汽车安全气囊点火算法综述

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1、汽车安全气囊点火算法综述摘要：目前安全气囊已在汽车上得到普遍应用，但其点火算法却没有统一的设计标准。详细论述了设计安全气囊点火算法的理论依据，包括乘员损伤准则、气囊点火条件和点火时刻确定法则。介绍了几种传统的安全气囊点火算法，并对其优缺点进行了对比。着重阐述了几种智能安全气囊点火算法的研究成果和发展前景，指出了安全气囊点火算法未来的发展方向。关键词：安全气囊；点火算法；智能控制中图分类号：U461.91文献标文献标识码:A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.02.01自从20世纪80年代在汽车上应用以来，安全气囊已

2、经挽救了无数乘员的生命，尤其是其与安全带配合使用，可以使车辆在发生碰撞事故时前排乘员的死亡率降低61%[l]o然而，由于气囊不适当的展开造成乘员损伤甚至死亡的事件也愈见频繁。据NHTSA报道，在2001〜2006年间，美国有大约1400位乘员因为安全气囊的误点火死亡，这为安全气囊的应用前景蒙上了一层阴影[2]。汽车安全气囊点火算法是安全气囊控制系统的核心，它依据各安全法规的乘员碰撞损伤要求，并综合判断点火条件，来解决气囊是否需要点火以及何时点火的问题。如果算法判断气囊在不需要点火的低速碰撞、干扰路况时误点火，或者在高速柱碰撞时漏点火、迟点火都会对乘员造

3、成生命危险。由于算法计算误差造成气囊在高强度碰撞时早点火，则会引起乘员在碰撞过程中接触已泄气的气囊，而得不到最佳保护。因此，安全气囊算法的优劣直接关系到驾乘人员的生命安全。本文对目前国内外常用的安全气囊点火算法进行了总结归纳，并指出了今后的发展方向。1点火算法的理论依据1.1乘员损伤准则安全气囊的点火阈值是依据碰撞中乘员所受的损伤程度来确定的。如果在某一碰撞条件下乘员的损伤程度达到法规规定的乘员损伤指标，则该碰撞条件所确定的阈值为气囊必须点火的阈值，因此了解乘员伤害的评价指标是开发安全气囊算法的首要任务。在安全气囊碰撞试验中，不但需要评价乘员头部的伤害

4、指标值，还要评价气囊对乘员的面部、胸部、颈部、下肢等部位的伤害情况[3-4]o表1是美国、欧洲以及中国正面碰撞法规对乘员损伤指标的规定，美国FMVSS208法规比较全面地规定了各种碰撞假人在不同碰撞形式下的试验要求和损伤指标，这里仅选取50百分位男性假人在100%正面碰撞中的损伤指标为例进行介绍。1.2点火条件安全气囊点火条件指碰撞过程中用来判断气囊是否需要点爆的输入条件。传统的安全气囊算法是把碰撞事故的严重程度作为气囊的点火条件，碰撞事故的严重程度用气囊的点爆速度表示，即汽车和固定壁障发生与碰撞事故强度相当的正面碰撞时的等效初速度。欧洲ECER94法

5、规规定作为安全带辅助装置的安全气囊的点爆速度为：低于20km/h正面撞击固定壁障时不应点火，大于30km/h时必须点火，20〜30km/h时不作要求。在美国，要求安全气囊对未佩戴安全带的乘员也有较好的保护作用，因此Ford公司规定的安全气囊引爆速度为：低于12.8km/h正面撞击固定壁障时不点火，高于22.4km/h时必须点火，12.8〜22.4km/h时不作要求。我国的汽车安全法规主要参考欧洲法规，在安全气囊的设计准则上与欧洲ECER94法规的要求相一致。近年来，随着智能型安全气囊的提出，要求相应的智能安全气囊点火算法不仅要考虑汽车碰撞的严重程度这一

6、个点火条件，还需要判断汽车的碰撞形式和乘员的状态等条件。文献［8］详细介绍了汽车所有可能发生的碰撞形式。而汽车乘员的状态主要包括乘员大小、乘员佩戴安全带状态以及乘员的离位状态。1.3点火时刻1.3.1最佳点火时刻气囊最佳点火时刻是指当乘员的面部刚刚接触到安全气囊气袋时，气袋恰好充满气体，这时气袋对乘员的冲击力最小，又能通过压缩和泄气孔吸收乘员大部分的碰撞能量，对乘员的保护效果最好。对于驾驶员侧气囊目前最常用的是"127mm-30ms”准则。这个准则的含义是：在汽车碰撞过程中，乘员相对于车体向前移动127mm时刻的前30ms是气囊的最佳点火时刻。其依据是

7、大多数轿车乘员与转向盘之间的间距为305mm,气囊充满气的厚度为178mm,气囊从点火至展开到最大体积的时间约为30ms,由此确定乘员前移127mm这一时刻的前30ms为最佳点火时刻。1.3.2实际点火时刻安全气囊的实际点火时刻是指实际碰撞事故中气囊点爆的时刻。在前排成年乘员正常坐姿和佩戴安全带的状态下，针对不同车型确定其点火条件的阈值，在实际撞车事故中，当点火条件超过阈值时气囊点爆。由于汽车碰撞事故的不确定性以及算法本身的缺陷，实际点火时刻与最佳点火时刻往往不会重合。如果实际点火时刻提前，乘员头部与气囊相接触时,气囊通过泄气孔流失了大部分气体,不能对

8、乘员起到最佳保护作用；如果实际点火时刻延后，乘员与继续膨胀的气囊接触时，气囊展开的强大冲击力同