CN103389728B - 一种安全气囊控制器测试仿真系统及其测试仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全气囊控制器测试仿真系统及其测试仿真方法，它由用户操作平台、汽车数据记录设备、处理主机、信号转换装置以及气囊控制器组成，经过读取并记录加速度记录文件、转换为加速度曲线及其辅助曲线并显示、修改曲线、处理主机将修改后的数据连同信号输出的各项参数传输到信号转换装置、信号转换装置将转换后的信号传输到气囊控制器之中、信号采集装置采集数据并对数据进行分析的步骤。本发明的有益效果是：提高了系统的测试精度，更加贴近实际，可以产生任意行车状况下的加速度曲线，降低了制造成本，缩短了测试周期短，提高了安全气囊控制器可靠性，减少了实车碰撞次数，降低了试验成本。

Description

一种安全气囊控制器测试仿真系统及其测试仿真方法

技术领域

本发明涉及一种安全气囊控制器测试仿真系统及其测试仿真方法，属于仪器测试技术领域。

背景技术

安全气囊控制器需要进行各种形式的测试以验证其碰撞检测算法和控制器硬件设计是否可靠。当前测试仿真系统主要有软件模拟测试、滑车试验、实车碰撞试验等，软件模拟是使用计算机软件模拟控制器的硬件构成以及控制器程序，观察该程序接收到不同加速度数据的反应，但是现有的测试仿真系统的精度不高，比如滑车试验通过机械传动使控制器接收到接近理想碰撞的加速度曲线，机械结构复杂，且不能产生复杂的加速度变化过程，实车碰撞试验需要使用汽车进行试验，试验成本很高，周期长，显然现有的测试仿真系统已经不能满足实际的使用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种安全气囊控制器测试仿真系统及其测试仿真方法，能提高系统的测试精度，缩短测试周期。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种安全气囊控制器测试仿真系统，它由用户操作平台、汽车数据记录设备、处理主机、信号转换装置以及气囊控制器组成，处理主机中设置有依次相连的文件处理模块、曲线修改模块以及通信模块，信号转换装置中设置有模拟信号输出模块和模拟信号采集模块，安全气囊控制器中设置有信号处理模块和安全气囊点火模块，其中，用户操作平台和汽车数据记录设备分别与文件处理模块的输入端相连，模拟信号输出模块有两个输入端，其中一个输入端与通信模块的输出端相连，另一个输入端与信号采集模块的输出端相连，信号采集模块的输入端与安全气囊点火模块的信号输出端相连，模拟信号输出模块的输出端与信号处理模块的信号输入端相连。

所述的安全气囊点火模块与汽车的点火芯片相连。

一种安全气囊控制器测试仿真方法，它包含以下步骤：

（1）、读取并记录加速度记录文件:处理主机读取汽车数据记录设备中记录的加速度文件并将其转换为字符数组，确定其文件头及数据的具体位置、分离时间数据及加速度数据，将加速度数据提取出，构建子字符数组，再将字符数组转换为浮点数数组；

（2）、转换为加速度曲线及其辅助曲线并显示:处理主机根据该数组中的数据变化生成原始的加速度曲线及其辅助曲线并显示；

（3）、修改曲线：用户通过用户操作平台对曲线进行修改来模拟复杂的汽车运行环境，处理主机根据数据变化生成原始的加速度曲线及其辅助曲线并显示，然后用户对修改后的曲线进行修正，使曲线符合加速度变化的实际趋势；

（4）、处理主机将修改后的数据连同信号输出的各项参数传输到信号转换装置；

（5）、信号转换装置将转换后的信号传输到气囊控制器之中直至所有输出信号能够符合安全气囊控制器正常运行的各项需求，使安全气囊控制器工作在正常状态；

（6）、信号采集装置采集数据并对数据进行分析，得出安全气囊控制器的运行状况，然后记录实验结果。

本发明的有益效果在于：（1）、提高了系统的测试精度，更加贴近实际，可以产生任意行车状况下的加速度曲线，与传统测试仿真方法只能产生几种较为理想化的碰撞加速度曲线相比具有质的提升；（2）、降低测试成本，本系统硬件成本不到两万元人民币，而每次实验几乎不需要增加任何费用，而传统实车碰撞系列试验的成本在百万元以上；（3）缩短了测试周期，能在几分钟内对安全气囊控制器进行测试仿真，而不需要很长的准备时间；（4）提高了安全气囊控制器可靠性，可以在短时间内对安全气囊控制器进行尽可能多的测试，涵盖了广泛的测试条件，极大提了高安全气囊控制器的可靠性；（5）减少了实车碰撞次数，降低了试验成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明处理数据文件流程示意图；

图3为本发明绘制曲线流程示意图；

图4为本发明修改曲线流程示意图；

图5为本发明输出/采集曲线流程示意图。

其中，1-用户操作平台，2-汽车数据记录设备，3-处理主机，4-信号转换装置，5-气囊控制器，31-数据文件处理模块，32-数据曲线修改模块，33-通信模块，41-模拟信号输出模块，42-模拟信号采集模块，51-信号处理模块，52-气囊点火模块。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1，一种安全气囊控制器测试仿真系统，它由用户操作平台1、汽车数据记录设备2、处理主机3、信号转换装置4以及气囊控制器5组成，处理主机3中设置有依次相连的文件处理模块31、曲线修改模块32以及通信模块33，信号转换装置4中设置有模拟信号输出模块41和模拟信号采集模块42，安全气囊控制器5中设置有信号处理模块51和安全气囊点火模块52，其中，用户操作平台1和汽车数据记录设备2分别与文件处理模块31的输入端相连，模拟信号输出模块41有两个输入端，其中一个输入端与通信模块33的输出端相连，另一个输入端与信号采集模块42的输出端相连，信号采集模块42的输入端与安全气囊点火模块52的信号输出端相连，模拟信号输出模块41的输出端与信号处理模块51的信号输入端相连。

所述的安全气囊点火模块52与汽车的点火芯片相连。

一种安全气囊控制器测试仿真方法，它包含以下步骤：

（1）、读取并记录加速度记录文件:处理主机3读取汽车数据记录设备2中记录的加速度文件并将其转换为字符数组，确定其文件头及数据的具体位置、分离时间数据及加速度数据，将加速度数据提取出，构建子字符数组，再将字符数组转换为浮点数数组，处理主机3能读取并转换多种类型的汽车碰撞加速度数据，并可以对数据进行任意方式修改，最终转换为安全气囊控制器（5）判断碰撞所需的信号；

（2）、转换为加速度曲线及其辅助曲线并显示:处理主机3根据该数组中的数据变化生成原始的加速度曲线及其辅助曲线并显示；

（3）、修改曲线：用户通过用户操作平台1对曲线进行修改来模拟复杂的汽车运行环境，处理主机3根据数据变化生成原始的加速度曲线及其辅助曲线并显示，然后用户对修改后的曲线进行修正，使曲线符合加速度变化的实际趋势；

（4）、处理主机3将修改后的数据连同信号输出的各项参数传输到信号转换装置4；

（5）、信号转换装置4将转换后的信号传输到气囊控制器5之中直至所有输出信号能够符合安全气囊控制器正常运行的各项需求，使安全气囊控制器工作在正常状态，信号转换设备4取代现有安全气囊控制器中加速度传感器，为安全气囊点火模块52点火判定提供数据；

（6）、信号采集装置51采集数据并对数据进行分析，得出安全气囊控制器的运行状况，然后记录实验结果。

汽车数据记录设备2记录的文件全部采用了“文件信息+时间轴+幅度”的方式记录数据，文件格式的不一致体现在文件信息部分长度，格式以及时间轴与幅度之间的分隔符号上，而时间轴与幅度全部采用了科学计数法表示，分隔符主要有逗号和分号。处理主机3可以自动分辨到文件信息长度，分离文件信息和时间轴与数据。再通过分辨时间轴与数据之间的分隔符，将分隔符两端分离开，可以分别使用字符到数据转换的方法转换为数据。

曲线修改模块32负责将数据数组按照预设的屏幕映射方式绘制一个新的坐标轴，并将加速度数组映射到该坐标轴内，绘制出加速度曲线及其辅助曲线（如各种开关信号），该坐标轴监控鼠标点击，拖动等操作，可以使用户自由拖动或精确修改曲线中某一点及其附近的值。再通过平滑函数使修改后的加速度数据符合要求。

数据输出模块接收以上步骤修改后的数据曲线，以及对应外部设备的设置信息（如输出采样频率，输出数据点数量，输出缓冲区大小等参数）经由USB总线传输到外部数字/模拟转换设备中。该设备按照预设的输出参数定时将数字信号转换为模拟信号，产生与数据修改模块最终修改后的加速度曲线及辅助曲线完全相同的曲线，传输到安全气囊控制器的主控模块之中。

处理主机3可以创建空白图形控件，该控件以左上角为(0,0)坐标，根据数组的长度确定X坐标轴的最大数值，分隔长度，分辨率等；再根据加速度转换成电压数值之后的幅值确定Y坐标轴的最大数值，分隔长度，分辨率等。由以上参数绘制新坐标轴，新坐标轴的原点在图形控件的垂直中心位置，水平位置在图形控件x=10的位置。再根据相同的映射规则将数组数据映射到新的坐标轴中，可以绘制曲线及相应的网格。

图形控件上鼠标点击之后会产生一个鼠标点击的事件，在事件处理函数中获取鼠标点击的位置相对于图形控件左上角原点的坐标，将该鼠标坐标以相同的映射方法映射到绘制的坐标中，得到鼠标坐标(x1,y1)。X1取整后与X1-1，X1+1共同作为数组下标，查询控件内绘制的曲线数组。若查询到某条曲线中的这三个数据中某一个的Y值与Y1相差很小如小于0.2则说明鼠标点击到曲线。在鼠标松开之前使被选中的数据点的Y值随鼠标的Y1值变化，并刷新图形控件可以达到鼠标拖动修改曲线的目的。在选中曲线之后用户也可以直接输入所需要的数值直接精确修改该点的数值。这两种方法可以达到任意修改曲线的目的。经过该方式修改后的数据有尖峰，需要对其进行后续处理，对曲线使用三次样条插值的方式可以使曲线平滑，符合加速度整体变化趋势。

具体而言，如图2，将文件形式的数据转换为数据数组，保存到计算机内存之中供后续程序处理的过程。首先将文件之中的科学计数法中的“，”转换为“.”，使其符合标准的科学计数法表现形式。再遍历整个文件，查找头信息结束标志及所属的数据类型、根据不同的数据形式，选择不同的处理方法，程序循环到文件结尾，将数据文件中的时间信息及加速度信息分离成两个独立的数组，比如查找头信息直至信息第一位为“-”，则指针右移读取并转化为数值直至超出数值范围。

如图3，程序获取上一步得到的加速度数据数组之后首先获取该数组的长度，即数组中数据点的数量，再根据该数量量化成刻度值。根据绘图控件所指定的绘图区域大小确定每个刻度的像素点长度，使用点-线的方式绘制出坐标轴。根据数组中的最大值确定Y轴各项参数，绘制过程与X轴相同。根据数组中每个数的值以坐标轴类似的映射方法将其映射到坐标轴之中，以点的方式绘出，直到数组末尾。

如图4，检测绘图控件中的鼠标动作，如果鼠标按下则设置一个标志位，再获取鼠标在图形控件中的坐标，将该坐标以绘图类似的映射关系映射到绘制的坐标轴中。将鼠标X轴坐标取整，以该X坐标作为数组下标检索各数组。如果某个数组的该下标的数据点与鼠标Y轴坐标相差小于0.02，则表示鼠标点击到曲线。修改点击的标志位，如果用户没有松开鼠标而拖动，则用户正在拖动鼠标，将对应数组中下标为X的数值更改为鼠标Y轴的数值，实现拖动修改某一点的功能。若用户选中鼠标之后在输入框中输入数值，则将该点数值改为输入框中的数值。将修改后的数组修改点附近的100个数据点删除，仅保留修改后的数据点和100点范围之外的数据点，对该数组使用三次样条插值实现曲线平滑，达到修改后符合实际情况的目的。

如图5，程序查询数据采集/输出设备的连接情况，若与计算机连接正常则允许用户输出或采集数据。用户设定好输出及采集的各项参数之后程序将该参数及修改后的曲线数据一同传输到外部设备中。外部设备分离设置参数及数据，设定好每个硬件通道的参数，将对应通道应该输出地数据传输到输出缓冲区中。设定完成后启动转换过程。在启动转换过程的同时采集设备启动采集，将ACU各项关键电压信息转换为数字信息，通过USB接口传输回计算机。程序在接收到采集数据之后计算每个硬件通道采集到的数据中出现上升沿的时间差，可以计算出ACU是否发生点火以及点火时刻，再将测试结果显示即可完成一次测试。

计算机软件将加速度记录文件以字符串数组的形式读取到计算机内存之中，程序对比该数组不同位置特征点，判断该文件属于哪类记录文件，再调用相应文件类型的处理程序将文件中的时间轴信息与加速度信息分离。程序根据ASCII码与实际数值之间的关系将加速度数据转换为科学计数法表示的浮点数数组。根据得到的加速度数组的长度及幅度值确定所要绘制的曲线的坐标轴属性，如X轴大小，Y轴大小等，再根据得到的坐标轴属性在图形控件中绘制坐标轴。程序绘制坐标轴之后根据所绘制的坐标轴与控件坐标之间的关系将加速度值映射到该坐标轴中，绘制出加速度曲线。根据加速度数组的数值可以计算出所需的加速度开关闭合信号等辅助曲线，将所计算出的辅助信号一并显示到该坐标轴中。

在用户点击图形控件时立即对比点击时鼠标的位置，将该位置信息映射到加速度坐标轴之中，与所显示的几条曲线对比，若落在某条曲线附近则认为选中了该曲线，直到用户松开鼠标按键。若用户选中某条曲线并移动鼠标则认为用户在拖动曲线，则修改用户选中点的数值为鼠标当前位置所对应的数值，并使用三次样条插值方法使曲线平滑。

若用户点击滤波按钮，程序使用用户设定的参数对加速度曲线进行滤波；若用户点击添加噪声按钮，则使用用户设定的噪声参数产生噪声，对加速度曲线添加噪声。

用户设定好输出时间间隔，输出硬件通道，输出转换时钟源，采集硬件通道，采集时钟源等硬件参数之后点击输出按钮。处理主机3根据用户设定将每个通道的参数以及数据一并传输到对应通道的缓冲区之中。硬件设备根据设定的参数将数据转换为具体的电压，这些电压分别与气囊控制器5的加速度信号，安全开关信号等相连，这些电压与实际碰撞中气囊控制器5中产生的信号一致，因此可以精确模拟出汽车碰撞时各信号的变化过程。信号采集装置51与安全气囊控制器的点火回路相连接，在输出设备输出加速度信号的同时启动信号采集装置51，将电压信号转换为数字信号并传输到处理主机3。信号采集装置51根据设定的采集参数（如采样频率，采集模式，采集缓冲区等）采集300ms内的数据，该设备将模拟信号经过采样，量化之中转换为数字信号，经过USB设备传输回处理主机3，处理主机3接收这些通道采样的数据，计算各上升沿的时间间隔，得到安全气囊控制器的点火时间。

可见本发明在运行过程中需要进行多次实车碰撞试验以验证安全气囊控制器的可靠性，测试系统以较高的精度精确地还原碰撞过程，减少了验证阶段所需的实车碰撞次数。

Claims (2)

1.一种安全气囊控制器测试仿真系统，其特征在于：它由用户操作平台(1)、汽车数据记录设备(2)、处理主机(3)、信号转换装置(4)以及气囊控制器(5)组成，处理主机(3)中设置有依次相连的文件处理模块(31)、曲线修改模块(32)以及通信模块(33)，信号转换装置(4)中设置有模拟信号输出模块(41)和模拟信号采集模块(42)，安全气囊控制器(5)中设置有信号处理模块(51)和安全气囊点火模块(52)，其中，用户操作平台(1)和汽车数据记录设备(2)分别与文件处理模块(31)的输入端相连，模拟信号输出模块(41)有两个输入端，其中一个输入端与通信模块(33)的输出端相连，另一个输入端与信号采集模块(42)的输出端相连，信号采集模块(42)的输入端与安全气囊点火模块(52)的信号输出端相连，模拟信号输出模块(41)的输出端与信号处理模块(51)的信号输入端相连；

所述安全气囊控制器测试仿真系统的仿真方法，包含以下步骤：

(1)、读取并记录加速度记录文件:处理主机(3)读取汽车数据记录设备(2)中记录的加速度文件并将其转换为字符数组，确定其文件头及数据的具体位置、分离时间数据及加速度数据，将加速度数据提取出，构建子字符数组，再将字符数组转换为浮点数数组；

(2)、转换为加速度曲线及其辅助曲线并显示:处理主机(3)根据该数组中的数据变化生成原始的加速度曲线及其辅助曲线并显示；

(3)、修改曲线：用户通过用户操作平台(1)对曲线进行修改来模拟复杂的汽车运行环境，处理主机(3)根据数据变化生成原始的加速度曲线及其辅助曲线并显示，然后用户对修改后的曲线进行修正，使曲线符合加速度变化的实际趋势；

(4)、处理主机(3)将修改后的数据连同信号输出的各项参数传输到信号转换装置(4)；

(5)、信号转换装置(4)将转换后的信号传输到气囊控制器(5)之中直至所有输出信号能够符合安全气囊控制器正常运行的各项需求，使安全气囊控制器工作在正常状态；

(6)、信号采集装置(51)采集数据并对数据进行分析，得出安全气囊控制器的运行状况，然后记录实验结果。

2.根据权利要求1所述的安全气囊控制器测试仿真系统，其特征在于：所述的安全气囊点火模块(52)与汽车的点火芯片相连。