基于移动窗比功率的主动式头枕控制算法

发布时间：2019-12-02 22:46

【摘要】：为减小追尾碰撞中乘员损伤,开发了一款基于加速度信号控制的主动式头枕。针对其控制系统,提出了移动窗比功率算法。通过与移动窗积分算法和比功率算法进行运算数据对比,分析了其抗干扰性和触发及时性,并开展了头枕台架试验和后碰撞台车试验。结果表明,该算法抗干扰性更强,触发更及时,其触发时刻误差在1ms以内,能有效避免误触发;头枕可在碰撞发生后52ms内完全展开,控制系统可在15ms内发出触发信号。
【图文】：

头枕,结构图

提出一种移动窗比功率算法，，并对其抗干扰性、触发及时性进行了相关验证和比较。１头枕机械结构设计主动式头枕由固定件、弹出件、弹簧驱动机构、连杆机构、锁扣机构、电磁铁等组成，详细结构如图１所示。固定件安装在汽车椅背上，在车辆正常行驶时，头枕处于闭合状态；当头枕检测到追尾碰撞，而且碰撞强度达到控制系统触发阈值时，电磁铁则解除锁扣机构对头枕的锁止，头枕弹出件在弹簧驱动机构作用下，迅速展开，向上及向前移动，主动靠近乘员头部，以达到防止或者减轻乘（ａ）头枕闭合图（ｂ）头枕展开图图１头枕结构图Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｈｅａｄｒｅｓｔｒａｉｎｔ员颈部挥鞭损伤的效果。基于相对平均男性头部距离的几何测量，头枕的保护效果可分为优秀、满意、合格、较差四个等级［１３］，如图２所示。图２头枕评价图［１３］Ｆｉｇ．２Ｈｅａｄｒｅｓｔｒａｉｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓ［１３］本头枕设计的弹开距离为向前向上运动４０ｍｍ。若头枕初始位置是在可接受最低限度范围内，即间距小于１１０ｍｍ，高度大于１００ｍｍ，头枕弹出后，则可归于优秀这一范畴。２移动窗比功率控制算法研究主动式头枕要达到良好的保护效果，不仅需要合理的结构设计，而且需要能够准确控制触发的控制系统。在控制系统中，控制算法是核心要素，能否准确识别追尾碰撞并及时触发头枕使其弹开，是衡量其算法优劣的关键。２．１追尾碰撞加速度信号特征分析关于控制算法，本研究是基于追尾碰撞响应提出的。模拟追尾碰撞的Ｃ－ＮＣＡＰ鞭打试验加速度曲线如图３所示［１４］，欧洲Ｅｕｒｏ－ＮＣＡＰ的中强度波型以及美国ＩＩＨ

头枕,评价图

在车辆正常行驶时，头枕处于闭合状态；当头枕检测到追尾碰撞，而且碰撞强度达到控制系统触发阈值时，电磁铁则解除锁扣机构对头枕的锁止，头枕弹出件在弹簧驱动机构作用下，迅速展开，向上及向前移动，主动靠近乘员头部，以达到防止或者减轻乘（ａ）头枕闭合图（ｂ）头枕展开图图１头枕结构图Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｈｅａｄｒｅｓｔｒａｉｎｔ员颈部挥鞭损伤的效果。基于相对平均男性头部距离的几何测量，头枕的保护效果可分为优秀、满意、合格、较差四个等级［１３］，如图２所示。图２头枕评价图［１３］Ｆｉｇ．２Ｈｅａｄｒｅｓｔｒａｉｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓ［１３］本头枕设计的弹开距离为向前向上运动４０ｍｍ。若头枕初始位置是在可接受最低限度范围内，即间距小于１１０ｍｍ，高度大于１００ｍｍ，头枕弹出后，则可归于优秀这一范畴。２移动窗比功率控制算法研究主动式头枕要达到良好的保护效果，不仅需要合理的结构设计，而且需要能够准确控制触发的控制系统。在控制系统中，控制算法是核心要素，能否准确识别追尾碰撞并及时触发头枕使其弹开，是衡量其算法优劣的关键。２．１追尾碰撞加速度信号特征分析关于控制算法，本研究是基于追尾碰撞响应提出的。模拟追尾碰撞的Ｃ－ＮＣＡＰ鞭打试验加速度曲线如图３所示［１４］，欧洲Ｅｕｒｏ－ＮＣＡＰ的中强度波型以及美国ＩＩＨＳ的鞭打试验波形也均采用该曲线［１５］。根据加速度曲线可知，在汽车追尾碰撞发生后３０ｍｓ内，其加速度值快速上升，峰值可以达到１０ｇ，这与汽车正常行驶的各种工况有明显不同。由于正碰、侧碰等其他碰撞事故类型

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