曹 晶， 白 麗

（一汽奔騰轎車有限公司奔騰開(kāi)發(fā)院， 吉林 長(zhǎng)春 130012）

1 零件概述及工作原理

1.1 零件概述

乘員占位傳感器(以下簡(jiǎn)稱SBR） 由感應(yīng)區(qū)域、線束及連接裝置組成，安裝在座椅內(nèi)部，用于檢測(cè)乘員側(cè)座椅上的乘員占位情況。零件示意如圖1所示。

圖1 零件示意圖

SBR會(huì)將是否有乘員占位信息發(fā)送至ECU1，ECU1綜合安全帶鎖扣狀態(tài)和乘員占位信息，判斷是否需要進(jìn)行安全帶未系提示。ECU2根據(jù)ECU1的判定結(jié)果，予以符號(hào)提示、聲音警示，提醒乘員佩戴安全帶。功能示意框圖如圖2所示。

圖2 功能示意框圖

1.2 工作原理

感應(yīng)區(qū)域結(jié)構(gòu)示意如圖3所示，原理示意如圖4所示。

SBR的感應(yīng)區(qū)域是一個(gè)層壓式的感應(yīng)膜片，由上、下層薄片及中間的粘結(jié)層構(gòu)成，導(dǎo)電線路和傳感單元印刷在上下層薄片上。

圖3 感應(yīng)區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 原理示意圖

當(dāng)座椅表面有載荷時(shí)，傳感單元受到壓力后被激活。感應(yīng)區(qū)域內(nèi)所有被激活的傳感單元將形成一個(gè)電路回路，整個(gè)回路的阻值大小與施加在座椅上的載荷大小相對(duì)應(yīng)。通過(guò)回路阻值與SBR激活狀態(tài)、未激活狀態(tài)的阻值閾值進(jìn)行比較即可實(shí)現(xiàn)乘員占位信息的判定。

2 功能設(shè)計(jì)

2.1 功能定義

1） 預(yù)載功能：當(dāng)座椅空載時(shí)，由于裝配結(jié)構(gòu)的原因，座椅泡棉被座椅面罩包覆，會(huì)對(duì)裝配在座椅泡棉上的SBR產(chǎn)生一定的壓力預(yù)載。SBR需要對(duì)這個(gè)壓力預(yù)載有一定的抵抗能力，防止座椅空載時(shí)SBR被激活，產(chǎn)生乘員占位的誤報(bào)。

2） 探測(cè)性功能：SBR需能夠準(zhǔn)確地探測(cè)乘員座椅占位情況、發(fā)出乘員占位的探測(cè)信號(hào)。

3） 非探測(cè)性功能：當(dāng)座椅上有一定負(fù)載的情況下，SBR需具有相應(yīng)的抵抗負(fù)載能力，不應(yīng)被激活、發(fā)出乘員占位的探測(cè)信號(hào)。

2.2 功能要求

1） 預(yù)載功能：①測(cè)試溫度：低溫-30℃±2℃、常溫23℃±2℃、高溫65℃±2℃；②測(cè)試樣本：空載的座椅總成；③功能要求：座椅在空載的情況下，SBR不能被激活。

2） 探測(cè)性功能：①測(cè)試溫度：低溫-30℃±2℃、常溫23℃±2℃、高溫65℃±2℃；②測(cè)試樣本：40kg假臀、48kg假臀、AF05（48kg）真人、AM50（65kg）真人、AM95（85kg）真人；③測(cè)試坐姿：見(jiàn)圖5；④功能要求：要求SBR能夠準(zhǔn)確地探測(cè)到≥第5百分位成年女性乘客的乘員占位。

若假臀的測(cè)試結(jié)果處于臨界狀態(tài)，則以真人的測(cè)試結(jié)果作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。探測(cè)性功能測(cè)試示意如圖6所示。

3） 非探測(cè)性功能：①測(cè)試溫度：低溫-30℃±2℃、常溫23℃±2℃、高溫65℃±2℃；②測(cè)試樣本：膝跪球 （直徑100mm/3kg）、硅膠板（150*300mm/5kg）；③功能要求：SBR不應(yīng)被激活、發(fā)出乘員占位探測(cè)信號(hào)。非探測(cè)性功能測(cè)試示意如圖7所示。

圖5 乘員坐姿

圖6 探測(cè)性功能測(cè)試示意圖

圖7 非探測(cè)性功能測(cè)試示意圖

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)輸入

設(shè)計(jì)輸入包含座椅A面造型數(shù)據(jù)、座椅發(fā)泡數(shù)據(jù)、座椅的面套材質(zhì)（織布/皮質(zhì)/其他）、加熱墊布置位置數(shù)據(jù)。需依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行SBR的硬件選型、布置方案確認(rèn)。

3.2 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

1） 工作電壓：0～19V。

2） 工作電流：0～20mA。

3） SBR激活時(shí)阻值：0～330Ω。

4） SBR未激活時(shí)阻值：540～∞Ω。

5） 工作溫度范圍：-30～65℃。

6） 存儲(chǔ)溫度范圍：-30～65℃。

3.3 硬件設(shè)計(jì)

SBR的感應(yīng)區(qū)域由若干傳感單元組成。當(dāng)座椅表面有載荷時(shí)，傳感單元受到壓力后被激活。感應(yīng)區(qū)域內(nèi)所有被激活的傳感單元將形成一個(gè)電路回路，整個(gè)回路的阻值大小與施加在座椅上的載荷大小相對(duì)應(yīng)。通過(guò)回路阻值與SBR激活狀態(tài)、未激活狀態(tài)的阻值閾值進(jìn)行比較即可實(shí)現(xiàn)乘員占位信息的判定。

傳感單元之間可以設(shè)計(jì)為并聯(lián)或者串聯(lián)+并聯(lián)的方式連接，需結(jié)合SBR選型(單指形/雙指形）、CAE分析及試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行最優(yōu)方案的選擇。

在滿足性能要求的前提下，出于成本優(yōu)化考慮，可優(yōu)先選用單指形SBR。

并聯(lián)式單指形SBR等效硬件電路如圖8所示，串聯(lián)+并聯(lián)式雙指形SBR等效硬件電路如圖9所示。

圖8 并聯(lián)式單指形SBR等效硬件電路

圖9 串聯(lián)+并聯(lián)式雙指形SBR等效硬件電路

3.4 布置要求

根據(jù)座椅造型數(shù)據(jù)進(jìn)行SBR布置時(shí)，需滿足如下要求。

1） 以座椅H點(diǎn)為中心進(jìn)行SBR布置，需定位在人坐在座椅上時(shí)的最大壓力處。

2） SBR與座椅泡沫溝槽處的間隙至少為30mm，同時(shí)需要考慮SBR在座椅上裝配時(shí)的安裝公差為±5mm。

3） SBR的傳感區(qū)域處不能有加熱墊的粘膠、裸露的加熱墊電阻絲。

4） 感應(yīng)區(qū)域與線束間的連接裝置，盡量置于座椅靠背下方，避免影響座椅的舒適性。

3.5 傳感器靈敏度標(biāo)定

靈敏度是SBR開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)非常重要的部分，也是難點(diǎn)部分。只有靈敏度設(shè)計(jì)的合理，才能保證SBR正常工作：不出現(xiàn)乘員占位誤報(bào)及乘員占位探測(cè)失效。

SBR的感應(yīng)區(qū)域是一個(gè)層壓式的感應(yīng)膜片，由上、下層薄片及中間的粘結(jié)層構(gòu)成，導(dǎo)電線路和傳感單元印刷在上下層薄片上。傳感單元的尺寸大小是影響傳感器靈敏度的重要參數(shù),標(biāo)稱設(shè)計(jì)值通常為φ12.0～φ13.0mm。設(shè)計(jì)完成后，需按照功能試驗(yàn)要求進(jìn)行預(yù)載、探測(cè)性、非探測(cè)性功能測(cè)試，驗(yàn)證靈敏度設(shè)計(jì)的合理性。傳感單元示意如圖10所示。

圖10 傳感單元示意圖

4 試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1） 安裝有傳感器的座椅 （包括座椅骨架、泡沫、是否配置座椅加熱、面套和所有與試驗(yàn)相關(guān)的座椅附件），進(jìn)行假人和真人試驗(yàn)時(shí)，必須安裝座椅靠背。

2） 對(duì)于假人和真人試驗(yàn)時(shí)，座椅的位置（靠背角度，座椅A面的高度和角度） ,必須保證與在車身上的安裝狀態(tài)一致。

3） 傳感器的電阻測(cè)量工具：萬(wàn)用表或數(shù)字電橋。

4.2 試驗(yàn)流程

為保證SBR在不同使用環(huán)境下的工作可靠性、耐久性，將試驗(yàn)分A、B兩組進(jìn)行。試驗(yàn)流程圖如圖11所示。

圖11 試驗(yàn)流程圖

1） A組：進(jìn)行溫濕度循環(huán)試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、乘員移入-移出試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康氖悄M測(cè)試SBR在整車使用過(guò)程中的耐久性能。

2） B組：進(jìn)行膝壓模擬試驗(yàn)、功能試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康氖悄M測(cè)試SBR的機(jī)械使用性能及與座椅裝配后的粘貼可靠性。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果判定

由于膜片式SBR傳感器的技術(shù)原因，試驗(yàn)過(guò)程中所測(cè)得的電阻值是無(wú)法準(zhǔn)確再現(xiàn)（總變差R&R＞10%），所以試驗(yàn)結(jié)果用PASS（通過(guò)）/FAIL（失?。┍硎?。

5 總結(jié)

乘員占位傳感器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于以下幾點(diǎn)。

1） 零件布置。通常SBR基于座椅H點(diǎn)為中心進(jìn)行布置。由于座椅表面造型縫合線會(huì)對(duì)SBR產(chǎn)生預(yù)載影響，同時(shí)有座椅加熱裝備時(shí)，還要避免SBR傳感區(qū)域與加熱絲的位置重合，增加了SBR零件選型及布置的難度。

2） 與座椅匹配后SBR靈敏度的標(biāo)定。若靈敏度設(shè)定的過(guò)高，容易出現(xiàn)座椅空載時(shí)誤報(bào)占位信息；若靈敏度設(shè)定過(guò)低，可能會(huì)出現(xiàn)座椅有乘員占位時(shí)SBR未識(shí)別出來(lái)的失效情況。需通過(guò)功能試驗(yàn)驗(yàn)證及耐久測(cè)試來(lái)保證靈敏度設(shè)計(jì)的合理性。

在傳感器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)設(shè)計(jì)初期，座椅數(shù)據(jù)凍結(jié)后進(jìn)行SBR布置數(shù)據(jù)評(píng)審；通過(guò)DV及PV階段的試驗(yàn)，驗(yàn)證SBR靈敏度標(biāo)定的合理性。確保開(kāi)發(fā)出來(lái)的傳感器工作穩(wěn)定、可靠、耐久。