Embedded System:
l’airbag
Sistema di sicurezza passiva
costituito da:
• Sacco in kevlar a protezione del
passeggero;
• Capsula esplosiva con innesco;
• Sensori di rilevamento dell’impatto;
• Processore embedded di gestione del
sistema.
Sacco
• Il suo compito è quello di evitare il contatto fra la testa del
passeggero e il volante e assorbire la forza d’urto
I=F*∆T
Nel caso d’impatto si genera un impulso
di intensità I, l’airbag agisce aumentando il
tempo di contatto riducendo così la forza
agente sul passeggero.
• Il tempo di apertura è di circa 40ms e lo stesso tempo è
necessario per sgonfiare il pallone così da non ostacolare le
vie respiratorie del passeggero e permettergli una veloce
fuoriuscita dall’abitacolo
Innesco
• Sacco e sistema di innesco contenuti nel
volante e nel cruscotto
• Reazione a base di azoturo di sodio (tossico)
per generare azoto in forma gassosa (innocuo)
• Reazioni innescate dal calore prodotto dalla
corrente generata dai sensori circa 10ms dopo
l’urto
Sensori
•
1. Accelerometro
di tipo meccanico:
a magneti
•
a massa sospesa
di tipo elettronico: costituito da più
componenti può contenere anche
intelligenza locale
Sensori
Esempio di sensore con intelligenza locale
SENSORE
AMPLIFICATORE
DSP
CONVERTITORE A/D
CONVERTITORE D/A
FILTRO
CIRCUITO DI
SELF-TEST
INTERFACCIA
SERIALE
Sensori
•
•
2. Roll-over
Sistema che rileva un possibile
ribaltamento dell’auto
Costituito da:
1. Sensore di imbardata
1. Due sensori di accelerazione
Valuta la rotazione attorno
all’asse longitudinale
Misurano l’accelerazione
In direzione trasversale e
In altezza
Sensori
3. Di posizione
• Sensori-vite: misurano il peso del
passeggero tramite la corsa delle viti che fissano il
sedile al telaio dell’auto;
• Sensori capacitivi: misurando la
carica sugli elettrodi si possono
ricavare informazioni sulla
morfologia del passeggero;
• Sensori tridimensionali: un fascio di luce modulata
va ad illuminare il sedile e dalla differenza di fase tra
il segnale di partenza e quello riflesso si ricava la
distanza per poi valutare se è presente il
passeggero e il tipo.
Sistema di controllo
È costituito da:
 Una memoria
 Un DSP
RAM per registrare i dati provenienti
dai sensori
EEPROM contenente i dati per effettuare il
il confronto e in cui si memorizzano dati
relativi ad avvenuti incidenti(Recording Crash
Event Data)
per effettuare il confronto tra i dati dei sensori e quelli
memorizzati ed attivare o meno l’apertura degli airbag
 Un accumulatore di riserva
 Un sistema di diagnostica
 Convertitori e filtri
se non arriva energia dalla
batteria permette di attivare
entro 100ms i sistemi di
sicurezza in di urto
Esempio di algoritmo di controllo:
“Two stage fuzzy algorithm”
•
Distinzione tra:
urto lieve, non attivazione dell’airbag
urto a media velocità, attivazione entro 40-60ms
urto ad elevata velocità, attivazione entro 10-20ms
•
Ingressi dell’ISIC: _disp1: spostamento durante un predeterminato periodo;
_disp2: spostamento totale;
_njerk: numero di volte in cui il jerk supera una certa soglia dopo
che l’accelerazione ha superato la soglia;
_tw: tempo intercorso fra il superamento della soglia di accelerazione
e il primo superamento della soglia di jerk.
Prima fase(0-10ms): osservazione di disp1 per riconoscere subito incidenti
gravi e attivare l’airbag;
Seconda fase(10-40ms): valutazione attraverso tutti e quattro gli ingressi del
tipo di incidente tramite tabella associativa e
conseguente azione.
Affidabilità
Componenti:
conoscere l’incertezza dei
dati ottenuti dai sensori, la
sensibilità ai disturbi dei sistemi
di memorizzazione e la
probabilità di errore degli
algoritmi.
Scelta dell’architettura:
single sensing system
distributed sensing system
crush-zone sensor
non crush-zone sensor
Controllo con self-test dei componenti e del funzionamento del
sistema in generale, segnalando eventuali malfunzionamenti.
Numero di sensori
• Distributed sensing system
(System failure)=(Non crush failure) OR (Simultaneous failure of all crush)
Vulnerabilità del sistema legata
all’affidabilità del sensore nella non
crush-zone.
Utilizzo di più sensori in parallelo
per minimizzare l’errore dei sensori
nella crush-zone.
• Single sensing system
(System failure)=(Accelerometer failure) OR
(Simultaneous failure of all sensing algorithm) OR
(Arming sensor failure)
Usato per evitare
l’attivazione dei
sensori a causa di
interferenze EM.
Affidabilità del
sistema legata
all’utilizzo di più
algoritmi
indipendenti fra loro.
Collocazione dei sensori
Sensore posizionato nella
non crush-zone
Sensore posizionato nella
crush-zone
Per avere concordanza di risposte e attivazioni
simultanee i sensori della non crush-zone devono
essere più sensibili e più veloci rispetto agli altri.
Conclusioni
• L’airbag ha ridotto del 30% le morti per
incidenti stradali;
• Continui studi per adattare il sistema al
tipo di passeggero: Smart airbag con
palloni a doppio strato di apertura e
altri sensori per individuare più
precisamente la posizione dei
viaggiatori.