汽車(chē)安全座椅傳感器檢測(cè)系統(tǒng)

袁　述，袁東輝，黎玉娥，劉　錚，原　琳

（1.吉林工商學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130507；2.空軍哈爾濱飛行學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；3.大陸汽車(chē)電子（長(zhǎng)春）有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130001）

汽車(chē)安全座椅傳感器檢測(cè)系統(tǒng)

袁述1，袁東輝2，黎玉娥3，劉錚2，原琳2

（1.吉林工商學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130507；2.空軍哈爾濱飛行學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；3.大陸汽車(chē)電子（長(zhǎng)春）有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130001）

汽車(chē)安全氣囊自從在轎車(chē)上廣泛使用以來(lái),對(duì)于防止乘員的傷亡起到了很大作用,拯救了無(wú)數(shù)人的生命。但是在使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題。如在氣囊釋放時(shí)造成了不少意外的傷亡，特別當(dāng)前排座椅乘員是兒童時(shí),這種事故的發(fā)生頻率更多些。本文通過(guò)將傳感器檢測(cè)技術(shù)引入安全氣囊系統(tǒng)，提出一種智能化的安全座椅檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)該系統(tǒng)，可以有效地控制座椅及氣囊系統(tǒng)，在保證其穩(wěn)定性的同時(shí)避免了氣囊傷人以及誤開(kāi)，同時(shí)能最大限度地保證車(chē)內(nèi)人員的安全。

安全座椅；傳感器檢測(cè)；OC

一、引言

安全氣囊的使用，為更多的駕駛員及乘車(chē)人員提供了安全保障。但在其使用過(guò)程中，常發(fā)生誤開(kāi)造成車(chē)內(nèi)人員的軟碰撞傷害，同時(shí)造成了人身?yè)p傷及維修成本的無(wú)端浪費(fèi)。特別當(dāng)前排座椅乘員是兒童時(shí)，這種事故的發(fā)生頻率更多些。從安全氣囊在使用過(guò)程中存在的缺陷可知，現(xiàn)有安全氣囊的基本設(shè)計(jì)目標(biāo)是用來(lái)對(duì)付嚴(yán)重交通事故的，但在一些不太嚴(yán)重的事故中，系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)度，反而會(huì)對(duì)駕乘人員施加作用過(guò)大，適得其反，造成不必要的傷害。[1]隨著智能安全氣囊的使用，乘員分類(lèi)系統(tǒng)作為其重要支持部件被廣泛研究。乘員分類(lèi)系統(tǒng)[2]（Occupant Classification System，簡(jiǎn)稱OCS）是指能區(qū)分汽車(chē)座椅上乘員類(lèi)型的系統(tǒng)，也叫乘員類(lèi)型識(shí)別系統(tǒng)（PassengerDetectionSystem，簡(jiǎn)稱PDS）。乘員分類(lèi)系統(tǒng)為智能安全氣囊的決策提供重要的技術(shù)支持。針對(duì)實(shí)際使用中存在的問(wèn)題，我們更希望在安全氣囊展開(kāi)之前，安全氣囊系統(tǒng)能夠精確感應(yīng)汽車(chē)發(fā)生的碰撞，并按照程序來(lái)判斷碰撞事故的嚴(yán)重程度，如果碰撞級(jí)別比較低的話，只需將安全帶的預(yù)緊機(jī)構(gòu)拉緊即可；如果碰撞級(jí)別比較高，需要啟動(dòng)安全氣囊，則將點(diǎn)燃?xì)饽业闹噶顐鬟f給氣囊系統(tǒng)。[3]這也就是要求安全氣囊系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地感應(yīng)所發(fā)生的碰撞事故；并且能模仿人腦，根據(jù)實(shí)際的碰撞程度來(lái)判別安全氣囊是否需要展開(kāi)，有一定靈活性；并且能夠針對(duì)不同體形的乘員適當(dāng)?shù)恼{(diào)整安全氣囊。[4]本文首先介紹了安全座椅系統(tǒng)的構(gòu)成，并針對(duì)其組成特點(diǎn)設(shè)計(jì)了電控系統(tǒng)，最后利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)了接口的通訊以及數(shù)據(jù)顯示功能。在LabVIEW平臺(tái)下開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有成本和維護(hù)費(fèi)用低、開(kāi)發(fā)周期短及功能靈活等優(yōu)點(diǎn)，是那些功能固定的傳統(tǒng)儀器所無(wú)法比擬的。[5]

二、安全座椅系統(tǒng)構(gòu)成

汽車(chē)座椅壓力傳感器用于感知汽車(chē)座椅壓力，可感知座椅上是否有乘客。為滿足質(zhì)量檢測(cè)的需要，本文設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的汽車(chē)安全座椅電動(dòng)功能檢測(cè)設(shè)備，經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐證明該設(shè)備具有運(yùn)行穩(wěn)定、安全防護(hù)等級(jí)高以及易用性通用性高等優(yōu)點(diǎn)。安全座椅電動(dòng)功能檢測(cè)設(shè)備主要功能包括：座椅安全氣囊爆管電阻值檢測(cè)、OC傳感器狀態(tài)檢測(cè)、安全帶鎖扣開(kāi)關(guān)通斷測(cè)試、存儲(chǔ)查詢產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)、打印產(chǎn)品條碼等如圖1所示。

三、電控系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)

1．座椅安全氣囊通斷及爆管電阻值檢測(cè)

根據(jù)客戶要求除了檢測(cè)氣囊通斷和阻值外，還需要測(cè)試接頭阻滯補(bǔ)償電路，且要求測(cè)試參數(shù)精度高，因此選用FLUK數(shù)字雙顯多用表和INGUN的探針，采用四探針?lè)▌t進(jìn)行測(cè)量。此法則其主要優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，精確度高，對(duì)樣品的幾何尺寸無(wú)嚴(yán)格要求。

圖 1　安全座椅電動(dòng)檢測(cè)設(shè)備功能圖

2．OC傳感器狀態(tài)檢測(cè)

乘員分類(lèi)系統(tǒng)（OCS）也叫乘員類(lèi)型識(shí)別系統(tǒng)（PDS）通過(guò)汽車(chē)座椅上的壓力感應(yīng)傳感器，檢測(cè)座椅的受力狀態(tài)，OC傳感器根據(jù)壓力傳感器的受力情況來(lái)區(qū)分座椅上的乘坐類(lèi)別，來(lái)判斷座椅上乘坐的是成人、兒童、無(wú)人還是傳感器損壞狀態(tài)。各部分傳感器與主控機(jī)之間的連接關(guān)系如圖2所示。

圖2　主控、傳感器聯(lián)接關(guān)系圖

3．控制系統(tǒng)組成原理及工藝流程

為了驗(yàn)證氣囊安全電控傳感系統(tǒng)的可靠性，本文通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)操作流程，具體步驟如下：

Step1將夾具小車(chē)推入實(shí)驗(yàn)設(shè)備工作位，主界面上“實(shí)驗(yàn)小車(chē)到位”指示燈亮起。

Step2使用掃碼器掃描座椅上的產(chǎn)品條碼，設(shè)備鎖緊氣缸工作，實(shí)驗(yàn)小車(chē)被鎖緊，主界面上“實(shí)驗(yàn)小車(chē)鎖緊”指示燈亮起。

Step3主界面上“鎖扣電源”指示燈亮起，插入安全帶鎖扣，“安全帶鎖扣鎖舌插入”指示燈亮起。

Step4拔出安全帶鎖扣，“安全帶鎖扣鎖舌拔出”指示燈亮起，主界面上“鎖扣電源”指示燈熄滅，安全帶鎖扣檢測(cè)完成。

Step5退出實(shí)驗(yàn)間，按“啟動(dòng)”按鈕，實(shí)驗(yàn)間安全門(mén)關(guān)閉，主界面上“氣囊電源”指示燈亮起，檢測(cè)完成后檢測(cè)結(jié)果顯示在主界面“安全氣囊檢測(cè)值”數(shù)據(jù)框中。

Step6主界面上“OC傳感器電源”指示燈亮起，OC傳感器的檢測(cè)結(jié)果顯示在主界面“OC檢測(cè)接受字符串”文本框中。

Step7測(cè)試完成后，主界面“實(shí)驗(yàn)完成度”進(jìn)度條達(dá)到100%，“安全帶檢測(cè)結(jié)果”、“氣囊檢測(cè)結(jié)果”、“OC檢測(cè)結(jié)果”指示等全部亮起，產(chǎn)品檢測(cè)合格，安全門(mén)打開(kāi)，鎖緊氣缸復(fù)位。如實(shí)驗(yàn)結(jié)果不合格，則相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)指示燈不亮，設(shè)備蜂鳴器鳴叫報(bào)警，按“復(fù)位”按鈕打開(kāi)安全門(mén)，取出實(shí)驗(yàn)小車(chē)。

Step8檢測(cè)結(jié)果合格，條碼打印機(jī)打印條碼，將條碼貼在產(chǎn)品上，取出實(shí)驗(yàn)小車(chē)，完成實(shí)驗(yàn)。

四、接口和通信

隨著工藝水平和控制要求的不斷提高，控制系統(tǒng)的性能已不僅取決于PLC的CPU，還受PLC所處的擴(kuò)展環(huán)境（即網(wǎng)絡(luò)環(huán)境）的影響。作為控制系統(tǒng)的一部分，這意味著高性能的通信系統(tǒng)。

1．上位機(jī)與可編程序控制器的通信

PLC的CPU、PG/PC以及TD/OP相互之間的通信使用MPI多點(diǎn)接口。MPI通信通過(guò)Profibus電纜和接頭，將可編程控制器CPU的MPI編程口相互連接以及與上位機(jī)（PG／PC）插卡CP5611的MPI口連接即可實(shí)現(xiàn)。通信波特率為187.5bit/s。

2．LabVIEW與OC傳感器的串口通訊

LabVIEW的串口通訊函數(shù)在它的VISA庫(kù)中。VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture）——虛擬儀器軟件規(guī)范，是用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫(kù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱。VISA庫(kù)駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，完成計(jì)算機(jī)與儀器之間的連接，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的程序控制，其實(shí)質(zhì)是用于虛擬儀器系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的API。VISA本身不具備編程能力，它是一個(gè)高層API，通過(guò)調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的編程。與其他現(xiàn)存的I/O接口軟件相比，VISA的I/O控制功能具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：適用于各種儀器類(lèi)型（如VXI儀器、GPIB儀器、RS-232串行儀器、消息基器件、寄存器器件、存儲(chǔ)器器件等儀器）;適用于各種硬件接口類(lèi)型;適用于單、多處理器結(jié)構(gòu)或分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);適用于多種網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。

串口部分程序流程如圖3所示。

圖3　串口通訊流程圖

當(dāng)通過(guò)K_Linetransceiver接收到狀態(tài)查詢命令時(shí)，將數(shù)據(jù)以特定的編碼傳送到查詢?cè)O(shè)備。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，系統(tǒng)應(yīng)用NI的LabVIEW軟件，通過(guò)PC機(jī)的串口和K_Line轉(zhuǎn)換器連接到一起，發(fā)送指令碼，得到座椅傳感器的當(dāng)前狀態(tài)。

圖4　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

程序首先對(duì)串口進(jìn)行初始化，設(shè)定串口號(hào)，波特率，停止位，及奇偶校驗(yàn)位，之后向串口中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，在這個(gè)項(xiàng)目中要注意的一點(diǎn)是，k_line轉(zhuǎn)換器及OC傳感器對(duì)串口要求RTS狀態(tài)始終為高。最后讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，并對(duì)串口的狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)，如果串口發(fā)生錯(cuò)誤要報(bào)錯(cuò)并關(guān)閉串口。其中，SelectSendPro是選擇串口向OC傳感器發(fā)送讀取狀態(tài)碼命令的選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)選擇按鈕值為1時(shí)發(fā)送的是取得OC傳感器狀態(tài)命令，值為0時(shí)發(fā)送取得OC傳感器ID命令。

五、數(shù)據(jù)的顯示

對(duì)于采集上來(lái)的數(shù)據(jù)要根據(jù)OC傳感器的信息碼進(jìn)行分類(lèi)的顯示，以方便用戶了解當(dāng)前座椅的狀態(tài)。程序操作界面如圖5所示。

圖5　傳感器程序操作界面

六、結(jié)語(yǔ)

本文基于LabVIEW所設(shè)計(jì)的座椅安全氣囊電控檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行流暢、界面友好，程序的可移植性高、兼容性強(qiáng)、容錯(cuò)性好，完成了傳統(tǒng)儀器難以達(dá)到的綜合功能。可以最大限度的保證氣囊的穩(wěn)定與可靠。該裝置在長(zhǎng)春某汽車(chē)零部件有限公司投入使用以來(lái)，效果良好。

[1]毛務(wù)本，錢(qián)建棟.汽車(chē)座椅乘員分類(lèi)識(shí)別系統(tǒng)的研究[J].輕型汽車(chē)技術(shù)，2003，（10）.

[2]朱紅艷，舒少龍，林峰，黃志強(qiáng).乘員分類(lèi)系統(tǒng)研究綜述[J].汽車(chē)電器，2011，（1）.

[3]邱卓丹.現(xiàn)代汽車(chē)安全技術(shù)的研究進(jìn)展[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，（3）.

[4]謝華忠，趙啟挺，張秀梅.現(xiàn)代汽車(chē)安全技術(shù)分析[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，（4）.

[5]蘇瑜.基于LabVIEW的汽車(chē)座椅電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的研究[D].上海:上海大學(xué)，2008.

[責(zé)任編輯：辛?xí)岳騗

TP391

A

1674-3288(2014)02-0095-03

2013-12-10

袁述（1954-），男，吉林工商學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：食品機(jī)械與自動(dòng)化。