控制系统的优化设计

汽车安全气囊控制系统的优化设计 郭 波,等

汽车安全气囊控制系统的优化设计

OptmiizationDesignofAutomotiveAirbagControlSystem

郭 波 管菊花 王钟庄

(南昌大学科学技术学院,江西南昌 330029)

摘 要:利用计算机辅助工程(CAE)技术对汽车安全气囊控制系统进行仿真分析与改进,使各参数达到目标值,是新型安全气囊控制系统在工程化设计阶段的重要内容。首先,建立基于ARMCortex内核的安全气囊控制系统仿真模型;然后在台车试验数据的基础上,采用MADYMO软件进行CAE仿真,对X方向加速度进行了重点分析,进而校准了仿真模型;最后,通过调整安全气囊排气孔等参数,降低了对驾驶员头部的伤害值,进一步提高了汽车的安全性能。

关键词:ARM 安全气囊 控制系统 参数优化 计算机辅助工程 系统仿真中图分类号:TP273 文献标志码:A

Abstract:Smiulationanalysisandmiprovementofautomotiveairbagcontrolsystemtomeettargetvaluebyusingcomputer aidedengineering(CAE)ismiportantissueinautomationengineeringdesignstageofnovelairbagcontrolsystem.Firs,tthesmiulationmodelofthecontrolsys tembasedonARMCortexisestablished;thenonthebasisoftestdata,theXaccelerationisanalyzedinfocusthroughCAEsmiulationbyadop tingMADYMOsoftware,forcalibratingthesmiulationmode;lfinally,viaadjustingparameters,suchasexhaustventofairbag,theinjuringval uetothedriverisreducedtofurtherenhancesafetyperformanceofautomotives.

Keywords:ARM Airbag Controlsystem Parameteroptmiization Computer aidedengineeing(CAE) Systemsmiulation

0 引言

随着高速公路的发展,交通事故及伤亡率逐年攀升。如何在发生交通事故时有效地保护驾驶员是值得研究的课题。作为与安全带配合使用的安全气囊已在国产汽车中普及,成为提高汽车安全性能的主要构件。目前,安全气囊的研究方向主要有2个:一个是气囊准确爆破控制,目的是使安全气囊准确点火,最大程度地起到保护作用;另一个是研究安全气囊的体积、放气特性等,以尽可能地降低碰撞伤害值,有效地保护驾驶员。

本课题采用ARMCortex微控制器,研发出了较为实用的汽车安全气囊控制系统,确保在最佳点火时刻点火

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度,比32位编码减少了26%的内存使用率,较16位编码提高了25%的性能;芯片实现了Tail chaining中断技术。Tail chaining技术把中断之间的延迟缩短到6个机器周期,在实际应用中可减少70%的中断。此外,处理器内核还具有在每一个写操作中修改单个数据位的独立位操作、单周期乘法、硬件除法及分支指令预测等功能。

本系统微处理器选用TI公司生产的基于ARMCortex M3内核的LM3S1138工业级微控制器。其工作温度范围为-40~85!,具有良好的电磁兼容特性,可应用于汽车电子领域。

2 气囊控制系统

安全气囊控制系统主要由气囊引爆电路、安全传感器、电源和备用电源电路以及自诊断报警电路和串口通信电路组成,其结构如图1所示。

;并在此基础上,对气囊控制系统进行了优化,

进一步降低了碰撞对驾驶员的伤害值。

1 ARMCortex内核

ARM公司针对低成本应用领域,开发出32位ARMCortex内核。该处理器通过降低时钟频率,提供更低的功耗;单线调试技术避免了使用多管脚进行JTAG调试,大大节约了成本;结合Thumb 2指令,提高了代码密

南昌大学自然科学基金资助项目(编号:2008YKY-004)。

修改稿收到日期:2010-02-22。第一作者郭波,男,1981年生,2010年毕业于西北工业大学控制理论与控制工程专业,获硕士学位,讲师;主要从事嵌入式系统方面的研究。

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图1 安全气囊控制系统结构图Fig.1 Structureofairbagcontrolsystem

期 年12

汽车安全气囊控制系统的优化设计 郭 波,等

气囊引爆电路接收安全传感器的触发信号,并向气囊的点火管发出引爆大电流。安全传感器电路判断碰撞性质和碰撞程度是属于一般性的碰撞事故还是具有伤亡性的严重碰撞,从而决定是否发出引爆信号。备用电源电路防止碰撞后电路断电而不能引爆气囊,通过其自放电功能,向引爆电路输出应急电流,确保安全气囊及时引爆。汽车的电器负载变化频繁,许多电感线圈和开关通断时都会造成负载电流突变。电压调节电路用来维持各元件工作电压平衡,使控制电路始终处于最佳状态,一旦出现短路或断路,报警灯立即点亮。

在行驶过程中,汽车安全气囊因震动、减速或其他偶发性原因发生电路和元件故障时,自诊断报警电路的报警灯立即点亮,以通知用户及时维修,进而确保在碰撞发生时,气囊能可靠打开。串口通信电路负责将记录的事故数据传送至上位机,以便事后分析事故原因,即 黑匣子#功能。

校准。

假人模型校准后头部X方向加速度曲线与试验曲线对比如图2(b)所示。

台车试验中头部X方向加速度峰值为145.5m/s,模型仿真中头部X方向加速度峰值为140.9m/s,两者相差不超过5%。比较头部加速度试验曲线和仿真曲线可知,两曲线的形状吻合程度和作用时间都非常接近,两者最大相差不超过7%。因此,校准后的模型能够用来进行碰撞仿真。

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3 模型建立

目前,国内基于MADYMO软件的仿真模型一般采用气囊均匀压力算法定差距。

为比较准确地模拟气囊的充气过程和气囊内部压力的不均匀分布现象,并保证模型假人伤害值更接近物理假人,采用了MADYMO软件中流体动力学CFD(computationalfluiddynamics)算法模型及MADYMO自带的五百分位Facet假人模型。Fac …… 此处隐藏：3580字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……