CN101367368B - 一种基于压力与速度的碰撞感应方法 - Google Patents

Abstract

一种基于压力与速度的碰撞感应方法，属于汽车安全技术领域。该方法包括碰撞发生的判断；碰撞类型的判断；气囊点火时间的判断。本发明利用位于保险杠泡沫塑料内的三个传感器感应碰撞过程中空气压强的变化，在短时间内准确地区分不同的碰撞类型，并通过计算压强的微商，并结合位于乘员舱内的加速度传感器积分得到的速度，针对不同的碰撞工况能准确点爆二级安全气囊。本发明在前碰撞方法中引入压力信号作为安全气囊方法的参数；利用压力信号在短时间内判断碰撞发生并区分不同碰撞类型；利用压力微商和速度变化量在短时间内做出是否需要点爆安全气囊的判断。本发明能够大大缩短气囊点火时间的判断。在汽车领域具有较强应用。

Description

一种基于压力与速度的碰撞感应方法

技术领域

本发明涉及一种基于压力与速度变化的碰撞感应方法，属于汽车安全技术领域。

技术背景

正面碰撞是车辆交通事故中最常见的形态。安全气囊作为在碰撞过程中保护乘员的辅助安全设备，在我国已经逐渐成为新车的标准安全配件之一。碰撞感应系统是安全气囊系统中的最核心的部分。加速度计在正面碰撞和侧面碰撞感应中常用的碰撞感应方式。而在侧面碰撞感应中，主要是基于车门气腔内压力变化的碰撞感应方式。

当车辆发生正面碰撞时，车辆受到冲击的次序一般是：保险杠，前纵梁，发动机，防火墙，A柱等。在保险杠前面一般会有一层吸能块，厚度在70mm-140mm左右。用于保险杠吸能块的一般是泡沫塑料，一种多孔轻质结构材料，具有相对密度低，比模量和比强度高等优点，如膨胀聚丙烯(EPP)、聚氨酯(PU)和聚苯乙烯(PS)等。

保险杠吸能块的主要作用是汽车在低速碰撞时，吸收碰撞能量，减小对保险杠和前纵梁的冲击，并且在碰撞后能恢复原状，从而减少维修费用。而在高速碰撞中，泡沫塑料会被迅速压实。从碰撞发生到泡沫塑料被压实，时间最多为十几个毫秒，这段时间内车辆速度变化很小，一般很难用速度来判断碰撞的发生。但这段时间对于碰撞感应设计来说是非常关键的时间，如果能够较早地判断碰撞的发生，就能提前启动主动或者被动乘员安全保护措施。

发明内容

本发明提出了基于一种前碰撞感应装置的安全气囊点爆方法，该方法能够在短时间内区分不同的前碰撞类型，并且判断碰撞的强度。

这种应用于车辆的前碰撞感应装置是由三个位于保险杠泡沫塑料中的空气腔和一个位于乘员舱内的加速度传感器作为碰撞感应装置，在碰撞发生时，通过本发明的方法能够结合压力变化和速度变化信号判断碰撞类型和强度，并做出正确的点火时间判断。

一种基于压力与速度的碰撞感应方法，该方法应用于车辆的前碰撞感应装置，该前碰撞感应装置包括数据处理模块、中央处理单元、加速度传感器以及左中右三个气压传感器；三个气压传感器位于保险杠泡沫塑料内；加速度传感器、气压传感器、数据处理模块、中央处理单元依次电气相连；该方法运用于中央处理单元中，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)碰撞发生的判断：当中央处理单元判断三个气压传感器所传送三个压力腔的压强值有一个大于阈值Th_p1时，中央处理单元设置中央处理单元的时间零点，并设置中央处理单元的计数器N＝0，进行碰撞类型判断；

(2)碰撞类型的判断：

(2.1)当中央处理单元判断有两个以上气腔压力值大于阈值Th_p1时，中央处理单元采用正面全宽碰撞类型的点火阈值与速度窗宽，即阈值Th_dp2＝0.045，阈值Th_Vt1＝2km/h，阈值Th_Vt2＝2.5km/h及速度窗宽为8ms；

(2.2)当中央处理单元判断仅中间气腔压力值P_m大于阈值Th_p1时，中央处理单元采用中间柱撞类型的点火阈值与速度窗宽，即阈值Th_dp2＝0.05，阈值Th_Vt1＝7km/h，阈值Th_Vt2＝8km/h及速度窗宽为30ms；；

(2.3)当中央处理单元判断仅左侧或右侧气腔压力值大于阈值Th_p1时，当其中最大压强的微商Max_dp＞Th_dp1时，中央处理单元采用偏置可变形壁的点火阈值与速度窗宽，即阈值Th_dp2＝0.04，阈值Th_Vt1＝4km/h，阈值Th_Vt2＝5km/h及速度窗宽为30ms；当中央处理单元判断最大压强的微商Max_dp不大于Th_dp1则中央处理单元采用角碰撞类型的点火阈值与速度窗宽，即阈值Th_dp2＝0.007，阈值Th_Vt1＝3.8km/h，阈值Th_Vt2＝8km/h及速度窗宽为30ms；；

(3)气囊点火时间的判断：

(3.1)当中央处理单元判断压强微商dp不大于阈值Th_dp2时，中央处理单元进入下个时刻，并且中央处理单元判断时间t是否大于总时间阈值Th_t，若大于等于，则重新进入碰撞发生的判断(1)；当时间t＜总时间阈值Th_t时，在中央处理单元中计算这个时刻的压力微商dp和速度变化Vt；

(3.2)当中央处理单元判断压强微商dp＞阈值Th_dp2时，进行中央处理单元的计数器N的判断，计数器N的判断是为了提高抗干扰能力，当计数器N＞阈值Th_N1时，便进入速度变化的判断，反之则中央处理单元中的计数器N＝N+1，进入下个时刻的判断；

(3.3)当满足计数器N大于阈值Th_N1时，中央处理单元判断速度变化值Vt＞Th安全气囊一级点火阈值Vt1，否则，则进入下个时刻，判断时间阈值，并计算此时刻的速度变化值Vt；

(3.4)当速度变化值Vt＞安全气囊一级点火阈值Th_Vt1时，如果同时速度变化值Vt＞安全气囊二级点火阈值Th_Vt2，则两级气囊同时点爆，如果不满足速度变化值Vt＞安全气囊二级点火阈值Th_Vt2，则仅点爆一级气囊；

(3.5)点爆一级气囊之后，进入下个时刻，计算速度变化值Vt，中央处理单元判断速度变化之Vt＞安全气囊二级点火阈值Th_Vt2，若满足则点爆二级气囊，若不满足，则进入下个时刻，直到满足点爆条件或是时间超过阈值。

本发明利用位于保险杠泡沫塑料内的三个空气腔感应碰撞过程中空气压强的变化，在短时间内准确地区分不同的碰撞类型，并通过计算压强的微商，并结合位于乘员舱内的加速度传感器积分得到的速度，针对不同的碰撞工况能准确点爆二级安全气囊。

本发明与现有其他技术相比，具有以下优点和特点：1、在前碰撞方法中引入压力信号作为安全气囊方法的参数。2、利用压力信号在短时间内判断碰撞发生并区分不同碰撞类型。3、利用压力微商和速度变化量在短时间内做出是否需要点爆安全气囊的判断。本发明在汽车领域具有较强应用。

附图说明

图1是本发明涉及的装置在车辆上的位置示意图。其中，1-车辆；2-保险杠泡沫；3、4、5-气压传感器；6-加速度计；7-数据处理模块8-中央处理单元。

图2是一个基于压力与速度变化的二级安全气囊点火系统的方框图。

图3是一个基于压力与速度变化的二级安全气囊点火方法流程图。

图4是碰撞类型判断方法流程图。

图5通过压力和速度变化信号进行标定得到一阈值示意图。

图6通过压力和速度变化信号进行标定得到另一阈值示意图。

图7通过压力和速度变化信号进行标定得到另一阈值示意图。

图8通过压力和速度变化信号进行标定得到另一阈值示意图。

具体实施方案

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

图1是本发明涉及的装置在车辆上的位置示意图。本发明装置由安置于泡沫塑料空气腔内的压力传感器3、4、5，安置于乘员舱地板上的加速度计6，碰撞处理模块7，中央处理单元8组成。车辆上有4个碰撞传感器，3个压力感应装置位于保险杠泡沫塑料内，1个加速度计安置于车辆的乘员舱内地板上。3个压力感应装置输出压力腔内的气体压强信号，当碰撞发生时，由于压力腔的压缩，气体压力会有明显的上升，并且由于该装置安置于车辆的最前端，所以在碰撞初始阶段就有很强的信号。位于乘员舱地板上的加速度计在碰撞中感应车辆的减速度，由于本方法的开发是基于有限元模拟计算，在模拟计算中不能得到准确的能用于碰撞感应的减速度信号，但是通过积分，能够得到准确的速度变化信号。所以在本方法中采用压力信号和速度信号作为安全气囊点火算法中的变量。

在本发明中，压力信号和加速度信号都首先被传输到数据处理模块。数据处理模块将信号进行预处理，数据处理模块的功能包括将信号进行模-数转换，滤波。数据处理模块将已经滤波后的信号传输到中央控制器。在中央控制器中将信号进行一系列的运算和判断，即触发安全气囊点火算法。方法包含了碰撞发生的判断，碰撞类型和强度的区分及安全气囊点火时间的判断。在中央控制器中，加速度信号首先被积分成速度信号，而三个压强信号中最大的压强会同时被微分得到一个的压强微商信号。中央控制器中触发安全气囊点火的方法主要利用压力信号、压力微商值和速度值。一旦点火算法判断认为达到安全气囊点爆的阈值时，中央控制器则向安全气囊单元发送点火信号。该安全气囊模块是存在两级点爆系统，通过中央控制器的判断做出点爆选择。

图2是这个基于压力与速度变化的二级安全气囊点火系统的方框图。通过三个压力值通道和一个加速度信号通道进入7数据处理模块，数据处理模块将信号进行模-数转换，滤波，并将已经滤波后的信号传输到中央控制器，中央控制器进行气囊点火方法判断控制气囊的点爆，气囊系统将分为两级点火系统。

图3是一个基于压力与速度变化的二级安全气囊点火方法流程图，包括了碰撞的发生判断、碰撞类型判断和气囊点火时间判断三个部分：

(1)碰撞发生的判断：在其他方法中一般采用加速度值，而在本文中由于压力传感器放置在最前端也就是最早感应碰撞发生的部分，所以采用此压强信号来判断碰撞的发生，并且区分碰撞类型，其阈值为Th_p1。三个压力腔中只要有一个超过阈值，方法就认为有碰撞发生，然后设置方法的时间零点t＝0，同时进行碰撞类型的判断。

(2)如图4所示，图4是碰撞类型判断方法流程图，碰撞类型的判断也是基于压力感应腔的压力信号。当有两个以上气腔的压强值超过阈值Th_p1时，就认为是正面全宽碰撞，并在点火方法中采用正面全宽碰撞下的阈值。当仅有一个中间气腔压强值超过阈值Th_p1时，就采用中间柱撞的点火阈值。其他情况下，也就是仅有左边或者右边气腔压强值超过阈值Th_p1时，再将最大的压强信号微分，得到压强微商值Max_dp，若压强微商值dp大于阈值Th_dp1时，就采用碰撞类型为偏置可变形壁的点火阈值，反之，则采用角碰撞类型的点火阈值。这里取Th_p1＝0.11MPa，Th_dp1＝0.05。

(3)在通过判断碰撞类型后，进行气囊点火的判断。方法中采用压强微商值dp和利用窗函数计算得到的速度Vt作为判断是否点火气囊的主要参数。首先将最大的压强信号进行微商得到dp，然后与点火阈值Th_dp2进行比较，如果dp大于Th_dp2则再比较N是否大于阈值Th_N1，其中N为dp超过阈值Th_dp2的次数。取阈值Th_N1等于2，也就是当dp至少要大于阈值2次以上才认为其满足条件，如果没有满足上述条件，则程序将循环到下一个时刻，并且判断时间t有没有超过总体判断时间Th_t，如果超过总时间阈值Th_t，则直接结束点火判断，重新进行碰撞发生的判断。如果没有超过总时间阈值Th_t，则计算这个时刻的压强微分dp与速度变化量Vt，再次进入点火判断，值dp超过阈值或是时间超过Th_t。在dp有2次大于阈值情况下，程序将判断这个时刻的速度Vt有没有超过阈值Th_Vt1，如果超过阈值，那么气囊将点火，如果没有超过阈值，将进入下个时刻，计算那个时刻的速度变化Vt，然后重新判断。这里气囊将设计为双级点爆的气囊，所以有两个点火阈值Th_Vt1和Th_Vt2，当Vt只超过第一级气囊的点火阈值时，气囊将只作第一级点火；当Vt同时超过第二级点火阈值时，两级同时点火；如果在一级点火后一段时间内Vt又超过第二级的点火阈值，那么气囊将再做第二级点火。在方法中，一旦时间t超过总时间阈值Th_t时，程序复位，这里取Th_t＝60ms，时间步长为0.5ms。

而对于不同碰撞类型的点火阈值可见表1中。表1为方法中各个阈值取值表。表中的阈值是通过压力和速度变化信号进行标定得到的，可见图5，6，7，8。图5通过压力和速度变化信号进行标定得到一阈值示意图。图6通过压力和速度变化信号进行标定得到另一阈值示意图。图7通过压力和速度变化信号进行标定得到另一阈值示意图。图8通过压力和速度变化信号进行标定得到另一阈值示意图。表2是典型碰撞工况下方法点火时间与预计点火时间的比较。可见本方法的点火时间与预计的点火时间非常接近。并且表中也包含了压力感应装置的判断时间，可见压力感应装置能够大大缩短气囊点火时间的判断。

表1

碰撞类型	Th_dp2	Th_Vt1	Th_Vt2	速度窗宽
					全宽固壁碰撞	0.045	2km/h	2.5km/h	8ms
柱撞	0.05	7km/h	8km/h	30ms
					角碰撞	0.007	3.8km/h	4.8km/h	30ms
偏置可变形壁碰撞	0.04	4km/h	5km/h	30ms

表2

Claims (1)

1.一种基于压力与速度的碰撞感应方法，该方法应用于车辆的前碰撞感应装置，该前碰撞感应装置包括数据处理模块、中央处理单元、加速度传感器以及左中右三个气压传感器；三个气压传感器位于保险杠泡沫塑料内；加速度传感器、气压传感器、数据处理模块、中央处理单元依次电气相连；该方法运用于中央处理单元中，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)碰撞发生的判断：当中央处理单元判断三个气压传感器所传送三个压力腔的压强值有一个大于阈值Th_p1时，中央处理单元设置中央处理单元的时间零点，并设置中央处理单元的计数器N＝0，进行碰撞类型判断；所述阈值Th_p1＝0.11MPa；

(2)碰撞类型的判断：

(2.1)当中央处理单元判断有两个以上气腔压力值大于阈值Th_p1时，中央处理单元采用正面全宽碰撞类型的点火阈值与速度窗宽，即阈值Th_dp2＝0.045，阈值Th_Vt1＝2km/h，阈值Th_Vt2＝2.5km/h及速度窗宽为8ms；

(2.2)当中央处理单元判断仅中间气腔压力值P_m大于阈值Th_p1时，中央处理单元采用中间柱撞类型的点火阈值与速度窗宽，即阈值Th_dp2＝0.05，阈值Th_Vt1＝7km/h，阈值Th_Vt2＝8km/h及速度窗宽为30ms；

(2.3)当中央处理单元判断仅左侧或右侧气腔压力值大于阈值Th_p1时，当其中最大压强的微商Max_dp＞Th_dp1时，中央处理单元采用偏置可变形壁的点火阈值与速度窗宽，即阈值Th_dp2＝0.04，阈值Th_Vt1＝4km/h，阈值Th_Vt2＝5km/h及速度窗宽为30ms；当中央处理单元判断最大压强的微商Max_dp不大于Th_dp1则中央处理单元采用角碰撞类型的点火阈值与速度窗宽，即阈值Th_dp2＝0.007，阈值Th_Vt1＝3.8km/h，阈值Th_Vt2＝8km/h及速度窗宽为30ms；所述阈值Th_dp1＝0.05；

(3)气囊点火时间的判断：

(3.1)当中央处理单元判断压强微商dp不大于阈值Th_dp2时，中央处理单元进入下个时刻，并且中央处理单元判断时间t是否大于总时间阈值Th_t，若大于等于，则重新进入碰撞发生的判断(1)；当时间t＜总时间阈值Th_t时，在中央处理单元中计算这个时刻的压力微商dp和速度变化Vt；所述阈值Th_t＝60ms；

(3.2)当中央处理单元判断压强微商dp＞阈值Th_dp2时，进行中央处理单元的计数器N的判断，计数器N的判断是为了提高抗干扰能力，当计数器N＞阈值Th_N1时，便进入速度变化的判断，反之则中央处理单元中的计数器N＝N+1，进入下个时刻的判断；所述阈值Th_N1＝2；

(3.3)当满足计数器N大于阈值Th_N1时，中央处理单元判断速度变化值Vt＞Th_安全气囊一级点火阈值Vt1，否则，则进入下个时刻，判断时间阈值，并计算此时刻的速度变化值Vt；

(3.4)当速度变化值Vt＞安全气囊一级点火阈值Th_Vt1时，如果同时速度变化值Vt＞安全气囊二级点火阈值Th_Vt2，则两级气囊同时点爆，如果不满足速度变化值Vt＞安全气囊二级点火阈值Th_Vt2，则仅点爆一级气囊；

(3.5)点爆一级气囊之后，进入下个时刻，计算速度变化值Vt，中央处理单元判断速度变化之Vt＞安全气囊二级点火阈值Th_Vt2，若满足则点爆二级气囊，若不满足，则进入下个时刻，直到满足点爆条件或是时间超过阈值。

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