CN103217975B - 安全气囊控制器算法验证试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全气囊控制器点火算法验证试验装置，可以在安全气囊控制器开发的早期取代台车实验对安全气囊控制器抗冲击强度及点火算法进行验证。该试验装置包括试验台架、摆锤冲击加速度机构、试验滑车组件、数据采集四个模块：试验台架包括试验主台架、滑车滑道、滑车缓冲装置，在试验中作为承受负荷的部件；摆锤冲击加速度机构包括手持式电磁铁、摆锤、摆杆微调装置、摆杆、摆角测量器，在试验中作为动力输出部件；试验滑车组件包括滑车、吸能筒固定座、吸能筒，在实验过程中充当模拟碰撞的汽车，安全气囊控制器样品的载体；数据采集模块包括加速度传感器和测速仪，在实验中采集实验数据。本发明具有结构简单、成本低廉、操作方便、效率高等优点。

Description

安全气囊控制器算法验证试验装置

技术领域

本发明主要涉及到安全气囊控制器开发中算法的验证试验领域，特指一种对新开发的汽车安全气囊控制器及算法进行快速验证的试验装置。

背景技术

汽车乘员约束系统是最重要的汽车被动安全装置之一，其可靠性关系到乘员在碰撞事故中的生命安全。当汽车发生碰撞时，首先是汽车与外界障碍物发生一次碰撞。然后，在惯性力的作用下，乘客会与汽车内饰件发生二次碰撞。安全气囊作为约束系统的重要组成部分，其作用是在汽车碰撞发生后形成一个气袋约束乘员向前移动，减小乘员与汽车内饰件发生碰撞的风险，从而减少事故中乘员所受的伤害。因此，安全气囊控制器的稳定性及其算法的鲁棒性对汽车安全而言显得极为重要。安全气囊系统主要包括气袋，气体发生器，控制器，及外围传感器，本试验装置主要涉及气囊控制器的开发试验。安全气囊控制器的开发需要进行大量的碰撞试验，来获取碰撞加速度曲线以对新研究的算法进行验证。目前，国内外各研究机构和企业在初期开发的时候使用台车试验来进行验证，这种台车试验的方法存在以下的缺点：（1）在安全气囊控制器开发的初期阶段，算法验证的精度要求并不是很高，台车试验设备复杂，建设费用高，因而使用台车试验费用高，不利于降低开发成本。（2）设备庞大，试验复杂，因而试验效率低下。虽然为降低开发成本，有研究机构开发了虚拟模拟器，用来生成碰撞加速度，但该方法只是对已有的加速度曲线添加不同的干扰信号来验证控制器，这种方法不利于验证控制器在不同碰撞加速度曲线下的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有试验装置存在的问题，本发明提供一种结构简单、成本低廉、操作方便、效率高的安全气囊控制器性能测试的试验装置。同时在试验过程中采用不同参数的吸能筒，可以模拟不同车型，不同车速下的碰撞加速度。在开发初期对安全气囊控制器点火算法进行快速验证，验证控制器的稳定性和新算法的鲁棒性。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：

发明了一种安全气囊控制器测试试验装置，其特征在于，试验装置主要包括试验台架、摆锤冲击加速机构、试验滑车组件和数据采集系统：试验台架包括试验主台架（30）、滑车滑道（12）、滑道缓冲装置（10）；摆锤冲击加速机构包括手持式电磁铁（29）、摆锤（1）、摆杆微调装置（2）、摆杆（7）、摆角测量器（3）；试验滑车组件包括滑车（13）、吸能筒固定座（20）、吸能筒（14）；数据采集系统包括加速度传感器（32），测速仪（33）。

试验主台架由地面固定板（15）、立柱（9）、水平板（4）、轴承座（5）、横轴(6)组成，主台架由地面固定板(15)通过螺栓固定在地面上，轴承座（5）通过螺栓与焊接在立柱（9）上的水平板(4)连接，横轴(6)与摆杆(7)通过焊接连接。立柱(9)承受摆锤运动时产生的力和力矩，滑车滑道（12）由两条“匸”形滑道构成，用于约束小车运动。在轨道的尽头，装有滑道缓冲装置（10），在缓冲装置的内侧可装橡胶垫，用于吸收碰撞后滑车（13）的动能，并防止碰撞后滑车（13）反弹对设备造成损失。

摆锤冲击加速度机构中摆锤（1）通过摆杆微调装置（2）与摆杆（7）相连，通过调节摆杆微调装置（2），调节摆锤（1）与滑车滑道（12）的相对位置，使摆锤（1）在最低位置时的中心线与滑道（12）的中心线重合,摆杆微调装置（2）由三部分组成，包括上锁止块（19），调节杆（18），下锁止块（17），调节杆（18）是一个设计有内螺纹的圆筒，两头的连接件上设计有旋向相反的螺纹，调节时松开上、下锁止块(19、17)，旋转调节杆（18）时两头连接件会靠拢或背离，从而调节摆杆（7）的长度，使摆锤中心线与滑道中心线重合，调整好以后拧紧上、下锁止块（19、17）防止松动。摆角测量器（3）是利用重力原理设计的，由刻度盘（39）和指针（38）组成，刻度盘（39）被固定在摆杆（7）上，指针（38）的下端被设计的比上端稍重一些，指针(38)可自由转动。当摆锤（1）在最低位置时，指针（38）的轴线与摆锤（1）平行，此时，指针（38）指示为零度，当摆锤（1）拉升时，刻度盘（39）随摆锤转动，指针（38）受重力作用保持垂直向下，此时指针（38）指示的值就是摆杆（7）的摆角。使用时，利用手持式电磁铁（29）拉升摆锤（1）到试验的角度，摆角测量器（3）可以实时测量摆锤(1)摆动的角度，然后释放摆锤(1)使摆锤自由下落冲击滑车(13)，安装在滑车凸台（22）上的加速度传感器（32）将采集小车的加速度，测速仪(33)采集滑车滑过的速度。

滑车组件中的滑车（13）尾部设计一个吸能筒固定座(20)，用来固定试验设定的吸能筒（14）。在滑车（13）的中央有一块凸台（22）用于安装传感器（32），试验时，气囊控制器（31）通过螺栓安装在滑车（13）后部，在固定座（20）的中央钻有一个20mm的孔，用于排放碰撞过程中吸能筒（14）中的空气。防止碰撞过程中压缩空气对试验结果造成影响。

测速仪（33）由信号发射端和信号接收端组成，当滑车（13）从测速仪（33）通过时，滑车凸台（22）会挡住发射端发出的信号，使接收端接收不到信号，通过测量凸台（22）滑过的时间测得滑车（13）滑过的车速。

附图说明

图1是本发明的总体结构三视图；

图2是本发明的摆杆微调装置的结构示意图；

图3是本发明的试验滑车结构示意图；

图4是本发明的滑车缓冲装置结构示意图；

图5是本发明的安全气囊控制器点火算法验证试验示意图；

图6是本发明的安全气囊控制器及传感器安装位置示意图；

图7是本发明的各种摆锤样式示意图；

图8是本发明的摆角测量器示意图；

图例说明

1、摆锤2、摆杆微调装置

3、摆角测量器                       4、水平板

5、横轴轴承座                       6、横轴

7、摆杆8、滑道底座

9、立柱10、滑道缓冲装置

11、滑道连接横板                    12、滑道

13、滑车14、吸能筒

15、地面固定板                      16、摆锤连接杆

17、下锁止块18、调节杆

19、上锁止块20、吸能筒固定座

21、车身22、滑车凸台

23、滑轮24、吸能筒固定座固定孔

25、排气孔26、缓冲装置固定孔

27、滑道连接孔                      28、缓冲橡胶固定孔

29、手持式电磁铁                    30、试验主台架

31、安全气囊控制器                  32、加速度传感器

33、测速仪34、球形摆锤

35、方形摆锤36、圆柱形摆锤

37、∞形摆锤38、指针

39、刻度盘

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

安全气囊控制器抗冲击强度试验及安全气囊控制器点火算法验证试验

1）安全气囊控制器抗冲击强度试验  在本具体实施方式中，将试验滑车（13）调整到滑道（12）最尾端，卸掉吸能筒固定座（22），将新开发的安全气囊控制器（31）通过螺栓固定在滑车（13）尾部，确定控制器（31）采集的加速度方向与碰撞的加速度方向一致，安装数据采集仪的传感器（32）于滑车凸台（22）上，用于采集滑车（13）的加速度，以便用于与控制器（31）采集的加速度信号进行对比分析。使用手持式电磁铁（29）拉升摆锤（1），调节摆锤（1）的角度，通过摆角测量器（3）观测摆锤（1）提升的角度，调整好以后释放摆锤（1），使摆锤（1）下落到最低点时冲击滑车（13）产生的加速度落在法规规定的区域内。试验后，处理采集的加速度信号，确定试验的加速度曲线是否符合国家法规的要求，检查控制器（31）外部结构是否有破损，若无破损则进行控制器（31）的工作性能检查，测试控制器（31）是否还能正常工作。

2）安全气囊控制器点火算法验证试验  在本具体实施方式中，将加速度传感器（32）安装在滑车凸台（22）上，测试试件安装在滑车（13）尾部，将按照有限元仿真得到的吸能筒参数加工的吸能筒（14）安装在滑车（13）尾部的吸能筒固定座（20）上，将滑车（13）推至滑道（12）的尾端，使用手持式电磁铁（29）将摆锤（1）拉升至需要的高度，然后释放摆锤（1），摆锤（1）自由下落冲击安装在滑车（13）尾部的吸能筒（14）使滑车（13）获得模拟碰撞的加速度，测速仪（33）采集滑车（13）滑动的速度。实验后，查看测速仪（33）采集的速度是否是预期模拟的速度，检查控制器（31）外部结构是否有损坏，分析采集的控制器（31）输出信号，确定控制器（31）是否按照预期要求发出点火信号以检验控制器（31）的点火算法。

Claims (8)

1.一种安全气囊控制器点火算法验证装置，它主要包括试验台架、摆锤冲击加速机构、试验滑车组件和数据采集系统：试验台架包括试验主台架(30)、滑车滑道(12)、滑道缓冲装置(10)；摆锤冲击加速机构包括摆锤(1)、摆杆(7)、手持式电磁铁(29)、摆杆微调装置(2)、摆角测量器(3)；试验滑车组件包括滑车(13)、吸能筒固定座(20)、吸能筒(14)；数据采集系统包括加速度传感器(32)，测速仪(33)；试验台架中的滑道(12)、滑道缓冲装置(10)组成约束系统，滑道(12)设计成“匸”形，滑轮(23)在滑道(12)内滚动，可以在滑车(13)受到冲击时约束滑车(13)滑动方向。

2.根据权利要求1所述的安全气囊控制器点火算法验证装置，其特征是摆锤(1)、摆杆(7)、摆杆微调装置(2)、摆角测量器(3)组成一个自由下落的冲击加速机构，摆锤(1)的质量根据设计时试验装置需要模拟的最高碰撞速度决定，摆锤(1)形状可以根据碰撞的需要设计成球形(34)、圆柱形(36)、方形(35)、∞形(37)。

3.根据权利要求1所述的安全气囊控制器点火算法验证装置，其特征是试验滑车组件由滑车(13)、吸能筒固定座(20)及吸能筒(14)组成，吸能筒(14)通过吸能筒固定座(20)与滑车(13)相连，吸能筒(14)位于摆锤(1)与滑车(13)之间，试验时，摆锤(1)直接冲击吸能筒(14)，利用吸能筒(14)压溃变形时作用力的变化，使滑车(13)获得模拟汽车碰撞的加速度信号。

4.根据权利要求1所述的安全气囊控制器点火算法验证装置，其特征是数据采集系统由加速度传感器(32)和测速仪(33)组成，加速度传感器(32)安装在滑车凸台(22)下端，试验时跟随滑车滑动并采集碰撞的加速度，测速仪(33)安装在滑道(12)中间位置，测量摆锤(1)与滑车(13)分离时刻的滑车速度，测速仪(33)由信号发射端和信号接收端组成，滑车(13)在滑道(12)上滑动时，滑车凸台(22)上端会遮挡发射端信号，根据滑车凸台(22)上端通过测速仪(33)的时间测得滑车(13)车速。

5.根据权利要求1所述的安全气囊控制器点火算法验证装置，其特征是，所述的滑道缓冲装置(10)与滑车(13)接触面设计为楔形，当滑车(13)与滑道缓冲装置(10)接触时，安装在楔形表面上的橡胶垫变形并将滑车(13)卡住，防止滑车(13)碰撞后反弹，从而避免滑车(13)与摆锤(1)出现二次碰撞。

6.根据权利要求2所述的安全气囊控制器点火算法验证装置，其特征是，所述摆锤(1)与摆杆(7)通过摆杆微调装置(2)连接，摆杆微调装置(2)设计有上锁止块(19)和下锁止块(17)，摆杆微调装置(2)连接的摆锤连接杆(16)和摆杆(7)设计有旋向相反的螺纹，当摆锤(1)的中心线与滑道(12)的中心线不重合时，松开锁止块，旋转调节杆(18)，使摆锤(1)的中心线与滑道(12)的中心线重合。

7.根据权利要求3所述的安全气囊控制器点火算法验证装置，其特征是，所述滑车(13)前端设计成30度的斜面，可以配合滑道缓冲装置(10)在碰撞时用橡胶片的变形卡住滑车(13)，避免滑车(13)反弹，滑车(13)的尾部设计有一个20mm的出气孔，可以快速排出碰撞过程中吸能筒中的压缩空气，从而避免空气对实验结果的影响。

8.根据权利要求3所述的安全气囊控制器点火算法验证装置，其特征是，与试验要求匹配的吸能筒(14)，其试验参数根据已经建立并通过验证的有限元模型进行仿真获得，其参数包括薄壁吸能筒的材料、厚度、长度、横截面形状以及诱导孔位置，不同的吸能筒材料具有不同的吸能效果，当模拟碰撞加速度时，根据加速度波形的特征，从已建立的吸能效果数据库中选择吸能筒所需要的材料，配合不同的厚度、长度、橫截面形状、诱导孔位置进行仿真，获得与目标车辆碰撞加速度曲线相似的参数作为匹配的吸能筒(14)的结构参数。