基于DSP的安全带车感性能检测试验台的研制

    我国民用汽车保有量持续增长，汽车保有量的攀升随之而来的是交通事故的频发。据调查，交通事故死亡的主要原因之一是不系安全带。有关部门统计，未正确佩戴乘员的安全度仅为正确佩戴的39% 、如果一起使用安全带和安全气囊，死亡率可减少63%。安全带作为汽车被动安全装置，已经有很多文献研究了卷收器的结构，但是很少研究者提出安全带车感检测试验台。本研究基于国标对安全带紧急锁止的要求，设计出1套可以做车感检测实验的试验台。

    一、试验台的夹具设计
    1．安全带紧急锁止性能的国标要求
    如图1所示为卷收器，卷收器锁止机构包括车感锁止机构（感应车辆减速度和倾斜角度的变化）和带感锁止机构（感应织带拉出加速度的变化）。

    从表1可知车感实验需要对卷收器进行加速度和安装角度的改变，带感实验需要对织带进行加速度的改变。本研究设计的卷收器夹具和织带夹具可以满足紧急锁止实验的所有要求。

    2．安全带车感检测试验台夹具布局
    整个装置夹具结构分布如图1所示。车感试验是把3号夹具取出并固定在左侧的1号夹具上，并将安全带卷收器固定在3号夹具上，然后将安全带的拉出端通过动头上的转轴，水平压附于负荷传感器上，并由2号夹具夹紧。整个2号夹具固定在主框架上，试验时由计算机控制直线电机带动卷收器按指定加速度运动。
    如图2所示，卷收器夹具固定在电动转台（步进电机控制）上。该转台可以和卷收器在水平面上进行00900、1800、2700等4个角度旋转，这可以试验车上各个安装位置的卷收器工况。底座固定在直线电机上，可以实验不同加速度运动的工况。织带自由端绕过安全带导轮固定在织带夹具上。

    3．试验台卷收器夹具设计
    如图3所示，安全带卷收器固定安装在试件安装板上，试件安装板和U型旋转调整夹具都可以旋转达到调整卷收器安装角度的作用。固定板起着定位卷收器的作用，底板和底板支架上的孔为减重孔。支架固定时，U型旋转调整夹具可绕支架固定孔旋转，再通过支架调整孔固定；上端固定座可绕U型旋转调整夹具固定孔旋转，再通过左右调整孔固定。卷收器夹具可携带安全带卷收器，在垂直平面内进行0°～90°任意旋转测试车感部件锁止性能。

    4．试验台织带夹具设计
    如图4和图5所示，偏心轮通过转轴限位于挤压底座中心孔处，将安全带织带铺平放于偏心轮与挤压底座缝隙中，转动偏心轮的手柄挤压安全带织带，产生摩擦力达到加紧效果；挤压底座安装导轨滑块，可沿固定底座上的导轨滑动，并通过安装在其前端的缓冲气缸活塞杆回位；安全带织带通过挤压底座、加强立板沿安全带卷收器方向伸出；夹具通过加强立板下方的膜片式力传感器得出安全带织带张力；固定底座上有4个销孔用于在直线电机上固定。

    二、试验台的测控系统设计
    1．采集放大电路设计与DSP芯片选择
    图6为测控原理图。试验台采用工控计算机来控制实验过程，试验软件基于windows?的64位环境运行，采用可视化图形编程语言labview2014或更高版本编写测试程序，方便修改及完善。测试曲线具备平移、叠加、缩放、标记等基本功能。所有数据存入数据库，可按照时间、试验者、试验名称等关键词查找。试验曲线可与给定标准曲线逐点分析，自动判断合格与否。

    本文选择TI的F28M35H52C 1的DSP作为控制芯片并设计双通道的采集信号电路，采集控制频率为10 000次／s。控制器可独立于计算机运行，采用以太网口与计算机通信。放大采集信号电路如图7所示，该控制器单元具有独立的通信和实时控制子系统，使用TRS3232ECD设计RS-232接口电路，用于控制板与PC的串口通讯。经过滤波、放大、采样／保持、模／数转换等信号采集的全部过程后，加速度一位移一时间曲线图可以在PC上实时的显示。

    三、实验与结论
      1．实验
    本设备采用日本欧姆龙可编程控制器控制步进电机和直线电机运行，根据通讯协议把程序分为参数初始化、手动、自动、输出、急停＆手自切换处理、END程序。步进电机控制电动转台转动，直线电机控制平台运动。
    如图8所示，我们可以在人机交互界面直接设定动头运动的加速度、位移及判断条件等参数。在发出运动开始命令后，动头将在伺服控制下按照其指定的加速度、位移等参数完成运动。而运动过程中通过访问伺服控制器可以获得直线电机动头运动的实际速度。通过检测安装在动头上的加速度传感器数据，可以获得加速度值。通过检测安装于夹具前方的负荷传感器的数据，可以得到负荷的数值。

    加速度传感器和位移传感器为我们实时测出加速度值和位移值，车感实验开始时通过检查织带上的2个固定点算出锁止距离，再根据表1对锁止的要求判定此次实验是否锁止。
    2．结论
      （1）本研究提出用进口高强度合金卷收器夹具、织带夹具、控制系统配合使用可以完成车感实验。卷收器夹具通过调整可以改变卷收器安装角度完成不同的车感实验；织带夹具可以测出安全带织带张力、固定安全带自由端、缓冲织带。
    （2）本试验台采用Kollmorgen直线电机带动高精度直线运动平台完成加速度的改变；采用旋转步进电机实现转向台角度的调整；采用欧姆龙PLC编写下位机程序；采用Labview编写上位机程序。试验结果验证了本试验台具有良好的实用性。本试验台可以降低整车厂或者安全带零部件供应商生产成本。
 

来源:网络