專利名稱：面向汽車安全氣囊控制系統(tǒng)開發(fā)的模擬碰撞信號(hào)發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及到汽車安全氣囊領(lǐng)域，特指一種適用于汽車安全氣囊開發(fā)的模擬碰撞信號(hào)發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
汽車發(fā)生碰撞時(shí),車體與外界物體之間的碰撞稱為一次碰撞，一次碰撞后汽車速度急劇變化，駕駛員和乘員因?yàn)閼T性繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，與車內(nèi)的轉(zhuǎn)向盤、前擋風(fēng)玻璃或儀表臺(tái)等構(gòu)件發(fā)生碰撞。這種碰撞稱為二次碰撞。大量研究表明二次碰撞是導(dǎo)致駕駛員和乘員在車輛事故中遭受傷害的最主要原因。安全氣囊(airbag)作為一種被動(dòng)安全裝置，是汽車乘員輔助保護(hù)系統(tǒng)(supplemental restraint system, SRS)的重要組成部分，已成為汽車生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)配置。安全氣囊控制系統(tǒng)的作用是當(dāng)汽車遭受碰撞導(dǎo)致車速急劇變化時(shí)，傳感器將感知到的碰撞信號(hào)傳輸給氣囊控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)綜合多個(gè)傳感器的信息對(duì)碰撞情況進(jìn)行判別，決定是否發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。點(diǎn)火信號(hào)一旦發(fā)出，氣體發(fā)生器將在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，迅速將氣囊膨脹，在車內(nèi)人員與車內(nèi)構(gòu)件之間迅速鋪墊一個(gè)氣墊。這樣，人體直接接觸的就是充滿氣體的氣囊，利用氣囊的阻尼作用來吸收慣性產(chǎn)生的動(dòng)能，從而減輕人體傷害程度。如何在碰撞發(fā)生的短暫時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確及時(shí)地打開氣囊，實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員和乘客的安全保護(hù)，是安全氣囊研制的主要內(nèi)容。為了實(shí)現(xiàn)安全氣囊的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)控制，在安全氣囊的算法研制過程中，需要進(jìn)行大量的碰撞實(shí)驗(yàn)。通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和對(duì)比，分析安全氣囊點(diǎn)火控制的最佳電氣參數(shù)，檢驗(yàn)各種碰撞情況下安全氣囊的穩(wěn)定性，進(jìn)行控制算法調(diào)整和算法可靠性驗(yàn)證。然而，實(shí)際碰撞實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高昂，如果在系統(tǒng)調(diào)試過程中完全依靠實(shí)際碰撞來調(diào)整控制算法，開發(fā)成本將難以接受。并且每次實(shí)車碰撞都需要專門的測(cè)試環(huán)境，需要大量的準(zhǔn)備工作，提高了算法調(diào)試的門檻，延誤實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。另外，進(jìn)行實(shí)際碰撞測(cè)試很難模擬傳感器故障等異常，從而難以測(cè)試控制算法對(duì)異常情況的處理效果。因此，在汽車安全氣囊控制系統(tǒng)開發(fā)過程中，需要尋找一種簡(jiǎn)便可行的方法來模擬汽車碰撞情況，實(shí)現(xiàn)控制算法的快速調(diào)整。目前常用的是采用波形發(fā)生器的方法，通過波形發(fā)生器模擬出實(shí)際碰撞波形。但采用波形發(fā)生器的方法存在成本高、體積大、操作不方便等問題。并且每個(gè)波形發(fā)生器所擁有的通道數(shù)有限，而目前的許多中高檔汽車上都安裝了多個(gè)的碰撞傳感器，采用波形發(fā)生器進(jìn)行模擬時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)連線復(fù)雜，多個(gè)模擬信號(hào)之間難以同步等問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種操作簡(jiǎn)便、可以根據(jù)不同需求模擬出各種汽車碰撞環(huán)境、便于安全氣囊測(cè)試開發(fā)的面向汽車安全氣囊控制系統(tǒng)開發(fā)的模擬碰撞信號(hào)發(fā)生裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種面向汽車安全氣囊控制系統(tǒng)開發(fā)的模擬碰撞信號(hào)發(fā)生裝置，包括兩個(gè)以上的模擬加速度傳感器，模擬加速度傳感器包括處理器芯片、電源接口和控制開關(guān)、電源轉(zhuǎn)換電路、下載電路、運(yùn)算放大電路、同步電路、故障模擬電路以及輸出接口，電源接口和控制開關(guān)通過電源線外接電源，輸出接口通過排線與安全氣囊的控制裝置相連，同步電路用來使兩個(gè)以上模擬加速度傳感器在工作時(shí)實(shí)現(xiàn)同步，下載電路用來從上位機(jī)下載不同碰撞波形至處理器芯片并通過處理器芯片對(duì)碰撞波形進(jìn)行模擬輸出。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)故障模擬電路是通過開關(guān)電路采集外部輸入的故障激勵(lì)信號(hào)送至處理器芯片，處理器芯片對(duì)該信號(hào)進(jìn)行識(shí)別判斷后模擬出所對(duì)應(yīng)的傳感器故障現(xiàn)象。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本實(shí)用新型可以滿足汽車安全氣囊開發(fā)過程中的各種測(cè)試需求。由于汽車安全氣囊設(shè)計(jì)過程中需要大量的碰撞實(shí)驗(yàn)來協(xié)助調(diào)整控制參數(shù)，針對(duì)安全氣囊開發(fā)過程中的碰撞需求，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)模擬加速度傳感器硬件系統(tǒng)，然后對(duì)實(shí)際碰撞曲線進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過調(diào)整其時(shí)間、幅度等參數(shù)，在模擬加速度傳感器上輸出與碰撞曲線一致的加速度信號(hào) ’最后對(duì)多個(gè)模擬加速度傳感器進(jìn)行時(shí)間同步，加入故障模擬，以實(shí)現(xiàn)汽車模擬碰撞裝置。(2)本實(shí)用新型能夠?qū)φ鎸?shí)碰撞曲線進(jìn)行分析，使不同碰撞信息之間同步以及實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋碰撞信息，并且具有構(gòu)建方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活度高等特點(diǎn)，能夠很好地滿足汽車安全氣囊開發(fā)過程中各種模擬碰撞需求。

圖I是本實(shí)用新型的框架結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是具體實(shí)施例中運(yùn)算放大電路的原理示意圖；圖3是具體實(shí)施例中模擬加速度信號(hào)電路的原理示意圖；圖4是本實(shí)用新型在具體應(yīng)用實(shí)例中的工作流程示意圖；圖5是本實(shí)用新型在具體應(yīng)用實(shí)例中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖例說明I、模擬加速度傳感器；2、處理器芯片；3、電源接口和控制開關(guān)；4、電源轉(zhuǎn)換電路；
5、下載電路；6、運(yùn)算放大電路；7、同步電路；8、故障模擬電路；9、輸出接口。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖I所示，本實(shí)用新型面向汽車安全氣囊開發(fā)的模擬碰撞信號(hào)發(fā)生裝置，包括兩個(gè)以上的模擬加速度傳感器1，該模擬加速度傳感器I包括處理器芯片2、電源接口和控制開關(guān)3、電源轉(zhuǎn)換電路4、下載電路5、運(yùn)算放大電路6、同步電路7、故障模擬電路8以及輸出接口 9。其中，電源接口和控制開關(guān)3通過電源線外接電源，輸出接口 9通過排線與安全氣囊的控制裝置相連。 本實(shí)施例中，處理器芯片2采用C8051F330芯片，運(yùn)算放大電路6采用LM324芯片， 故障模擬電路8通過開關(guān)電路采集外部輸入的故障激勵(lì)信號(hào)。C8051F330芯片，其25MIPS的計(jì)算速度滿足了裝置各種計(jì)算的實(shí)時(shí)性需求，DA轉(zhuǎn)換中10位的DAC輸出滿足了加速度傳感器信號(hào)的精度要求，存儲(chǔ)單元中8KB的系統(tǒng)自帶的FLASH能夠存儲(chǔ)控制程序和碰撞曲線數(shù)據(jù)，可編程計(jì)數(shù)器便于實(shí)現(xiàn)各個(gè)模擬傳感器之間的系統(tǒng)同步，所具備的17個(gè)通用輸入輸出端口完全滿足了系統(tǒng)通用控制信號(hào)需求。由于真實(shí)加速度傳感器的工作電壓是5V，而C8051F330的工作電壓為3. 3V。為了保證模擬加速度傳感器I與真實(shí)加速度傳感器在電壓上保持一致，需要對(duì)處理器芯片2的輸出信號(hào)從3. 3V放大到5V，因此選用LM324芯片作為運(yùn)算放大電路6來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。LM324是一個(gè)四運(yùn)放集成電路，內(nèi)部包含四組形式完全相同但相互獨(dú)立的運(yùn)算放大器。其中一路的連接如圖 2所示。對(duì)于模擬加速度信號(hào)輸出，裝置需要采用單獨(dú)的處理方式對(duì)其進(jìn)行放大。處理器芯片2帶有的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器為電流工作方式，也即采用不同的電流來表示不同的數(shù)值， 而真實(shí)的加速度傳感器是通過不同的電壓值來區(qū)分不同的數(shù)值。因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)就需要加入電流到電壓的轉(zhuǎn)換。由于芯片的工作電壓為3. 3V，其各個(gè)引腳的最高輸出電壓不會(huì)高于3. 3V。本實(shí)用新型所采用的方案是首先將電流輸出轉(zhuǎn)換為峰值較低的電壓輸出，然后對(duì)其進(jìn)行放大處理，從而得到最終的模擬加速度輸出。模擬加速度信號(hào)的電路如圖3所示。本實(shí)用新型通過在模擬加速度傳感器I上增加同步信號(hào)來實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器之間的同步。將不同模擬傳感器的同步信號(hào)連接到一起，共同連接到外部安全氣囊控制芯片的同步端口。這樣，當(dāng)氣囊控制系統(tǒng)發(fā)出同步信號(hào)時(shí)，各模擬傳感器能夠同時(shí)收到該信號(hào)，再通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模擬裝置之間的同步?，F(xiàn)有的加速度傳感器通常帶有自檢功能，能夠及時(shí)檢測(cè)出傳感器發(fā)生的異常，包括傳感器失效、電路故障等問題。但異常情況在實(shí)際傳感器測(cè)試過程中很難出現(xiàn)，也就無法很好地測(cè)試氣囊控制系統(tǒng)對(duì)于異常情況的反應(yīng)。針對(duì)此問題，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的模擬加速度傳感器設(shè)置了故障模擬功能。通過開關(guān)電路采集外部輸入的故障激勵(lì)信號(hào)，處理器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行識(shí)別判斷，然后模擬出所對(duì)應(yīng)的傳感器故障現(xiàn)象。本實(shí)用新型的軟件設(shè)計(jì)的整體過程是，首先分析加速度曲線特性，將其轉(zhuǎn)化為單片機(jī)程序可以識(shí)別的數(shù)據(jù)；其次進(jìn)行軟件編程，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)和控制程序進(jìn)行綜合編譯； 最后通過仿真器對(duì)程序進(jìn)行下載調(diào)試，完成軟件設(shè)計(jì)過程。軟件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)流程如圖4所
/Jn o如圖5所示，在具體應(yīng)用實(shí)例中，采用四個(gè)模擬加速度傳感器1，分別作為模擬汽車上左前、右前、左側(cè)、右側(cè)四個(gè)位置的真實(shí)加速度傳感器，構(gòu)成一個(gè)模擬碰撞裝置；然后與安全氣囊控制系統(tǒng)相連進(jìn)行汽車模擬碰撞測(cè)試，編寫上位機(jī)程序?qū)Ω鱾€(gè)模擬輸出進(jìn)行檢測(cè)，捕獲四路模擬碰撞輸出。其實(shí)施步驟如下首先，通過上位機(jī)和下載電路5將加速度數(shù)據(jù)下載到模擬加速度傳感器1，調(diào)整好信號(hào)幅值、觸發(fā)時(shí)間、信號(hào)周期等參數(shù)，使得各個(gè)模擬加速度傳感器I均能夠模擬不同的數(shù)據(jù)。四個(gè)模擬加速度傳感器I都下載完畢后，將其連接到氣囊主控電路板上各個(gè)模擬加速度傳感器I的接口上，同時(shí)各個(gè)模擬加速度傳感器I的同步信號(hào)線也完成了連接。為檢測(cè)模擬加速度傳感器I工作是否正常，還可以進(jìn)一步在各模擬加速度傳感器I的輸出端接示波器，觀察加速度信號(hào)波形是否與下載的加速度數(shù)據(jù)一致。所有準(zhǔn)備就緒后，打開各個(gè)模擬加速度傳感器I的電源開關(guān)，然后啟動(dòng)氣囊主控電路板，可以看到各個(gè)模擬加速度傳感器I上的測(cè)試信號(hào)燈在閃爍，表示裝置自檢正常，按下任一模擬加速度傳感器I上的“碰撞發(fā)生”按鈕，各個(gè)模擬加速度傳感器I首先會(huì)通過同步電路7進(jìn)行同步，然后輸出各自的碰撞加速度信號(hào)，模擬加速度傳感器上的輸出信號(hào)燈點(diǎn)亮，表示正在輸出加速度信號(hào)，氣囊控制系統(tǒng)通過CAN總線將系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)行狀況輸出， 從而通過上位機(jī)的監(jiān)控程序可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各路模擬輸出進(jìn)行監(jiān)控。通過對(duì)各加速度傳感器所模擬的波形與上位機(jī)捕獲的波形對(duì)比分析可以得出，模擬碰撞裝置能夠很好地協(xié)同工作， 各個(gè)模擬傳感器工作正常，能夠正確地模擬汽車碰撞情況，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能。以上僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾， 應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種面向汽車安全氣囊控制系統(tǒng)開發(fā)的模擬碰撞信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于包括兩個(gè)以上的模擬加速度傳感器(1)，所述模擬加速度傳感器(I)包括處理器芯片(2)、電源接口和控制開關(guān)(3)、電源轉(zhuǎn)換電路(4)、下載電路(5)、運(yùn)算放大電路(6)、同步電路(7)、故障模擬電路(8)以及輸出接口(9)，所述電源接口和控制開關(guān)(3)通過電源線外接電源，輸出接口(9)通過排線與安全氣囊的控制裝置相連，所述同步電路(7)用來使兩個(gè)以上模擬加速度傳感器(I)在工作時(shí)實(shí)現(xiàn)同步，所述下載電路(5)用來從上位機(jī)下載不同碰撞波形至處理器芯片(2)并通過處理器芯片(2)對(duì)碰撞波形進(jìn)行模擬輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的面向汽車安全氣囊控制系統(tǒng)開發(fā)的模擬碰撞信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于所述故障模擬電路(8)是通過開關(guān)電路采集外部輸入的故障激勵(lì)信號(hào)送至處理器芯片(2)，所述處理器芯片(2)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行識(shí)別判斷后模擬出所對(duì)應(yīng)的傳感器故障現(xiàn)象。
專利摘要一種面向汽車安全氣囊控制系統(tǒng)開發(fā)的模擬碰撞信號(hào)發(fā)生裝置，包括兩個(gè)以上的模擬加速度傳感器，模擬加速度傳感器包括處理器芯片、電源接口和控制開關(guān)、電源轉(zhuǎn)換電路、下載電路、運(yùn)算放大電路、同步電路、故障模擬電路以及輸出接口，電源接口和控制開關(guān)通過電源線外接電源，輸出接口通過排線與安全氣囊的控制裝置相連，同步電路用來使兩個(gè)以上模擬加速度傳感器在工作時(shí)實(shí)現(xiàn)同步，下載電路用來從上位機(jī)下載不同碰撞波形至處理器芯片并通過處理器芯片對(duì)碰撞波形進(jìn)行模擬輸出。本實(shí)用新型具有操作簡(jiǎn)便、可以根據(jù)不同需求模擬出各種汽車碰撞環(huán)境、便于安全氣囊測(cè)試開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B13/04GK202351626SQ20112046631
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者徐成, 李仁發(fā), 李實(shí)英, 楊志邦, 汪夢(mèng)珍, 聶敏, 黃麗達(dá) 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)