汽车安全气囊控制系统以及调试方法研究514.docx

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1 1 1 1 1 2 2 2第2章安全气囊系统的调试方法研究 3 3 3 3 3 3 、 4第3章安全气囊控制系统的设计 5 5 5 6 6 6第4章实验结果与分析 7结论 8欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!参考文献 9致谢 10第1章绪论研究背景及意义选题背景汽车的安全技术有两大类:有主动安全技术和被动安全技术。主动安全技术就是在汽车的设计以及制造过程中,对汽车的内部和外部结构进行有效设计,运用先进的技术和配置,用主动预防法来降低汽车的安全事故发生率,提高汽车安全性能。[1]被动安全技术则相反,它是由于车辆驾驶不当而导致的交通事故后,通过内部保护系统,对车上的所有人员还有车附近的行人进行保护,使人员受伤程度降到最低直至零伤害。安全气囊控制系统在很多汽车上的都有被动安保装置,如果驾驶中发生意外车祸,这个体系可以保护驾驶员安全,还有车上其他人员和车身间的再次碰撞受伤。到现在为止,前排安全气囊在世界范新型生产汽车均有配备。[2]早期的汽车安全气囊一般有两个,车身前端的方向盘有一个,副驾驶座位前的平台下端也有一个,能保证后排乘车人以外人免于伤害。现如今,除低端车型以外很多车,安全气囊体系在传统两排气囊的基础上,不但增加了在前排座位靠里面的气囊,还创新的增加了车窗旁的气帘,还有专门保护头膝部的系统。安全气囊数量和它的体系搭配的传感器成正比,同步增加。在某些高级车上,加速度传感器数目己达6个,而且可能会不断增加。[3]安全气囊数量的增加会使其系统的反应速度变慢,加速传感器数量的增加指令试验变得不够灵活,从而使安全气囊体系测试过程变得低效。安全气囊体系的性能良好与否关系到乘车人员的人身安全。为使它在多种多样的碰撞状况发生同时,都可以有效地保卫乘车人员,经常需要大量的进行车辆碰撞的试验,显然做碰撞试验必定消耗极大的人力、资源和金钱,由此可见,快速并高质量地调试控制安全气囊的系统需要付出极大的努力。[4]研究意义开始构思安全气囊操纵体系时,肯定要进行很多次实验,判定安全气囊体系功能质量是否合格,然后再决定是否要改良气囊的内部程序。现在,我们有很多方法调整测试安全气囊的体系。例如:静态起爆方法、计算机仿真方法、台车碰撞方法和实车碰撞法。第一种办法车辆撞击后,加速度是未知且无规则的,所以做不到欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!完全还原车辆撞击的图像。用计算机做的仿真实验能够基本还原车辆互相撞击的过程中乘员和气囊体系之间的相互作用,加上MATLAB软件参与,我们也能判断汽车气囊能不能真的起作用以及效果好不好。但是它只能判定程序的准确性,不能知道体系中其他设计和内部构思是否准确。台车碰撞法没有这些问题,加速度相应还原也做的很好,但是台车碰撞的试验非常贵,要很多成员参与并费时长,算法进步见效慢。实体车辆撞击法的结果最真实。[5]但是这个方法也是所有方法中最贵的。所以设计一种不贵且迷你的加速信号模拟器来还原加速度曲线是非常必要的。[6]在台车实验时,高速摄像头可以对气囊着火的时间灵敏的感知。由于一般用的是真的安全气囊,这样的话,爆破时噪音响,动作也大。破坏性不小,因为是一次性制品,还特别费钱。所以设计一种经济、环境友好、保障安全的安全气囊模拟设置是非常迫切而且很必要的,这可以完全替代安全气囊,而且也能检测点火脉冲。[7]我们希望在我们的研究下,能够解决一部分安全气囊体系研发中的难题。为了达到在这个目的,我们将更深层次探讨安全气囊体系测试方法和气囊操纵,然后想出一种以内外部件的近似还原技术为基础的安全气囊操纵体系测试法。安全气体系调试方法研究的现状安全气囊的原型是安全气垫,安全气垫的设计者是美国的。1952年时他发明了一种能够减少急刹车或车辆碰撞等事故危害的机械装置,此装置被称为“安全气囊”。气囊可以安装到汽车的三个位置,分别是驾驶座的方向盘中、仪表板的上部以及前排座椅后面的靠背中,通过压缩空气使气囊膨胀。质量块与弹簧互相连接,作用是感应汽车发生碰撞,并且在发生碰撞时减缓速度,原理是在质量块发生位移时,压缩器的阀门将打开,将空气压缩并释放到容器外面,将气囊充气。[8]起初,安全气囊是安全装置的一部分,作用是使飞机能够平稳的着陆。二十世纪六十年代开始有民众使用安全气囊,而且还对它加以改进。二十世纪末,安全气囊使用规则在美国被提出。目的就是为了安全气囊技术发展的更好,让更多人去研究它。再过了十年,美国福特、通用,日本丰田,以及一些其他国的汽车公司,例如德国的奔驰公司、美国TRW公司、ICT研究院、瑞典AUTOLIV公司等都想尽一切方法去研发安全气囊技术,安全气囊的技术由于他们的不懈努力逐渐的向更好的方向去前进。计算机仿真方法欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!计算机仿真方法以有限元为小单位,1970s初第一个安全气囊电脑模型问世。椭型是最初的安全气囊雏形,立体的平面的都有,而在相同的时期模型的乘车人是硬质的仿真模型。模型人受到作用力是按凹痕高度算出来的。而且与此同时非线性的有限元技术和计算机软件硬件技术迅速的发展,计算机仿真技术以有限元法为基础,这个技术正逐步规模化,商业化,帮助分析结构工程里面各种问题,越来越强大。现如今,有限元方法也应用于其他方面,例如:现代力学、热力学和流体力学等。[9]实车碰撞方法实车的碰撞实验具体操作是用汽车与之前固定好的障碍物相碰撞,作用是可以判定气囊体系功能好坏。但是实车的碰撞试验是不可重复的、一次性的,它综合运用多种学科技术,分别包括机械运动学技术、计算机技术、电子以及光学等,实验耗资昂贵,而且即使微小事故也会发生巨额损失。因而,要做好实体车撞击试验,必须准备好精密仪器设备,还需要经验丰富技术娴熟的实验员,还有极度认真的试验准备。实体车碰撞试验可以综合的对车辆的安全性能进行评估,优点是由于是实体碰撞所以此实验最有说服力,缺点是由于实验的不可重复性该实验耗资巨大。[10]本文章节安排本文的章节安排如下:第1章,绪论。对于论文的选题背景和研究安全气囊的的意义和作用以及安全气囊在国内和国外的发展现状和前景进行详细的介绍。第2章,关于调试气囊系统研究。在掌握了安全气囊的碰撞的检测方法和如何控制气囊的方法之后更深入的去探究调制安全气囊系统的方法。提出一种软硬件调试气囊系统的方法。并且将气囊控制系统的各种调试方法进行总结。然后又通过对系统结构的分析设计通信协议。并且对其中很重要的三个部分进行设计,分别包括Pc机操作软件、气囊模拟器和加速度信号模拟器等。第3章,对于安全气囊控制系统的设计。根据设计轿车安全气囊控制系统时所出现的问题,经改良后,设计出了一款新的安全气囊控制系统,并且分别从五个方面介绍该系统的设计方法,该五个方面包含系统总框架、硬件的选型、设计电路、上下位机软件设计。第4章,对实验结果的描述及分析。首先呢将安全气囊控制系统进行独立测试通过后再进行联机实验最后进行台车试验。然后将测试结果进行描述和分析。验证了本篇论文提出的调试方法是有效的。最后在欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!结尾高度的概括全文所描述的工作,并且分析当下,提出当下的不足,然后展望未来,提出下一步该完成的目标。第2章安全气囊系统的调试方法研究碰撞检测以及气囊控制方法研究碰撞检测方法的研究碰撞传感器可以对车辆碰撞进行检测,常用的碰撞传感器大体型号有两种分别为机电式和电子加速度式。这两种传感器都能检测,而后者只有这个功能,前者不只是检测,还能点火,制造方式大都落后,导致它被几乎淘汰。电子式加速度传感器功能专一,微控器负责点火,因此机器比较灵活,可以随意搭配算法,且后者技术改进降低制作成本,使用频率范围大大增加。加速度传感器功能是计算加速度,至今为止大部分的加速度传感器制造技术都为微电机械系统。采用MEMS技术的优点是成本低、体积小、可靠性强 。气囊控制方法的研究电点火器是一种开始发射装置,在安全气囊气体发生器和预紧式安全带气体发生器中,在驾驶员的乘员辅助约束系统中有应用。当收到电控单元的点火脉冲时,点火器便立即以最快的速度将下级的引药点燃。点燃后充气剂会立马感应到然后释放出一种使安全气囊膨胀的气体并且在短时间内将安全带拉紧使乘员所受到的伤害大大减少。近年来,外国一直在研究电点火器内外部结构。普遍特点都是要容易大批量的自动化生产,然后在保证产品质量一致的基础上降低成本。其中数刚性电发火头式和玻璃烧结电极塞式电打火器最为典型。国外在研究电点火器上重点是高安全、高可靠性和环保。安全气囊系统的调试方案测试安全气囊的操控系统,原理是将实车碰撞的实时加速度通过模拟法输入到安全气囊体系中,并检测安全气囊体系输出点火脉冲的时候。通过实验数据上的和现实生活中真实的点火时刻对气囊的控制系统的性能进行评估并且提高它算法的精密度。所以,能实现对加速度信号的模拟并且成功检测气囊点火脉冲是安全气囊调试平台设计的关键。安全气囊模拟方法欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!台车试验里,常常将安全气囊安装在台车上,利用高速摄像头的灵敏感应并记下气囊的着火时间。由于一般用的是真的安全气囊,这样的话,爆破时噪音响,动作也大。破坏性不小,因为是一次性制品,还特别费钱。所以能够设计一种经济、环境友好、安全能够得到保障的安全气囊模拟装置很迫切,而且设计的出来的安全气囊模拟装置一定得完完全全替代真实的安全气囊,并且能够对点火脉冲进行检测。点火器作用还有将真实的安全气囊引爆,根据前面所介绍的USCAR标准,,持续时间少于2ms。用内部的高内阻导体丝红热点燃点火器,所以可以用大功率电阻代替真实点火器,通过定时器MCU,可记录开始着火时间从而记录通电时长,点火大小电流的判断由光电祸合器完成,通过它隔绝点火脉冲对于MCU系统干扰。加速度传感器自检的模拟车内加速度传感器一般都可以自我检查,可以方便的操控系统并随时了解传感器的损坏情况。一旦发现传感器故障,仪表盘表面警报灯会立即亮起来提醒驾驶员。自检是由微控器将自检命令传播到传感器,然后回复响应加速度。自检的过程中,STATUS为保持高电平。所以,在设计调试平台时还需要参照传感器的厂商的规则,基本还原传感器的自我检查。对安全气囊控制系统以及调试方法的分析确定好气囊的调试控制系统的整体方案后,便出现了该调试控制系统的主要结构。该结构分为三个部分,分别是加速度信号模拟器、气囊模拟器和PC机操作软件。具体如图1图1安全气囊控制系统以及调试方法的分析第3章对于安全气囊控制系统的设计安全气囊控制系统的整体设计欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档,希望本文档能对您有所帮助!针对轿车安全气囊控制系统的设计所出现的问题,提出了一种新的气囊控制系统的结构,该结构的总体框架见下图:图2安全气囊控制系统系统中存在的加速传感器有六个,有两个主控板上安装了,还有四个装在车辆左右两侧还有这两边的偏前方的位置,主控板用电缆把他们连起来。主控MCU将六个加速传感器的加速度的信号集中,然后八条电路里的安全气囊的点火线路开启。常规电源为主控MCU、点火驱动还有加速度传感器供给电能;一旦发生事故,电源就若被切断,备用电源就会启动,保证即使在断电时传感器和MCU也能在六秒内正常爆破安全气囊。传感器和安全气囊的自我检查可通过自我检查提醒模块做到,若有故障发生并被检测到,方向盘旁的盘上有关的故障报警灯就会发光,这样可以提醒驾驶员去处理问题。系统的实时数据通过MCU向CAN的总线传播,上位机软件对CAN的总线进行监测,可以在同一时间得到系统的所有量并且在电脑上记录、在软件界面显示。若想这个过程成功实现则需要随时监控系统各种状态安全气囊控制系统的硬件设计安全气囊的控制系统的硬件类型有传感器芯片、点火驱动芯片、主控MCU芯片。(1)传感器芯片选型不同的加速传感器的效率,功能等都有差异。安全气囊体系要求高实时性,这要求加速传感器对信号应答决策快捷。相对于不停振动的来说能够选择立刻静止的传感器能够将器件的反应时间缩短。通常一个低通滤波(约400Hz)就完全可以将加速度传感器信号中存在的高频噪声抵消,这样在撞击产生到时候MCU的安全气囊操纵程序可以判定车祸是否发生。对于大多数用户来说比较方便的是现在感应器的芯片上都有相关的电路。除了这个以外,如果加速传感器的自我检查功能够好的话,传感器就是有了问题也能立刻被驾驶员发现。(2)点火式驱动芯片的选型