剛 張金換 黃世霖

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：在實車磁撞試驗中，車速的大小直接影響試驗的結(jié)果。為了從根本上解決橡皮繩彈射實車碰撞試驗中橡皮繩的老化和時變特性給速度控制帶來的困難，提高控制精度和抗干擾能力，對橡皮繩彈射車速控制系統(tǒng)進行了簡要介紹，對基于motorola單片機系統(tǒng)的控制器的硬件實現(xiàn)和軟件算法進行了分析和討論。

     關(guān)鍵詞：速度控制

     單片機 控制器

     撞擊速度控制一直是汽車碰撞試驗中最為關(guān)鍵的部分。汽車被動安全性法規(guī)中的多項決定性的指標如人體頭部傷害指數(shù)（hic）、胸部合成加速度、大腿力等都是同車輛撞擊速度有密切關(guān)系的，所以必須嚴格保證撞擊速度在允許的偏差范圍內(nèi)[1～4]。在國內(nèi)首創(chuàng)的橡皮繩彈射實車碰撞速度控制系統(tǒng)中，控制器的設(shè)計對整個控制系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。在汽車行業(yè)中廣泛應(yīng)用的motorola單片機系統(tǒng)具有卓越的穩(wěn)定性和豐富實用的功能，該系統(tǒng)配以其它輔助電路，可成功地構(gòu)建出系統(tǒng)的控制器。經(jīng)實驗驗證，設(shè)計的控制能夠完成速度的采集和控制算法的實現(xiàn)。

     1 車速控制的總體方案

     為了解決橡皮繩的時變特性和驅(qū)動裝置的非線性特性，提高整個系統(tǒng)抵抗?jié)L動阻力干擾的能力，根據(jù)橡皮繩彈射碰撞試驗系統(tǒng)實際情況，結(jié)合清華大學(xué)汽車碰撞試驗室的實際，速度控制的總體方案如圖1所示。

     通過控制橡皮繩拉伸的長度進行"開環(huán)"控制，粗略地把速度控制到一定的范圍內(nèi)。通過安裝在加速滑車上的傳感器、控制器和執(zhí)行器等構(gòu)成速度"閉環(huán)"控制系統(tǒng)，力圖精確、穩(wěn)定地控制碰撞時的車速。

     對于質(zhì)量為1.5噸的小轎車，在距離加速末端拉伸5m處釋放加速，可得到15km/h的車速。由動能定理和等效原理可以計算出在拉伸5m以上情況下，在距離加速末端拉促5m處與加速末端的速度差：

     （1/2）·m·v1 2=δw=1/2·m·v22

     2-1/2·m·v21 2

     其中，v1、v22、c21分別為拉伸5m得到的車速、拉伸5m以上時加速末端的速度和在距離加速末端拉伸5m處的速度。若在實車碰撞中v22+v21=100km/h

     代入數(shù)據(jù)可得：v22-v21=2.25km/h

     由理論分析和計算結(jié)果可以看出：在加速末端速度變化量相對很小，有利于控制調(diào)整，但是留給控制系統(tǒng)的時間也很少。閉環(huán)系統(tǒng)控制策略為對整個過程的初始階段不加控制，到加速的末端進行速度的調(diào)整和控制。

     圖2為試驗車輛與滑車之間連接的示意圖。由于滑車與被測試車輛間只有推力，其非線性特性和動力的時變特性給控制系統(tǒng)的實現(xiàn)增加了難度。"閉環(huán)"系統(tǒng)實現(xiàn)的框圖如3所示。

     執(zhí)行器即為剎車機構(gòu)，利用軌道和剎車片的摩擦消耗系統(tǒng)的動能來降低加速滑車的速度，導(dǎo)致加速滑車與被測車輛脫離，從而切斷被測車輛的動力源，對車速進行控制。

     2 控制器的設(shè)計實現(xiàn)

     2.1 總體設(shè)計分析

     控制器要求具有復(fù)雜計算的能力，而且整個閉環(huán)系統(tǒng)需要安裝在加速滑車上，工況較惡劣。因此選用單片機作為整個控制器的核心器件，以單片機系統(tǒng)來構(gòu)建控制器。

     根據(jù)控制單元的要求，作為控制器核心器件的單片機應(yīng)具備以下性能：

     ·有足夠大的ram

     ·有足夠大的eeprom

     ·有足夠大并方便開發(fā)的rom

     ·有a/d轉(zhuǎn)換功能

     ·有串行通