一种应用于汽车碰撞测试的安全气囊点爆器的制作方法

本实用新型涉及测试仪技术领域，更具体的说，是涉及一种应用于汽车碰撞测试的安全气囊点爆器。

背景技术：

在被动安全测试中，安全气囊是最主要保护乘客安全的设备，安全气囊的准时点爆和展开，是保护乘客的最佳手段。

目前对于安全气囊的点爆要求主要来自国外的法规要求，uscar28提出气囊点爆的供电电流要求在1.2a以上，时间长度在2ms以上，保证气囊在2ms内能够完全展开。同时，国内法规gb/t19949.2-2005道路车辆安全气囊部件要求中也引用了相应规则。

目前对于该测试要求，国内尚欠缺针对的相应设备。国外进口的针对上述测试要求的主要产品有奇石乐的kitimer，具备多通道恒流点爆安全气囊；iessf3401静态点爆器恒流点爆安全气囊以及messing的8通道点爆器。这些国外设备虽然满足法规的点爆要求，但是在实际应用中，存在诸多局限性：这些设备不仅价格昂贵，而且内部结构过于复杂，导致操作繁琐。而且对于当前日益安全的车仓环境，用于被动安全的车辆气囊越来越多，普通的4-8通道点爆设备也显得相形见绌。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种应用于汽车碰撞测试的安全气囊点爆器

本实用新型通过以下技术方案实现上述目的：

本实用新型包括多个测试通道以及与测试通道连接的处理器单元。每个测试通道包括电流测量模块、电压测量模块、电阻测量模块，电容充放电模块和切换开关和点爆开关。

所述的电阻测量模块用于获取测试前安全气囊的电阻。

所述的电压测量模块和电流测量模块用于获取触发前后安全气囊的电压和电流。

所述的电容充放电模块用于提供足够点爆气囊的能量。

所述的切换开关用于切换电阻测量模块和电压测量模块。

所述的点爆开关用于点爆安全气囊。

进一步说，所述的电流测量模块采用电流放大器max4172，通过电流放大器引脚1和引脚2之间的采样电阻将电流信号转换为电压信号传输给模数转换器adc。

进一步说，所述的电阻测量模块包括5v电源、pmos管和电阻r10，其中5v电源通过pmos管和电阻r10与安全气囊连接，通过检测安全气囊两端电压以及线路电流得到安全气囊的电阻。

进一步说，所述的电压测量模块包括顺次相接的电阻r11、电阻r12和nmos管，其中电阻r11的一端连接电容充放电模块中的电容，用于获取电容在点爆时的电容放电电压，通过电阻r12的分压来获取所测电压。

进一步说，所述的电阻r11的一端还连接至电阻r10与安全气囊之间的线路上。

进一步说，所述电容充放电模块包括电容c1、电阻r7、nmos管1和pmos管2；电容c1、电阻r7构成充放电回路，nmos管1和pmos管2用于控制电容c1充电或者放电。

进一步说，所述的电容c1≥1600uf，电阻r7=100ω。

进一步说，所述电容c1正极电压通过电阻r5、r6分压后输入至运算放大器，所述的运算放大器用于判断电容c1的充放电状态。

进一步说，所述的点爆开关的一端连接电容c1正极，另一端连接安全气囊。

本实用新型的有益效果：本实用新型使用结构简单的电容充放电方式准时点爆安全气囊，并记录气囊数据；支持12通道同步点爆和记录；可同时应用于静态和动态（碰撞）测试。

附图说明

图1为本实用新型原理图；

图2为本实用新型电流采集原理图；

图3为本实用新型电压采集原理图；

图4为本实用新型电容充放电原理图；

图5为本实用新型电容放电原理图；

图6为本实用新型延时点爆图；

图7为本实用新型工作流程图。

具体实施方式

本实用新型针对汽车碰撞测试中安全气囊的点爆及记录要求，设计一种应用于汽车碰撞测试的安全气囊点爆器。其测试要求，根据uscar28提出的要求，安全气囊点爆的供电电流在1.2a以上，时间长度在2ms以上；同时，gb/t19949.2-2005道路车辆安全气囊部件要求也对前述进行了引用。

本实用新型实现在汽车碰撞测试中对安全气囊的准时点爆，并且记录点爆曲线（包括电压和电流）。该设备内置电池，支持数据记录及ethernet通讯功能，同时拥有总线触发输入，可以在触发（碰撞）后延时点爆安全气囊，同时记录点爆前后电流和电压，数据采样率高达50khz，数据时长5s。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型包括12个测试通道以及与测试通道连接的处理器单元。每个测试通道包括电流测量模块、电压测量模块、电阻测量模块，电容充放电模块、切换开关和点爆开关。

所述的电阻测量模块用于获取测试前安全气囊的电阻。

所述的电压测量模块和电流测量模块用于获取触发前后安全气囊的电压和电流。

所述的电容充放电模块用于提供足够点爆气囊的能量。

所述的切换开关用于切换电阻测量模块和电压测量模块。

所述的点爆开关用于点爆安全气囊。

本实用新型在测试前测量电阻，在触发前后测量电流及电压。电阻和电压通过切换开关切换测量，在触发前后测量的电流和电压通过采集adc传给mcu。

如图2所示，所述的电流测量模块采用电流放大器max4172，通过电流放大器引脚1和引脚2之间的采样电阻将电流信号转换为电压信号传输给模数转换器adc。

如图3所示，所述的电阻测量模块包括5v电源、pmos管3和电阻r10，其中5v电源通过pmos管和电阻r10与安全气囊连接，通过检测安全气囊两端电压以及线路电流得到安全气囊的电阻。

所述的电压测量模块包括顺次相接的电阻r11、电阻r12和nmos管4，其中电阻r11的一端连接电容充放电模块中的电容，用于获取电容在点爆时的电容放电电压，通过电阻r12的分压来获取所测电压。

所述的电阻r11的一端还连接至电阻r10与安全气囊之间的线路上。

pmos管3和nmos管4组成所述的切换开关。

电阻测量时，连通pmos管3和断开nmos管4，此时点爆电容输入悬空，无输入，电流环路为5v到pmos管3到电阻r10再到气囊，电阻r11、r12分压无效，电阻r12以下部分无效，电阻r11等效为导线连通电压数据点和气囊电压检测点，此时通过检测气囊两端电压再除以线路电流可得到气囊电阻。线路电流为5v除以电阻r10和气囊电阻r的和，气囊电阻r约2欧姆，可忽略。

电压测量时，断开pmos管3，连通nmos管4，此时电阻r10以上电路无效，点爆电容输入在点爆时为电容放电电压，通过电阻r11和r12分压得到，求得气囊点爆时电压。

电阻和电压切换检测的好处有两个：1.在检测电阻时，只能用小电流（5v/1k的5ma电流检测，确保气囊过流安全，不能太大，否则会被点爆）。在检测电压时，点爆电容输入在点爆时连通。2.检测电阻相比于检测电压时的电压信号要小的多，检测电阻时电压数据在10mv左右，而检测电压在20v。巨大的检测差距选择切换测量可以有效缩小电压数据的采集范围，减小ad采集的压力，保证其精度。

如图4、图5和图6所示，所述电容充放电模块包括电容c1、电阻r7、nmos管1和pmos管2；电容c1充电时，nmos管1和pmos管2均断开，电容c1充电完成。放电分为两部分，在点爆过程中，触发后，通过mcu延时一定时间后，mcu使能点爆开关，pmos管2闭合，此时电容c1开始放电，放电到一定时间（2ms左右），气囊爆炸，气囊可认为是一个2欧姆电阻，爆炸后，这个2欧姆电阻断路，此时放电因为断路被迫停止，mcu通过电流为0判断出气囊已经爆炸，此时关闭点爆开关，闭合nmos管1继续放电直到电容c1放电完成，保证设备无电，安全关机。

电容c1充放点状态分别通过两个运算放大器反馈给mcu的io口，判断充放电完成情况。在被动安全测试中，选用c1≥1600uf，r7=100ω，气囊电阻在2ω左右；这种情况下，充放电时间为毫秒级。测试前有足够的准备时间充满电，但是在碰撞过程中要求精准放电（提供精准时间的电流点爆）。放电时间为：t=rc*ln[（v1-0v）/(vt-0v)]。其中r、c为对应电阻电容，v1为电容充满电的电压v_cap，vt为放电对应时间的电压。

运算放大模块输入信号来自电容c1正极电压，通过电阻r5、r6分压得到，这两个电阻比例需要使得c1电容正极的电压分压后能被运放识别。

运算放大器u1a的电阻r1、r2用于分压形成比较电压，与c1电压比较判断放电完成程度，运算放大器u1b的电阻r3、r4用于分压形成比较电压，与c1电压比较判断充电完成程度。

比如充电电容c1电压v_cap为20v，c1充电过程中v_cap充电到18v以上视为充电完成，放电到2v以下视为放电完成（通过放电io放电）。如果电阻r5、r6分压后的电压比为1/5，那么运算放大器u1a的3脚和运算放大器u1b的6脚将接收18/5=3.6v和2/5=0.4v的电压，电阻r3、r4可以分压为2.5v，如果3.6>2.5视为充电完成，充电完成信号为高电平，给mcu，反之为低电平。

当mcu接收到触发信号后，根据事先设定的延迟时间，在触发后的规定时间延时点爆，点爆的方式通过使能点爆开关，连通pmos管2。

本实用新型通过485总线触发给mcu信号，总线采用lemo2b316型号兼容被动安全测试其他被触发设备，形成级联。触发模块保证精准接收触发信号。进一步保证mcu延时准确。

本实用新型通过ups供电而且无开关，具体开机和供电流程为：当外部有电源供应时(dc_in)，锂电池不供电，外部电源供电，此时：点爆器开机；关机条件为在测试结束后，清空flash，拔掉外部电源。

本实用新型还带有flash用于存储测试数据，包括电流和电压，eeprom保存系统设置参数，可通过lan连接软件设置系统参数，并且测试步骤。

本实用新型的工作过程如图7所示：

1.使用专用总线连接设备jbus的a口或者b口，该连线可直接连接设备lan口，使用软件设置设备参数，包括：需要的点爆通道，每个通道的延时时间，同时测定电阻值，完成后，点击arm可完成点爆电容的充电，等待触发信号以开始测试。

2.对于数据，在点击arm后，点爆器会以50khz的速度记录电压电流，数据循环记录，因为还没有触发，所以只记录50ms，等待触发信号后，把触发前记录的50ms也保存下来。触发后，电压电流数据记录5s。

3.触发后，开始根据延时时间延时规定时间，之后电容放电点爆。因为电容选用1600uf以上电容，气囊电阻为2ω左右，电容充电电压在20v以上，所以根据电容放电曲线，在电容放电到50%时，时间t=rc*ln[（v1-0v）/(vt-0v)]，可保证大于2ms。

上述实施例只是本实用新型的其中一种实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。