CN109543259A - 一种构建等效实车碰撞波形的方法 - Google Patents

Abstract

车身结构优化和乘员约束系统设计是被动安全性研究的主要内容。在车辆优化设计的过程中，车辆B柱下面的加速度传感器获得的车身加速度数据是约束系统优化的重要依据，是车身碰撞安全性改进的基础。通过对碰撞加速度波形的分析，能够发现汽车设计过程中碰撞安全性存在的问题。本发明提出一种构建等效实车碰撞波形的方法，以最大谷峰值与峰谷值点作为参考点构建等效曲线，为车身结构优化设计提供一种分析工具。其应用价值在于用数学方法计算碰撞过程加速度曲线上的波峰和波谷，求解出相应的时间及加速度参数。该方法是建立在固定的计算算法之上的，在实际操作上可重复性，执行效率高。

Description

一种构建等效实车碰撞波形的方法

技术领域

本发明属于数据处理领域，尤其是一种构建等效实车碰撞波形的方法。

背景技术

汽车安全性通常分为主动安全性和被动安全性两大类，主动安全性是指在交通事故发生之前采取安全性措施，尽可能的避免交通事故发生的性能。被动安全性是指在发生不可避免的交通事故后，利用对车辆结构的保护以及被动安全性装置，尽可能的减少驾驶员和车上乘员以及车外行人受到伤害的程度。车身结构优化和乘员约束系统设计是被动安全性研究的主要内容。在车辆优化设计的过程中，车辆B柱下面的加速度传感器获得的车身加速度数据是约束系统优化的重要依据，是车身碰撞安全性改进的基础。通过对碰撞加速度波形的分析，能够发现汽车设计过程中碰撞安全性存在的问题，成为对车身结构进行优化的依据。

授权公告号为CN102214257B的专利提出一种汽车碰撞波形特征参数识别方法，该专利中利用曲线的极值点处导数为零这一前提，提出了一种波峰、波谷识别方法。该方法假定曲线某点的导数为零，计算该点前后某一时间区间的数据平均值后，通过比较平均值与该点函数值的大小确定，该点为波峰点或者波谷点。由于实际采集的数据是离散数据集，难以直接通过导数定义求得曲线的导数值；同时实际采集的数据集中在某一区间内波峰、波谷点可能是最值点而不是极值点，因此上述专利的技术方案不能解决实际的技术问题。

授权公告号为CN102214256B的专利提出一种汽车碰撞波形特征参数提取与梯形波构建方法，该专利中，构建梯形波时采用6个数据点A、B、C、E、F，其中F点的确定方法为，假设实际碰撞速度已知，若首先出现速度相等或相近的时间点为t，则F点为(t，0)。但由于实际情况是碰撞加速度波形的积分速度要大于实际碰撞速度，所以利用该方法构建的双梯形波不能反应实际的碰撞情况。

发明内容

基于此，本发明提出一种构建等效实车碰撞波形的方法，采用的技术方案如下：

一种构建等效实车碰撞波形的方法，包括特征点识别和等效波形构建，特征点包括实车碰撞波形中的波峰点和波谷点，识别的方法包括：

S1.求取数据序列中每一时刻对应的数值S(t)，采用的公式为：

其中A(t)为t时刻采集的数据值，Δt为采样间隔；

S2.判断波峰点或者波谷点，采用的公式包括：

进一步的，确定波峰点或波谷点前，对测量数据序列进行滤波处理，采用的滤波方法为CFC 60。

进一步的，定义构建等效实车碰撞波形时使用的参考点为A₀、B₀、C₀、D₀、E₀、F₀，构建后的双梯形波中对应的特征点为A、B、C、D、E、F，其中C₀，D₀分别为最大谷峰值对应的波谷点坐标和波峰点坐标，E₀，F₀分别为最大峰谷值对应的波峰点坐标和波谷点坐标，F点的确定方法为：

步骤1：求直线E₀F₀与横坐标的交点坐标(t₀，0)；

步骤2：四舍五入t₀，保留小数点后一位，得到F点坐标(t，0)。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出了一种构建等效实车碰撞波形的方法，利用本发明中方法识别的特征点构建的等效双梯形波，能更准确的反映实际碰撞的情形。

附图说明

图1是碰撞加速度波形中波峰点和波谷点示意图；

图2是最大谷峰值和峰谷值点求解示意图；

图3是双梯形波F点求解示意图；

图4是双梯形波B点和C点求解示意图；

图5是双梯形波D点和E点求解示意图；

图6是加速度波形A(t)与等效双梯形波f(t)的示意图；

图7是双梯形波求解过程示意图；

图8是含有波峰点的测量数据序列。

具体实施方式

本实施例中，构建等效实车碰撞波形的方法主要包括特征点识别和等效波形构建。

其中特征点为测量数据序列中的波峰点和波谷点，处理步骤包括：

步骤1：在实车碰撞中采集车身加速度数据信息，获取加速度序列A(t)；

步骤2：使用CFC60滤波处理加速度序列A(t)；

步骤3：识别A(t)中波峰点和波谷点。根据峰值的特征，在波峰值点和波谷值点处加速度A(t)对时间t的导数理论上为零，但由于加速度A(t)是由很多点构成的，不是连续的，A(t)对时间t的导数在波峰值点和波谷值点处不是为零，本实施例中，识别波峰、波谷点采用的公式为：

其中S(t)的计算公式为：

公式中A(t)为t时刻采集的数据值，Δt为采样间隔。

构建等效波形的步骤包括：

步骤1：确定构建等效波形时需要的参考点A₀、B₀、C₀、D₀、E₀、F₀。

C₀，D₀分别为最大谷峰值对应的波谷点坐标和波峰点坐标，E₀，F₀分别为最大峰谷值对应的波峰点坐标和波谷点坐标，如图2所示，在碰撞曲线中，定义零时刻为碰撞开始时间，碰撞曲线首先出现的是波峰值，然后是波谷值，波峰和波谷成对出现，即在搜索时间t内波峰值点和波谷值点数量相同，记为N，N为正整数。定义波峰值和紧邻的波谷值用同一个序号。同一序号中波峰值点记为P，波谷值点记为V，波峰和波谷构成一组峰谷序列。峰谷值为A_PV(i)，谷峰值为A_VP(i)，采用的公式为：

A_PV(i)＝A(t_pi)-A(t_vi)

A_VP(i)＝A(t_pi+1)-A(t_vi)

在谷峰值和峰谷值中分别搜索最大谷峰值AVPmax和最大峰谷值APVmax，E₀，F₀坐标分别为APVmax中的点(t_pi，A(t_pi))，(t_vi，A(t_vi))，C₀、D₀坐标分别为AVPmax中的点(t_vi，A(t_vi))，(t_pi+1，A(t_pi+1))。

A₀的坐标为(0，0)，B₀为测量序列中首个波峰点的坐标。

步骤2：确定双梯形波中对应的特征点为A、B、C、D、E、F。AB、CD和EF构成双梯形波的腰线。

其中A的坐标与A₀相同，F点的求取方法为：求直线E₀F₀与横坐标的交点坐标(t₀，0)；四舍五入t₀，保留小数点后一位，得到F点坐标(t₅，0)。

设B、C、D、E的坐标分别为(t₁，G₁)、(t₂，G₁)、(t₃，G₂)、(t₄，G₂)，线段AB、CD和EF所在直线的函数分别为f_AB(t)，f_CD(t)，f_EF(t)。

由f_AB(t₁)＝f_CD(t₂)＝G₁可推导出：

G₁＝K_CD×t₂+b_CD

经推导可得梯形ABCt₂的面积为

根据动量守恒原理，等效后的波形与原波形的速度相同，及在相同的时间段内A(t)与f(t)的与横坐标围城的面积相等，即

求解时利用等效矩形法近似求得曲线积分的值，K_CD，K_AB，b_CD取直线 相对应斜率和截距，通过不断调整t₂进行迭代计算找到面积相等时的t₂，通过t₂计算出t₁和G₁后，即可确定B、C的坐标。

同理可得，

G₂＝K_CD×t₃+b_CD

G₂＝K_EF×t₄+b_EF

矩形t₂DEt₅的面积为，

根据动量守恒原理，

其中t₆为测量数据序列的截止时刻，求解时K_CD，K_EF，b_CD，b_EF分别为f_CD(t)、相对应的斜率和截距，通过不断调整t₃进行迭代计算找到面积相等时的t₃，通过t₃计算出t₄和G₂后，即可确定D、E的坐标。

例如，如图1至图6所示，从实车碰撞试验中取得车身加速度的数据文件，数据的采样频率为10kHz，数据的时间间隔为0.1ms，碰撞试验时实车碰撞速度为64.2km/h。

对车身加速度数据进行处理，在碰撞时间[0，152]内分别找出相应的波峰点和波谷点，波峰值点记为P_i，波谷值点记为V_i，一共14组波峰波谷，用序号1，2…14标记。波峰和紧邻的波谷用同一个序号。用波峰值减后面紧邻的波谷值得到峰谷值，取波谷值减后面紧邻的波峰值的绝对值为谷峰值。找出最大的谷峰值和最大的峰谷值对应的坐标值。

构成为A(0，0)和第一个波峰点P₁(8.4，7.66)，之后出现的最大谷峰值序列号为i＝4，也就是说构成的点是V₄和P₅，对应的坐标值V₄(51.6，6.46)和P₅(55.7，23.10)。最大峰谷值出现在序号为i＝11对应的点是P₁₁和V₁₁，对应的坐标值是P₁₁(95.5，24.09)和V₁₁(116.2，4.50)，由此可计算出约束函数关键点的坐标，如下表所示：

表1

由于特征点B在线段函数f_AB(t)上，它始终是在f_AB(t)的轨迹上，同理，特征点C在线段函数f_CD(t)上，它始终是在f_CD(t)的轨迹上，如图7所示，G₁，t₁和t₂均有各自的变化范围，为了便于计算，约定G1的最大值由f_CD(t)得到的t₂开始迭代计算，经计算得到G₁＝10.7，t₁＝11.7ms，t₂＝52.6ms。同理可以计算出G₂＝24.3，t₃＝56.0ms，t₄＝95.3ms。最终求解特征点的坐标如下表：

表2

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种构建等效实车碰撞波形的方法，包括特征点识别和等效波形构建，其特征在于，特征点包括实车碰撞波形中的波峰点和波谷点，识别的方法包括：

S1.求取数据序列中每一时刻对应的数值S(t)，采用的公式为：

其中A(t)为t时刻采集的数据值，Δt为采样间隔；

S2.判断波峰点或者波谷点，采用的公式包括：

2.如权利要求1所述一种构建等效实车碰撞波形的方法，其特征在于，确定波峰点或波谷点前，对测量数据序列进行滤波处理，采用的滤波方法为CFC 60。

3.如权利要求1所述一种构建等效实车碰撞波形的方法，定义构建等效实车碰撞波形时使用的参考点为A₀、B₀、C₀、D₀、E₀、F₀，构建后的双梯形波中对应的特征点为A、B、C、D、E、F，其中C₀，D₀分别为最大谷峰值对应的波谷点坐标和波峰点坐标，E₀，F₀分别为最大峰谷值对应的波峰点坐标和波谷点坐标，其特征在于，F点的确定方法为：

步骤1：求直线E₀F₀与横坐标的交点坐标(t₀，0)；

步骤2：四舍五入t₀，保留小数点后一位，得到F点坐标(t，0)。