安全气囊系统是有效的行车安全保护装置，其应用越来越广泛。安全气囊控制器作为整个系统的核心，它是随着电子控制技术逐步发展的。其核心关键技术的发展将会体现在：对碰撞的准确判断、点火时刻的精确控制、超强的抗干扰能力和超高的可靠性及稳定性。

概述

安全、环保、节能是衡量现代汽车技术发展水平的三个主要指标，而汽车安全技术列居首位。安全气囊系统是被动安全技术的一种，它是在车辆发生碰撞后，用来保护司机和乘员安全的系统，由碰撞传感器、控制器、气体发生器和气囊组件等部分组成。其工作原理是：当发生撞车时，通过加速度传感器捕获碰撞信号，安全气囊控制器对捕获的碰撞信号进行采集、分析、判断及处理，对可能会造成司机和乘员安全的碰撞适时地发出点火指令驱动气体发生器点火，从而引爆安全气囊，这样，司机和乘员通过和柔性的安全气囊接触，避免了和车内刚性物体碰撞而引起人员伤害。从工作原理可以看出，安全气囊控制器是整个系统的核心，它既是传感器获取的碰撞信号的分析与处理装置，同时也是点火指令发出与否的判断装置；除此之外，它还应该能够准确判断碰撞强度，引爆车速、准确判断点火时刻、抗干扰能力等。

安全气囊控制器系统主要有机械式、模拟电子式和智能式几种，带微处理器的智能式安全气囊控制器是目前发展的主流，也是本文的研究对象，它由系统硬件和系统软件构成，其结构如图1所示。

图1  安全气囊控制器系统构成

系统功能解析

安全气囊控制器是整个安全气囊系统的核心，一方面它接收并处理碰撞传感器获取的碰撞信号；另一方面，碰撞信号经过一点的算法处理后，做出是否发出点火信号的判断，并根据判断结果发出相关指令；同时，还需要和车身其他单元通信等，整个系统的构成如图2所示。从系统图可以看出，安全气囊控制器一方面接收传感器信号，另一方面对气囊点火装置和安全带张紧装置等发出执行信号。

图2 安全气囊系统构成图

安全气囊控制器信号的输入端，接收两种类型的信号。其一，来自左右前碰撞传感器获取的碰撞信号、左右侧传感器获取的碰撞信号和安全传感器信号。由于碰撞传感器获取的安装传感器位置附近的碰撞信号，车身上有一些位置的碰撞信号并不能被捕获，从而控制器无法判断碰撞的强度，导致安全气囊不工作，这些位置包括后部碰撞、侧撞击、翻滚等。

因此，新型车身传感器网络的发展将成为解决安全气囊系统碰撞不动作瓶颈的关键技术。其二，安全气囊系统作为被动安全辅助系统需要和安全带一起配合使用，因此，安全气囊控制器还接受来自安全带开关与否的信号，根据该类信号的有无安全气囊控制器能够做出气囊引爆程度的判断。对于高档型汽车，安全气囊控制器还接受乘员坐姿检测信息，通过乘员位置及体重信息，来判断乘员类型（成人、小孩）及所处的位置，以控制气囊引爆本身对乘员带来的危险。

安全气囊控制器信号的输出端，发出点火指令，点火指令被传送到点火装置，从而引爆左右气囊、左右侧气囊、安全带张紧器、左右侧气帘。根据接收到碰撞信号的强度，安全气囊控制器需要准确的判断是否引爆气囊，对于有二级引爆的还要判断是否需要二级引爆，整个点火决策过程，需要满足5in-30ms的准则。

一个完整的系统还要包括系统自检功能和故障指示功能。

硬件结构解析

安全气囊控制器根据硬件电路的实现方式不同分模拟式、数字式两种。模拟式安全气囊控制器的特点是成本低、电路参数固定、调试困难、精度低，一般应用较少。数字式安全气囊控制器精度高、工作稳定、抗干扰性能强，目前应用广泛。本文仅对数字式控制器进行研究。

安全气囊控制器硬件系统图如图3所示，控制器通过A/D转换接口把碰撞传感器和安全传感器的模拟信号转换成数字信号，传送给微型计算机系统，同时微型计算机系统还获取其他检测信号来判断乘员的坐姿、安全带使用情况等信号，所有外界参数决定着控制器发出点火信号的状态。碰撞传感器一般有前碰撞传感器和侧碰撞传感器，当微型计算机接收到外部碰撞传感器获得碰撞信号的同时，安全传感器做碰撞的进一步判断，以防止车辆发生被动碰撞时控制器发出以外点火信号。汽车行驶过程中，控制器不断接收外部的碰撞传感器和控制器内部的安全传感器的信号，经过不断的计算、分析、比较、判断，随时准备发出点火信号。

图3 安全气囊控制器硬件系统图

点火装置的点火动作是通过微型计算机控制点火电路的电源，通过储能单元释放点火所需要的点火电压来完成的。一般由电容器的充电实现能量的储存，电容器的瞬间放电来释放能量给点火装置点火。为了增强整个系统的可靠性，在其中增加隔离电路，来过滤非正常点火信号，排除点火装置的误动作。

报警指示一般通过仪表板SRS警示灯显示，它反映整个系统的工作状态是否正常。系统上电后，通过自检电路对整个系统进行检测，SRS警示灯闪亮6～8s后熄灭，说明系统处于正常工作状态；当SRS警示灯不亮或不停闪亮，说明系统处于不正常工作状态，此时可通过故障诊断输出端获取故障代码，进而进行故障排除。

安全气囊系统与整个车身控制系统以及仪表板需要进行通信，以报告整个安全气囊系统的状态。一般可使用CAN总线通信接口。

软件解析

如果说安全气囊控制器系统的硬件是整个系统的框架基础，那么软件就是整个系统的核心。它一方面控制传感器数据的采集、并对采集的信号进行处理与分析，还要控制点火信号的发出，以及故障与通信的实现，其中点火控制信号的发出是经过相关点火控制策略算法通过软件实现的，整个软件系统流程如图4所示。

图4  安全气囊系统软件流程图

不同点火算法的特点对比

软件系统的核心是点火控制策略的算法。点火控制策略的要求有准确的点火、防止误点、漏点、迟点。目前，普遍采用5in-30ms的准则作为点火控制的准则。其含义是汽车在碰撞过程中，乘员向前移动5in时刻的前30ms时刻是控制器发出点火命令的目标。按照这个准则，实现气囊系统点火控制策略的算法有加速度峰值法、速度变化量法、比功率法和移动窗式积分法等，它们都是以加速度信号及其他环境因素如安全带开关信号等为输入，在满足5in-30ms准则的前提下通过等效预测和阀值比较等计算最佳点火时刻，最终输出点火信号。各种点火算法的特点如上表所示。

从表中可以看出，移动窗式积分法和比功率法对目标点火时刻的识别效果较好。采用合理有效的算法，会减少误点火发生的可能性，减轻对乘员造成的伤害。