汽车安全座椅传感器检测系统

2014-03-06袁东辉黎玉娥

吉林工商学院学报 2014年2期

关键词：乘员指示灯气囊

袁　述，袁东辉，黎玉娥，刘　铮，原　琳

（1.吉林工商学院，吉林长春 130507；2.空军哈尔滨飞行学院，黑龙江哈尔滨 150001；3.大陆汽车电子（长春）有限公司，吉林长春 130001）

汽车安全座椅传感器检测系统

袁述1，袁东辉2，黎玉娥3，刘铮2，原琳2

（1.吉林工商学院，吉林长春 130507；2.空军哈尔滨飞行学院，黑龙江哈尔滨 150001；3.大陆汽车电子（长春）有限公司，吉林长春 130001）

汽车安全气囊自从在轿车上广泛使用以来,对于防止乘员的伤亡起到了很大作用,拯救了无数人的生命。但是在使用过程中也发现了不少问题。如在气囊释放时造成了不少意外的伤亡，特别当前排座椅乘员是儿童时,这种事故的发生频率更多些。本文通过将传感器检测技术引入安全气囊系统，提出一种智能化的安全座椅检测技术，通过该系统，可以有效地控制座椅及气囊系统，在保证其稳定性的同时避免了气囊伤人以及误开，同时能最大限度地保证车内人员的安全。

安全座椅；传感器检测；OC

一、引言

安全气囊的使用，为更多的驾驶员及乘车人员提供了安全保障。但在其使用过程中，常发生误开造成车内人员的软碰撞伤害，同时造成了人身损伤及维修成本的无端浪费。特别当前排座椅乘员是儿童时，这种事故的发生频率更多些。从安全气囊在使用过程中存在的缺陷可知，现有安全气囊的基本设计目标是用来对付严重交通事故的，但在一些不太严重的事故中，系统反应过度，反而会对驾乘人员施加作用过大，适得其反，造成不必要的伤害。[1]随着智能安全气囊的使用，乘员分类系统作为其重要支持部件被广泛研究。乘员分类系统[2]（Occupant Classification System，简称OCS）是指能区分汽车座椅上乘员类型的系统，也叫乘员类型识别系统（PassengerDetectionSystem，简称PDS）。乘员分类系统为智能安全气囊的决策提供重要的技术支持。针对实际使用中存在的问题，我们更希望在安全气囊展开之前，安全气囊系统能够精确感应汽车发生的碰撞，并按照程序来判断碰撞事故的严重程度，如果碰撞级别比较低的话，只需将安全带的预紧机构拉紧即可；如果碰撞级别比较高，需要启动安全气囊，则将点燃气囊的指令传递给气囊系统。[3]这也就是要求安全气囊系统能够准确地感应所发生的碰撞事故；并且能模仿人脑，根据实际的碰撞程度来判别安全气囊是否需要展开，有一定灵活性；并且能够针对不同体形的乘员适当的调整安全气囊。[4]本文首先介绍了安全座椅系统的构成，并针对其组成特点设计了电控系统，最后利用LabVIEW实现了接口的通讯以及数据显示功能。在LabVIEW平台下开发的系统具有成本和维护费用低、开发周期短及功能灵活等优点，是那些功能固定的传统仪器所无法比拟的。[5]

二、安全座椅系统构成

汽车座椅压力传感器用于感知汽车座椅压力，可感知座椅上是否有乘客。为满足质量检测的需要，本文设计了一种基于LabVIEW的汽车安全座椅电动功能检测设备，经应用实践证明该设备具有运行稳定、安全防护等级高以及易用性通用性高等优点。安全座椅电动功能检测设备主要功能包括：座椅安全气囊爆管电阻值检测、OC传感器状态检测、安全带锁扣开关通断测试、存储查询产品检测数据、打印产品条码等如图1所示。

三、电控系统功能及实现

1．座椅安全气囊通断及爆管电阻值检测

根据客户要求除了检测气囊通断和阻值外，还需要测试接头阻滞补偿电路，且要求测试参数精度高，因此选用FLUK数字双显多用表和INGUN的探针，采用四探针法则进行测量。此法则其主要优点在于设备简单，操作方便，精确度高，对样品的几何尺寸无严格要求。

图 1　安全座椅电动检测设备功能图

2．OC传感器状态检测

乘员分类系统（OCS）也叫乘员类型识别系统（PDS）通过汽车座椅上的压力感应传感器，检测座椅的受力状态，OC传感器根据压力传感器的受力情况来区分座椅上的乘坐类别，来判断座椅上乘坐的是成人、儿童、无人还是传感器损坏状态。各部分传感器与主控机之间的连接关系如图2所示。

图2　主控、传感器联接关系图

3．控制系统组成原理及工艺流程

为了验证气囊安全电控传感系统的可靠性，本文通过软硬件结合的方式设计了实验操作流程，具体步骤如下：

Step1将夹具小车推入实验设备工作位，主界面上“实验小车到位”指示灯亮起。

Step2使用扫码器扫描座椅上的产品条码，设备锁紧气缸工作，实验小车被锁紧，主界面上“实验小车锁紧”指示灯亮起。

Step3主界面上“锁扣电源”指示灯亮起，插入安全带锁扣，“安全带锁扣锁舌插入”指示灯亮起。

Step4拔出安全带锁扣，“安全带锁扣锁舌拔出”指示灯亮起，主界面上“锁扣电源”指示灯熄灭，安全带锁扣检测完成。

Step5退出实验间，按“启动”按钮，实验间安全门关闭，主界面上“气囊电源”指示灯亮起，检测完成后检测结果显示在主界面“安全气囊检测值”数据框中。

Step6主界面上“OC传感器电源”指示灯亮起，OC传感器的检测结果显示在主界面“OC检测接受字符串”文本框中。

Step7测试完成后，主界面“实验完成度”进度条达到100%，“安全带检测结果”、“气囊检测结果”、“OC检测结果”指示等全部亮起，产品检测合格，安全门打开，锁紧气缸复位。如实验结果不合格，则相对应的检测指示灯不亮，设备蜂鸣器鸣叫报警，按“复位”按钮打开安全门，取出实验小车。

Step8检测结果合格，条码打印机打印条码，将条码贴在产品上，取出实验小车，完成实验。

四、接口和通信

随着工艺水平和控制要求的不断提高，控制系统的性能已不仅取决于PLC的CPU，还受PLC所处的扩展环境（即网络环境）的影响。作为控制系统的一部分，这意味着高性能的通信系统。

1．上位机与可编程序控制器的通信

PLC的CPU、PG/PC以及TD/OP相互之间的通信使用MPI多点接口。MPI通信通过Profibus电缆和接头，将可编程控制器CPU的MPI编程口相互连接以及与上位机（PG／PC）插卡CP5611的MPI口连接即可实现。通信波特率为187.5bit/s。

2．LabVIEW与OC传感器的串口通讯

LabVIEW的串口通讯函数在它的VISA库中。VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture）——虚拟仪器软件规范，是用于仪器编程的标准I/O函数库及其相关规范的总称。VISA库驻留于计算机系统中，完成计算机与仪器之间的连接，用以实现对仪器的程序控制，其实质是用于虚拟仪器系统的标准的API。VISA本身不具备编程能力，它是一个高层API，通过调用底层驱动程序来实现对仪器的编程。与其他现存的I/O接口软件相比，VISA的I/O控制功能具有如下几个特点：适用于各种仪器类型（如VXI仪器、GPIB仪器、RS-232串行仪器、消息基器件、寄存器器件、存储器器件等仪器）;适用于各种硬件接口类型;适用于单、多处理器结构或分布式网络结构;适用于多种网络机制。

串口部分程序流程如图3所示。

图3　串口通讯流程图

当通过K_Linetransceiver接收到状态查询命令时，将数据以特定的编码传送到查询设备。

系统结构如图4所示，系统应用NI的LabVIEW软件，通过PC机的串口和K_Line转换器连接到一起，发送指令码，得到座椅传感器的当前状态。

图4　系统结构框图

程序首先对串口进行初始化，设定串口号，波特率，停止位，及奇偶校验位，之后向串口中写入数据，在这个项目中要注意的一点是，k_line转换器及OC传感器对串口要求RTS状态始终为高。最后读取缓冲区的数据，并对串口的状态进行校验，如果串口发生错误要报错并关闭串口。其中，SelectSendPro是选择串口向OC传感器发送读取状态码命令的选择开关，当选择按钮值为1时发送的是取得OC传感器状态命令，值为0时发送取得OC传感器ID命令。