实车碰撞车速控制系统控制器的设计与实现

实车碰撞车速控制系统控制器的设计与实现

实车碰撞车速控制系统控制器的设计与实现

撞击速度控制一直是汽车碰撞试验中最为关键的部分。汽车被动安全性法规中的多项
决定性的指标如人体头部伤害指数(HIC)、胸部合成加速度、大腿力等都是同车辆撞击速
度有密切关系的,所以必须严格保证撞击速度在允许的偏差范围内[1～4]。在国内首创的
橡皮绳弹射实车碰撞速度控制系统中,控制器的设计对整个控制系统的性能起着决定性的
作用。在汽车行业中广泛应用的MOTOROLA单片机系统具有卓越的稳定性和丰富实用的功
能,该系统配以其它辅助电路,可成功地构建出系统的控制器。经实验验证,设计的控制器
能够完成速度的采集和控制算法的实现。

1 车速控制的总体方案

为了解决橡皮绳的时变特性和驱动装置的非线性特性,提高整个系统抵抗滚动阻力干扰的
能力,根据橡皮绳弹射碰撞试验系统实际情况,结合清华大学汽车碰撞试验室的实际,速度
控制的总体方案如图1所示。
[pic] 

 通过控制橡皮绳拉伸的长度进行“开环”控制,粗略地把速度控制到一定的范围内。通过
安装在加速滑车上的传感器、控制器和执行器等构成速度“闭环”控制系统,力图精确、稳
定地控制碰撞时的车速。

对于质量为1.5吨的小轿车,在距离加速末端拉伸5m处释放加速,可得到15km/h的车速。由
动能定理和等效原理可以计算出在拉伸5m以上情况下,在距离加速末端拉伸5m处与加速末
端的速度差:
[pic]

其中,v1、v22、v21分别为拉伸5m得到的车速、拉伸5m以上时加速末端的速度和在距离加
速末端拉伸5m处的速度。若在实车碰撞中v22+v21=100km/h

代入数据可得: v22-v21=2.25km/h

由理论分析和计算结果可以看出:在加速末端速度变化量相对很小,有利于控制调整,但是
留给控制系统的时间也很少。闭环系统控制策略为对整个过程的初始阶段不加控制,到加
速