基于移动窗比功率算法的主动安全头枕控制系统研究

发布时间：2017-09-16 18:42

  本文关键词：基于移动窗比功率算法的主动安全头枕控制系统研究

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【摘要】：汽车追尾碰撞的发生率不仅很高而且致残率高达53.5%,碰撞造成的颈部挥鞭损伤在使患者承受巨大痛苦的同时,也给社会带来了巨大的经济损失。为了增强汽车在追尾碰撞中对乘员的保护效果,2015版C-NCAP相比于2012版C-NCAP对鞭打试验的评分标准要求更为严格。然而既能保障安全性又能兼顾侧面视野的主动安全头枕多集中在中高档汽车上,普通汽车由于价格因素目前难以推广,为了让主动安全头枕能够在普通汽车上得以推广,本文设计开发了一种结构简单、性能可靠、成本低廉、可重复使用的碰撞响应式主动安全头枕。本文头枕机械系统采用电磁铁锁止和触发,弹簧驱动的工作方式,头枕使用轻触开关来检测乘员头部是否倚靠在头枕上,当乘员头部倚靠在头枕上时,轻触开关闭合,控制系统通过检测与轻触开关相连的I/O接口电位为低电平,从而确认乘员头部已经得到头枕的有效支撑,这样即使在发生追尾碰撞的情况下,头枕也不会弹开。通过对比现有的基于加速度检测碰撞事故的算法,提出了移动窗比功率算法,并对算法进行了验证,同时确定了算法的窗宽和阈值,使得头枕控制算法兼具反应快速与抗干扰性强的特点。为验证头枕弹出位移对乘员颈部保护效果,使用Taurus车型里驾驶员处座椅以及Bio RIDⅡ假人模型来模拟C-NCAP鞭打试验,假人坐姿以及头枕位置设置为国际挥鞭伤防护组认定的合格线位置,在这一位置上进行头枕展开和未展开仿真分析,结果表明,头枕弹出假人NIC值减少了55.79%,按照2015版C-NCAP鞭打试验评分标准,头枕展开相比未展开得分增加了112.59%。头枕控制系统硬件以16位的Freescale MC9S12G48芯片为核心搭建,所有元器件均为车规级。针对该硬件系统以及移动窗比功率算法设计了头枕控制系统一整套模块化的C语言软件程序代码。为验证头枕机械系统和控制系统的有效性,本文开展了头枕机械系统展开响应试验、冲击力测试试验、头枕防误触发试验、头枕控制准确性试验以及台车碰撞试验,试验结果表明头枕机械系统可在24ms内向前展开41mm,向上展开44mm,头枕最大冲击力为100.36N,头枕可有效防止误触发,头枕控制系统控制误差在1ms以内,在15.65km/h的台车模拟追尾碰撞试验中,头枕控制系统可在15ms内发出触发信号,整个头枕系统从碰撞开始时刻,到完全展开,用时49ms。
【关键词】：鞭打试验 主动安全头枕 防误触发 移动窗比功率算法 试验研究
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 主动安全头枕研究背景和意义10-12
• 1.2 主动安全头枕国内外研究现状12-17
• 1.3 颈部损伤症状和颈部损伤评价准则17-20
• 1.3.1 追尾碰撞颈部运动过程17-18
• 1.3.2 颈部损伤的临床症状18-19
• 1.3.3 颈部损伤评价准则19-20
• 1.4 汽车座椅头枕相关法规20-22
• 1.4.1 座椅相关法规20
• 1.4.2 头枕相关法规20-21
• 1.4.3 鞭打试验规程21-22
• 1.5 本文主要研究内容22-24
• 第2章 头枕机械系统设计和移动窗比功率算法研究24-36
• 2.1 C-NCAP鞭打试验评分标准24-25
• 2.2 头枕机械系统设计25-31
• 2.2.1 机构设计25-26
• 2.2.2 弹出位移设计26-28
• 2.2.3 防误触发设计28-31
• 2.3 移动窗比功率算法研究31-35
• 2.3.1 追尾碰撞加速度信号特征研究31-32
• 2.3.2 移动窗比功率算法的提出32-33
• 2.3.3 移动窗比功率算法的验证33-34
• 2.3.4 移动窗比功率算法窗宽及阈值的确定34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 主动安全头枕控制系统硬件设计36-46
• 3.1 MC9S12G48的硬件最小系统电路36-39
• 3.1.1 电源电路设计37-38
• 3.1.2 复位电路38
• 3.1.3 晶振电路38
• 3.1.4 BDM接口电路38-39
• 3.2 加速度传感器电路39-40
• 3.3 电流驱动电路40-41
• 3.4 CAN通讯电路41-42
• 3.5 主动安全头枕硬件系统PCB板设计42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 头枕控制系统软件程序开发46-54
• 4.1 软件系统总体介绍46-47
• 4.2 软件系统各主要模块介绍47-53
• 4.2.1 锁相环升频函数47-48
• 4.2.2 主函数48
• 4.2.3 A/D转换函数48-49
• 4.2.4 输出比较定时函数49-51
• 4.2.5 移动窗比功率计算函数51
• 4.2.6 阈值判断和防误触发函数51-52
• 4.2.7 软件系统时间控制精确性检测52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 主动安全头枕试验研究54-61
• 5.1 引言54
• 5.2 头枕机械系统展开响应试验54
• 5.3 冲击力测试试验54-55
• 5.4 头枕防误触发试验55-56
• 5.5 头枕控制准确性试验56-58
• 5.6 头枕台车试验58-60
• 5.7 本章小结60-61
• 总结和展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67

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