基于ARM的汽车安全气囊控制系统设计

　　3 性能试验

　　目前汽车业内普遍采用的是5英寸（1英寸=254cm）30ms准则来确定安全气囊的最佳点火时刻。在汽车碰撞过程中，乘员相对于车体向前移动5英寸时刻的前30ms是气囊的最佳点火时刻。其依据是大多数已系好安全带的轿车乘员与转向盘之间的间距为12英寸，气囊充气后的厚度为约为7英寸，气囊从点爆到充满气体的时间为30ms。当气袋充满气体的时刻乘员恰好与气袋接触，气囊保护作用最佳。若气囊点火过早，当乘员接触到气囊时，气囊已泄气，起不到保护作用。

　　当气囊点火过晚，乘员由于惯性前移，气囊会把乘员打伤甚至致死。所以最佳点火时间是设计安全气囊控制器的关键。而本系统利用积分窗算法和ARMCortex处理器相结合，取得了较好的效果，试验结果和该准则基本吻合。

　　3.1 台车试验

　　台车试验在南昌大学科技学院汽车碰撞实验室进行，如图5所示。碰撞后，乘员身体前移的时刻比碰撞时刻滞后。滞后的大小主要取决于某款车型的吸能性能。由于台车上只有安全气囊控制系统，并无任何吸能装置，吸能几乎为零。故在本试验中，认为碰撞时刻即为乘员开始前移的时刻。台车在滑行轨道上由绳索牵引。时速由40km/h逐渐递增到60km/h。试验过程由高速摄像机录制，通过慢放录像，测得在碰撞时刻后气囊打开时刻。数据如表1所示。

　　试验数据表明，气囊打开时刻与最佳点火时刻偏差很小，在此偏差内不会发生气囊弹伤乘员或过早漏气的现象。

　　3.2 实车试验

　　在国家某机动车检测中心，用某型号国产轿车进行了实车试验。碰撞类型为正面碰撞。驾驶员座椅上放置了假人，且已系好安全带。碰撞时速为60km/h。碰撞对象为蜂窝铝。假人传感器数采系统采样频率为1kHz。通过前期试验可知，该款车型的吸能形变过程约持续50ms,故在实车试验前，对气囊控制系统的程序进行了相应修改。试验现场录像截图如图6所示。

　　通过现场放置的高速摄像机录像的回放，可知乘员在向前移动了30ms后，安全气囊准确爆破。实车试验表明，安全系统控制系统可较为准确地控制气囊的最佳点火时刻。

　　4 结语

　　由于安全气囊要求在极短的时间内对碰撞事故作出处理，因此要求控制系统能在瞬间完成实时处理和复杂运算的过程，即要求其具有较高的运算速度，时滞较小，以适应汽车安全气囊的实时控制要求。而一般的8位单片机编程简单，易于应用，但信号处理能力不强。本系统采用基于ARMCortexM3内核的32位高性能微控制器LM3S1138,嵌入μC/OS-Ⅱ操作系统，利用移动积分窗爆破算法，完成了系统设计。台车试验和实车试验表明，本系统可较为准确的控制气囊的最佳点火时刻，从而有效保护驾驶员的安全。系统软件设计部分使用了TI官方免费提供的驱动库，采用模块化设计，简化了开发过程。LM3S1138微控制器是片上系统（SoC）。集成了ADC、模拟比较器、flash存储器等外设资源并且价格低廉，故构建的系统集成度高、体积小、成本低。LM3S1138多达46个I/O口，增加了系统的可扩展性，可在此基础上研发多级智能型汽车安全气囊控制系统。