检波后的碰撞减速度信号在计算周期内进行求导,且以得到在识别周期内加速度变化量累积值E的碰撞状态信息处理单元。
4、根据权利要求1所述的汽车安全气囊的知能控制装置,其特征是上述的安全启动信息值计算单元(5)是对判断通过滤波及检测后的碰撞减速度信号是否高于预设的安全启动限safev:若高于safev,则触发程序中的阈值窗,使其处于开启状态,即启动信息值F为1;若低于safev,则立即关闭阈值窗,即安全启动信息值F为O的启动信息值计算单元。
5、根据权利要求1所述的汽车气囊的智能控制装置,其特征是上述的碰撞速度信息处理单元(3)、碰撞状态信息处理单元(4)、安全启动信息值计算单元(5),其与点火信息产生单元(6)之间的信号传递关系是IGN=(K1*S+K2* E)* F,其中:IGN是点火信息值,S是碰撞速度信息值,E是碰撞状态信息值,F是安全启动信息值,K1、K2分别是碰撞速度信息值和碰撞状态信息值的加权数。
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