汽车安全气囊电子控制模块ECU设计研究

南京理工大学

硕士学位论文

汽车安全气囊电子控制模块ECU设计研究

姓名：杨林

申请学位级别：硕士

专业：电子与通信工程

指导教师：张重雄;施允琨

20070325

工程硕士学位论文

碰撞试验中，车身前端全部参与碰撞，这种情况下主要检验车内乘员，在巨大的冲击惯性力作用下，头部、胸部以及大腿受到的伤害。其最主要的目的就是利用安全带和安全气囊对碰撞事故中的驾驶员和乘员加以保护。因此，使用１００％重叠率刚性壁障碰撞试验主要评估乘员约束系统．

２）欧洲正面碰撞法规ＥＣＥＲ９４

欧洲经济委员会（ＥｃｏｎｏｍｉｃＣｏｍｉｓｓｉｏｎｆｏｒＥｕｒｏｐｅ）在１９９８年８月１２日开始生效欧洲正面碰撞乘员保护法规ＥＣＥＲ９４，适用于总质量小于等于２５００Ｋｇ的Ｍ１类车。其中，规定车辆正面碰撞试验碰撞速度为５６Ｋｍ／ｈ，碰撞形式为４０％偏置变形壁障碰撞，其壁障为蜂窝状铝合金变形壁障。

４０％偏置碰撞试验法规侧重于对安全车身的考核，在这种碰撞试验中，车辆前端只有一侧参与碰撞，并吸收能量。因此，这种碰撞试验中车身变形大，乘员室严重的侵入会造成车内乘员的伤害，和１００％重叠率刚性壁障碰撞试验对比，４０％偏置碰撞中车体冲击加速度峰值较小，由冲击刚性造成的乘员伤害较小，但是严重的乘员室侵入会造成乘员伤亡。通过安全车身的合理设计可以有效的控制乘员室入侵量。因此，与１００％重叠率刚性壁障碰撞试验相比较，４０％偏置变形壁障碰撞试验主要评价车身侵入对乘员造成的伤害。

３）中国正面碰撞法规ＣＭＶＤＲ２９４

中国正面碰撞法规于２０００年４月１日对新生产的Ｍｌ类车（总质量小于或者等于２５００Ｋｇ的车辆）实施，于２００２年７月１日，对所有Ｍｌ类车实施．

表１，３．２中国法规的试验方法和评价指标

ｌ法规号ＣＭＶＤＲ２９４

ｌ法规名关于正面碰撞零星保护的设计规则

｜适用范围Ｍ１类机动车

刚任表回壁障与设诫牛棚止回诬攫

｛碰撞形式

ｌ碰撞速度５０ｋｍ／ｈ

ｌ假人尺寸５０％成人男子ＨｙｂｒｉｄＩＩＩ型

ｌ假人位置驾驶员侧和前排乘员侧

；试验车质量空载质量＋假人

ｌ座椅位置保证Ｈ点调整正常驾驶位置

｜座椅靠背位置设计标准位置

；转向盘位置中间位置

工程硕士学位论文汽车安全气囊电子控锅模块ＥＣＵ设计研究

ｉ安全带佩带

ｉ可调节安全带

；设计标准位置

；固定点位置

ｌ门窗状态门窗关闭不锁

１．３．３侧面碰撞法规

１）概述

侧面碰撞法规针对汽车侧门强度提出要求，目的是检查车侧支柱、顶／底支柱连接和门连接等结构强度，以尽量降低侧面碰撞事故中伤害乘员的风险。法规试验内容主要是使用移动变形壁障ＭＤＢ（ＭｏｖｉｎｇＤｅｆｏｒｍａｂｌｅＢａｒｒｉｅｒ）以一定的速度，撞击车辆的侧面，在车被撞侧面前后座位上装有侧面碰撞假人，以测定伤害指数。

图１．３．３懊４面碰撞示意图

２）美国和欧洲的侧面碰撞法规比较

在２０世纪７０年代后期，美国、欧洲就开始从事侧面碰撞试验技术的研究。１９９０年１０月，美国在联邦法规Ｆ叭／ＳＳ２１４车门静强度试验方法中，追加了实车侧面碰撞试验方法的要求。１９９５年１０月。欧洲将侧面碰撞乘员保护正式纳入ＥＣＥ法规中，颁布了ＥＣＥＲ９５。日本在侧碰撞方面盼研究起步相对较晚，９０年代初开始，于１９９８年正式纳入日本保安基准。

欧、美侧面碰撞试验形式基本相似，都是用可变形移动壁障从侧面撞击处于静止状态的试验车。然而，他们在具体试验方法、侧面碰撞试验用假人以及评价指标等方面，存在差异。目前，为了实现侧面碰撞法规的统一，美国、欧洲、日本等国家和地区以及相应的国际组织如美国ＳＡＥ、国际研究协调组织（ＩＨＲＡ）、国际标准化组织ＩＳＯ等正在做大量的协调工作，研制开发新一代的世界侧面碰撞用假入（Ｗｏｒｌｄ－－ＳＩＤ），并将于２００４年正式启用统一的侧碰假人进行实车侧面碰撞试验。

中国推行侧面碰撞法规现状

我国城市道路的交叉路口以平面交叉为主，根据统计数据表明，１９９８年汽车侧

新车型气囊电子控制模块的硬件设计工程硕士学位论文

图２．１安全气囊装置系统结构图

在ＥＣＵ系统设计过程中，我主要考虑研究两个方面：１）产品的连接器２）产品的安全气囊，保险带接口参数的收集和研究。３）产品的电源输入接口。这三个方面信息的收集和设计直接影响到好的设计开始。

２．１．１产品的连接器

在进行产品ＥＣＵ的连接器选择时虚考虑到产品需要的接口管脚，并需考虑保留一些备用管脚来预防客户有突然的功能增加。

在与客户和汽车连接线供应商的共同协商后，选取了如下５０个管脚的连接器。（参见下图２．１．１）

图２．１．１连接器图

同时，需将各个管脚进行相应的功能定义，具体的功能定义参见下表：

表２．１．１连接器管脚定义

ＰＩＮ＃功能描述

Ｊｔ一１司机预警式保险带高端

Ｊ１—２司机预警式保险带低端

Ｊ１—３乘客预警式保险带高端

Ｊ卜４乘客预警式保险带低端

Ｊｔ一５点火电压

Ｊ１—６接地

Ｊ卜７故障警告灯

新车型气囊电子控翻模块的硬件设计工程磺士学位论文

图２．１．３电源输入线路图

其中ＣＲｌ设计为反方向电压保护，最大反电压保护为４０Ｖ；

ＣＲ２设计为瞬间高压钳位，使瞬间正向电压钳位于１８Ｖ；

２．２产品内部硬件设计【４】嘲

安全气囊电子控制模块ＥＣＵ是作为新车型电气安全辅助抑制系统ＳＲＳ（ＳｕｐｐｌｅｍｅｎｔＲｅｓｔｒａｉｎｔＳｙｓｔｅｍ）的电子模块来感知汽车在行驶过程中出现的撞击，根据汽车撞击的严重程度来判断是否爆破预警式保险带和安全气囊。并在撞击事件满足爆破的前提下执行相应的爆破。

在充分了解客户的产品要求后，所设计的安全气囊控制模块ＥｃＵ应具有如下主要功能：

１）感应撞击功能一安全气囊控制模块需要具有加速度感应器来实时感应汽车所受的加速度，来感应汽车受到外界的撞击的严重程度；

２）爆破能力一安全气囊控制模块在感应到外界碰撞，并且外界碰撞满足爆破要求时，需立即爆破安全气囊和收紧保险带，来实现保护司机和乘客的要求；

３）诊断能力一产品需实时诊断外接回路系统和产品内部电子元件工作可靠性，一旦发现任何错误代码，模块应触发汽车仪表盘的警告灯来提醒用户汽车安全辅助抑制系统ＳＲＳ有问题。（参见如下图），需到相应的售后站点维修；

图２．２．１气囊诊断失效提醒标志

４）事件数据记录功能一一旦发生撞击事件，安全气囊控制模块需记录撞击时相关信息（例如：保险带是否系带，汽车刹车位置，汽车转速）．此外安全气囊控制模块在诊断过程中发生的任何错误代码也需实时记录在ＥＥＰＲＯＭ里；所以此电子模块又称为汽车里的”黑匣子”；