CN113361148A - 一种车辆正碰类型识别与严重程度判定的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆正碰类型识别与严重程度判定的方法，包括以下步骤：建立典型碰撞工况，获取典型碰撞工况下的加速度建立标准波形曲线a(s)TYP，获取实际碰撞下的加速度建立输入波形曲线a(s)，将输入波形曲线与标准波形曲线进行特征差异识别，判定碰撞类型，根据输入波形曲线计算碰撞强度指数。本发明所述的方法是通过模拟实验记录典型碰撞工况下的车身响应数据形成标准波形曲线，基于实际碰撞中车身的响应数据与标准波形曲线进行特征差异识别，判断车辆正碰类型及车身受到的碰撞强度指数，综合判断碰撞的严重程度，从而为ECU点爆算法提供相应的判定依据，相较于现有技术中，判断合理，准确度高，切实提高了驾驶的安全性。

Description

一种车辆正碰类型识别与严重程度判定的方法
技术领域
本发明属于汽车气囊控制领域，尤其是涉及一种车辆正碰类型识别与严重程度判定的方法。
背景技术
用最少的碰撞试验量满足开发目标是安全开发的最大挑战。不同的碰撞壁障、不同的碰撞速度、不同的乘员种类可以组合出数种碰撞工况，整车碰撞试验只能挑选最具代表性和伤害最严重的工况来进行。企业在进行车辆安全性能开发时，一般按照正碰（FW）、正面偏置碰撞（OF）、正面斜角碰撞（OB）、正面柱碰撞（PL）、追尾碰撞（UR）等碰撞工况来进行试验，进行约束系统配备和优化工作。
ECU控制系统的任务是准确判断汽车发生碰撞的强度, 然后发出点火指令继而引爆气囊和安全带, 起到保护乘员的作用。根据传感器获得的车身减速度波形, 选择合理、有效的碰撞算法是设计气囊控制系统的关键。行业现行的做法是车速在20km/h以下发生正面碰撞时,气囊不引爆；车速在30 km/h发生正面碰撞时,气囊必须引爆；20～30 km/h属于点火模糊区,可以引爆,也可以不引爆。对于气囊的点火时间，通用“127mm-30ms”准则来确定安全气囊的最佳点火时刻。其含义是：当汽车刚开始发生碰撞时，乘员相对于车体向前移动127mm的时刻的前30ms时间点就称为安全气囊的最佳点火时刻。
目前对气囊的点火算法并没有统一的设计标准。气囊起爆算法是ECU控制系统的核心, 它依据各安全法规的乘员碰撞损伤情况, 综合判断点火条件,来解决气囊是否需要点火以及何时点火的问题。如果算法判断气囊在不需要点火的低速碰撞时误点火, 或者在高速柱碰撞时漏点火、迟点火都会对乘员造成生命危险。由于算法计算误差造成气囊在高强度碰撞时早点火,则会引起乘员在碰撞过程中接触己泄气的气囊, 而得不到最佳保护。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种车辆正碰类型识别与严重程度判定的方法，为约束系统的匹配和气囊的点火算法提供参考，使气囊起爆时机更加合理且精准。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆正碰类型识别与严重程度判定的方法，包括以下步骤：
（1）建立典型碰撞工况，获取典型碰撞工况下的加速度，建立标准波形曲线a(s)TYP；
（2）获取实际碰撞下的加速度，建立输入波形曲线a(s)；
（3）将输入波形曲线与标准波形曲线进行特征差异识别，判定碰撞类型；
（4）根据输入波形曲线计算碰撞强度指数。
进一步地，所述典型碰撞工况包括正碰、正面偏置碰撞、正面斜角碰撞、正面柱碰撞、追尾碰撞中的至少一种。
进一步地，在同一典型碰撞工况下至少进行具有不同碰撞速度的两组实验，例如碰撞速度可以是20km/h、25km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h、70km/h等。
进一步地，标准波形曲线的建立方法如下：获取加速度-时域波形曲线，在时域内对加速度进行二次积分，建立位移-时域波形曲线，根据加速度-时域波形曲线及位移-时域波形曲线建立位移-加速度波形曲线，根据典型碰撞工况的位移最大值Dmax及加速度最大值Amax对位移-加速度波形曲线进行归一化处理，建立位移-加速度归一化处理曲线，在位移-加速度归一化处理曲线上选取多个特征点，将多个特征点连线形成标准波形曲线a(s)TYP。
进一步地，当同一典型碰撞工况下具有两组以上不同碰撞速度的实验时，标准波形曲线上特征点坐标为多组实验的位移-加速度归一化处理曲线上对应特征点坐标的平均值。
进一步地，正碰或追尾碰撞时，至少选取三个特征点，正面偏置碰撞或正面柱碰撞时，至少选取四个特征点，正面斜角碰撞时，至少选取五个特征点。
进一步地，输入波形曲线的建立方法如下：获取实际碰撞下的碰撞加速度-时域波形曲线，在时域内对加速度进行二次积分，建立碰撞位移-时域波形曲线，根据碰撞加速度-时域波形曲线及碰撞位移-时域波形曲线建立碰撞位移-加速度波形曲线，根据实际碰撞的位移最大值Dmax ’及加速度最大值Amax ’对碰撞位移-加速度波形曲线进行归一化处理，建立输入波形曲线。
进一步地，特征差异识别的方法如下：
根据公式1与公式2计算不同典型碰撞工况的标准波形曲线的所有特征点与输入波形曲线上最近点之间的欧拉距离的平均值D， D值越小的典型碰撞工况判断为与实际碰撞类型越吻合，
Figure 530982DEST_PATH_IMAGE001
公式1
Figure 258766DEST_PATH_IMAGE002
公式2
其中，dn为标准波形曲线a(s)TYP上特征点Cn与输入波形曲线a(s)上最近点之间形成的欧拉距离，an TYP为标准波形曲线a(s)TYP上特征点Cn对应的加速度，Sn TYP为标准波形曲线a(s)TYP上特征点Cn对应的位移，a(t)为输入波形曲线a(s)上时间为t时的加速度，s(t)为输入波形曲线a(s)上时间为t时的位移，D为a(s)TYP曲线上各特征点Cn与识别曲线的平均欧拉距离，N为特征点个数。
进一步地，碰撞强度指数的计算方法如下：
定义碰撞加速度-时域波形曲线对应的加速度-时域波形函数如公式3所示，
Figure 606571DEST_PATH_IMAGE004
公式3
其中，t为时间，a(t)是加速度时域响应，a1、ω1和
Figure 78004DEST_PATH_IMAGE005
代表第一个正弦波的最大振幅、频率和相移, a2、ω2和
Figure 70230DEST_PATH_IMAGE006
代表第二正弦波的最大振幅、频率和相移；
根据公式4计算加速度-时域波形函数在移动时间窗宽为δ时形成的最大面积Sδ，例如δ可以是15ms、20ms、25ms、30ms、36ms等，
Figure 109862DEST_PATH_IMAGE007
公式4
其中，T1为Sδ对应的起始时间，T2为Sδ对应的结束时间，δ=T2-T1；
根据公式5计算Sδ对应区域的形心TC，
Figure 820329DEST_PATH_IMAGE008
公式5
根据公式6计算碰撞强度指数SIδ，
Figure 829873DEST_PATH_IMAGE009
公式6。
如上所述的方法在汽车领域的应用。
相对于现有技术，本发明所述的车辆正碰类型识别与严重程度判定的方法具有以下优势：
本发明所述的方法是通过模拟实验记录典型碰撞工况下的车身响应数据形成标准波形曲线，基于实际碰撞中车身的响应数据与标准波形曲线进行特征差异识别，判断车辆正碰类型及车身受到的碰撞强度指数，综合判断碰撞的严重程度，从而为ECU点爆算法提供相应的判定依据，相较于现有技术中，判断合理，准确度高，切实提高了驾驶的安全性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所述的典型碰撞工况的示意图；
图3为本发明实施例所述的加速度-时域波形曲线示意图；
图4为本发明实施例所述的位移-加速度归一化处理曲线示意图；
图5为本发明实施例所述的标准波形曲线a(s)TYP示意图；
图6为本发明实施例所述的特征差异识别的原理示意图；
图7为本发明实施例所述的碰撞强度指数的计算方法示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明中的车辆正碰类型识别与严重程度判定的方法，包括以下步骤：
（1）建立典型碰撞工况，具体地说，如图3所示，包括正碰（FW）、正面偏置碰撞（OF）、正面斜角碰撞（OB）、正面柱碰撞（PL）、追尾碰撞（UR）等碰撞工况，采用同一车型，获取车辆分别在上述工况下ECU控制系统上的加速度标定信号。本实施例中对于每种碰撞工况下采集标定速度1及标定速度2两组不同碰撞速度下加速度时域波形，如图3所示，其中x轴为时间，y轴为加速度；
在时域内对加速度进行二次积分，建立时域内的位移曲线；结合两者对应时间关系，建立位移域内的加速度信号，对于位移-加速度信号，分别除以对应的位移最大值Dmax和加速度最大值Amax，对位移和加速度进行归一化处理，建立位移-加速度归一化处理曲线，对于同一碰撞形态，建立多组（两组以上）加速度-位移归一化处理曲线，如图4所示，其中x轴为位移，y轴为加速度。确定碰撞特征点Cn对应的平均归一化加速度值。本实施例中在正碰（FW）或追尾碰撞（UR）试验，选取3个特征点（C1、C2、C3）；正面偏置碰撞（OF）或正面柱碰撞（PL）试验中选取4个特征点（C1、C2、C3、C4）；正面斜角碰撞（OB）试验中选取5个特征点（C1、C2、C3、C4、C5），将多个特征点依次连线形成a(s)TYP曲线，如图5所示，其中x轴为位移，y轴为加速度；
（2）获取实际碰撞下的加速度，建立输入波形曲线a(s)，本实施例中输入波形曲线的建立方法如下：获取实际碰撞下的碰撞加速度-时域波形曲线，在时域内对加速度进行二次积分，建立碰撞位移-时域波形曲线，根据碰撞加速度-时域波形曲线及碰撞位移-时域波形曲线建立碰撞位移-加速度波形曲线，根据位移最大值Dmax及加速度最大值Amax对碰撞位移-加速度波形曲线进行归一化处理，建立输入波形曲线；
（3）将输入波形曲线与标准波形曲线进行特征差异识别，判定碰撞类型，本实施例中特征差异识别的方法如下：
根据公式1计算不同典型碰撞工况的标准波形曲线的所有特征点与输入波形曲线上最近点之间的欧拉距离d1、d2、d3，再根据公式2计算欧拉距离的平均值D，如图6所示，其中x轴为位移，y轴为加速度，D值越小，实际碰撞响应与典型碰撞工况更为吻合，将D最小的典型碰撞工况判断为实际碰撞类型，
Figure 332399DEST_PATH_IMAGE001
公式1
Figure 136407DEST_PATH_IMAGE002
公式2
其中，dn为标准波形曲线a(s)TYP上特征点Cn与输入波形曲线a(s)上最近点之间形成的欧拉距离，an TYP为标准波形曲线a(s)TYP上特征点Cn对应的加速度，Sn TYP为标准波形曲线a(s)TYP上特征点Cn对应的位移，a(t)为输入波形曲线a(s)上时间为t时的加速度，s(t)为输入波形曲线a(s)上时间为t时的位移，D为a(s)TYP曲线上各特征点Cn与识别曲线的平均欧拉距离，N为特征点个数；
（4）根据输入波形曲线计算碰撞强度指数，如图7所示，其中x轴为时间，y轴为加速度，本实施例中碰撞强度指数的计算方法如下：
定义碰撞加速度-时域波形曲线对应的加速度-时域波形函数如公式3所示，
Figure 442492DEST_PATH_IMAGE004
公式3
其中，a(t)是加速度时域响应，a1、ω1和
Figure 318044DEST_PATH_IMAGE005
代表第一个正弦波的最大振幅、频率和相移, a2、ω2和
Figure 160229DEST_PATH_IMAGE006
代表第二正弦波的最大振幅、频率和相移；
根据公式4计算加速度-时域波形函数在移动时间窗宽为δ时形成的最大面积Sδ，
Figure 400718DEST_PATH_IMAGE010
公式4
其中，T1为Sδ对应的起始时间，T2为Sδ对应的结束时间，δ=T2-T1；
根据公式5计算Sδ对应区域的形心TC，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
公式5
根据公式6计算碰撞强度指数SIδ，
Figure 413673DEST_PATH_IMAGE009
公式6。
根据上述实施例中的方法判断车辆正碰类型及车身受到的碰撞强度指数，发送给ECU，综合判断碰撞的严重程度，从而为ECU点爆算法提供相应的判定依据，相较于现有技术中，判断合理，准确度高，切实提高了驾驶的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车辆正碰类型识别与严重程度判定的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）建立典型碰撞工况，获取典型碰撞工况下的加速度，建立标准波形曲线a(s)TYP；
（2）获取实际碰撞下的加速度，建立输入波形曲线a(s)；
（3）将输入波形曲线与标准波形曲线进行特征差异识别，判定碰撞类型；
（4）根据输入波形曲线计算碰撞强度指数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述典型碰撞工况包括正碰、正面偏置碰撞、正面斜角碰撞、正面柱碰撞、追尾碰撞中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在同一典型碰撞工况下至少进行具有不同碰撞速度的两组实验。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，标准波形曲线的建立方法如下：获取加速度-时域波形曲线，在时域内对加速度进行二次积分，建立位移-时域波形曲线，根据加速度-时域波形曲线及位移-时域波形曲线建立位移-加速度波形曲线，根据典型碰撞工况的位移最大值Dmax及加速度最大值Amax对位移-加速度波形曲线进行归一化处理，建立位移-加速度归一化处理曲线，在位移-加速度归一化处理曲线上选取多个特征点，将多个特征点连线形成标准波形曲线a(s)TYP。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：当同一典型碰撞工况下具有两组以上不同碰撞速度的实验时，标准波形曲线上特征点坐标为多组实验的位移-加速度归一化处理曲线上对应特征点坐标的平均值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：正碰或追尾碰撞时，至少选取三个特征点，正面偏置碰撞或正面柱碰撞时，至少选取四个特征点，正面斜角碰撞时，至少选取五个特征点。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，输入波形曲线的建立方法如下：获取实际碰撞下的碰撞加速度-时域波形曲线，在时域内对加速度进行二次积分，建立碰撞位移-时域波形曲线，根据碰撞加速度-时域波形曲线及碰撞位移-时域波形曲线建立碰撞位移-加速度波形曲线，根据实际碰撞的位移最大值Dmax ’及加速度最大值Amax ’对碰撞位移-加速度波形曲线进行归一化处理，建立输入波形曲线。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，特征差异识别的方法如下：
根据公式1与公式2计算不同典型碰撞工况的标准波形曲线的所有特征点与输入波形曲线上最近点之间的欧拉距离的平均值D，
Figure 962673DEST_PATH_IMAGE001
公式1
Figure 348655DEST_PATH_IMAGE002
公式2
其中，dn为标准波形曲线a(s)TYP上特征点Cn与输入波形曲线a(s)上最近点之间形成的欧拉距离，an TYP为标准波形曲线a(s)TYP上特征点Cn对应的加速度，Sn TYP为标准波形曲线a(s)TYP上特征点Cn对应的位移，a(t)为输入波形曲线a(s)上时间为t时的加速度，s(t)为输入波形曲线a(s)上时间为t时的位移，D为a(s)TYP曲线上各特征点Cn与识别曲线的平均欧拉距离，N为特征点个数。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，碰撞强度指数的计算方法如下：
定义碰撞加速度-时域波形曲线对应的加速度-时域波形函数如公式3所示，
Figure 862813DEST_PATH_IMAGE003
公式3
其中，t为时间，a(t)是加速度时域响应，a1、ω1和
Figure 867810DEST_PATH_IMAGE004
代表第一个正弦波的最大振幅、频率和相移, a2、ω2和
Figure 151023DEST_PATH_IMAGE005
代表第二正弦波的最大振幅、频率和相移；
根据公式4计算加速度-时域波形函数在移动时间窗宽为δ时形成的最大面积Sδ，
Figure 566961DEST_PATH_IMAGE006
公式4
其中，T1为Sδ对应的起始时间，T2为Sδ对应的结束时间，δ=T2-T1；
根据公式5计算Sδ对应区域的形心TC，
Figure 568415DEST_PATH_IMAGE007
公式5
根据公式6计算碰撞强度指数SIδ，
Figure 501736DEST_PATH_IMAGE008
公式6。
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