汽车碰撞的意义
汽车碰撞的意义（精选11篇）
汽车碰撞的意义 第1篇
进入21世纪以来, 全球汽车制造业竞争日益激烈。汽车安全性作为汽车的主要基本性能之一, 越来越受到各制造商的重视。在汽车被动安全性能的研究中, 采用计算机进行仿真分析是一个重要环节, 计算机仿真技术的快速发展, 大大缩短了汽车的开发周期。随着我国经济的快速发展, 汽车保有量持续增加, 汽车已成为人们生活中的一部分。然而据交通部统计, 我国每年发生的交通事故几十万起, 造成上万人伤亡, 经济损失严重[1]。对汽车的碰撞安全性能进行研究非常重要。
汽车的车身结构主要是由不同的金属构件及覆盖件通过焊接、螺栓连接、铆接和粘胶而成, 其中最主要的连接方式就是焊接。点焊连接具有质量轻、可靠性好、性能稳定和易于实现自动化等优点, 在汽车工业中被广泛采用。据统计, 每辆轿车车身上, 通常会有几千个焊点。焊接质量对整车碰撞尤为重要, 如若焊点模拟不准确, 会降低碰撞模拟精度, 甚至引起整个模拟结果失败[2]。因此, 如何在仿真中准确模拟焊接单元, 保证碰撞分析结果的正确性, 是本文的重点研究。
目前, 国内外关于焊点模拟已做了大量研究。其中法国的研究人员采用有限元法模拟了单一焊点的剪切搭接试验、正拉伸试验, 并探索了失效条件[3];日本本田研发中心的Skye Malcolm通过有限元法对整车碰撞过程中焊点的失效进行了准确模拟[4];我国的各汽车研发中心和高效也展开了大量研究, 如同济大学的高卫民对碰撞模拟过程中焊点的影响进行了研究, 提出了碰撞模拟中常用的焊点模拟方法[5];吉林大学的宋海生等对整车模态分析中焊点模拟方法进行了研究, 得出整车模态分析中采样弹塑性梁单元模拟焊点更准确[6]。
1 焊点模拟方法
一般情况下, 在碰撞模拟分析中, 采用的焊点模拟方法有无质量刚性梁焊点、可变形梁单元焊点、体单元焊点。
无质量刚性梁焊点模拟方法就是在焊点位置上用无质量刚性梁来连接壳单元相应节点, 通过耦合焊点位置相应节点的自由度来模拟焊点的力学行为, 这是一种最为简单的焊点模拟方法。这种模拟方式的主要优点是对时间步长没影响, 但是其要求单元的网格最好垂直对齐, 并且忽略了焊点的变形, 目前采用较少。其模拟方式如图1所示。
可变形梁单元焊点使用Beam单元连接两层壳单元, 如图2所示, 力通过梁单元来进行传递。通过定义Beam单元的材料属性, 来模拟焊点的应力应变特性。通过定义接触来连接壳单元与Beam单元, 使得这种焊点模型对网格节点不依赖, 可以在单元表面创建, 建模过程比较简单, 且力不是通过单元节点传递, 而是通过单元面传递, 这种传递方式比较真实的模拟了焊点的受力情况。主要缺点就是不能传递平面内扭矩, 并且对时间步长有影响。
体单元焊点通过使用实体单元对焊点进行模拟, 体单元和焊接位置壳单元使用公用节点进行连接, 此方法从三维角度尽可能准确地模拟了焊点, 如图3所示。实体焊点的模拟有两种常用方法, 第一就是直接创建hexa类型的实体焊点;第二种就是在生成的Beam梁单元焊点的基础上, 通过卡片设置输出实体焊点, 使用一组实体单元的集合来对单个焊点进行有限元模拟。实体单元可以采用不同的HEX来对焊点进行模拟, HEX1表示使用单个实体单元来对焊点进行模拟, 而HEX4则使用4个实体单元所组成的集合来对焊点进行模拟, HEX8为使用8个实体单元集合对单个焊点进行模拟。焊点相关计算结果数据的输出并不是基于单个实体单元, 而是模拟一个焊点的所有实体单元的集合。体单元模拟精度高, 可以克服梁单元不能传递平面扭矩情况, 但是其建模难度较大, 对时间步长影响较大。
在一个整车有限元模型中, 焊点需要通过接触来定义, 而不是壳单元节点之间的连接。采用接触定义来连接, 能降低对网格划分的要求, 减少前处理时间, 同时这种模拟方式也比较接近实际情况。不同焊点类型所定义的接触不一样, 其中无质量刚性梁焊点通过关键字*CONSTRAINED SPOTWELD或者*CONSTRAINED NODAL RIGID BODY来定义;可变性梁单元焊点通过关键字*CONTACT SPOTWELD来定义接触, 体单元焊点通过*CONTACTTIED SHELL EDEG TO SURFACE来定义接触。
2 台车碰撞模拟和试验验证分析
本次研究选用台车上焊接部分前大梁组件进行正碰试验, 根据台车的实际状况, 先把前大梁组件焊接在一块1500*150、厚度为4mm的钢板上, 然后再整体焊接在台车上。大梁组件的焊接要求即焊点间距约为40mm, 且无虚焊、漏焊。碰撞小车总质量1168kg;碰撞小车的速度为13.8m/s。首先采用hypermesh软件对整车建模, 利用ls-dyna软件进行计算, 然后用hyperview软件进行结果后处理分析。如下图4所示。
分别采用不同的焊点模拟方法进行仿真分析, 仿真分析中为保证模型的精度, 整车质量增加一般控制在5%之内。下图5所示为不同焊点模拟方式下仿真模型计算过程中产生的质量增加, 使用梁单元焊点时模型质量增加最少, 手动建立实体焊点的模型次之, 卡片控制输出焊点实体集的情况下, 采用hex1和hex4类型质量增加的基本一致, 采用hex8类型则质量增加明显多于其他几个模型。
图6所示为大梁仿真变形与试验变形的对比图。从图中可看出, 采用BEAM、SOLID、HEX1这三中类型的大梁变形模式与试验更接近, 而采用HEX4、HEX8这两种模拟类型的大梁变形模式与试验有较大的差别。
图7是试验与仿真的整车加速度曲线对比。采用手动建立实体焊点的模型加速度曲线第一个峰值大小和试验基本一致, 第一个峰值出现的时间向后推迟5ms;采用卡片控制输出实体焊点的三种模型的第一个峰值基本一致, 比试验的第一个峰值要小3g左右;采用beam梁单元焊点的第一个峰值最低, 比试验的小5.5g左右;整个碰撞时间, 手动建立实体焊点的模型也和试验的较接近, 其它几个模型碰撞时间明显比试验的要长。
对焊点单元采用不同的模拟方法, 得到的碰撞模型结果差别较大, 通过台车模型试验结果与仿真结果的对比可以看出, 以上几种焊点模拟方法中, 手动建立实体焊点的大梁压溃变形模式以及加速度曲线峰值和碰撞时间都和试验较接近, 更能准确的模拟焊点。
3 结论
本文以50km/h台车碰撞试验为基础, 研究了碰撞仿真分析中焊点单元的准确模拟方法。建立5中不同类型的焊点模型, 通过台车模型试验结果与仿真结果的对比可以看出, 对焊点单元采用不同的模拟方法, 得到的碰撞模型结果差别较大, 几种焊点模拟方法中, 手动建立实体焊点的大梁压溃变形模式以及加速度曲线峰值和碰撞时间都和试验较接近, 更能准确的模拟焊点。
摘要：在汽车碰撞仿真分析中, 如何准确地模拟焊点单元, 是碰撞仿真过程中的一个难点。为研究碰撞仿真分析中焊点单元的模拟方法, 以台车碰撞试验为基础, 通过建立不同类型的焊点模型, 对比台车模型试验结果与仿真结果, 发现对焊点单元采用不同的模拟方法, 得到的碰撞模型结果差别较大, 其中手动建立实体焊点的大梁压溃变形模式以及加速度曲线峰值和碰撞时间都和试验较接近, 更能准确的模拟焊点。
关键词：汽车碰撞,焊点模拟,仿真精度
参考文献
[1]中华人民共和国道路交通事故统计资料汇编 (2007) [Z].北京:公安部交通管理局, 2007.
[2]何文, 张维刚, 钟志华.汽车碰撞仿真研究中电焊连接关系的有限元模拟[J].机械工程学报, 2005, 41 (9) :75-77
[3]高卫民, 王宏雁, 徐敦舸.碰撞模拟过程中焊点的影响[J].同济大学学报, 2001, 29 (7) :870-873.
汽车碰撞的意义 第2篇
氢燃料电池汽车作为新能源汽车的代表,近几年得到了政府和企业的广泛关注和发展.针对氢燃料电池汽车的`结构特点,提出了氢燃料电池汽车存在的碰撞安全性问题,分析了国内外关于氢燃料电池汽车的碰撞安全标准,给出了解决氢燃料电池汽车碰撞安全性问题的方法.
作 者：孙振东 刘桂彬 李希浩 张向磊 作者单位：孙振东,刘桂彬,张向磊(中国汽车技术研究中心,天津,300162)
李希浩(清华大学汽车工程系,北京,100084)
汽车保险杠碰撞的有限元分析 第3篇
关键词：保险杠；碰撞；有限元
中图分类号：F407 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0061-02
1 概述
在科学技术日益发达的今天，人们的代步工具已发生了巨大的改变。在我国，现如今汽车已经走进了千家万户。汽车的安全性能就成为了大家非常关注的话题。所以如何提高汽车在碰撞过程中的耐撞性和尽可能地减少乘客的伤亡将成为我国汽车安全性研究的重要话题。国外对整车碰撞模拟的研究经过二十多年的发展，积累了大量的经验，也制定了相应的标准和规范。而我国在整车的碰撞模拟研究才刚刚起步，相应的标准和规范也还没有建立起来，涉及到的一些技术问题也还没解决。本文就是对简易保险杠进行碰撞模拟分析，从而来探讨了从结构设计方面提高汽车保险杠的耐撞性的有效途径。
2 用ANSYS软件画出保险杠的简易模型
模型由两部分组成：一个是保险杠，一个是支架。这两部分是通过焊接而相连的。考虑到保险杠外形是曲面，在ANSYS中不易建立模型，所以简易成平面的，便于计算。
3 建立汽车保险杠的有限元模型
由于保险杠是由薄壁板制成，所以整个模型选用薄壳单元（Shell63）进行网格划分。网格划分后的模型如图2所示。单元划分应尽量避免小单元，因为这样会大大减小时间步长，增加求解时间。也应避免夹角单元和翘曲的壳，这将降低结果精度。
本保险杠材料采用了40Cr，弹性模量E=210GPa，泊松比为0.3。
4 进行模拟碰撞，施加载荷
5 进行计算，并求出结果
最大应力SEQV=0.14E+10Pa
最小应力SEQV=0Pa
最大位移USUM=0.002548m
最小位移USUM=0m
6 分析结论与设想
6.1 通过以上的分析计算，可得如下结论
（1）保险杠的尺寸越大，保险杠的变形就越大。（2）保险杠的重量越轻，则保险杠的变形就越大。（3）保险杠的支架强度必须要与保险杠匹配，有限元分析表明保险杠体产生一定的塑性变形的同时，保险杠支架也开始形成塑性区，合理地加强支架的强度有利于提高保险杠系统对碰撞能量的吸收。大家都知道保险杠之所以能保护乘客的安全，就在于保险杠不仅耐撞，还在于在汽车发生撞击时，保险杠发生了变形，保险杠吸收了撞击时的大部分能量。所以，我们要保证保险杠既耐撞还要变形大。
由以上结论（1）可知，保险杠尺寸越大，变形越大，可是，汽车的宽度是有限的，不能无限制地增大尺寸。并且，保险杠与车体之间的间隙距离也是有限的，不能容下太大的变形。由结论（2）可知，保险杠的重量越轻，则保险杠的变形越大。可保险杠的材料也不能过分消减，否则，会使保险杠的刚度和强度减弱，反而使汽车乘客更加危险。故只能在材料上下功夫了，我们可以选用缓冲材料、合理的设计缓冲结构来有效地提高保险杠系统的耐撞性。
本文的分析并没有考虑网格密度对计算结果的影响，应当是变形越大的部位，网格划分得越细；变形越小的部位，网格划分得越粗，这样不仅可以减少计算时间，同时得到的数据可以满足要求。本文就是先对简易保险杠进行简单的有限元分析，然后通过计算结果来总结出结论，最后根据这些结论来重新设计保险杠的结构。
6.2 设想
由于保险杠与汽车车体之间的间隙距离是有限的，不能容下太大的变形，从而限制了有些缓冲材料的使用。为了使保险杠得到更大的变形，从而吸收更大的能量，可以从改进保险杠与汽车车体之间的间隙距离来着手。
具体措施就是设计一款能随时改变保险杠与汽车车体之间间隙距离的新型保险杠。其工作原理就是：当汽车遇到险情时，启动装置，保险杠瞬间向前弹出一定长度，并卡在装有压缩弹簧的装置上，使伸出的保险杠先接触撞击物。撞击时产生的巨大冲击力在压缩弹簧的作用下，得到有效吸收和缓解，同时保险杠还能获得更大的变形空间。这种装置的最大優点就在于，汽车在发生碰撞时，保险杠具有弹性缓冲作用，使得碰撞的冲击力大大减弱后再传给汽车底梁，防撞效果好，结构简单，不仅能吸收更多的能量，更大在于能有效地减少汽车撞击时的振动，从而保障人及车体安全。
在启动这一装置的方法上，目前设想为手动和自动两种。手动是指在方向盘上的某个部位设计一个按钮，当驾驶者意识到险情时，先启动装置，伸出保险杠。此种方法比较适用特殊环境和特种车型上。特殊环境是指：大雾天气、冰雪路面、黑夜等。自动启动是指：在刹车系统上安装保险丝，当遇到险情时，驾驶者常常踏死刹车踏板，当持续踏死一定秒数时（秒数可自定），连接保险丝后，启动该装置。
参考文献
[1] 王群山.汽车保险杠的非线性有限元分析[D].江苏大学，2006.
[2] 李俊岩.浅谈汽车保险杠设计的可靠性和安全性[D].上海交通大学，2006.
[3] 吴胜军.EQ140汽车保险杠碰撞过程的有限元分析[D].湖北汽车工业学院，2004.
[4] 李裕春，时党勇，赵远.LS-DYNA基础理论与工程实践[M] .北京：中国水利水电出版社，2005.
汽车碰撞的意义 第4篇
汽车行驶的安全性主要取决于驾驶人员, 据统计, 由驾驶员失误引发的交通事故占交通事故总数的75%以上。大部分驾驶员对纵向安全间距与车速的关系判断不清。奔驰汽车公司对各类交通事故进行的研究表明:若驾驶员能够提前1s意识到事故危险并采取相应正确的措施, 则绝大多数交通事故可以避免, 如果提前0.5s, 则有45%的事故可以避免[1]。
因此, 研究开发出道路追尾预防报警装置可以为驾驶员争取时间采取应对措施以避免事故发生;另一方面, 当防撞系统发挥作用而驾驶员却由于主观因素未能及时反应时就需要一种能在事故发生后减轻乘员伤害和财产损失的吸能装置。
本文以新型的螺纹剪切式 (cutting the screw thread, CST) 碰撞吸能装置 (以下简称CST装置) 这一发明专利[2,3]为研究基础进行汽车碰撞预警与碰撞吸能技术相结合的CST碰撞吸能装置控制系统 (以下简称CST控制系统) 的设计。由于CST装置在碰撞吸能过程中是渐进、连续式地剪切内螺纹或外螺纹, 剪切力基本为一恒定值, 因此剪切过程平稳, 可以有效地减小发生二次碰撞的概率。CST装置安装灵活, 可以配合一定的传动装置, 充分利用车外空间进行碰撞能量的吸收, 因此, 可以使车内乘员空间适当增大。
1 CST装置及传动装置介绍
CST装置的吸能机理不同于传统的压溃式吸能机理, 它利用冲剪螺纹的过程来吸收碰撞能量, 其结构图见图1。其中, 伸缩螺杆1可由电机9通过传动螺母2进行驱动, 当出现危险状况时迅速伸出车外, 发生碰撞时, 伸缩螺杆1受到冲击, 最终和冲击凸台10一起运动, 并剪切吸能螺纹6来吸收碰撞能量。
1.伸缩螺杆 2.传动螺母 3.锁紧螺母 4.平键5.法兰螺钉 6.吸能螺纹 7.调整圈 8.连接螺钉9.电机 10.冲击凸台 11.轴承 12.法兰盘 13.小齿轮14.卡环 15.电机平键 16.大齿轮 17.止动垫圈
2 系统设计方案
系统以ATmega128-16AC芯片作为主要控制单元。控制单元接收路面条件开关的信号及车速传感器的车速信号并进行数据处理, 计算出汽车此时应保持的安全距离, 然后将其与装于汽车前部的测距仪所测实际距离进行比较, 一旦实测距离小于安全距离或自车车速超过80km/h, 则启动报警单元提醒驾驶员采取应对措施以避免发生追尾碰撞事故;同时控制电机驱动CST装置伸出使其在危险不可避免时吸收碰撞产生的能量, 保护汽车及乘客安全。图2所示为系统的结构框图。整个系统由安全距离模型、测距模块、测速模块、驱动模块及相应的软硬件组成。
2.1 安全距离模型计算
通过分析自车在各种路面状态下应保持的最小行车间距并对其计算公式中的参数进行分析, 建立了一个安全距离模型, 代入具体参数计算出各种情况下的安全距离, 见表1。
2.2 测距方式选择
目前, 运用在汽车上的测距方法主要有超声波测距、毫米波雷达测距、摄像系统 (CCD) 测距、激光测距和夜间应用的红外线测距等几种。表2所示为各种测距方式的性能比较。
综合比较, 本研究选用德国Smartmicro公司的毫米波雷达UMRR V5.50作为测距设备。该款雷达是运用于汽车和国防安全及工业场合的先进传感器, 目前已在各高档汽车 (如大众、马自达、奥迪等车型) 上得到应用。
2.3 测速传感器选择
测速传感器主要有磁电式、霍尔式或者光电式三种。综合比较, 本研究采用光电式测速传感器作为测速传感器。由于其光敏三极管接收的是峰值波长为880～900nm 的近红外光, 而阳光的波长在280nm以上, 易对光电传感器形成干扰, 因此在应用时应避免阳光照到光敏三极管上。故在设计中, 将光电测速传感器封闭安装于汽车底部, 从而避免了阳光对传感器的干扰, 封装也有效降低了灰尘对传感器的影响, 增长其使用寿命。
2.4 电机驱动电路
由于直流电动机控制方便, 调速性好, 变流装置结构简单, 长期以来经常在调速传动中使用[4], 因此本系统采用直流电机作为驱动电机。
2.4.1 转速计算
在本系统中, 直流电机的驱动及安装位置如图3所示, CST装置的吸能内螺纹全长为380mm, 根据设计安全时间需求, 螺杆要在3s内伸出, 预留出1s的系统反应时间和电机启动时间, 则螺杆要在2s内全部伸出。该螺杆螺距为10mm, 则螺杆在2.0s内应旋转380/10=38圈。齿轮1与齿轮2的齿数比z1/z2=4.5, 齿轮2的大径为40mm, 齿轮1的大径为180mm, 则直流电机应具有的转速为384.5/2=85.5r/s=5130r/min。传动螺母采用的内衬材料为Cr12MoV, 螺母结构材料为ZQAl, 这样可保证至少有8圈传动螺纹的情况下螺母能够剪断吸能螺纹且自身的传动螺纹不被破坏[5,6]。
2.4.2 转矩和功率计算
电机的选型要素中, 驱动力矩是一个很重要的方面, 参照图3可以看出该装置的驱动力矩计算包括三个部分, 分别是电机驱动齿轮1的驱动力矩T1、齿轮1带动齿轮2旋转的驱动力矩T2、螺母带动螺杆做螺旋运动的驱动力矩T3。相应的功率分三部分计算, 分别为P1、P2和P3。由于三个部分均属于摩擦负载类型, 因此电机驱动齿轮等结构所需转矩按摩擦负载电动机转矩和功率计算方法计算。摩擦负载电动机转矩计算分直线运动和回转运动两类, 本装置属回转运动, 参考机械设计手册[7]则可计算得到:
T=T1+T2+T3≈235.6N
P=P1+P2+P3≈127W
通过以上计算, 选择SZ系列直流伺服电动机90SZ69作为执行电机。SZ系列微型直流伺服电动机广泛应用于自动控制等系统中用作执行元件, 也可用作驱动元件。
3 硬件系统设计
基于实验条件限制, CST控制系统拟用一小模型进行模拟演示, 这样不仅减小了设计难度, 同时降低了开发成本。
(1) 采用凌阳科技大学的超声波测距模组[8]进行距离数据采集, 以代替模拟毫米波雷达测距模块, 其功能结构见图4。
(2) 在小模型中采用FF-050SK-11170微型直流电机代替原系统中的直流电机。
(3) 考虑到车速传感器发出的是脉冲信号, 将一遮光圆板装于微型电机轴上, 通过电机带动遮光圆板旋转以模拟车轮转动。在遮光圆板前端置有一光电传感器, 当光电传感器对准遮光圆板槽时, 光电传感器向单片机发送一个高电平信号, 光电传感器光线被遮光圆板挡住时, 光电传感器向单片机发送一个低电平信号, 这样就形成了一个脉冲, 随着微型电机的不断转动, 光电传感器不断向单片机发送脉冲信号, 不同的车速有相应的电机转速及脉冲数与之对应。
本设计研究的对象是众泰2008型轿车, 其轮胎型号为205/70 R15, 即轮胎断面宽度B=205mm, 轮胎断面高宽比 (H/B) 为70%, 为子午线结构轮胎, 轮辋名义直径d=381mm (15英寸) , 通过下列公式可以计算出对应于各车速的模拟量 (表3) :
车轮外径
车轮周长
L=π D=π0.668=2 (m)
对应的转速
4 软件设计
本系统子程序模块较多, 程序较复杂, 所以选用可读性强及修改较方便的C语言进行编程。编译软件选择ICCAVR。
根据系统的设计目的, 即使被动安全装置CST装置具有主动防御功能, 系统首先要进行距离测量、速度测量, 并根据编码程序进行安全/危险状况的判断, 然后根据危险情况进行译码显示、报警及控制CST装置伸缩, 从而实现轿车主动报警和碰撞吸能技术的有效结合。
4.1 距离测量
主机通过PB6口接超声波模块, 控制超声波模块发射脉冲信号。当PB6为高电平时控制系统开始发射脉冲, 设置主机定时/计数器T3需要发射的脉冲的脉宽时间, 并使PB6置高电平的时间为定时/计数器T3的定时时间。为了防止脉冲发射过程或返回过程中发生脉冲丢失导致接收不到回波脉冲的现象, 系统发射脉冲时适当增加了脉冲数量, 脉冲发射间隔很短, 可以忽略不计。脉冲发出后, 计数器开始计数, 当发出9个脉冲后, PB6口置反为低电平, 停止发射脉冲, 停止计数, 同时开启接收外部中断。
主机PD0接超声波模块脉冲接收单元的输出口, 接收返回的脉冲信号。当接收单元接收到脉冲信号后, 接收单元输出高电平, 主机采集到该信号后才进行后续工作。
4.2 速度测量计算
设计中, 要实现的最高车速是80km/h, 所以系统设置了两个按键以实现对电机速度的加减控制, 控制速度分八个挡位。
本车速度测量计算子程序中, 主机P3.4接到测速单元输出口。设定主机定时/计数器T1, 在定时器T1的定时时间内计数器1对测速单元的输出脉冲进行计数, 再根据数学关系计算出速度, 确定汽车当前的状态。将行车状态用 LCD 显示并确定是否采取报警、抑制报警等措施。当自车速度低于30km/h时系统抑制报警并不断查询速度大小, 一旦速度超过30km/h, 系统即启动防撞报警功能。当自车速度超过80km/h 时, 电机驱动CST装置全部伸出, 同时报警。开始测量时, 首先初始化计数器T1并进行测速, 以PWM方式输出, 在电平上升沿捕获的速度脉冲有效。然后, 采用外部中断方式检测增减速按键是否闭合。增减速按键的闭合与否用读键盘指令send (015) 来模拟, 该信号用外部中断源INT3进行检测, 如果是减速键信号同时速度大于0, 则每按键一次, 速度减小12km/h;若为增速键同时速度大于0, 则每按键一次, 速度增加12km/h。
4.3 危险判断
本控制系统设计的最终目的是在汽车有可能与前障碍物发生碰撞时, 及时报警以提醒驾驶员采取紧急措施, 同时将CST装置伸出以便驾驶员反应不及时汽车发生碰撞时能够起到保护汽车和乘员的效果。在报警模块中, 单片机首先检测天气情况按键的选项值 (该值由驾驶员根据实际路况人为设定, 从而选择不同的安全距离模型) , 判断天气情况, 进一步调出各安全距离模型下对应的安全速度并进行判定。若速度小于30km/h, 则系统判定不需要采取任何危险防范措施;若速度大于30km/h, 继续判断速度是否大于80km/h, 是则报警并将CST装置伸出;否则继续检测速度在30～80km/h间的哪一速度段, 调出相应的安全距离模型, 判断当前距离值是否安全。安全则继续返回检测, 不安全则报警并将CST装置伸出。
为了更方便地说明系统软件与硬件之间的联系, 表4列出了系统控制芯片ATmega128各引脚控制功能。
系统总体程序流程如图5所示。
5 电路板调试结果
根据预警、碰撞相结合的CST控制系统的各个部分模块设计, 最终完成了该控制系统的电路板总体制作, 如图6所示。
本系统设置了3种天气情况选项值, 每种天气对应有7种速度情况下的安全距离模型, 合计有21种。当超过安全距离时, 报警灯显示为红色, 同时电机带动CST装置伸出;当大于安全距离即危险情况解除后报警灯显示为绿色, 与此同时电机反转, 带动CST装置回缩。
采用主动测距报警和被动碰撞吸能装置相结合的方式, 能够使汽车的碰撞安全性大大提高, 使CST装置能够像安全气囊一样, 在遇到危险时才将螺杆快速伸出, 一方面能够以较小的吸能区长度吸收较大的动能, 另一方面提高了系统可靠性, 延长了系统寿命, 降低汽车能耗, 既适应目前的市场需求和电子发展趋势, 又能从更高程度上提高汽车的安全性。
参考文献
[1]Chen Yuanlin, Wang Chong’an.Vehicle Safety Dis-tance Warning System:a Novel Algorithm for Vehi-cle Safety Distance Calculating between MovingCars[C]//Proceedings of the IEEE InternationalConference on Industrial Technology.Chengdu, 2008:2570-2574.
[2]雷正保.螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置:中国专利.ZL03124568.4[P].2005-10-12.
[3]雷正保.自适应冲击能量吸收装置:中国专利.ZL200710034933.2[P].2007-10-10.
[4]雷正保, 王素娟, 张晓园.第二代螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置的电子控制系统[J].汽车工程, 2009, 31 (12) :1185-1188.
[5]杜青云, 雷正保, 魏书彬.基于主、被动结合的螺纹剪切式汽车碰撞智能吸能控制系统[J].公路与汽运, 2009 (1) :6-9.
[6]杜青云, 雷正保, 魏书彬, 等.基于汽车安全状况的CST控制方法[J].交通科学与工程, 2009, 25 (2) :83-89.
[7]徐灏.机械设计手册第四卷[M].2版.北京:机械工业出版社, 2004.
汽车高级碰撞估损师培训总结 第5篇
一、本次培训的工作基本情况
近两年来、我校的定损评估专业越发的成熟起来，对学生在证书方面很重视，一为学生在未来能有个好的发展前景，多张证书多条路；二来对于此次参加培训的同学而言，不仅能从此次培训再次学到许多的知识，还能巩固之前学习到的知识，比如对各类保险险种的了解和定损时发生的各类情况的处理办法等等，对他们未来工作有所帮助。参加此次考证的同学涵盖了汽车运用技术、汽车电工电子、汽车技术服务与营销、汽车定损与评估等多个专业，共有29人。其中顺利通过考试并拿到证书的同学为27人，合格率高达93.1%。
二、本次培训的重要性
今年的汽车高级碰撞估损师不同与去年，去年我校培训汽车高级碰撞估损师时多为聘请经验丰富的外校教师进行考证培训任务，而今年我校已经成为OSTA鉴定中心，已拥有了相关的培训资质。因此，在本次的培训任务中的培训教人员都为本校教师，这样可以更好的锻炼我校教师在培训碰撞估损师方面的能力。我校获得OSTA鉴定中心的时间并不多，在汽车高级碰撞估损师考证培训任务方面一直缺少锻炼，通过本次对在校学生的培训不仅增长了本校教师的教学经验，同时及早的发现在培训中的不足，在以后的培训任务中加以改进与完善。此外，从长远的角度分析本校既已成为OSTA鉴定中心，获得了汽车高级碰撞估损师的培训资质，那么就应该做好它的培训指导任务，将此发扬为我系特色。若本校在未来规划中将此证书列为可接受社会报名、对外人员培训，那么这更要求我们教师要有扎实的知识和经验。所以，做好现阶段任课教师的教学培养与锻炼是十分重要的。
三、培训过程中出现的问题
本次培训准备工作比较充分，所有学生在培训之前都拿到培训教材及习题集，各个培训教师积极准备上课使用的PPT及板书。培训过程中出现以下几个
问题：
①本次培训有8个章节，分别为《车辆保险政策法规》、《车辆识别技术》、《车辆结构知识》、《车辆事故及损伤形式》、《事故现场查勘》、《机动车定损》、《钣金与喷漆》，由5位培训教师培训。其中，在培训中发现，由于此次参加考证的同学多为汽车定损评估专业的学生，对于《车辆结构知识》和《钣金与喷漆》这两门课比较薄弱，很多零部件都不知道安装在哪里，长什么样，或者零部件名称不知道，所以这块是我们未来需要重点培训的章节，同时也希望学校能为学生提供一些关于汽车维修、机械这一块的考证项目，能为学生日后顺利通过汽车高级碰撞估损师考证打下基础。
②培训教师需要对学生薄弱方面进行补习，在规定课时内完成教学任务比较紧张，希望学校能给予一个弹性的时段，好及时对培训做调整。
③本次培训与高级营销师及高级维修工为同一周培训，在培训教师上比较紧张，万一出现变数，人员方面调节不便。
④由于本次汽车高级碰撞估损师是由我和袁春华老师一同监考，在学生考试过程中，我也仔细看了下，发现考试试题一共80题，总分100分，其中60题一分题，20题2分题，考试题目与我们之前所整理的题库有比较大的出入，并且难度不小，有三成涉及汽车维修这方面，三成涉及钣金喷涂方面，正是学生们薄弱的。
四、本次培训总结
本次考证培训虽然圆满完成，并拥有优异的合格率，但是也让我们在培训中发现了诸多的问题，特别在汽车维修和钣金喷漆这两方面，需要着重的对学生进行培训。本次为期两周培训的所在地都在定损评估实训中心上课，导致学生可能无法看到汽车零部件的实际模样，在下次的培训中，我会加以改进，灵活变通，争取在培训汽车维修知识的时候能在维修实训中心上课，加以实物，相信学生能更容易记忆和理解。另外，中级维修工这个项目对大二的学生来说还是非常重要的，能为在大三时汽车高级碰撞估损师考证打下良好的基础，是必不可少的。在题库方面，我们也会加以改进，不断的完善题库，争取能涵盖或类似于考试的试题，同时，做出简单易懂好记的解析，让学生都能顺利通过考核。此次培训项目比较密集，导致培训人员人数比较紧张，而且培训周期比较短，在个别项目培训
上课很紧凑，学生可能一下子无法接受，希望学校在下次培训中能分开进行这些培训项目和给予充分的培训周期。
汽车碰撞的意义 第6篇
随着社会经济发展水平的逐步提高，现代技术成为社会发展的主要动力，新技术在社会发展的各个领域都具有体现，变截面辊弯汽车零件研究技术室内基于传统的零件研究的基础上，实现新技术的融合探究，降低汽车制造的成产成本，提高汽车零件的质量，促进社会发展技术水平的创新发展。
变截面辊弯汽车零件碰撞技术概述
变截面辊弯汽车零件碰撞技术是新型空型变截面技术，基于传统汽车零件设计的基础上，采用新型复合材料，设计合理的汽车零件受压截面，达到提高汽车零件的受压能力，减轻结构重量的作用。同时，采用新技术可以产品经营艺术的大批量加工，能够解决传统变截面辊弯汽车零件小规模生产的经济投资比重大的问题，为实现现代汽车领域的深入探索发展，提供参考依据。
实施变截面辊弯汽车零件碰撞技术的分析的方式
三维立体模型。变截面辊弯汽车零件碰撞技术的研究，是我国汽车领域技术水平逐步发展的体现，结合变截面辊弯汽车零件碰撞技术的应用实际，对采用的分析方式进行总结探究。采用三维立体模型，三维立体模型的构建，借助计算三维仿真模拟技术。设定汽车变截面辊弯零件碰撞的空间构建模型，由于零件在三维空间中作摆动运动时，零件之间的接触面为某一横截面，因此，设定三维空间立体模型可以实现零件的信息综合分析，可以将变截面辊弯零件碰撞的因素构建为完善的数据结构，为检测变截面辊弯汽车技术零件的探索提供新的发展空间。例如：某次变截面辊弯汽车零件碰撞技术的三维仿真图像设计为图1，其中长、宽、高分别为30mm、40mm、30mm，依据三维立体设计图像，进行零件仿真模拟碰撞检测，并最终确定零件碰撞技术的优化方案。
有限元分析。实施有限元分析，是现代工业生产技术中经常应用的一种分析方式，有限元分析技术在变截面辊弯汽车零件碰撞技术中的应用，依据分析技术探究零件发展的整体发展情况，确定变截面辊弯汽车零件碰撞技术研究中自变量和因变量之间的函数分析式，从而建立有限元分析结构，通过有限元分析，确定汽车零件新技术在实际应用的最佳值，从而为现代汽车零件的技工处理提供可靠地分析优化模型。例如：某汽车零件的分析有限元的将零件的变截面变化设定为自变量，而汽车零件的受压能力的因变量，应用有限元进行分析。
系统层次化分析。系统层析分析模型是現代汽车零件分析的一种分析原理，结合变截面辊弯汽车零件技术是调节零件生产中通过增加横截面的受力面积，调节汽车零件的受力能力，分别将变截面划分为多个实验分析层次，并逐步形成变截面数据分析的结构分析图，确定分析的整体结构，最终依据检验分析标准，确定分析的最佳优化方案。
实现变截面辊弯汽车零件碰撞技术的分析
表面节点的调整。变截面辊弯汽车零件碰撞技术在实际中的应用，主要从零件的节点、法兰边、质量以及性能调整四方面进行分析。经过以上分析原理，对新型变截面辊弯汽车零件碰撞技术在实际零件优化中应用，从而实现零件设计中，变截面的零件节点得到调整，节点的调整可以提高零件机械碰撞面的表面节点碰撞集中的情况，实现汽车零件节点的分布，增强汽车零件的受力水平，达到应用新技术优化变截面辊弯汽车零件碰撞的作用，提高零件的受压面积，实现现代汽车零件技术发展水平创新发展的新探究。
法兰边的优化。法兰边的优化，也是现代变截面辊弯汽车零件碰撞技术优化的主要领域，汽车零件技术的探究，实现法兰边的优化。一般而言，变截面辊弯汽车零件技术法兰边的优化采取将零件的外部轮廓变化的形式进行探究分析，将传统的边框模型变为具有灵动曲线外形设计，可以实现零件设计的规划结构优化，减小零件碰撞集中与一点的经零件摩擦问题，拓展汽车零件应用中，零件的受压均衡性发展，达到调节零件应用的耐用性作用。
零件质量的优化。零件质量的优化，也是变截面辊弯汽车零件碰撞技术创新发展的新途径，由于零件碰撞节点有原来的相对集中变成节点的分散处理，零件的运动需要灵活性得到逐步增强，适量的进行汽车零件的质量优化，可以增加零件的灵活程度，达到较小零件运动中产生碰撞的重力作用，实现变截面辊弯汽车零件新技术的应用具有调节汽车运行助力。优化汽车行驶的整体性能的作用。例如：依据有限元对变截面辊弯汽车零件新技术的分析，当汽车零件的质量减轻到一定，汽车零件的变截面辊弯的受力水平为最佳，实现新技术在汽车整体经营发展中的应用，可以依靠适量的减少汽车零件质量，调节汽车的实际应用的灵活陛。
零件性能的优化。变截面辊弯汽车零件技术采用复合式新型零件生产材料，使汽车零件的受压能力比传统的汽车零件受压能力强，同时多截面的技术分析原理，能够强化零件在实际应用中的受压面积，使汽车发展的应用中零件的灵活性提高，汽车性能也达到提高。例如：以及系统的层次变截面辊弯汽车零件分析技术，对零件的受压能力和质量减轻最佳值进行分析，依据汽车零件的设计三维立体模型，确定汽车零件的设计到达A值时，汽车零件的质量最轻，作用性最大，从而进行汽车变截面辊弯零件的设计，实施新的碰撞零件后，检测汽车的应用性能，发现新技术能够将汽车的性能提升原来的1-1.5倍，为现代汽车行业的发展提供技术支持。
变截面辊弯汽车零件碰撞新技术是我国汽车领域逐步拓展的重要体现，结合变截面辊弯汽车零件技术的设计有限元，对汽车技术的分析进行探究，达到促进我国汽车领域技术进步、成本降低以及性能提高的新境界，推进我国汽车领域的新发展。
汽车碰撞的意义 第7篇
关键词：汽车碰撞试验,数据采集系统,传感器
引言
近年来,汽车安全一直是汽车业所关心的,尤其是汽车被动安全,各国都制定了相应的法规标准和安全性评价。这些法规标准多是通过汽车碰撞试验来检测考核。因此汽车碰撞试验是汽车被动安全性研究和检测的主要手段。由于汽车碰撞试验过程速度快,作用时间短和试验不可重复性,对试验中所用仪器的可靠性提出了很高的标准,从完整性来说达到万无一失的要求,尤其是试验中用于瞬间记录试验假人和车上各种传感器信号,并对数据进行分析,得出试验结果的数据采集系统(简称数采)。在试验中,车辆中的乘员是否安全,车身各部位在撞击瞬间的受冲击过程和情况都需要它来获取。因此,在汽车碰撞试验中,数据采集系统是整个试验系统仪器核心中的核心。本文主要对汽车碰撞试验中使用的几款典型的数据采集系统进行性能指标和使用情况进行综合比较。
1、车载数据采集系统简介
车载数据采集器(也称为数据采集分析仪,简称数采)是数据采集系统的主要部件,属于车载型数据采集设备,可用来完成在汽车碰撞试验过程中采集自安装于车身和假人的传感器的数据,将传感器输出的模拟信号转化为数字信号,在汽车碰撞试验中起着极其重要的作用。
如图1所示,一个或多个数据采集器串联可用来进行试验过程中车身加速度传感器、假人传感器等各种传感器数据的采集,并将模拟信号转化为数字信号。电源用来供电。触发线可以控制数采开始记录数据。电脑用来控制数采的参数设置,并对数采采集的数据进行存储和处理。
目前,主要的数据采集系统生产厂商有:德国的KT公司、Messring公司,日本的共和电业(KYOWA),美国的DTS公司等。这些据采集系统都具备很强的抗冲击性和抗电磁干扰性、高度的可靠性和掉电续航的能力,能够承受假人内部及车载动态测试位移大、速度大、加速度的特殊环境,并在短时间内采集大量的数据。可用于中国GB标准系列、欧洲ECE标准系列以及美国FMVSS标准法规等试验标准、法规中的实车碰撞试验、台车试验和气囊误作用试验等。
现就KT的MINIDAU K3700、KYOWA的DIS-3000B和DTS的DTAS G5 (以下分别简称:KT、KYOWA、DTS)三款数据采集系统的各项性能进行综合比较。
2、KT、KYOWA、DTS的性能比较
三款车载数据采集器单体都具有32个模拟通道,传感器插座为7芯LEMO接头,能够采集来自应变传感器、压阻传感器、半导体传感器、电位计和电压测量器的信号,并将模拟信号转化为数字信号。同一型号的数据采集器各个单体可以串联使用,以实现更多的总通道数。
2.1面板接口差异
(1)KT面板接口(见图2):
(2)KYOWA面板接口(见图3):
(3)DTS面板接口(见图4):
从上述三幅图中可以看出,每款数采都有与电源、触发线、数字开关和网络相连的接口。相比较而言,KT将网络和电源接入同一个接口、触发线和数字开关接入同一个接口,因此其面板接口最为简洁、明了,接线也最为方便。
2.2激励电压
KT和KYOWA的激励电压都是10V,DTS的激励电压是5V。在DTS与量程为-5V～5V的外部电压传感器连接时,为保护数采仪不因输入电压不匹配而造成不必要的损害,应在外部电压传感器与数采仪之间加装一条保护电缆。
2.3电池电量
DTS的断电操作时间最长为90分钟,KYOWA和KT的断电操作时间为30分钟,但KT只有在进入试验状态(arm状态)后,才可切断电源。2.4软件运行速度
软件的运行速度决定了试验前检查传感器、试验时进入试验状态和试验后数据下载的快慢。一般而言,采集的传感器数量越多,读取数据的速度也越慢。KT和KYOWA的软件运行速度较快,而DTS在这方面花的时间较长。
KT、KYOWA、DTS的其它技术指标及工作环境如表1所示:
虽然,三款数据采集器的性能指标有所不同,但都能满足汽车碰撞试验的实际使用要求,且工作都很稳定。
3、KT、KYOWA、DTS的使用比较
3.1数据采集器的选择
每次试验时,都要根据传感器的数量和种类对数采的数量和名称进行选择。在KYOWA软件中,需在编辑传感器列表之前确定数采的数量,而具体使用哪个数采可以到试验时再决定。而在KT和DTS软件中,需先确定数采的具体名称(每台数采都有与之一一对应的名称),再编辑传感器列表。相比较而言,KYOWA一旦确定了数采的数量就不方便进行更改,而KT和DTS可以根据具体情况增加数采的数量,但若要更换数采,就得重新编辑传感器列表了。
3.2传感器列表的编辑
在试验前的准备工作中,有一大部分时间用于进行传感器列表的编辑,之后再根据编好的内容按通道插入对应的传感器。
(1)车身传感器的编辑:
车身传感器的编辑就是把各传感器的短名字、长名字、传感器编号、方向、量程等相关信息逐条输入计算机中。在传感器列表的编辑中,KT采用表格的形式,这样对于传感器的数量、各种传感器的大致分布和各传感器的参数设置可以一目了然。DTS采用表单的形式,即单独列出每个传感器的长名字、短名字、传感器编号等信息,每编辑一个传感器都要选择下一通道,才能继续编辑。KYOWA采用表格和表单并存的形式,既方便编辑又方便浏览。但在传感器的相关信息中,需通过Data Base自行查阅灵敏度系数(sensitivity)并计算“Rated Out”,这给传感器列表的编辑增加了不少麻烦。另外KYOWA的另一个特点是不用输入长名字,其长名字(Parts)可直接在下拉列表中直接选取,一旦列表中没有需要的名字,就只能在试验后在其它软件中手动输入了。因此,通常情况下一般采用KT和DTS进行车身传感器的编辑。另外,三款数采都具有自动辨认传感器的功能,可以首先随机的在数采上插入传感器,由软件自动辨认出传感器的ID编号,再根据编号输入短名字、长名字等相对应的信息,这样做可节省输入传感器编号和插线的时间,但会影响传感器在列表中的排列次序(三轴传感器就不再按照X、Y、Z的顺序排列了),因此在实际操作中不常运用数采的这项功能。
(2)假人及安全带力传感器的编辑:
假人及安全带力传感器的编辑主要是根据需要在假人及安全带力传感器模板中进行适当的选择,并将其复制到传感器列表中。在KYOWA软件中,可以采用复制、粘贴的方法一次或分几次将模板中的传感器相关信息全部或部分复制到传感器列表中。在KT和DTS软件中,可以采用导入传感器组的方法一次性完整导入模板中的传感器相关信息,或采用导入传感器的方法(一次只能导入一个)分多次导入模板中所需的传感器。相比较而言,KYOWA在假人及安全带力传感器的编辑方面最为方便、省时。
3.3插线
这部分的工作主要是按照之前编辑的传感器列表,按通道插入对应的传感器。KT和KYOWA数采的体积较大,通道的排列方式较为简洁,比较方便插线。DTS数采的体积小,各通道排列较密,给传感器的插、拔带来了一定的困难。
3.4触发方式
KYOWA采用的触发方式为单触发,就是在触发瞬间利用带状开关产生触发信号,开始记录数据。KT和DTS可采用双触发的触发方式,其中的第一个触发信号(SR)由试验人员在碰撞发车前1 0秒手动给出,使数采设备开始记录,第二个触发信号(T0)用于产生碰撞零时刻。相比较而言,双触发方式比单触发方式多了一道保险,能保证数据能被成功记录。
3.5波形的实时显示
每次试验前需对所有传感器调零,并通过各传感器加速度、力、位移等待测变量的实时显示来判断传感器工作是否正常。KT可用列表的方式对各传感器的电压和待测变量进行实时数字显示,试验人员可在online中选择观看实时波形,每次可选择一到三个。KYOWA可依次显示每个传感器的实时波形,一页可显示一到四个,在显示波形的时候可以改变量程和显示的数量,并可用“CH+”和“CH-”,来切换显示的通道。DTS与KYOWA类似,只是一页只能显示一个传感器的波形,但可以在传感器列表中任意选择要观看的通道。
3.6试验后数据的采集和转换
从KT和DTS中下载的数据可以直接转入数据分析软件EVA进行数据分析。而从KYOWA中下载的数据则需通过ISO-MME File Converter软件转为MME版本的文件并输入之前未输入的长名字、驾驶员位置、碰撞方式等信息才能用EVA进行分析。
综上所述,上述三款数据采集系统的性能和指标基本相近,虽说各有优缺点,也各有特点,很难分出孰优孰劣。在日常的试验操作中,应当充分利用不同仪器各自的特点和优点进行数据采集,如:车身传感器信号尽量用KT和DTS采集,假人传感器信号尽量用KYOWA采集。
参考文献
[1]杨辉,黄美萍.汽车碰撞试验中数据采集系统的特点与分析.《中国汽车市场》.2007年10期.
[2]黄世霖.汽车碰撞数据采集系统特性分析.《仪器仪表学报》.2005年S1期.
[3]《MINIDAU K3700 Basic Hardware Manual》.2003.2.
[4]《Impact Test Measurement System DIS Control Software Operation Manual》.2004.4.
[5]《DIS-3000BS03 Instruction Manual》.2004.4.
汽车智能化防追尾碰撞系统的研究 第8篇
车辆追尾事故是我国城市道路中仅次于正面和侧面相撞的多发事故类型,在全国高速公路交通事故中,追尾碰撞事故数约占总事故数的33.4%,位居高速公路交通事故之首。目前,世界各国都在研究更加实时、可靠、适应性好的车辆防追尾碰撞系统,以进一步提高车辆行驶的安全。汽车智能化防追尾碰撞系统就是在汽车有追尾碰撞危险时,能立刻发出警报信号,提醒司机及时处理, 并在必要的时候自动启动制动系统,尽量避免交通事故的发生。
1智能化防追尾碰撞系统的具体组成
汽车智能化防追尾碰撞系统在汽车正常行驶时处于非工作状态,当后车车头非常接近前车车尾时,该系统将发出防追尾警告,在发出警告后,如果驾驶员没有采取制动减速措施,该系统便启动紧急制动装置,以避免发生追尾事故。汽车智能化防追尾碰撞系统由防追尾碰撞警报系统(CW),和防追尾自动制动系统(CA)组成,主要分为信息收集、控制单元、人机界面三部分。
1.1信息采集
即用传感器收集各种行车信息(如己车与目标车辆的间距、相对速度、加速度和节气门开度等)。由驾驶环境识别系统、行车状况监视系统及路面选择系统组成。为了提高环境识别的可靠性,可采用多种测距方式和其他传感器相结合的方式进行信息采集。同时在行车状况监视方面要注意传感器的布局以及选取方式,保证各个传感器的数据能准确反映汽车实时的行车工况。
1.2控制单元
对信息采集系统的各种数据进行分析判断,判定危险级别。由安全车距计算、危险评估系统组成。在控制单元设计方面,“临界安全车距”的确定将是至关重要的。在确定该距离时,有时还得考虑驾驶员的反应时间、行车状况等,并且通过模糊推理将评估结果送到危险警示系统和刹车控制系统中。
1.3人机界面
即信息显示和危险应对措施。由危险提醒报警系统、自动制动系统、MSB(mechanical safe belt)模块、液晶显示行车信息等组成。
2具体类型
2.1毫米波雷达
汽车上用的雷达是30以上的毫米波雷达,毫米波的波长短、频率高,抗干扰性强,多普勒频移大,相对速度的测量精度高。现在常用的车用雷达有:脉冲多普勒雷达、双频雷达和雷达三种。汽车毫米波雷达测距有以下特点:性能稳定,它受对象表面和颜色的影响小,受气流影响也比较小,境适应性能高,在恶劣天气下性能稳定,受雨、雪、雾等的影响小、价格较贵。
2.2激光测距
激光测距也是一种雷达装置,是一种光子雷达系统,它测量精度高、量程大、时间短,应用领域广泛。现在汽车应用的激光测距系统可分为两大类,即非成像式激光雷达和成像式激光雷达。非成像激光雷达和电磁波雷达的工作原理一样,根据激光束传播时间确定距离;成像式激光雷达就是应用激光束对整个视场进行扫描,获得视场内目标的三维信息,根据这些信息判断是否有追尾碰撞危险。
2.3高精度摄像系统测距
高精度的摄像系统测距就是利用摄像机,它尺寸小、质量轻、噪声低、功耗低、动态范围大、光电计量准确、扫描输出的光电信号处理容易,在汽车行业也得到了广泛的应用。
2.4红外线测距
红外线的波长比可见光长,是肉眼看不见的光,有很好的热效应和穿透云雾能力。而且,任何物体在任何时候都会发出红外线。测距仪通过发射并接收相关物体反射的红外线,根据信号的强弱及波长的不同、接收的时间差,可以分析出物体的性质和它们之间的距离。由于红外线人眼感知不到,隐蔽性强,夜间也可以正常使用,所以这种测距仪常常应用于军用汽车上。
3智能化防追尾碰撞系统的设计
现代汽车在制动安全系统方面所广泛应用的ABS系统只能保障汽车在人工制动过程中实现制动效果的最大化,避免发生失去转向及甩尾等危险情况,而在预防或避免车体的碰撞方面还不是很理想,尤其对预防追尾碰撞不能达到最佳效果。因此,有必要在制动总反应时间上做文章,利用该时间段充分发挥制动效能,减小汽车发生追尾事故的可能性。汽车智能化防追尾碰撞装置硬件电路设计主要由单片机控制、加速度传感器、激光雷达、LED刹车灯及电源等电路组成,在车辆上的具体位置如图1所示。
3.1单片机
该设计选用高性能、低功耗单片机,它是基于先进的AVR RISC结构的8位CMOS工艺微控制器,器件内部集成有模拟比较器,6通道10位(TQFP与MLF封装为8通道)的A/D转换器,3个具有比较模式的灵活定时器/计数器,512字节的EEPROM,片内/外中断,5种可通过软件选择的睡眠模式,以及8 KB的系统内可编程Flash存储器(可随时在线编程),易于产品设计和更新。同时,ATmega8L可达到接近1MHz的性能,运行速度比普通CISC单片机高出10倍,并且该器件价格不高,为许多嵌入式控制应用提供灵活且低成本的解决方案。另外,ATmega8L的工作电压为2.75V,非常适用于那些电压波动较大的场合。
3.2加速度传感器MMA7260QT与单片机接口设计
该系统设计选用加速度传感器MMA7260QT,测量加速度。该器件采用MEMS原理制作的低成本、低功耗、单芯片集成xyz三轴感应加速度传感器,可准确测量0～350Hz,±6g范围内动态或静态加速度,还能够监测车体微小震动和整车的倾斜角度。该器件内部集成了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术,并提供4个量程(1.5g,2g,4g,6g)可选,2.2～3.6V单电源供电,工作电流小于500μA,休眠模式下最低供电电流仅为3μA。MMA7260QT加速度传感器采集汽车加速度数据,并将数据通过ATmega8L的PD7(AIN1)端口传输至ATmega8L。
3.3霍尔车速传感器
霍尔车速传感器由8级磁钢、UGN-3030T型霍尔开关传感器、LM2917及放大电路组成,如图2所示。汽车传动部分带动8级磁钢旋转,由于磁场变化使得8级磁钢每转一圈霍尔传感器便产生8个脉冲信号经放大器处理输出到频率/电压转换器LM2917,由单片机的A/D转换器根据LM2917输出电压测量当前汽车时速。
3.4激光雷达测距
测距方法主要有超声波、激光雷达、连续波雷达等,基于成本和设计需求考虑,激光雷达测距是最佳选择。激光雷达测距有连续波和脉冲波两种方式,本设计使用脉冲波方式。安全装置发出脉冲状的红外激光束照射前方,并利用汽车后部可反光部件的反射光,通过受光装置检测反射光,单片机根据时间差计算出其距离。
3.5LED刹车灯装置
该设计中,刹车灯由发光二极管阵列组成,发光二极管选用Everlight公司生产的1W高亮度LED,其响应时间为纳秒级,而普通车灯的热启动时间约250ms。假设汽车时速为90km/h(25m/s),通过计算可得反应迅速的LED刹车灯可提早约6 m距离发出刹车警告,从而有效避免汽车追尾。将LED放置成内、中、外三圈形状,当单片机根据加速度传感器的输入信号得到加速度值超过设定的阈值后,单片机输出信号经ULN2003驱动继电器动作,LED刹车灯响应后由内中外内循环点亮,由于其亮度高、响应快。在实际使用中效果良好。另外,该部分电路需与汽车刹车装置联动以确保准确输出刹车信号。
4结语
汽车在行驶的过程中出现故障是随机的,一旦出现这种情况,其他汽车由于不了解情况,可能会发生车与车的碰撞。该系统的设计对于减少或避免此类情况的发生很有实际意义。防碰撞系统的设计方法及设计时采用的单片机体现了一定的经济性和实用性。
参考文献
[1]孙泽刚.基于C51防汽车追尾报警系统的研究[J].机电产品开发与创新,2010,(11).
[2]李智安.一种车辆防追尾碰撞安全系统设计[J].交通安全,2009,(11).
[3]朱平,等.轿车追尾碰撞仿真及结构耐撞性改进研究[J].中国机械工程,2008,(3).
汽车碰撞测试专利技术综述 第9篇
1 汽车碰撞测试技术
改进汽车的安全性, 有效地减少汽车道路交通事故造成的损失是我国汽车行业近几年的重要工作之一。汽车碰撞试验以再现交通事故的方式, 用以分析汽车在碰撞过程中车内乘员与车辆的相对运动状态, 乘员及车辆伤害状态等, 通过分析结果可以改进车辆结构安全性设计和增设汽车乘员保护装置。通过对试验车辆上安放假人的伤害值评价, 可以得到对汽车整体安全性能的综合评价[2]。
现有技术中, 汽车碰撞试验的方法主要有移动屏壁撞车试验、台车试验及试验台冲击试验。
在移动屏壁撞车试验中, 如浙江吉利汽车研究院有限公司和浙江吉利控股集团有限公司提出的、公开号为CN102564719A的一种防正碰系统侧向来车标定试验装置, 图1中驱动装置驱动模拟板1移动, 模拟板1的面板与实车大小相同并具有实车的侧向轮廓, 试验车辆6从垂直于模拟板1的方向移动, 正碰撞系统中的控制系统4对前方侧向来车的标定设置五个阶段, 即正常阶段、跟踪阶段、预警阶段、二次预警阶段和碰撞缓解阶段, 并用车辆雷达探测车辆前方物体, 以此对车辆的防碰撞系统进行测试。
在台车试验中, 例如:由三菱重工业株式会社提出的、公开号为CN102288377A的专利文献公开了一种机动车碰撞模拟试验装置, 图2中试体15是仅具有骨架的机动车的白车身, 白车身中安装有座椅15a、转向装置15b、安全气囊15c、安全带15d等装备件, 并且安装有假人15e。试体15搭载在滑车11中的规定的位置, 在滑车11的前方的地面12上设置有对滑车施加后方加速度的发射装置21, 通过发射装置21对滑车11施加后方加速度的情况与滑车11上的试体15发生前方碰撞时受到前方加速度的情况为同样的形态, 能够模拟发生机动车碰撞事故。
3 专利分析
3.1 专利趋势分析
3.1.1 中国申请量分析
通过统计中国专利文摘数据库 (CNABS) 中汽车碰撞测试技术的中国专利, 截至2015年6月30日共检索到615篇专利文献, 其中重点分析2001-2014年的申请量随年份分布情况如图3所示。
从图中可以看出, 从2001年开始, 汽车碰撞测试技术的专利申请量大致呈逐年增长趋势, 特别是从2010年开始, 快速增长趋势明显。
3.1.2 世界申请量分析
通过统计德温特世界专利索引数据库 (DWPI) 和世界专利文摘数据库 (SIPOABS) 汽车碰撞测试技术的专利, 截至2015年6月30日共检索到外国专利申请883篇, 因国外技术发展较早, 最早的专利申请文献出现在1971年, 重点分析从1980年至2014年的专利申请量。可以看出, 国外关于汽车测试技术发展较早, 快速增长出现在90年代, 而在2002年以后, 技术发展就趋于平稳, 可以看出技术已经较为成熟, 2014年甚至没有关于汽车碰撞测试的相关专利, 而对比中国还处于快速增长阶段。由此可见, 中国在该领域还有很多可以借鉴和学习的方面。
3.2 主要申请人重点技术分析
以下将对申请量排名前几位的主要申请人进行重点技术的分析。
(1) 浙江吉利控股集团。
浙江吉利控股集团有限公司是中国国内汽车行业十强中唯一一家民营轿车生产经营企业, 自成立了吉利汽车研究院以来, 大部分关于汽车测试领域的专利申请都由浙江吉利汽车研究院有限公司作为第一申请人提出, 关于汽车碰撞测试的专利申请集中在2010年以后。
吉利公司的汽车碰撞试验主要采用移动屏壁撞车试验和台车试验, 移动屏壁撞车试验在前已经介绍过, 下面介绍关于台车试验的重点专利申请。
浙江吉利汽车研究院有限公司于2012年3月1日提交了公开号为CN102854021A的汽车碰撞模拟台车装置。试验时, 发射装置7给台车提供加速度, 直线平台1.1带动偏转平台1.2及固定在偏转平台1.2上的试验车身3沿轨道2向前做直线运动的同时, 偏转平台1.2同时绕万向球4.1的球心做水平偏转运动及竖直平面内的转动。该发明可以更加准确地模拟处汽车碰撞时汽车车身的运动变化, 为设计和制造安全性能更好的汽车提供了试验研究设备。
(2) 现代汽车公司。
现代汽车公司是韩国最大的汽车企业, 世界20家最大汽车公司之一, 成立于1967年。
现代汽车公司在汽车碰撞测试中更多的是倾向于采用试验台冲击试验, 下面介绍两个主要专利申请。
现代汽车公司于2 0 0 4年7月6日提出了公开号为KR20060003998 A的一种汽车碰撞测试装置。刚性组合件2悬挂在框架1上并可以做摆动, 相当于一个摆锤, 试件3模拟被测试汽车, 摆锤通过摆动冲击试件3, 由此进行碰撞测试。
现代汽车公司于2 0 0 2年7月3 1日提出了公开号为KR20040011925 A的汽车侧面碰撞测试的模拟装置。碰撞柱10固定在固定装置20上, 运送车30载着被测车辆1向碰撞柱移动, 使被测车辆1和碰撞柱发生碰撞, 由此实现碰撞测试。
可以看出, 现代汽车公司的碰撞测试装置的原理简单, 成本相对较低。除了对整车进行碰撞测试之外, 现代汽车公司还较为关注于对汽车碰撞后安全气囊的性能测试。
(3) 神钢电机株式会社。
神钢电机株式会社成立于1917年, 是日本知名的特大型企业集团, 其产品涵盖运动控制、输送、检测和控制系统等工业领域。神钢电机关于汽车碰撞测试的技术较为集中, 主要就是采用牵引碰撞的方式, 下面介绍一个神钢电机的重点申请, 其它关于汽车碰撞测试的专利申请都是由此衍生。
神钢电机于2001年6月29日提出了公开号为JP2003014575 A的一种汽车碰撞测试机构。主要方案为, 由绳wb牵引被试车辆向结构1行驶, 直至与之发生碰撞。这种方案也是对实车进行破坏性测试。
纵观前3位的重要申请人的专利技术, 可以看出技术主要分布在几个主要的方向, 即移动屏壁碰撞、台车牵引和试验台冲击, 而作为申请量第一的吉利, 其申请量的突出还在于它不仅涉及整车试验, 更多的还涉及了和整车试验相关的技术, 如安装部件、试验假人结构、牵引部件等。
4 展望
通过以上对汽车碰撞测试的专利分析, 我们看到了我国技术发展的光明和困难。
从申请量可以看出, 虽然中国起步较晚, 但是技术发展步伐较快, 能够感受到中国在这一领域渴望寻求技术上的突破。但是从授权前景看, 因国外的技术发展较早且技术全面, 使得中国提出的很多技术方案缺少独创性。中国企业要想在竞争中处于不败之地, 首先需要了解竞争对手的信息。目前, 国外的专利已经对我国的专利申请形成了壁垒, 也能够看出国内企业力图通过不同的技术路线绕过现有专利障碍, 研究出更加实用、更加节约成本的技术方案, 走自主知识产权之路, 并且在自主知识产权的基础上与国际巨头之间达成专利的交叉许可。
摘要：随着现代社会的不断进步, 汽车逐步成为人们生活中的重要组成部分。随着汽车数量的急剧增加, 车辆的安全性越来越受到人们的广泛关注, 因此保持车辆良好的技术状况一直是汽车生产企业和汽车使用部门共同追求的目标, 也是促进汽车工程领域技术进步的不竭动力。汽车测试技术正是基于此目的, 采用先进的仪器设备与技术, 迅速准确地反映车辆技术性能及各系统总成的技术状况, 以便掌握它们的变化规律, 发现并及时排除故障, 保持或恢复其良好的技术状况和使用性能。
关键词：汽车,碰撞,专利技术,测试
参考文献
[1]严朝勇.汽车测试技术[M].重庆:重庆大学出版社, 2009.
[2]王丰元, 邹旭东.汽车试验测试技术[M].北京:北京大学出版社, 2015.
汽车碰撞的意义 第10篇
随着我国国民经济的高速发展,渣土车、长途客运车的重、特大道路交通事故频发,给国家和人民生命财产带来了巨大损失。为了在全国范围内深入开展预防和减少道路交通事故工作,国内已有很多企业和科研单位研制汽车行驶记录仪。但现有的记录仪,使用有线方式阅读,对执法交警很不方便,交警很少操作;采用无线方式读取数据,既方便,又快捷,必将受到执法交警的欢迎,因此,研制无线读取数据的汽车记录仪势在必行。
汽车行驶记录仪(俗称汽车黑匣子),是对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。对遏止疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、保障车辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用。近几年来,国内部分省份已经规定,长途客运车必须安装汽车行驶记录仪。
本文根据汽车行驶记录仪国家标准GB/T 19056-2003[1],设计了一种符合国家标准且在现有的汽车行驶记录仪产品中增加了防碰撞无线数据上载的功能。下面主要阐述汽车行驶记录仪的基本功能以及硬件架构和软件系统的设计。
1 汽车行驶记录仪基本功能
国家标准GB/T 19056-2003中主要要求记录仪应有如下功能:
(1) 自检功能
记录仪在通电开始工作时,应首先进行自检,自检正常后应以绿闪信号及显示屏显示方式指示工作正常。
(2) 数据的采集、记录、存储功能
能够对时间、日期、驾驶时间、车辆行驶速度、行驶里程等数据进行实时测量、记录和存储,并保证存储的数据在较长时间内不丢失。需要被采集的输入信号包括三类:模拟信号输入、数字信号输入以及开关量信号输入。
(3) 超速、驾驶员疲劳驾驶的报警、记录
当车速超过设限(可根据用户需要设定),记录仪将发出声光报警,提醒驾驶员减速。报警声间隔为4 s。
当同一驾驶员连续驾车行驶累计4 h以上,记录仪将记录下该驾驶员疲劳驾驶的相关数据,并发出蜂鸣报警,同时红灯闪烁,与超速报警相似。连续驾驶中途停车超过20 min,记录仪自动解除当前疲劳时间的累计。若停车时间小于20 min,记录仪仍视为连续驾驶,累计疲劳驾驶时间。
(4) 驾驶员身份记录功能
每台记录仪均配置惟一序号,并安装了非接触式射频IC卡验卡机,或键入密码方式, 用户可以根据需要采用IC卡方式或键入密码方式验证驾驶员的身份。如驾驶前未进行身份验证,或身份验证无效,即默认为是上一次驾驶员身份。通过记录仪管理软件可以方便地查看驾驶员身份验证资料,如驾驶员身份验证无效,并不影响驾驶,但可通过管理软件查看到非法驾驶的相关数据。
(5) 数据显示
转速检测与车辆转速仪表同步,数字显示,检测精度为±50 r/min,显示范围为0～9 999 r/m。发动机转速特征系数可通过记录仪管理软件进行设定。
日期和时间的记录格式:北京时间 *年*月*日*时*分*秒 ,相对误差:±5 s。
(6) 数据通信功能
记录仪能够通过多种方式(包括RS 232串行接口、USB接口以及I2C总线接口)与外部环境进行通信,实现数据的交互。
现有的汽车行驶记录仪数据上载大部分均为有线传输,例如USB、串口线传输等。在无法使用有线传输的场合,采用无线数据传输模块和单片机相结合进行数据传输是较合理的方案。本文就是用LPC2214与SRWF-1021数传模块结合,加上防碰撞的简单算法进行数据通信。
2 系统硬件设计
本文设计了一个基于 LPC2214单片机的简化嵌入式无线数据采集系统,系统框图如图1所示。该系统体积小、重量轻、运行成本低,且依托现有的无线模块自组网络,自定义通信协议。特别适用于采集点分布范围广、数量多、自动化值守的场合。
本系统的主机部分包括:信号输入、数据保存和处理、数据显示、数据通信、复位电路和掉电保护电路等部分。
实时时钟电路,在发生超速、疲劳驾驶等违章情况时,LPC2214可直接从实时时钟电路中读取实时时间进行处理和保存。
系统具备USB接口,当用户插入USB磁盘时,可利用主控USB功能,将存储器中的数据导入磁盘中。上位机软件可利用此USB磁盘采集到的数据进行数据分析和车辆、人员管理。
复位电路不仅能够复位系统,同时可以处理无线通信中一些干扰信号使无线模块通信阻塞造成的死机,同时LPC2214中的电源监控芯片可提高系统的可靠性,从而保证LPC2214对电源、时钟源等诸多方面提出的较高要求。
2.1 CPU模块
系统中的CPU模块是采用 Philips公司推出的基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI-STM CPU的高速处理器LPC2214。LPC2214带有256 KB嵌入的高速FLASH存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%,而性能的损失却很小。LPC2214采用144脚封装,可使用的GPIO高达76(使用了外部存储器)～112个(单片应用)。由于内置了宽范围的串行通信接口,使它们非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软Modern以及其他各种类型的应用[2]。
2.2 数据量采集
本文的模拟量采集是直接利用LPC2214内现有的逐次逼近式的10 b A/D转换器,实现8路快速模拟信号的采集。该转换器的测量范围为0～3 V,最快转换速度可达2.44 μs/次,编程简单,还可选择需要的功能来提高转换器的转换精度。
本文的开关量采集时采用8路开关量的采集,外部开关信号经过光电隔离TLP421后,从LPC2214的8根I/O口引入系统,编程实现采用中断方式或查询方式对这8路开关信号进行采集。
2.3 数据存储模块
本文系统以LPC2214为核心,对外部模拟量输入、数字量输入以及开关量输入3种信号分别进行采集。需要保存的数据经过处理后存储于内部大容量存储器中,实时数据(如实时车速、驾驶员信息、实时时间)及报警信号等可通过显示面板输出显示[3]。
本文系统中含有两种存储器:FLASH存储器SST39VF160和E2PROM存储器FM24CL64。示意图如图2所示。
SST39VF160是一个1M16的CMOS并行多功能FLASH存储器,具有快速擦除扇区和软、硬件写保护等功能。因为该芯片掉电数据保存时间超过100年,所以非常适用于大容量数据存储的场合,尤其是需要程序或数据存储器可方便且低成本地更新换代[4]。
FM24CL64是一个基于I2C总线、具有8 KB存储空间的串行CMOS的E2PROM存储器,有一个专门的写保护功能。该芯片占据LPC2214的I/O资源少、编程简单、数据存储时间亦可达100年,故常用于存储一些系统、配置参数,在仪器仪表中的应用十分广泛。
2.4 外扩SDRAM模块
在本系统中,扩展了一个高速的静态RAM-IS61LV25616,该器件由ISSI的高性能CMOS技术制造而成,具有功耗低、访问速度快等特点。超大容量的SDRAM资源,为嵌入式操作系统的移植、复杂逻辑处理提供了坚实的基础。
2.5 通信模块
LPC2214内部集成2个16C550工业标准UART串行接口,使用UART1外扩SP3232芯片,构成标准的RS 232通信接口。采集数据可以通过RS 232总线,传输到PC机,便于数据的存储与处理。
使用UART0外扩SRWF-1021无线数传模块,为记录仪和PC机之间的数据通信提供了一种便利的透明的无线传输方式。该模块主要用于工业控制。其突出特点是:实现串口透明的无线传输、实时稳定可靠高速、配置简单。将采集到的数据通过无线的方式进行传送,应用灵活,可以在不容易布线的环境中很好地工作。
SRWF-1021无线数传模块为通用透明传输模块,能适应任何标准或非标准的用户协议,其特点如下[5]:
(1) 微功率发射,最大发射功率为17 dBm,使用载波频率为433 MHz。
(2) 高抗干扰能力和低误码率,是基于GFSK/FSK的调制方式,采用高效前向纠错信道编码技术,提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力。
(3) 传输距离远,在公路情况下,天线放置高度为2 m,可传输距离可达800 m(433 MHz @9 600 b/s)。
(4) 提供透明数据接口,能适应任何标准或非标准的用户协议,自动过滤掉空中产生的假数据,用户无需编制多余的程序,实现所收即所发。
(5) 标准配置提供8个信道,可扩展到16/32信道。满足用户多种通信组合方式。
(6) 提供2个串口三种接口方式,COM1为TTL电平。
(7) UART接口,COM2由用户自定义为软件模拟的RS 232/RS 485接口,用户只需要拔插1位短路器后再上电即可定义。
(8) 接口波特率为多种可选,格式也为用户自定义,可传输无限长的数据帧,用户编程灵活。
(9) +5 V供电情况下,接收电流为(28±2)mA,发射电流为(90±5)mA,休眠电流为(5±2)μA。
(10) 采用单片射频集成电路及单片MCU,体积小,外围电路少,可靠性高,故障率低。
3 系统软件部分
无线通信系统的软件设计包括单片机端、PC机端以及上位机管理分析软件三部分。三部分软件相互配合,实现半双工通信。
单片机端软件要求汽车黑匣子作为一个记录汽车运行状态的仪器,在无人控制的环境下,随汽车开始运行而自动运行。
本文汽车黑匣子的运行方式为:在系统上电后开始运行系统引导程序,通过引导程序调用嵌入式Linux内核,在操作系统运行后,操作系统自动启动本系统的主程序。系统软件采用中断服务程序配合CPU集中控制的结构。主控程序负责系统初始化、操纵每个模块的硬件设备并与之交互数据;而各个模块用中断的方式向主控程序发出请求,要求主控程序完成相应的操作[6]。
上位机管理分析软件是提供给车辆管理中心人员使用,一方面它可以采集管理中心属下的所有车辆信息和驾驶员信息,进行统一编号和管理;另一方面它可以采集车辆行驶的实时数据,掌握驾驶员的驾驶情况。此外它还可对发生事故的车辆进行事故分析鉴定,为交通部门和执法部门提供相应的交通事故鉴定报告。
记录仪和PC机之间通信可以是单点对单点,单点对多点,多点对多点通信。发送广播信息是单点对多点通信,或者是多点对多点通信。但是疲劳、超时、超速等详细信息都是单点对单点通信。无线通信协议实现过程如图3所示。
3.1 无线通信协议设计
无线通信中,由于外部环境的干扰,通常误码率较高,因此通信协议的设计对保证通信的可靠性十分重要。协议的设计主要是帧结构的设计。在该无线通信系统中,存在指令帧和数据帧。数据帧的内容包括起始字节、数据长度字节、数据字节、结束字节和校验和字节。
在汽车行驶记录仪国家标准中有规定好的通信传输约定[6],如下所示:
(1) 通讯机(计算机或数据采集仪)与记录仪间的数据交换按帧传输,其通信方式为异步串行方式,含有一个起始位,8个数据位,一个停止位,奇校验。本协议中的数据分别采用十六进制编码、8421BCD码及ASCII字符码。
(2) 采用RS 232接口,数据传输速率为9 600 b/s。
(3) 校验的作用范围应包括校验字节之前的所有字节,其值为这些字节间的异或结果。
(4) 数据块是本数据帧所附带的与命令字相关的参数或数据,当为0时即本帧无数据块或参数,这种情况出现在数据上载“命令帧”及数据下传“应答帧”中。
(5) 数据块长度是指本数据帧所附带的与命令字相关的参数或数据的长度,以字节数表示,其有效长度为0～64 KB,当为0时即本帧无数据块或参数,这种情况出现在数据上载“命令帧”及数据下传“应答帧”中。
根据国家标准中的数据格式要求,本文系统设计的数据帧格式如表1所示。
3.2 简易防碰撞算法设计
因为无线数据传输的开放性,且在PC机发送广播信息后,所有收到广播的记录仪之间的响应数据回应基本是同时的,这就必然会产生无线数据碰撞的问题。
为防止不同记录仪无线上传数据时的碰撞现象。本文系统在设计时,尝试过各种已有的防碰撞算法,但鉴于本文系统的应用范围,已有的算法都过于复杂。
根据应用范围,本文系统主要会应用于收费站路口之类汽车短暂停留之地,具有时间短、范围小的特征,那么在记录仪代码的发送响应的地方,加上一段有效延时发送:如根据车牌号尾数乘以1～10以内的随机数得到的结果,以毫秒为单位。这样就可以有效地将各辆车的响应报文有序回应给PC机。
加上这段延时改进代码后的实验测试结果表明,正确率高达99%,而不加此简易防碰撞算法的正确率仅为90%。
4 结 语
本文只是在原有的简易汽车记录仪的基础上增加了PC机实时获取记录仪行驶数据的无线传输的功能,并添加简易的防碰撞算法来降低无线数据传输的碰撞问题。可以避免一些需要用GPRS等流量费用的问题,降低使用费用,相信随着国家科技的发展,本系统可以得到更多的认识和应用。
摘要：采用无线模块与汽车行驶记录仪结合的方法,配合PC机可以实时且较准确地获取汽车行驶记录仪的各项信息。详细阐述添加无线模块的汽车行驶记录仪的系统设计,该系统集数据存储、数据采集、数据分析为一体,着重分析了汽车行驶记录仪的硬件结构设计和软件设计,并对实际应用中产生的无线碰撞问题提出了解决方案。
关键词：LPC2214,SRWF-1021,汽车记录仪,防碰撞
参考文献
[1]GB/T19056-2003汽车行驶记录仪起草工作组.GB/T19056-2003《汽车行驶记录仪》实施指南[M].北京:中国标准出版社,2003.
[2]周立功.ARM控制器基础与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.
[3]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京:清华大学出版社,2004.
[4]吕志刚.基于ARM处理器嵌入式门禁控制器的设计[J].微计算机信息,2008(29):140-141.
[5]上海桑锐电子科技有限公司.SRWF-1021-50无线模块使用说明书[EB/OL].[2010-09-01].http://51sunray.com/.
[6]周立功.ARM嵌入式系统软件开发实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[7]李奕薇.我国行车记录仪市场调研[J].中国交通信息产业,2003(1):22-24.
[8]王征平,王小惠.行车记录仪市场分析[J].中国交通信息产业,2003(1):90-95.
[9]周立功.PDIUSBD12USB固件编程与驱动开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.
嵌入式汽车纵向碰撞预警系统研究 第11篇
利用图像传感器感知前方道路交通环境与障碍物位置, 实现安全车距测量, 对处于碰撞危险的汽车及时报警[1,2,3,4,5,6,7,8,9]有利于减少交通事故, 提高道路交通安全。由于理论计算的安全车距首先要以保障安全为前提, 经常与驾驶员在行驶过程中认可的安全车距有较大的出入, 导致驾驶员对预警系统的不信任感, 不利于系统的推广使用。同时, 作为安全辅助驾驶系统的处理平台, PC机的体积、成本及功能的冗余性是应用在车载系统中难以克服的瓶颈。
本文以图像方式测量本车与前车的车距为基础, 建立汽车纵向碰撞预警模型, 解决理论计算的安全距离与驾驶员认可的习惯距离不相一致的矛盾;考虑嵌入式系统处理的实时性与体积小巧性等特点, 采用嵌入式方法完成汽车纵向碰撞预警系统的设计。
1 前方车距的测量
图像传感器固定在车辆前端顶部, 摄像头距地面高度为h。建立空间坐标系如下:
世界坐标系XYZ与摄像机坐标系xyz。动态的世界坐标系统随车辆一起运动, 以摄像机镜头中心在地面的垂直投影点为原点, 地面的垂直线向上为Z轴正向, 车身纵轴线方向为X轴, 正向为汽车前进的反方向;摄像机坐标系统以光轴为z轴, 镜头中心为坐标原点, 摄像机坐标xy平面与像平面平行;表征图像内部各点位置的像平面坐标系统的u轴、v轴与x轴、y轴平行, 原点位于图像中心, 既摄像机光轴与图像的交点。所有坐标系满足右手规则。
通过图像传感器对前方车辆或障碍物的测量包括利用单帧图像的测距[10,11]和利用多帧图像[12]的测距。研究中考虑摄像机的安装位置参数, 摄像机x坐标轴相对于X轴的夹角称为扫视角β, 摄像机光轴 (z轴) 相对于垂直方向 (Z轴) 的夹角称为倾斜角α, 如图1所示。图中, 摄像机外参数α, β, h和内参数摄像机焦距f由严格的摄像机标定获得, 利用车辆的图像特征和Kalmam滤波原理实现对车辆的识别, 可知车辆底边P点计算机图像坐标。点 (u0, v0) 是像平面坐标原点 (0, 0) ;点 (u, v) 可由P点计算机图像坐标 (m, n) 按照内参数模型公式
为检验式 (1) 的计算精度, 在完成摄像机标定后, 拍摄道路的人行横道线, 测量每一条人行横道线与摄像机镜头中心的水平距离, 与依据测距模型计算的距离进行比较, 结果如表1所示。表中, 实测距离与计算距离的误差包括测量误差和模型误差。由表可以看出, 误差在许可范围内, 能够满足下一步的处理要求。
2 前车行驶状态的确定
前车的行驶状态影响着汽车纵向碰撞预警模型的预警时刻, 前车状态的判断以本车与前车的相对距离及相对速度为依据。根据图像序列帧测得当前时刻与下一时刻本车与前车的车间距离, 并且通过本车的速度传感器获得当前时刻与下一时刻的瞬时速度, 则有:
式中:L2, L1, L0分别为不同时刻测量得到本车与前车的距离 (单位:m) ;vb1, vb2, vq1, vq2分别为本车与前车不同时刻的速度 (单位:m/s) ;vrel1, vrel2分别为本车与前车不同时刻的相对速度;ab, aq分别为该时刻下本车与前车的减速度 (单位:m/s2) ;Δt为间隔时间 (单位:s) 。
(1)
(3)
3 基于前车状态和安全系数的纵向碰撞预警算法
3.1 纵向碰撞预警模型的建立
汽车纵向碰撞预警系统在保证行车安全性和保障公路通行能力的同时, 还要维持驾驶员对系统的信任度, 如果预警系统的预警安全车距经常大于驾驶员自己对安全车距的判断时, 由于系统的频繁报警可能导致驾驶员忽视系统的报警信号或放弃对系统的使用。本文设计的预警算法利用前车的状态确定安全系数, 改善系统的预警时机控制, 提高系统预警的安全性能, 增加系统的可信任度。
建立最小安全车距预警算法如下:
式中:Ld是预警系统开始报警时刻的安全车距;Ls是根据汽车制动理论以及本车与前车不同状态时计算的最小安全车距;γ是基于前车状态的安全系数权重。最小安全车距Ls的计算公式如下:
式中:t为制动操作反应时间 (单位:s) ;vs, vq分别为本车、前车制动前的初始速度 (单位:m/s) ;vrel为两车相对初始速度 (单位:m/s) ;D0为两车停止或两车速度相等时安全间距, 一般取2～5 m。
安全系数γ的取值规则如下:
前车处于静止状态, 或者前车匀速行驶且本车的速度快于前车, 即aq=0, 以本车最大减速度计算的安全车距比较合理。实际交通中驾驶员考虑到乘车舒适性而较少用最大减速度操作, 在未到最小安全车距之前已经采取措施, 预警模型的主要作用是提醒驾驶员疏忽或注意力分散时的操作状态, 故安全系数权重γ=1。
前车突然减速时, 有三种情形:
(1) 两车减速度相等, 满足公路行车的一般条件, 以此种情况计算的安全车距为基数, 通过测算前车的减速度, 确定安全系数权重γ。
(2) 本车减速度小于前车减速度, 本车制动效能差于前车属于最危险情况, 但出现的概率不多。
(3) 本车减速度大于前车减速度, 本车制动强度高于前车制动强度, 或本车制动强度随前车的变化而变化, 并且始终高于前车, 是公路行车常见的情况。此时, 计算的安全车距过小, 不适宜作为预警依据。
综上所述, 当aq=0时, 如上所述γ=1;当aq<5.0 m/s2时, 本车减速度有能力高于前车减速度, 取γ=0.8;当5.0<aq<6.8 m/s2时, 认为本车减速度能够等于前车的减速度, 取γ=1;当aq>6.9 m/s2时, 考虑不利条件即本车减速度小于前车的减速度, 取γ=1.2。
3.2 试验验证
在结构化道路上选用五菱之光6400C3加长版微型车作为实验车辆, 利用上述基于前车状态和安全系数的安全车距预警算法对车辆跟驰距离的预警时刻进行验证。结果表明, 系统能够可靠地给出预警, 并且预警时刻的车间距离对于驾驶员是可接受的。
图2是前车匀速行驶, 本车加速行驶时的报警时刻截图。此时, 车间距离为24.895 m, 两车相对速度为5.513 m/s;
图3为前车减速行驶, 本车以90 km/h匀速行驶时的报警时刻截图。此时, 车间距离为45.847 m, 两车相对速度为8.571 m/s。
4 系统设计
汽车纵向碰撞系统的实时性要求处理器具有较快的运行速度和较强的实时调度能力, 研究中选用美国德州仪器公司 (TI) 设计和出品的利用达芬奇技术 (Davinci) , 基于DSP和ARM9双核的TMS320DM6446ZWT片上系统 (SoC) 的评估板作为系统的硬件平台, 选用Linux系统作为嵌入式操作系统。
系统首先接收图像传感器传送过来的图像, 将彩色图像转化为待处理的灰度图像, 利用中值滤波、Sobel算子边缘检测、自适应阈值分割等图象处理的方法, 消除噪声平滑图像, 经过边缘检测和图像分割获得二值化图像。
在二值化图像和灰度图像基础上对前方车辆轮廓进行识别, 确定前车轮廓尺寸及其底边位于平面图像中的位置, 根据汽车纵向碰撞预警模型实现跟车距离的计算和安全车距的预警。软件流程图如图4所示。
5 结 语
提出了基于前车运动状态和安全系数权重的汽车纵向碰撞预警算法, 保证驾驶安全的同时确保公路行车的通行能力, 计算报警距离与驾驶员认可的跟驰安全距离相一致, 改善了系统的可信任度;嵌入式系统的应用有效地减少了系统的体积, 有利于系统的应用和推广。
参考文献
[1]侯德藻, 刘刚, 高锋, 等.新型汽车主动避撞安全距离模型[J].汽车工程, 2005, 27 (2) :186-191.
[2]KARLSSON Richard, JANSSON Jonas, GUSTAFSSONFredrik.Model-based statistical tracking and decision mak-ing forcollision avoidance application[R].Sweden:Link p-ing University, 2003.
[3]HUH Kunsoo, PARK Jaehak, HWANG Junyeon, et al.Astereo vision-based obstacle detection system in vehicles[J].Optics and Lasers in Engineering, 2008, 46:168-178.
[4]BERTOZZI Massi mo, BROGGI Alberto, CELLARIO Mas-si mo, et al.Artificial vision in road vehicles[J].Proceed-ings of the IEEE, 2002, 90 (7) :125-127.
[5]李玉萍.基于视觉的车辆检测技术现状[J].国外电子测量技术, 2007, 26 (10) :21-32.
[6]Hashi m Al-Madani, Abdul-Rahman Al-Janahi.Assessmentof drivers′comprehension of traffic signs based on theirtraffic, personal and social characteristics[J].Transporta-tion Research Part F:Traffic Psychology and Behaviour, 2002, 5 (1) :63-67.
[7]BROGGI A, FEDRIGA RI, TAGLIATI A, et al.Pedes-trian detection on a moving vehicle:an investigation aboutnear infra-red i mages[C]//IEEE, IEEEIntelligent VehiclesSymposium.Tokyo:IEEE, 2006:431-436.
[8]ANDREONE L, ANTNELLO P C, BERTOZZI M, et al.Vehicle detection and localization in infra-red i mages[C]//IEEEIntelligent Transportation System.Singapore:IEEE, 2006:431-436.
[9]JIA Zhen, BALASURIYA Arjuna, CHALLA Subhash.Vision based data fusion for autonomous vehicles targettracking using interacting multiple dynamic models[J].Computer Vision and I mage Understanding, 2008, 109 (1) :1-21.
[10]王荣本, 李斌, 储江伟, 等.公路上基于车载单目机器视觉的前方车距测量方法的研究[J].公路交通科技, 2001, 18 (6) :94-98.
[11]周俊杰.基于单目视觉的夜间车辆和车距检测[D].南京:南京理工大学, 2007.
汽车碰撞的意义
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