国内汽车市场气囊起爆条件检测技术分析

1 引言

在交通事故中，最常见的碰撞形态就是正面碰撞。目前，汽车上基本都标配了驾驶位安全气囊和乘员位安全气囊，因此，在发生交通事故时，安全气囊为驾驶员和乘客提供了有力的保护，当安全气囊和安全带共同作用时，才能发挥最大的保护作用。但是，在实际的交通事故中，常常会出现安全气囊无法打开或者低速碰撞下安全气囊打开的情形，给消费者带来严重伤亡和巨大损失，从而造成消费者和车企之间产生纠纷。对交通事故中安全气囊是否具备起爆条件应该打开进行鉴定，对于明确事故责任，解决纠纷具有重要意义。

2 安全气囊概述

2.1 安全气囊组成

安全气囊系统各部分在汽车上的安装位置（见图1），主要由传感器、气体发生器、气囊和电控单元（ECU）等主要部件组成（见图1）。

2.2 安全气囊工作流程

当汽车受到前方一定角度内的高速碰撞时，车辆突然减速，左右纵梁前端的碰撞传感器和气囊电脑内的中央传感器会检测到强烈的加速度信号，迅速将次信号传送到气囊电脑内，这一过程仅在0.01秒之内，气囊电脑通过预先置入好的气囊点火算法，对此信号进行确认和计算，当加速度信号超过预先设定阈值时，气囊电脑会向气体发生器发送点火指令，点火指令接到信号后立即点火，这一过程一般只需0.05秒左右。气体发生器点爆之后，发生器内预装的固态氮粒会快速气化，形成大量的氮气，瞬间充满气袋，并形成巨大的向上的冲击力，冲开方向盘和仪表板手套箱上的盖板，迅速安全展开，为乘员和车体之间形成保护层。

图1 安全气囊部件位置示意图

2.3 安全气囊点火算法

2.3.1加速度峰值法

加速度峰值算法是安全气囊控制电脑（ECU）通过对加速度传感器收集的加速度信号进行判断，最终决定是否起爆安全气囊，此种算法中，会设置一个加速度值作为阈值，当加速度传感器采集的加速度信号超过次阈值后，气囊电脑会向执行器发出点火指令，起爆安全气囊。

加速度传感器一般安装在车辆左右纵梁的前端，中央气囊传感器一般集成在气囊电脑（ECU）内，气囊电脑一般安装在仪表台中间部位下方或者变速器档杆位置下方。车辆正面碰撞时，左右纵梁是碰撞变形区域主要受力部件，因此在左右纵梁上的传感位于车辆碰撞时的变形位置，碰撞产生的噪声会对加速度传感器收集信号造成很大的干扰；安装在气囊电脑内部的加速度传感器位于车辆中间，离变形区域较远，一般碰撞时不会对其造成干扰，受到噪声的影响也就比较小，但是由于远离变形区域，中间会有弹性部件造成信号衰退，因此采集到的信号比真实的碰撞信号有一定差异。所以会结合左右纵梁的加速度传感器一起使用，如果中央传感器信号精确，也可以单独使用[1]-[3]。所以，使用加速度峰值算法时，需要优化算法，能够对加速度信号进行比较好的滤波，最大限度减低干扰，目前，在国内汽车市场上的机械式安全气囊控制系统中应用较多。加速度峰值算法在以下方面进行了应用。

（1）“门限”作用：某些车辆安装的安全气囊系统中，设定安全气囊开始计算的方式是通过加速度信号是否超过门限值来判定碰撞是否发生。比如当加速度信号传感器采集的加速度值超过预先的阈值（如3g）时，认为此时车辆发生碰撞，此时，命令气囊电脑点火算法开始运算。

（2）碰撞速度较高时直接点爆气囊的作用：当车辆高速行驶过程中发生碰撞时，碰撞加速度传感器信号超过了预先设计的的高阈值时，气囊电脑会直接向气体发生器发出点火指令，从而省去了中间信号处理和运算过程，保证车辆发生高速碰撞时及时起爆安全气囊，保护乘员安全。

2.3.2加速度梯度法

加速度梯度算法的判定指标是根据加速度变化率来计算和判断的，将加速度值进行滤波后，然后将加速度值对时间求导数，将计算的结果与预先设计的阈值进行比较，从而判定气囊是否可以进行点火。

加速度梯度法对噪声滤波的要求更高，当汽车行驶路况比较恶劣或者车辆发生紧急刹车制动时，或者与阶梯发生低速碰撞时，车辆会产生一定的减速度，此时可能会导致加速度梯度值超过预先设计的阈值，导致气囊电脑发出点火指令。当发生这种情况时，由于车速较低，不但不能保护乘员，反而对乘员产生伤害。因此加速度梯度算法对滤波要求很高，从而也就要求气囊电脑计算时间更长，延长碰撞检测时间，也就导致气囊控制系统开发成本的增加。不过，正如加速度梯度法的创造者美国ASL实验室的Tony Gioutsos提出，加速度梯度参数能很好地预测碰撞的发生，并预测车内乘员的位置变化，与其他的点火算法相比，对于气囊点火时刻有着无法比拟的优越性[4]-[5]。因此，设计人员可以将加速度梯度算法与其它算法，如与移动窗算法结合使用，此算法抗干扰能力较强，综合运用两种算法的优势，从而弥补了加速度梯度法对于抗干扰能力差的缺点。

文章来源：《中国司法鉴定》 网址: http://www.zgsfjdzz.cn/qikandaodu/2021/0414/486.html