8.2.2 点火判断算法的设计与仿真
一般而言,汽车安全气囊的点火控制算法应在发生碰撞后的10～40 ms内作出点火判断。考虑实时性,我们以10 ms为延时期限,以10 ms为单位进行数据处理,即对由当前时刻算起的之前最近10 ms的加速度值进行采样,采样周期为1 ms,即10个数据。
BP网络输入层的节点设计为两个,即输入数据为两个,第一个为当前时刻的加速度值,第二个为最近10 ms的10个加速度值平均值。当前时刻的加速度值表示瞬时强度,最近10 ms的加速度平均值用以表征平均强度,以避免碰撞强度不够但具有短暂的加速度高值的情况所造成的错误点火。结构上采用单隐含层,节点数设为6,传输函数采用双曲正切S形函数,在MATLAB中表示为tansig,输出节点为1个,即点火判断信号。
汽车安全气囊的点火条件是指在一定的碰撞条件下汽车安全气囊必须点火,而在另一种条件下不得点火。也就是在一定的碰撞强度下气囊必须点火,而在低于该强度时气囊不得点火。在描述气囊点火条件时,一般使用气囊的引爆速度来表示。这里的引爆速度并非碰撞事故中的车体速度,而是与碰撞事故强度等效的固定壁障正面碰撞的等效初速度。
汽车安全气囊的点火条件取决于汽车安全法规、生产厂家的要求、车身特性及点火控制系统的性能等诸多因素,并不固定。本书以某车型实际台车碰撞试验得到的3条不同碰撞强度(碰撞初速度)下的加速度曲线为样本,分别为正面碰撞初速度56 km/h、40%偏置,碰撞初速度32 km/h、100%偏置,碰撞初速度56 km/h、100%偏置,如图8.4～图8.6所示。并做“56 km/h、40%偏置不点爆气囊,32 km/h、100%偏置必须点爆气囊,56 km/h、100%偏置必须点爆气囊”的规定,如表8.1所示。
图8.4 56 km/h、40%偏置时的加速度曲线
图8.5 32 km/h、100%偏置时的加速度曲线
图8.6 56 km/h、100%偏置时的加速度曲线
表8.1 不同碰撞初速度(碰撞强度)下气囊的点火规定
根据前面的设计,我们以10 ms为单位进行数据处理,即由当前时刻算起的之前最近10 ms的加速度值,采样周期为1 ms,即10个数据。网络输入层的输入数据为两个,第一个为当前时刻的加速度值,第二个为最近10 ms的10个加速度值之和。BP网络的隐含层采用一层,节点数设为6,传输函数采用双曲正切S形函数,在MATLAB中表示为tansig,输出层节点为1个。
为了对网络进行训练,为每对输入数据添加教师信号,教师信号的选取符合前述碰撞点火规定,并以1表示点火,0表示不点火。采用三种情况下的加速度数据及其教师信号对所构建的BP神经网络进行重复训练。训练结果如图8.7所示,网络完成了很好的映射,目标误差定在1.0000×10-5,经过15次的迭代运算后,网络进入收敛状态,最终误差为2.07×10-6,小于目标误差,如图8.8所示。
图8.7 网络输出的点火标志
图8.8 网络训练过程的误差函数曲线
在将网络训练好后,需要一些测试数据输入网络以检验算法的可靠性。为此,我们需要获得一系列与训练样本同等碰撞强度下的汽车碰撞曲线。
由于实体车辆碰撞试验的代价过高,这里采用计算机进行模拟。根据1992年美国Automotive System实验室的Michael A.Piskie和Tony Gioutsos提出的理论,我们可以认为汽车碰撞曲线由一条基线(Baseline)与一条噪声曲线(Noiseline)构成。其中碰撞曲线指车身某点处的减速度曲线,而基线代表这种汽车特有的碰撞特性,所以可以称为汽车碰撞特征曲线。这样就可以认为,同种型号汽车的碰撞特征曲线只与汽车结构、材料种类、零部件强度等相关。汽车碰撞噪声曲线表示碰撞过程中随机因素的影响,具有一定的随机统计特性。根据Tony Gioutsos的观点,这些随机成分可以视为正态白噪声。
这里采用简化处理,直接分别对3条原始样本曲线添加均值为0、方差为2的正态随机白噪声,得到衍生样本曲线,如图8.9～图8.11所示。
图8.9 衍生的56 km/h、40%偏置时的加速度曲线
图8.10 衍生的32 km/h、100%偏置时的加速度曲线
图8.11 衍生的56 km/h、100%偏置时的加速度曲线
用训练好的网络测试这三个衍生样本,得到结果。按前述顺序排列,如图8.12～图8.14所示。
图8.12 衍生的56 km/h、40%偏置时的加速度测试结果
图8.13 衍生的32 km/h、100%偏置时的加速度测试结果
图8.14 衍生的56 km/h、100%偏置时的加速度测试结果
从图8.12～图8.14可以得出:正面40%偏置、碰撞初速度56 km/h时未起爆;100%偏置、碰撞初速度32 km/h时起爆;100%偏置、碰撞初速度56 km/h时起爆,符合规定。
用前述方法,模拟出10条衍生减速度曲线并对网络进行测试,结果如表8.2所示。
表8.2 不同碰撞初速度(碰撞强度)下的网络输出判断
从表8.2可以看出,对10个样本气囊均可以作出准确判断,并发出点火条件满足的信号。仿真实验表明,该方法能够很好地完成汽车安全气囊的点火判断。