CN102214257B - 一种汽车碰撞波形特征参数识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车碰撞波形特征参数识别方法，涉及汽车碰撞安全技术领域，从汽车碰撞试验的数据采集***中采集车身加速度信息数据，获取加速度A(t)；识别所述加速度A(t)中的波峰点、波谷点；本发明是根据碰撞加速度波形中所具有的波浪特征，提出了一种识别碰撞加速度波形中的波峰波谷的方法，用来解决分析碰撞过程波形特征识别的一种技术途径，进而为车身结构优化设计提供一种分析工具，其应用价值在于将碰撞过程进行了细化分解为由若干个波峰波谷构成的数据序列，并求解出相应的时间和加速度参数，该方法是建立在固定的计算流程之上，具有工程上的可重复性，不仅提高了工作效率，降低劳动强度，而且也具备了在计算机上实现的可行性。

Description

一种汽车碰撞波形特征参数识别方法

技术领域

本发明涉及汽车碰撞安全技术领域，特别涉及一种碰撞数据处理技术，具体地说是一种通过对碰撞加速度波形识别找到碰撞过程中的波峰波谷点的数据处理方法。

背景技术

在汽车碰撞安全技术中，车身加速度是由汽车碰撞试验的数据采集***通过安装在车身上的加速度传感器对碰撞过程采集记录后形成的系列数据，是汽车安全性结构设计中的重要数据，对汽车碰撞安全性研究具有指导意义。通过对碰撞加速度波形的分析，能够发现设计过程中碰撞安全性存在的问题，并结合碰撞理论对汽车产品设计做出改进设计的判断，成为对车身结构进行优化设计的依据。

在进行车身结构设计时，车身加速度波形是用来反映车身结构在碰撞过程中的变形情况，例如通过对车身加速度的积分来反映车身变形，即通过对加速度波形的一次积分获取碰撞速度，二次积分得到碰撞过程的位移，并将车身的受力和变形合成得到挤压特性；通过计算碰撞区间的加速度峰值的大小和碰撞的持续时间来估算车身变形的能量等。以上的处理方法仅是对碰撞过程的概括性的描述，由于汽车碰撞过程是将碰撞时产生的动能转化为车身结构变形能，对于车身加速度波形的分析往往是由技术人员根据实际工程经验进行主观判断，而这种判断往往带有很大的随意性，不具有工程上的可重复性，不能很好的满足实际应用中的需要。

发明内容

为了能够在工程上可重复性的使用，满足实际应用中的需要，在计算机上能用具体的方法实现，本发明提供了一种汽车碰撞波形特征参数识别方法，详见下文描述：

一种汽车碰撞波形特征参数识别方法，所述方法包括以下步骤：

(1)从汽车碰撞试验的数据采集***中采集车身加速度信息数据，获取加速度A(t)；

(2)识别所述加速度A(t)中的波峰点、波谷点；

其中，步骤(2)中所述识别所述加速度A(t)中的波峰点、波谷点具体为：

所述加速度A(t)的零时刻表示为发生碰撞的开始时刻，所述加速度A(t)波形呈波浪形态，即有波峰也有波谷，且先有波峰后有波谷，波峰和波谷的个数相等，所述波峰点和所述波谷点对时间的导数为零，所述波峰点两侧在一定时间间隔内的平均值均小于波峰值；所述波谷点两侧在一定时间间隔内的平均值均大于波谷值；

对所述加速度A(t)做微分计算，获取A′(t)；

$A\′\left(t\right)=\mathrm{dA}\left(t\right)/\mathrm{dt}|\begin{array}{c}t=t\′+\mathrm{\Δt}\\ t=t\′-\mathrm{\Δt}\end{array}$

假设当前自变量t＝t’，且A’(t)＝0；

根据

和

获取A_ave+Δt和A_ave-Δt；

其中，A_ave+Δt表示为t’之后Δt时间段内的平均值；A_ave-Δt表示为t’之前Δt时间段内的平均值；

在[t₀+Δt～t_N-Δt]时间段内，如果A’(t)＝0，假设当前时间点为t’，对应的车身加速值为A(t’)，当前波峰序列值为i，当前波谷序列值为j；

所述波峰点具体为：P_i(t’，A(t’))|dA’(t’)＝0；A(t’)＞A_ave+Δt；A(t’)＞A_ave-Δt

所述波谷点具体为：V_j(t’，A(t’))|dA’(t’)＝0；A(t’)＜A_ave+Δt；A(t’)＜A_ave-Δt

对所述加速度A(t)进行所述波峰点和所述波谷点的搜索，搜索的次数为N，N的取值为正整数；定义最大谷峰值APVmax和最大峰谷值AVPmax。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

本发明提供了一种汽车碰撞波形特征参数识别方法，本发明是根据碰撞加速度波形中所具有的波浪特征，提出了一种识别碰撞加速度波形中的波峰波谷的方法，用来解决分析碰撞过程波形特征识别的一种技术途径，进而为车身结构优化设计提供一种分析工具，其应用价值在于将碰撞过程进行了细化分解为由若干个波峰波谷构成的数据序列，并求解出相应的时间和加速度参数，其中波峰的物理意义为硬点，即出现波峰位置为车身结构处于碰撞过程相对刚性位置，波谷的物理意义为软点，即出现波谷位置为车身结构处于碰撞过程的现对柔软的位置，这样就建立起碰撞过程分析时的一种刚度分析的对应关系，成为解释车身吸能性结构机理的一种方法，同时，该方法是建立在固定的计算流程之上，具有工程上的可重复性，不仅提高了工作效率，降低劳动强度，而且也具备了在计算机上实现的可行性。

附图说明

图1为本发明提供的一种汽车碰撞波形特征参数识别方法的流程图；

图2为本发明提供的典型碰撞过程加速度波形的示意图；

图3为本发明提供的波峰波谷计算原理示意图；

图4为本发明提供的峰谷值和谷峰值的示意图；

图5为本发明提供的汽车碰撞车身加速度通道数据文件格式示意图；

图6为本发明提供的汽车碰撞车身加速度波形图；

图7为本发明提供的加速度波形中波峰波谷点示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了能够在工程上可重复性的使用，满足实际应用中的需要，在计算机上能用具体的方法实现，本发明实施例提供了一种汽车碰撞波形特征参数识别方法，详见下文描述：

一种汽车碰撞波形特征参数识别方法，该方法用来简化等效汽车碰撞过程加速度波形。

101：从汽车碰撞试验的数据采集***中采集车身加速度信息数据，获取加速度A(t)；

其中，参见图1，加速度A(t)的信息数据是随着时间变化的加速度数据系列，加速度A(t)和时间关系为波形。

102：识别加速度A(t)中的波峰点、波谷点。

参见图2，A(t)的零时刻表示为发生碰撞的开始时刻，A(t)波形呈波浪形态，即有波峰也有波谷，且先有波峰后有波谷，波峰和波谷的个数相等。波峰点和波谷点的共同特点是对时间的导数为零，区别是波峰点两侧在一定时间间隔内的平均值均小于该波峰值；波谷点两侧在一定时间间隔内的平均值均大于该波谷值，本发明实施例将该区别作为波峰点和波谷点识别的方法。用P_i表示存放波峰值的变量组，用V_j表示存放波谷值的变量组，i和j分别表示波峰和波谷的序列数，i和j的取值为大于等于1的正整数。以时间t为自变量，在计算中特别定义了一个时间间隔变量Δt，通过时间间隔变量Δt来去除A(t)中可能出现的小的波峰波谷点，时间间隔变量Δt的大小可根据实际应用情况进行而定，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。自变量t的时间域范围为[t₀+Δt～t_N-Δt]，t₀为A(t)中的起始时间，t_N为A(t)中的结束时间，定义变量t’，t’的取值范围为[t₀+Δt，t_N-Δt]。

对A(t)做微分计算，获取A′(t)；

$A\′\left(t\right)=\mathrm{dA}\left(t\right)/\mathrm{dt}|\begin{array}{c}t=t\′+\mathrm{\Δt}\\ t=t\′-\mathrm{\Δt}\end{array}---\left(1\right)$

获取t’前后Δt时间段内的平均值A_ave+Δt和A_ave-Δt；

其中，A_ave+Δt表示为t’之后Δt时间段内的平均值；A_ave-Δt表示为t’之前Δt时间段内的平均值。

该步骤具体为：假设当前自变量t＝t’，且A’(t)＝0，根据第二公式和第三公式获取A_ave+Δt和A_ave-Δt。

$A_{\mathrm{ave}+\mathrm{\Δt}}=\mathrm{ave}\left\{A\left(t\right)\right\}|\begin{array}{c}t=t\′+\mathrm{\Δt}\\ t=t\′\end{array}---\left(2\right)$

$A_{\mathrm{ave}-\mathrm{\Δt}}=\mathrm{ave}\left\{A\left(t\right)\right\}|\begin{array}{c}t=t\′\\ t=t\′-\mathrm{\Δt}\end{array}---\left(3\right)$

在[t₀+Δt～t_N-Δt]时间段内，如果A’(t)＝0，则有两种可能，即要么是波峰点要么是波谷点，此时需要借助第二公式和第三公式加以区别，假设当前时间点为t’，对应的车身加速值为A(t’)，当前波峰序列值为i，波峰点和波谷点分别用第四公式和第五公式表示：

P_i(t’，A(t’))|dA’(t’)＝0；A(t’)＞A_ave+Δt；A(t’)＞A_ave-Δt    (4)

V_j(t’，A(t’))|dA’(t’)＝0；A(t’)＜A_ave+Δt；A(t’)＜A_ave-Δt    (5)

参见图3，对于呈现波浪特征的车身加速度波形而言，波峰和波谷是成对出现的，由此可认为波峰和波谷构成了一组峰谷序列，在时间关系上波峰在前，波谷在后。P_i、P_i+1和V_j分别对应的坐标值为[tp_i，A(tp_i)]、[tp_i+1，A(tp_i+1)]和[tv_j，A(tv_j)]，假设以波谷为参考的话，约定峰谷值为A_PV(i)，谷峰值为A_VP(j)，根据第六公式和第七公式获取A_PV(i)和A_VP(j)：

A_PV(i)＝A(tp_i)-A(tv_j)    (6)

A_VP(j)＝A(tp_i+1)-A(tv_j)  (7)

对A(t)进行波峰点和波谷点的搜索，定义最大谷峰值、最大峰谷值、谷峰值的搜索序列号和峰谷值的搜索序列号；

其中，对A(t)进行波峰点和波谷点的搜索的次数为N，N的取值为正整数；最大谷峰值定义为APVmax，最大峰谷值定义为AVPmax，i为谷峰值的搜索序列号，j为峰谷值的搜索序列号。

其中波峰的物理意义为硬点，即出现波峰位置为车身结构处于碰撞过程相对刚性位置，波谷的物理意义为软点，即出现波谷位置为车身结构处于碰撞过程的现对柔软的位置，这样就建立起碰撞过程分析时的一种刚度分析的对应关系，成为解释车身吸能性结构机理的一种方法。

参见图4，下面以一个实验来说明如何由原始碰撞数据文本来求解波峰点和波谷点的实施例，详见下文描述：

参见图5，为一个汽车碰撞试验中有关车身加速度的数据文件，由说明和数据两部分内容构成，说明中指出了数据的基本信息，包括在数据采集***中通道号、数据所使用量纲单位为g、数据的采样频率为10kHz，实际碰撞速度为64.3km/h和文件数据量为3501。在序列数据中，每组数据的时间和加速度之间用逗号分隔，-50ms作为数据的起始点，结束点为300ms，时间间隔为0.1ms。时间零表示为碰撞的接触时刻，即碰撞的开始时间。参见图6，为由该数据文件导入到A(t)后产生的加速度时间历程曲线。

通过本发明实施例提供的对车身加速度波峰特征计算方法，对车身加速度的数据文件进行处理后，在该加速度波形上分别计算出相应的波峰点和波谷点，参见图7，显示了在[0，200]时间区段内的波峰波谷分别对应的坐标点，用P_i表示峰值点，V_i表示峰谷点，其中i为序列号，共有14组波峰波谷。

综上所述，本发明实施例提供了一种汽车碰撞波形特征参数识别方法，本发明实施例是根据碰撞加速度波形中所具有的波浪特征，提出了一种识别碰撞加速度波形中的波峰波谷的方法，用来解决分析碰撞过程波形特征识别的一种技术途径，进而为车身结构优化设计提供一种分析工具，其应用价值在于将碰撞过程进行了细化分解为由若干个波峰波谷构成的数据序列，并求解出相应的时间和加速度参数，其中波峰的物理意义为硬点，即出现波峰位置为车身结构处于碰撞过程相对刚性位置，波谷的物理意义为软点，即出现波谷位置为车身结构处于碰撞过程的现对柔软的位置，这样就建立起碰撞过程分析时的一种刚度分析的对应关系，成为解释车身吸能性结构机理的一种方法，同时，该方法是建立在固定的计算流程之上，具有工程上的可重复性，不仅提高了工作效率，降低劳动强度，而且也具备了在计算机上实现的可行性。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种汽车碰撞波形特征参数识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)从汽车碰撞试验的数据采集***中采集车身加速度信息数据，获取加速度A(t)；

(2)识别所述加速度A(t)中的波峰点、波谷点；

其中，步骤(2)中所述识别所述加速度A(t)中的波峰点、波谷点具体为：

所述加速度A(t)的零时刻表示为发生碰撞的开始时刻，所述加速度A(t)波形呈波浪形态，即有波峰也有波谷，且先有波峰后有波谷，波峰和波谷的个数相等，所述波峰点和所述波谷点对时间的导数为零；定义时间间隔变量Δt，通过时间间隔变量Δt来去除A(t)中出现的小的波峰波谷点；所述波峰点两侧在一定时间间隔Δt内的平均值均小于波峰值；所述波谷点两侧在一定时间间隔Δt内的平均值均大于波谷值；

对所述加速度A(t)做微分计算，获取A′(t)；

$A^{\′}\left(t\right)=\mathrm{dA}\left(t\right)/\mathrm{dt}{|}_{t=t^{\′}-\mathrm{\Δt}}^{t=t^{\′}+\mathrm{\Δt}}$

假设当前自变量t=t’,且A’(t)=0；

根据 $A_{\mathrm{ave}+\mathrm{\Δt}}=\mathrm{ave}\left\{A\left(t\right)\right\}{|}_{t=t^{\′}}^{t=t^{\′}+\mathrm{\Δt}}$ 和 $A_{\mathrm{ave}-\mathrm{\Δt}}=\mathrm{ave}\left\{A\left(t\right)\right\}{|}_{t=t^{\′}-\mathrm{\Δt}}^{t=t^{\′}}$ 获取A_ave+Δt和A_ave-Δt；其中，A_ave+Δt表示为t’之后Δt时间段内的平均值；A_ave-Δt表示为t’之前Δt时间段内的平均值；

在[t₀+Δt～t_N-Δt]时间段内，如果A’(t)=0，假设当前时间点为t’，对应的车身加速值为A(t’),当前波峰序列值为i，当前波谷序列值为j；

所述波峰点具体为：P_i(t’,A(t’))|dA’(t’)=0;A(t’)＞A_ave+Δt;A(t’)＞A_ave-Δt

所述波谷点具体为：V_j(t’,A(t’))|dA’(t’)=0;A(t’)<A_ave+Δt;A(t’)<A_ave-Δt

对所述加速度A(t)进行所述波峰点和所述波谷点的搜索，搜索的次数为N，N的取值为正整数；定义最大谷峰值APVmax和最大峰谷值AVPmax；

波峰的物理意义为硬点，即出现波峰位置为车身结构处于碰撞过程相对刚性位置，波谷的物理意义为软点，即出现波谷位置为车身结构处于碰撞过程的相对柔软的位置。

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