理论探索
NO.012021
184
车时代
AUTO TIME
余海龙赵清江王国杰
（中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆401120）
摘
要：汽车安全气囊是汽车安全开发中重要的部件，其可靠性是重要的性能指标之一，期望点爆工况下安全气囊未
点爆、延迟点爆，会使驾乘人员受伤严重。另外，正常行驶工况下安全气囊误点爆不仅会造成驾乘人员伤害，还会增加车辆维修成本。因此为验证汽车安全气囊性能和质量，国家2019年发布GB/T 37474-2019《汽车安全气囊系统误作用试验的方法和要求》。本文就安全气囊匹配试验矩阵，以及气囊标定的原理进行详细阐述，为汽车安全产品标定及验证提供借鉴。网页聊天
安全气囊系统(Supplemental Restrgint System)简称SRS ，即辅助约束系统，是目前各类汽车广泛采用的一种被动安全装置，当车辆发生碰撞时，它可以为驾乘人员提供有效的防撞保护，减轻伤害程度。针对安全气囊系统设计及验证，每个车企或气囊供应商的技术标准、试验矩阵、标定方法不尽相同。因此为了规范安全气囊产品标准，提升安全气囊系统的性能和质量，不仅C-NCAP ，C-IASI对安全气囊产品提出点爆要求、展开形态、动态保护等技术要求，同时国家2019颁布实施的GB/T 37474-2019《汽车安全气囊系统误作用试验的方法和要求》也对安全气囊系统误爆情况作出了相应的技术要求。因此安全气囊系统的算法标定和试验验证，成为安全气囊系统性能开发和产品质量控制的关键。1
SRS 组成
SRS是由碰撞传感器、SRS控制器、安全气囊执行模块组成，涉及的技术较为广泛。
碰撞传感器通常是由前碰传感器（Front impact sensor ）简称FIS 、侧碰传感器（Side impact sensor ）简称SIS ，以及控制器ECU自带的传感器，FIS一般布置在车辆前保险杠附近，SIS一般布置在车辆左右B柱下端，ECU传感器一般布置在车辆中道附近。另外扩展配置包含外围压力传感器，翻滚传感器，角速率传感器，车辆速度传感器等，高级配置含有视频定时探测，超声波传感器，行人保护传感器，起-停系统传感器等。SRS传感器起到时刻检测车辆状态，将所检测到的加速或压力等信号传输给控制器，作为控制器发出指令的依据。 SRS控制器，也称安全气囊电子控制单元(SRS ECU)是SRS 系统的控制中心，其功用是接收碰撞传感
高尔夫球场围网器及其他各传感器输入的信号，判断是否点火引爆使气囊充气，并对SRS系统故障进行自诊断。 安全气囊执行模块也叫安全件，包括主驾正面气囊（DAB ），副驾正面气囊（PAB ），侧面气囊（SAB ），侧面气帘（CAB ），膝部气囊（KAB ），预紧式安全带（PSB ）等安全系统中可被点爆部件，其作用是接收并执行SRS ECU发出的点火指令，点爆气囊或安全带以起到对车内驾乘员的保护。2气囊标定试验矩阵
气囊标定试验分为碰撞试验和气囊误作用试验。2.1
碰撞试验矩阵
企业根据真实交通事故结合车体变形情况及乘员损伤状况，提炼出碰撞试验标定工况，一般碰撞标定工况分为不点火
和点火工况见图1。其中点火工况根据碰撞试验的形式，ECU点爆相应的安全件，如正面碰撞标定试验中，点火工况一般点爆与正面碰撞相关的安全件如DAB,PAB,PSB ，KAB等，侧面碰撞点火时，ECU点爆SAB,CAB等，后部碰撞点火时，ECU只点爆PSB 。不同类型点火工况碰撞试验点爆不同安全件，不仅能有效保护了乘员，而且还降低了维修成本。另外，在点火工况中，只要车身传感器采集的加速度及处理后的信号超过了设定的阈值，那么也一定会点爆，因此C-NCAP,C-IASI等规程中规定的高速碰撞试验因信号超过阈值，也都会点爆相应安全件。另外，随着技术的发展，部分企业也对翻滚类试验进行了气囊标定。 2.2气囊误作用试验矩阵
气囊误作用试验是SRS供应商为防止气囊误点火而设计和开展的一系列试验，该类试验均为不点火工况。SRS供应通过该类型试验，采集相应传感器信号，设置好阈值，写好控制算法，编入ECU中，从
而避免车内安全件在遇到不应点爆的工况下误点爆而伤及车内乘员，增加车辆维修成本。气囊误作用试验主要分为静态试验和动态试验见图2；其中动态试验又分为粗糙路试验和路障试验。
3气囊标定原理
目前气囊标定常用的算法为基于积分的适应式位移算法
图1
碰撞标定试验矩阵
图2
气囊误作用试验矩阵
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车时代
tmdi-30
AUTO TIME
（AIDA ）。3.1
AIDA正面算法点火机制
正面算法模型根据试验形式不同分为碰撞模型和振动模型。碰撞试验对应碰撞模型，误作用试验对应振动模型。在碰撞试验中采集到加速度信号，将加速度信号积分后，我们发现加速度与加速度积分有一定关系，即加速度随着加速度积分呈递增关系直至加速度到达峰值。因此根据此特性结合各类碰撞试验数据设置递增后平行的点火阈值线，在阈值线以上，即为碰撞模型中需点火工况，反之则为不点火工况。同时在误作用试验中采集到的加速度信号，在积分后，与加速度信号呈范围内递减趋势，因此根据此特性结合各类误作用试验数据设置递减后平行的阈值线，根据该阈值线判定车辆是否发生误作用或碰撞。进一步地，只有当信号同时处于振动模型中碰撞区域和碰撞模型中点火区域时，ECU才会发出点火指令，其余情况下均不点火。正面算法以ECU加速度信号为核心算法,ECU Y向加速度，
前碰传感器加速度、碰撞脉冲特性等作为辅助算法；对于一些特定的碰撞类型，可以用辅助算法来调整碰撞阈值线或者误作用阈值线(如偏置碰撞，角度碰撞....)。3.2
AIDA侧面算法点火机制
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侧面算法根据点火时刻要求分为性能阈值线路径和常量阈值线路径。性能阈值线路径算法为满足点火时间要求，根据侧面工况下加速度与加速度积分的特性结合安全件点爆时间要求，设置了开始平齐后单调递减的阈值线；不点火工况与误作用工况信号在阈值线的下方，点火工况信号在阈值线上方。常量阈值线路径作为备份点火，其阈值线设置在性能阈值线的上方，只能保证信号超过阈值后ECU能发出点火指令，而满足不了点火时间的要求，通常常量阈值线路径起作用是在信号超过了性能阈值线且未能点火的情况下触发，是侧面点火工况的最低保障。
图3
正面点火算法图4侧面点火算法
3.3
实例分析
以正面算法为例，案例使用四种试验数据即15km/h正碰、30km/h正柱、50km/h正碰及误作用侧面路肩试验。通常在标定中，会将不点爆的工况信号放大标定，使不该爆的工况尽量不爆，将点爆的工况信号缩小标定，确保点爆工况定能点爆，各信号放大缩小如图5所示。根据所有试验数据设置了碰撞模型和振动模型下对应的阈值线如图5中黑虚线。3.3.1
15km/h正碰
15km/h正碰数据信号为图5中黑实线，从碰撞模型中来看，该信号始终未超过设定的点火阈值线，从振动模型中来看，该信号超过了设定碰撞阈值线，但由于正面算法为逻辑与的关系，因此该工况下ECU不点火。3.3.2
30km/h 正柱
30km/h正柱数据信号为图5中红实现，从碰撞模型中来看，该信号始终没有超过点火阈值线，从振动模型来看，该信号在50-60ms已经超过了阈值线，按照逻辑与的关系，该工况ECU不点火，但我们在设定点火矩阵时，30km/h正柱为点火工况，因此在振动模型中不影响其他工况的条件下，结合30km/h 整柱信号特性，在65-95ms之间补充辅助算法即粉红虚线阈值，那么在振动模型中30km/h正柱的信号在67-95ms后超过了阈值线，而在振动模型中67-95ms之间该工况信号超过了阈值线，因此在该工况下，ECU会在67ms发出点火指令，继而符合点火工况设定。3.3.3
50km/h 正碰
50km/h 正碰数据信号为图5中绿实线，结合碰撞模型和振动模型来看，该信号在15-16ms之间同时超过了碰撞模型和振动模型的阈值线，因此该工况ECU会发出点火指令，且点火时刻在15ms 。在碰撞开发中，通常高速碰撞工况会结合约束系统和假人伤害值来调整点火时刻，因此我们可以调整在两个模
型中设定的阈值线来实现调节点火时刻。3.3.4误作用侧路肩密封性测试方法
误作用侧路肩数据信号为图5中蓝实线，结合碰撞模型和振动模型来看，虽然侧路肩信号在碰撞模型中在8-15ms时超过了阈值线，但因在振动模型中该信号始终未超过阈值线，因此该工况下ECU不会发出点火指令。
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结语
本文通过对安全气囊系统的组成及其标定试验矩阵和标定原理进行了详细的介绍，结合车企试验矩阵，从标定原理上解释了气囊点火与不点火情况，为从业人员和消费者对气囊系统提供进一步的认知，为气囊标定领域建立统一标准抛砖引玉。
参考文献
[1]张倩，韩婷.浅谈汽车安全气囊的标定［C ］//河南省汽车工程学
会.第十六届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集.河南省汽车工程学会：河南省汽车工程学会，2019：2.
作者简介：
余海龙，研究方向为汽车被动安全验证。
图5
正面算法实例
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