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 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 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.

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 AMPLIFICATORE DSP CONVERTITORE D/A CONVERTITORE A/D FILTRO CIRCUITO DI SELF-TEST INTERFACCIA SERIALE

Sensori 2. Roll-over Sistema che rileva un possibile ribaltamento dell’auto Costituito da: Valuta la rotazione attorno all’asse longitudinale Sensore di imbardata Due sensori di accelerazione 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 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) Un DSP per effettuare il confronto tra i dati dei sensori e quelli memorizzati ed attivare o meno l’apertura degli airbag Un accumulatore di riserva se non arriva energia dalla batteria permette di attivare entro 100ms i sistemi di sicurezza in di urto Un sistema di diagnostica Convertitori e filtri

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 Single sensing system (System failure)=(Non crush failure) OR (Simultaneous failure of all crush) Single sensing system (System failure)=(Accelerometer failure) OR (Simultaneous failure of all sensing algorithm) OR (Arming sensor failure) 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. 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.