主动预紧式安全带控制系统开发及试验研究

摘要

随着汽车主动安全技术的快速发展，集成主被动安全技术的“预碰撞安全系统”能够显著提升行车安全性，减少碰撞事故的发生和乘员的伤亡。主动预紧式安全带（Active Seatbelt，AS）通过接收主动安全系统预判的行车危险信号，在碰撞事故发生前执行安全带主动预紧功能，消除安全带间隙或约束乘员坐姿，为乘员提供更加有效的保护。但目前国内针对主动预紧式安全带的控制系统开发和试验研究工作十分匮乏，主动预紧式安全带的预紧性能要求和试验方法没有统一的标准。
　　基于此，本文开发了一款基于先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance System，ADAS）的直流电机驱动式主动预紧式安全带，根据主动预紧式安全带的功能定义确定了控制系统的控制策略，基于16位微控制器MC9S12G48完成了控制系统的软件设计，AS和ADAS的通信协议基于CAN总线实现，AS接收到ADAS的危险信号后驱动直流电机卷收织带执行主动预紧功能。完成了CAN Bootloader系统上位机和下位机软件开发，实现控制ECU软件的下载、调试和在线更新。
　　搭建了主动预紧式安全带和前方碰撞预警系统LZADAS的主被动集成安全系统平台，设计了RS232串口信号转CAN信号的转换控制器和集成系统的通讯协议，在乘用车环境下的试验结果表明AS系统的功能响应准确性为100％。进行了主动预紧式安全带与Mobileye前方系统在客车环境下的匹配联调，AS系统直接接入整车CAN总线，实车测试结果表明AS系统功能匹配响应的准确性为100%。AS系统能够实现对ADAS信号的实时接收、识别和处理，及时响应危险工况预紧安全带。
　　开展了主动预紧式安全带预紧性能试验研究，包括预紧控制参数范围测试试验、电机工作电流测试试验、预紧力测试试验、预紧速度测试试验和耐久性试验，试验结果表明：卷收器输出力范围为31.8N-546.1N，肩带力范围为27.5N-460.7N，预紧速度范围为0.111m/s-0.393m/s，最大预紧速度下实现最大预紧力所需的时间约为252ms。本文开发的主动预紧式安全带的预紧性能参数能够满足产品的设计要求。
　　开展了主动预紧式安全带志愿者试验研究，全体志愿者消除安全带间隙的最佳预紧力范围为32.62N-64.15N，均值为46.87N，没有明显的性别差异。引起志愿者明显不舒适感的最小预紧力呈现女性低于男性的规律，引起男性志愿者明显不舒适感的预紧力范围为90.96N-180.4N，均值为133.69N，引起女性志愿者明显不舒适感的预紧力范围为75.57N-92.34N，均值为83.08N。使用AS-LZADAS集成系统进行了为期一个月的志愿者实车道路测试试验，试验结果验证了集成系统功能响应的稳定可靠性，主动预紧响应的频率较高会影响驾驶员的舒适性，非碰撞工况下二级预紧响应时的较大预紧力会导致驾驶员肩部轻微的不适感。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 本文研究的背景及意义

1.2 主动预紧式安全带装置研究及应用现状

1.3 主动预紧式安全带试验研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 主动预紧式安全带控制系统研究

2.1 主动预紧式安全带结构组成

2.2 先进驾驶辅助系统

2.3 主动预紧式安全带功能定义

2.4 主动预紧式安全带控制原理

2.5 CAN Bootloader调试系统

2.6 本章小结

第3章 主被动集成安全系统设计及验证

3.1 AS-LZADAS集成系统设计

3.2 AS-Mobileye匹配设计

3.3 本章小结

第4章 主动预紧式安全带预紧性能试验研究

4.1预紧控制参数范围测试试验

4.2电机工作电流特性测试试验

4.3预紧力测试试验

4.4预紧速度测试试验

4.5 耐久性试验

4.6 本章小结

第5章 主动预紧式安全带志愿者试验研究

5.1 关键预紧力参数测试试验

5.2 志愿者实车道路测试试验

5.3 本章小结

总结和展望

参考文献

致谢