车用安全气囊的仿真系统及方法与流程

本发明涉及安全气囊测试技术，尤其涉及一种车用安全气囊的仿真系统及方法。

背景技术：

汽车工业的发展，使汽车安全技术越来越受到重视，安全气囊作为汽车安全的重要部件，可在车辆发生安全事故时保证驾乘人员的生命安全。由于安全气囊点爆时危险系数较高且工作环境较为复杂，提供符合安全气囊各种点爆要求的测试验证环境十分困难。

现有技术中，常用的测试仿真方式有滑车试验和实车碰撞试验；其中，滑车试验时通过机械传动使安全气囊控制器接收到接近理想碰撞的加速度曲线，机械传动结构复杂，并且所能够仿真模拟的工况有限；实车碰撞需要使用汽车进行试验，试验成本也较高。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种车用安全气囊的仿真系统及方法，能够模拟更多的工况，提高仿真试验的灵活性，还能够降低仿真试验的成本。

本发明的第一个方面是提供一种车用安全气囊的仿真系统，包括：

仿真机柜，用于获取并运行仿真安全气囊的仿真模型；

上位机，用于向所述仿真机柜发送模型参数，以通过所述模型参数控制所述仿真模型；

安全气囊ECU，与所述仿真机柜连接，用于输出控制安全气囊的控制信号；

所述仿真机柜还用于采集所述控制信号，以对所述控制信号进行分析。

进一步地，所述仿真机柜从所述上位机获取所述仿真模型。

进一步地，所述仿真机柜包括：处理器板卡，所述处理器板卡用于运行所述仿真模型，还用于接收所述模型参数。

进一步地，所述仿真机柜还包括：I/O板卡及信号调理板卡，所述信号调理板卡用于将所述发送给I/O板卡的信号调整到所述I/O板卡能够支持的范围。

进一步地，所述I/O板卡具有PWM功能。

进一步地，所述仿真机柜还包括：测量板卡，用于测量并采集所述安全气囊ECU的输入信号和/或输出信号。

进一步地，所述仿真机柜还包括：程控电源，与所述处理器板卡连接，所述处理器板卡用于控制所述程控电源向所述仿真模型输入电压，且所述程控电源的输出端还能够与所述测量板卡连接。

进一步地，所述仿真机柜还包括：故障注入板卡，用于向所述仿真系统中的各电路注入电路故障。

进一步地，所述仿真机柜还用于与真实负载连接，以使所述仿真系统能够在真实负载和上位机提供的模拟负载之间切换；其中，所述真实负载包括：安全气囊传感器和执行器。

进一步地，所述安全气囊ECU还用于接收外部ECU发送的车速信号和/或加速度信号。

本发明的第二个方面是提供一种基于上述车用安全气囊的仿真系统的仿真方法，包括：

通过仿真机柜获取并运行仿真安全气囊的仿真模型；

通过上位机向所述仿真机柜发送模型参数，以通过所述模型参数控制所述仿真模型；

通过安全气囊ECU输出控制安全气囊的控制信号；

通过所述仿真机柜采集所述控制信号，以对所述控制信号进行分析。

进一步地，所述仿真方法，还包括：

通过所述仿真机柜中的处理器板卡控制所述仿真机柜中的程控电源向所述仿真模型输入电压向所述仿真模型输入电压；

通过所述仿真机柜测量并采集所述安全气囊ECU的输入信号和/或输出信号。

进一步地，所述仿真方法，还包括：通过所述仿真机柜向所述仿真系统中的各电路注入电路故障。

进一步地，所述仿真方法还包括：通过所述仿真机柜与真实负载连接，以使所述仿真系统能够在真实负载和上位机提供的模拟负载之间切换；其中，所述真实负载包括：安全气囊传感器和执行器；

通过所述安全气囊ECU接收外部ECU发送的车速信号和/或加速度信号。

本发明提供的车用安全气囊的仿真系统及方法，通过上位机向仿真机柜发送模型参数，以通过所述模型参数控制所述仿真模型，通过仿真机柜采集安全气囊ECU的控制信号，以根据所述控制信号判断是否点爆安全气囊，能够实现对更多复杂工况的仿真，大大增加了车用安全气囊的仿真系统进行仿真试验的灵活性，降低了试验成本。

附图说明

图1为本发明实施例车用安全气囊的仿真系统的结构示意图；

图2为本发明实施例车用安全气囊的仿真系统的连接示意图一；

图3为本发明实施例车用安全气囊的仿真系统的连接示意图二；

图4为本发明实施例车用安全气囊的仿真方法的流程示意图。

其中，100-上位机；200-仿真机柜；210-I/O板卡；220-故障注入板卡；230-接插件；240-测量板卡；300-安全气囊ECU；400-真实负载。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本发明实施例车用安全气囊的仿真系统的结构示意图。

请参照图1，本实施例提供一种车用安全气囊的仿真系统，包括：

仿真机柜200，用于获取并运行仿真安全气囊的仿真模型；

上位机100，用于向仿真机柜200发送模型参数，以通过模型参数控制仿真模型；

安全气囊ECU300，与仿真机柜200连接，用于输出控制安全气囊的控制信号；

仿真机柜200还用于采集安全气囊ECU300的控制信号，以对控制信号进行分析。

具体地，仿真机柜200可以从其它终端设备上获取仿真安全气囊的仿真模型并运行；其中，仿真模型具体可以包括用于描述安全气囊所处环境的物理模型，仿真模型具有多个模型参数，该模型参数可以包括安全气囊所处环境的物理参数，例如碰撞角度、速度、加速度等；上位机100可以接收试验人员输入的模型参数，并将该模型参数传输至仿真机柜200，仿真机柜200根据该模型参数调整仿真模型，使仿真模型以该模型参数进行运行，从而仿真更多的工况。

安全气囊ECU300通过接插件与仿真机柜200连接，并能够与仿真机柜200进行交互；例如，安全气囊ECU300可以根据仿真模型所处的环境输出相应的控制信号，并由仿真机柜200采集安全气囊ECU300的控制信号，以对控制信号进行分析；例如：将该控制信号与预设的点爆信号进行比对，如二者相匹配，则确定安全气囊ECU300的该控制信号能够点爆安全气囊，进而确定安全气囊ECU300功能正常且可靠。其中，对控制信号的分析可以由仿真机柜200执行，也可以由上位机100或者其它具有分析处理数据功能的终端设备执行。

此外，仿真模型也可以对上位机100、安全气囊ECU300、相关传感器和执行器的信号进行采集、处理；本实施例中的安全气囊ECU300可以为真实的安全气囊ECU300，也可以为模拟安全气囊ECU300硬件结构及程序的ECU模型。

本实施例提供的车用安全气囊的仿真系统，通过上位机100向仿真机柜200发送模型参数，以通过模型参数控制仿真模型，通过仿真机柜200采集安全气囊ECU300的控制信号，以根据该控制信号判断是否点爆安全气囊，能够实现对更多复杂工况的仿真，大大增加了车用安全气囊的仿真系统进行仿真试验的灵活性，降低了试验成本。

进一步地，仿真机柜200可以从上位机100获取仿真模型。具体地，上位机100可以用于编辑、编译仿真模型、脚本，还用于监控试验设备以及试验过程，并记录试验数据等。此外，上位机100还可以通过模型参数控制仿真机柜200中的I/O板卡在模拟信号和真实信号之间进行切换；其中，上位机100通过I/O板卡提供模拟负载，由I/O板卡将该模拟信号输出。

图2为本发明实施例车用安全气囊的仿真系统的连接示意图一；图3为本发明实施例车用安全气囊的仿真系统的连接示意图二。

请参照图2-3，进一步地，仿真机柜200包括：处理器板卡，处理器板卡用于运行仿真模型，还用于接收模型参数。

此外，仿真机柜200还可以与真实负载400连接，具体可以通过接插件230(电气连接口)与真实负载400连接，以接收真实信号，使仿真系统能够在真实负载400和模拟负载之间切换，实现真实/模拟信号通道的切换，使得安全气囊ECU300既能与模拟信号交互，又能与真实信号交互；通过安全气囊ECU300与真实负载400的交互能够实现对车辆碰撞实际情况的模拟。其中，真实负载400可以包括：安全气囊传感器和执行器。

本实施例中，安全气囊传感器也可以为仿真的传感器模型；具体地，可以采用PSI5(The Peripheral Sensor Interface)标准接口仿真安全气囊传感器。由于安全气囊传感器的响应速度要求在1-2ms以内，本实施例采用硬件描述语言例如VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)进行PSI5通讯协议的编程，再烧录到FPGA(现场可编程逻辑门阵列)基板上进行仿真。

当仿真机柜200和安全气囊传感器连接时，仿真系统的工作过程可以为：通过在上位机100中建立被控对象模型，设定各种碰撞状态下的碰撞加速度信息，并调用FPGA程序周期性的将碰撞加速度信息通过PSI5通讯帧传输给安全气囊ECU300，碰撞加速度信息包括安装在车身各处传感器反馈的碰撞加速度大小；安全气囊ECU300根据碰撞加速度信息对车辆的碰撞状态进行分析和界定，当碰撞状态符合预设碰撞条件时，安全气囊ECU300发出控制信号，将该控制信号反馈给被控对象模型，即可观测到被控对象模型被点爆。

进一步地，仿真机柜200还包括：测量板卡240，用于测量安全气囊ECU300的输入信号和输出信号，以便于掌握安全气囊ECU300的工作状况。

进一步地，仿真机柜200还包括：程控电源，用于仿真安全气囊ECU300的供电电源，可以与处理器板卡连接，处理器板卡用于控制程控电源向仿真模型精确地输入电压，且程控电源的输出端还能够与测量板卡240连接。例如：上位机100将电压参数通过I/O板卡210传输至处理器板卡，处理器板卡根据该电压参数控制程控电源调整电压。

此外，仿真机柜200还包括信号调理板卡，信号调理板卡用于将发送给I/O板卡的信号调整到I/O板卡210能够支持的范围。

本实施例中，仿真内容可以包括：安全气囊ECU300的极限供电电压、波动供电电压和标准模型激励；其中，通过I/O板卡210分配一路模拟通道，上位机100通过该模拟通道向处理器板卡传输控制程控电源的信号。另外，对于标准模型激励测试，通过上位机100可以把相应波形集成在仿真模型中，然后将仿真模型加载到处理器板卡中，通过处理器板卡控制程控电源精确地输入电压波动波形。此时，程控电源的输出串联进测量板卡240，测量板卡240的测量内容包括安全气囊ECU300正常工作时的工作电流和休眠时的静电流，工作电流和静电流的量程范围分别是0-10A和0-25mA。

进一步地，仿真机柜200还包括：故障注入板卡220，用于向仿真系统中的各电路注入电路故障。故障注入板卡220用来实现电气故障的注入，以使仿真系统中的每路通道都可以实现断路，对地短路，对电源短路和信号间短路等故障。

进一步地，安全气囊ECU300还用于接收外部ECU发送的车速信号和/或加速度信号。以外部ECU通过CAN总线提供车速信号为例：可以通过残余总线仿真手段，在CAN总线上模拟外部ECU发送车速信号给安全气囊ECU300。

本实施例中，仿真内容可以包括：安全气囊驾驶员安全带锁扣、副驾驶安全带锁扣、驾驶员后排锁扣、后排中间成员锁扣、副驾驶后排成员锁扣；如图2所示，真实负载400通过线束与仿真机柜200上的接插件230(电气连接口)连接，在仿真机柜200内部经过真实/模拟信号切换通道、故障注入通道(故障注入板卡220)，最后再通过仿真机柜200上的接插件230与安全气囊ECU300相连。其中，通过真实、模拟切换，可以控制仿真系统在真实信号和仿真机柜200模拟信号之间的切换，从而实现对更多复杂工况的仿真。

仿真内容还可以包括：驾驶员安全带预紧、副驾驶安全带预紧、驾驶员后排安全带预紧、副驾驶安全气囊、驾驶员安全气囊、驾驶员侧安全气囊、副驾驶侧安全气囊、驾驶员头部气帘和副驾驶头部气帘。如图3所示：将安全气囊ECU300的输出接入到仿真机柜200，上位机100通过控制真实/模拟通道之间的切换，可以控制仿真系统在真实负载400和模拟负载之间的切换；其中，模拟负载的模拟信号可以采用仿真机柜200的IO板卡实现；真实负载400通过接插件230连接到仿真机柜200，以使仿真机柜200接收真实信号。IO板卡的模拟输出信号经过故障注入通道(故障注入板卡220)连接到真实负载400。仿真机柜200中的测量板卡240也即AD通道采集安全气囊ECU300的控制信号的数值，反馈给仿真模型中的被控对象模型以观测控制效果，并判断安全气囊ECU300提供的控制信号是否有正确点爆安全气囊。

此外，安全气囊ECU300还输出碰撞信号，碰撞信号为PWM(英文全称为Pulse Width Modulation，中文全称为脉冲宽度调制)波输出，基于此特点，可使用带PWM功能的I/O板卡210来进行碰撞信号的仿真输出。

图4为本发明实施例车用安全气囊的仿真方法的流程示意图。

请参照图4，本实施例还提供一种基于上述车用安全气囊的仿真系统的仿真方法，该仿真方法中各步骤的功能及实现过程与前述实施例相同，此处不再赘述。

仿真方法，具体包括：

S101、通过仿真机柜获取并运行仿真安全气囊的仿真模型；

具体地，仿真机柜可以从其它终端设备上获取仿真安全气囊的仿真模型并运行；其中，仿真模型具体可以包括用于描述安全气囊所处环境的物理模型，仿真模型具有多个模型参数，该模型参数可以包括安全气囊所处环境的物理参数，例如碰撞角度、速度、加速度等。

S102、通过上位机向仿真机柜发送模型参数，以通过模型参数控制仿真模型；

上位机可以接收试验人员输入的模型参数，并将该模型参数传输至仿真机柜，仿真机柜根据该模型参数调整仿真模型，使仿真模型以该模型参数进行运行，从而仿真更多的工况。

S103、通过安全气囊ECU输出控制安全气囊的控制信号；

S104、通过仿真机柜采集控制信号，以对控制信号进行分析。

安全气囊ECU可以根据仿真模型所处的环境输出相应的控制信号，并由仿真机柜采集安全气囊ECU的控制信号，以对控制信号进行分析；例如：将该控制信号与预设的点爆信号进行比对，如二者相匹配，则确定安全气囊ECU的该控制信号能够点爆安全气囊，进而确定安全气囊ECU功能正常且可靠。其中，对控制信号的分析可以由仿真机柜执行，也可以由上位机或者其它具有分析处理数据功能的终端设备执行。

本实施例提供的车用安全气囊的仿真方法，通过上位机向仿真机柜发送模型参数，以通过模型参数控制仿真模型，通过仿真机柜采集安全气囊ECU的控制信号，以根据该控制信号判断是否点爆安全气囊，能够实现对更多复杂工况的仿真，大大增加了车用安全气囊的仿真系统进行仿真试验的灵活性，降低了试验成本。

进一步地，仿真方法，还可以包括：

通过仿真机柜中的处理器板卡控制仿真机柜中的程控电源向仿真模型输入电压向仿真模型输入电压；

通过仿真机柜测量并采集安全气囊ECU的输入信号和/或输出信号。

本实施例中，仿真内容可以包括：安全气囊ECU的极限供电电压、波动供电电压和标准模型激励；其中，通过仿真机柜的I/O板卡分配一路模拟通道，上位机通过该模拟通道向仿真机柜的处理器板卡传输控制程控电源的信号。另外，对于标准模型激励测试，通过上位机可以把相应波形集成在仿真模型中，然后将仿真模型加载到处理器板卡中，通过处理器板卡控制程控电源精确地输入电压波动波形。

此时，程控电源的输出串联进仿真机柜的测量板卡，测量板卡的测量内容包括安全气囊ECU正常工作时的工作电流和休眠时的静电流，工作电流和静电流的量程范围分别是0-10A和0-25mA。

进一步地，仿真方法，还可以包括：通过仿真机柜向仿真系统中的各电路注入电路故障，，以使仿真系统中的每路通道都可以实现断路，对地短路，对电源短路和信号间短路等故障。

进一步地，仿真方法，还可以包括：通过仿真机柜与真实负载连接，以使仿真系统能够在真实负载和上位机提供的模拟负载之间切换；其中，真实负载包括：安全气囊传感器和执行器；

通过安全气囊ECU接收外部ECU发送的车速信号和/或加速度信号。

本实施例中，仿真内容可以包括：安全气囊驾驶员安全带锁扣、副驾驶安全带锁扣、驾驶员后排锁扣、后排中间成员锁扣、副驾驶后排成员锁扣；真实负载通过线束与仿真机柜上的接插件(电气连接口)连接，在仿真机柜内部经过真实/模拟信号切换通道、故障注入通道(故障注入板卡)，最后再通过仿真机柜上的接插件与安全气囊ECU相连。其中，在仿真机柜上可以设置切换开关，通过切换开关在真实、模拟之间进行切换，可以控制仿真系统在真实信号和仿真机柜的模拟信号之间的切换，从而实现对更多复杂工况的仿真。

仿真内容还可以包括：驾驶员安全带预紧、副驾驶安全带预紧、驾驶员后排安全带预紧、副驾驶安全气囊、驾驶员安全气囊、驾驶员侧安全气囊、副驾驶侧安全气囊、驾驶员头部气帘和副驾驶头部气帘。将安全气囊ECU的输出接入到仿真机柜，上位机通过控制真实/模拟通道之间的切换，可以控制仿真系统在真实负载和模拟负载之间的切换；其中，模拟负载的模拟信号可以采用仿真机柜的IO板卡实现；真实负载通过接插件连接到仿真机柜，以使仿真机柜接收真实信号。IO板卡的模拟输出信号经过故障注入通道(故障注入板卡)连接到真实负载。仿真机柜中的测量板卡也即AD通道采集安全气囊ECU的控制信号的数值，反馈给仿真模型中的被控对象模型以观测控制效果，并判断安全气囊ECU提供的控制信号是否有正确点爆安全气囊。

以仿真机柜与真实负载为例：将真实负载发出的真实信号通过仿真机柜传递给安全气囊ECU，安全气囊ECU可以根据该真实信号发出相应的控制信号，并由仿真机柜采集安全气囊ECU的控制信号的数值，反馈给仿真模型中的被控对象模型以观测控制效果，并判断安全气囊ECU提供的控制信号是否有正确点爆安全气囊。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。