基于ARM的汽车安全气囊控制系统设计(2)

置断开，则表明无人入座或只有矮小成年人或儿童入座，触发电路不能形成回路。此时，即使汽车发生碰撞且算法发出点火

引爆气囊而造成的经济损失，又避免了气囊对矮小成年人和儿童造成的伤害。点火触发电路的原理图如图３所示。

图３点火触发电路原理图

２．３系统的软件设计

系统采用Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核处理器简化了软件开发环境。针对ＬＭ３Ｓ１１３８等一系列的微控制器，ＴＩ官方免费提供了基于Ｃ语言（符合ＡＮＳＩＣ标准）的驱动库，它包含了众多固件函数库，对每一个外设都有相应例程，可以很方便地根据应用需要进行修改和移植。因此在软件编程时，无需汇编程序的软件管理，完全可以用驱动库Ｃ语言函数进行编程开发。开发应用程序时，利用驱动库的例程进行模块化设计，不仅程序编写方便，而且代码简洁且可读性强。对编写大型程序而言，采用驱动库能增强可靠性和安全性，同时降低维护成本。故本系统软件程序利用ＴＩ公司提供的驱动库例程进行模块化程序设计，把整个系统程序分为若干个小程序或模块，分别进行独立设计、编程和测试。最后将各模块构建一个完整的工程，

满足要求。系统选用电磁式继电器，在ＬＭ３Ｓ１１３８输出口的控制下可驱动大功率的负载。由于继电器会产生较明显的干扰，故在继电器周围加抗干扰电路的同时与光电耦合器配合使用，信号，安全气囊也不爆破。这样，既防止在无人入座的状态下

基于ARM的汽车安全气囊控制系统设计

第９期郭波．等：基于ＡＲＭ的汽车安全气囊控制系统设计

２０９３

完成应用程序设计。将整个工程分成了主程序、启动任务、定时采样任务和串行通信任务等４大模块。流程图如图４所示。

—

（８）主程序（ｂ）启动任务

（ｃ）定时采样任务

（ｄ）串口通讯任务

图４

程序流程图

为增加系统的执行效率，实现多任务程序运行，系统通过在程序运行时，先执行启动任务，然后根据按键情况，执软件中实现每ｌｂｔｓ采样一次加速度并做Ａ／Ｄ转换，存储当前数据存放地址，适时发出点火指令，启爆气囊，同时，再本系统选用加入垂直量的移动窗积分算法。由于篇幅所事故发生后，ＰＣ机通过串行口读出气囊控制系统黑匣子中的数据，作为分析事故之用。开发人员可自行设置读取黑匣万方数据

３性能试验

目前汽车业内普遍采用的是５英寸（１英寸＝２．５４ｃｍ）３０ｍｓ准则来确定安全气囊的最佳点火时刻［５］。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。

图５台车试验现场图表１台车试骑数据表

序号

车速（ｋｍ／ｈ）

气囊打开时刻（ｍｓ）

与最佳点火时刻偏差（ｍｓ）

１４０３００２４０２７３３４５３１ｌ４４５２９１５５０２８２６５５３０Ｏ７６０２８２８

６０

３０

０

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

中华测控网

ｃｈｉｎａｒｎｃａ．ｃｏｍ

２．３．１主程序模块

移植，嵌入了“Ｃ／０Ｓ一Ⅱ操作系统。程序流程图中启动任务模块为嵌入“ｃ／ｏｓ一Ⅱ操作系统时程序常用模式。２．３．２启动任务模块

行通讯任务或定时采样任务。２．３．３定时采样模块

在Ｆｌａｓｈ中。若发生了撞车事故并符合算法的点火条件，记录采样９０个数据点。在分析现场时，碰撞前的９０个数据和撞车后的９０个数据可记录在ＬＭ３Ｓ１１３８内置的Ｆｌａｓｈ中，作为黑匣子信息分析事故原因。

限，将在后续文章中论述。２．３．４串行通讯模块

子水平方向加速度和垂直方向加速度数据的密码。

基于ARM的汽车安全气囊控制系统设计

．２０９４

计算机测量与控制第１８卷

试验。碰撞类型为止面碰撞。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ｌｋＨｚ。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。

用，但信号处理能力不强。本系统采用基于ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ—Ｍ３

内核的３２位高性能微控制器ＬＭ３Ｓ１１３８［６］，嵌入ｕＣ／ｏ卜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。

参考文献：

［１３ＺｈａｎｇＪｉｎｈｕａｎ，ＷａｎｇＸｉａｏｄｏｎｇ，ＨｕａｎｇＳｈｉｌｉｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｍｏｂｉｌｅａｉｒｂａｇ（１１）：６９—７２．

ｏｎ

ａｕｔｏ—

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。

ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊ．Ｔｓｉｎｇｈｕａ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９９７，３７

［２］ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ＬＭ３Ｓ１１３８Ｄａｔａｓｈｅｅｔ［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ＝／／

ＷＷＷ．ｔｉ．ｃｏｍ．

［３］ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ—Ｍ３Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＴｈｅＡｒｃｈｉｔ

Ｗｏｒｌｄ［Ｚ］．２００６．

ｅｅｔｕｒｅ

ｆｏｒｔｈｅＤｉｇｉｔａｌ

［４］ＭｏｎＹｉＪｅｎ．Ａｉｒｂａｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙａｄａｐｔｉｖｅ—ｎｅｔｗｏｒｋ—

图６实车试验现场录像截图

ｂａｓｅｄｆｕｚｚｙｉｎｆｅｒｅｎｃｅ

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