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汽车碰撞预判系统开发平台的设计与实现

作　者: 刘江
导　师: 张金换
学　校: 清华大学
专　业: 机械工程
关键词: 主被动安全结合 碰撞预判 预碰撞 毫米波雷达
分类号: U467.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


碰撞预判技术(Pre-Crash)是集成了主动安全和被动安全的新兴汽车安全领域。通过使用主动安全领域里面应用较多的毫米波雷达进行环境探测,可以对即将发生的碰撞事故做预先的感知和判断,从而可以在这些信息的基础上,对传统被动安全领域研究的乘员约束系统的各个装置如安全带、座椅、安全气囊等做出一系列设计上的优化和改进。论文研究的主要内容是设计并实现一个碰撞预判技术的开发平台,一方面通过该平台的开发来验证碰撞预判技术的实现可行性,另一方面也为未来更深入的研究进行一些奠基性的工作。在硬件上,本课题搭建了一个由毫米波雷达、CAN网络、工控机以及可逆预紧式安全带、电动座椅等约束装置构成的碰撞预判安全系统开发平台。前端的毫米波雷达用于探测前方障碍物的运动学参数。末端使用了可逆预紧式安全带、一款普通的电动座椅和一个普通的电动天窗,这些约束装置的控制由S12系列单片机电路来进行控制。各个设备之间的通讯,包括传感器信息的传递和控制信号的发送集中在一个CAN网络上完成。CAN网络的核心节点是在一个车载工控机上开发的CAN控制软件。在软件上,本课题首先通过MADYMO软件的有限元仿真试验初步确定了约束装置(可逆预紧式安全带、主动座椅和电动天窗)的基本动作策略,并试图探索一种采用虚拟试验技术进行碰撞预判系统开发的手段。然后重点开发了一个基于CAN网络的碰撞预判系统控制软件,该软件一方面用来控制不同的设备以完成碰撞预判与装置动作的功能,另一方面集成了初步的雷达信息甄别初选算法、碰撞预判算法和约束系统动作算法。同时针对碰撞预判技术的具体应用也设计制定了一套碰撞预判系统的CAN网络通讯协议。最后将以上的所有研究内容进行整合,应用在一款中级家用车上,设计并进行了若干次的试验。通过试验验证了碰撞预判技术研发的可行性和该开发平台的可用性,未来可以在该平台的基础上展开一系列的后续研发活动。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 引言  9-23
  1.1 选题背景与研究意义  9-13
    1.1.1 汽车安全技术发展背景与碰撞预判安全技术  9-11
    1.1.2 清华大学汽车碰撞实验室“碰撞预判技术”发展战略规划  11-12
    1.1.3 碰撞预判安全技术的相关应用  12-13
  1.2 国内外研究进展  13-21
    1.2.1 国内外学术界相关研究进展  13-19
    1.2.2 国内外产业界的应用状况  19-21
  1.3 论文主要工作内容及难点  21-23
第2章 系统设计方案  23-28
  2.1 开发平台的系统构成  23-27
  2.2 开发平台的功能与应用  27
  2.3 本章小结  27-28
第3章 基于仿真试验的保护策略研究  28-48
  3.1 策略研究目的与方法  28-29
  3.2 座椅形态调整参数优化方法  29-37
  3.3 安全带预紧参数优化方法  37-45
    3.3.1 控制参数选择  38-39
    3.3.2 试验方案设计  39-40
    3.3.3 图像结果分析初步  40-41
    3.3.4 基于WIC 指标的分析  41-44
    3.3.5 结论  44-45
  3.4 天窗关闭策略  45-46
  3.5 本章小结  46-48
第4章 软件设计与实现  48-64
  4.1 软件设计总体方案  48-50
  4.2 控制软件的开发  50-56
    4.2.1 软件开发环境  50-51
    4.2.2 软件主要功能  51-53
    4.2.3 通讯协议  53-56
  4.3 算法设计  56-63
    4.3.1 雷达有效信息甄别算法  56-58
    4.3.2 Pre-Crash 算法  58-63
    4.3.3 约束系统动作算法  63
  4.4 本章小结  63-64
第5章 硬件设计与实现  64-83
  5.1 硬件设计总体方案  64-66
  5.2 雷达性能指标与安装  66-70
  5.3 车身CAN 网络的搭建与实现  70-72
  5.4 相关控制电路的设计与实现  72-78
    5.4.1 单片机最小系统  72-74
    5.4.2 电源管理  74-75
    5.4.3 CAN 通讯模块  75-76
    5.4.4 电机驱动模块  76-78
  5.5 乘员约束系统  78-80
  5.6 试验监控记录系统  80-82
  5.7 本章小结  82-83
第6章 开发平台可用性验证试验  83-92
  6.1 平台可用性验证试验概述  83
  6.2 试验目的与准备  83
  6.3 试验时间与地点  83-84
  6.4 试验步骤  84
  6.5 试验结果与分析  84-90
  6.6 本章小结  90-92
第7章 结论  92-94
参考文献  94-96
致谢  96-97
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  97

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车试验 > 汽车试验场地及测试中心
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