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1、汽车智能防碰撞系统的设计1、相关定义1.1、RFID 中间件的定义 在 RFID 软件系统中,RFID 中间件扮演着重要的角色,它向底层提供 RFID 阅读器接口和其他接口,向上层提供各种应用接口。其实中间件已经是一个通 用性的说法,很多系统中都有中间件。而 RFID 系统中间件的定义也不是固定 的,不同的应用中对中间件的定义不同,不同的 RFID 标准对 RFID 中间件的 定义也不同。 一般 RFID 中间件定义为:介于上层应用程序与底层 RFID 阅读器之间的 模块程序,它向底层和应用层提供通用接口程序,对 RFID 阅读器硬件设备进 行管理,对 RFID 阅读器获取到的数据进行过滤、分
2、组、计数、存储,并向上 层应用提供符合应用要求的数据31。 1.2、接触面定义 PAM-CRASH 提供的接触型式多种多样,除了常规的面面接触、点面接触、边边接 触还有焊接/铆接和智能自接触。 由于车体部件众多,不便于不同部件间单独设置接触,本文中选取所有车体部件设 置整车自接触为 36 号自接触,摩擦系数 FRICT 设置为 0.15,将 IREMOV 开关设置为 1, 用来自动消除结合穿透。 为有效模拟地面对车体的约束作用设置轮胎于地面的接触。轮胎与地面的接触设置 为 34 号点对面接触,slave 面为 4 个轮胎外层及侧面,master 面为地面,摩擦系数的定 义同上。 护栏与车辆的接
3、触最为重要,护栏与汽车的接触设置为 33 号面对面接触,车头各 部件及侧面与护栏会有接触部分设置为 slave 面,护栏为 master 面,摩擦系数为 0.15, IREMOV 开关设置为 2,自动消除几何穿透。 护栏各部件间的接触设置为 36 号自接触,摩擦系数 FRICT 设置为 0.15,将 IREMOV 开关设置为 1,用来自动消除几何穿透。 1.3、关节的定义 对于用来连接两个刚体的关节 Ji,其接合位置和一些描述关节特性的参数都有 所定义。球头节和套筒连接(球直径为 2mm)用于摩擦系数和转动刚度确定的情 形。若要限制某个关节上轴向的运动,可以通过增加这个轴的旋转刚度来实现。 图
4、 3.5 是定义的关节,在计算时忽略关节处的力矩作用,关节上仅作用有 3 个方向 的外力,在解完关节方程后再考虑力矩的作用。另外,还有以下两点假设: 联接两个椭圆球的关节所受到的力大小相等,方向相反; 在关节处的加速度相等。 50 图 3.5 铰接点描述 Fig 3.5 description of the hinge points 关节上所受的力求解后再考虑摩擦力,并重新求解关节方程。重复上述计算, 直至该关节处没有明显力的变化,几何约束条件被作用于关节上的反作用力取代, 关节联接的两个体可以单独分析。 上述假设的关节符合拉格朗日乘子法。由于联接两个体关节处的加速度是在不 考虑外力的情况下获
5、得的,故关节处的加速度相等,而速度和位置并不相同。在 计算时,当积分时间比较长时,由于整体程序的不连续性以及数学上的取整误差, 就有可能导致两个椭圆球的分离,因此所取的时间步长应该相对小一些。在考虑 外力作用时,可得到一系列线性代数方程,如下式所示: 1,1 1,2 1 2,1 2,2 2 j,1 j,2 j a a F a aA F a a F ?vvv? vvv ? = ? ? ?vvv ? (0.65) 式中av j,1 ,av j,2 是 a,b 在铰接点 j 处的加速度;A 是 33 矩阵,表示 j 处的铰接点 力和加速度的关系;Fv j 表示 j 处的铰接点力。 通过推导,可以得出
6、多体系统各个铰接点处所受外力及其加速度之间关系的 线性方程。方程组的系数阵 A 的变化表示相互连接的刚体之间相对位移的变化, 因此积分时间步长不同,系数阵 A 也会有所变化。将铰接点力分为三个分量,如 果一个多体系统有 n 个铰接点,则需建立 3n 个等式组成的方程组。刚体间是相互 连接的,所以某一个铰接点的受力及位移变化情况,不仅仅影响其本身所连接的 刚体的运动状态,也间接影响整个多体系统的运动状态。 1.4、碰撞接触的定义 汽车碰撞过程中,接触界面处的法向碰撞力和切向摩擦力是碰撞过程中使车身弹 塑性材料产生大变形的主要来源。碰撞载荷随着时间以及结构的变形而不断变化,使 得接触界面的法向和切
7、向速度出现不连续的现象,这种特性给离散方程的时间积分带 20 1.5、汽车智能仪表的概念及发展现状 微型计算机技术和嵌入式系统的迅速发展,引起了仪器仪表结构的巨大改变。 有些仪表已经能实现人脑的部分功能,如四则运算、逻辑判断、命令识别等,有 的还能进行自校正、自诊断,并具有自适应、自学习的能力 7 。目前获得大多数 专家认可的智能仪表的定义是:具有自校正、自诊断、自适应、自学习等反馈的 仪表。 通常,智能仪表由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括 MCU、过程输入/输 出通道(模拟量输入/输出通道和开关量输入/输出通道)、人机交互部分和接口电 路以及 USB、Internet、GPRS、短消息数
8、据通信接口等。软件部分通常包括监控程 序、中断处理(或服务)程序以及实现各种算法的功能模块 8 。汽车智能仪表利 用现行汽车使用的各种传感器,将采集的各种参量信息统一由智能仪表的转换器 变成微电脑能识别的信号分别进行识别处理,并按照设定的要求由执行系统执行 显示、存储、报警等功能。并且,汽车智能仪表具有自动检测功能,可以对仪表 自身的工作状态进行检测;对设定的参量能自动显示,超限报警; 具有人机对话 按键,真正实现以人为本;设有防盗报警功能,只有输入正确的密码,汽车才能 正常行驶;还有自动调光系统,使仪表亮度能随环境光线的强弱自动变换等功能 9 。 近年来,随着计算机技术、微电子技术、精密机械
9、技术、网络技术、纳米技 术等高新技术的迅速发展,智能仪表技术的发展表现出一些新的特点:比如硬件 功能的软件化、模块化功能硬件的集成化、参数修改的实时化、硬件平台的通用 2 化等 10 。为了适应新型智能仪表的各种要求并降低开发成本,缩短开发周期,虚 拟化设计与可编程技术是近几年智能仪表设计的发展趋势。虚拟仪器技术”软件 即仪器”的设计理念极大地节约了设计成本,缩短了开发周期,并且增强了智能 仪表的可移植性。随着社会发展、科技进步,人们对智能仪表的功能要求越来越 高,智能仪表开始朝着微型化、网络化、虚拟化、数字化、智能化的方向发展。 总之,随着微电子技术、测量控制技术、通信技术、计算机技术的发展
10、和相互渗 透,汽车智能仪表必将向着小型、轻量、快速、多功能、高精度、高性价比的方 向发展。 在国际市场上,智能仪表的开发速度很快,市场十分广阔,如测控仪器、光 学分析仪器等平均每年以 20%的速度增长。虽然智能仪表在我国起步较晚,但其发 展极为迅速,国内市场也一片看好,开发潜力巨大,市场极为广阔,已成为国内 仪器、仪表行业今后发展的主导产品 11 。 1.6、系统需求概念分析 要实现基于 RFID 的智能汽车衡器管理系统的快速应用,帮助各称重部门、单 位降低经营成本,提高工作效率,这就要求我们分析出本系统的具体功能、性能 需求。 这里主要分析了系统的部分用例,这些用例充分具有”有效性”、”通用
11、性”、 “易用性”及”可维护性”。用例包含两个主体。第一个主体是用例的切实应用, 其是通过多个用例因素角色分析为基础;第二个主体是角色之间的联系,其是根 据角色的划分,分别对单个角色的数据进行分析,然后按照各角色的分析数据, 汇总得到完整的系统数据。将用例中各个环节的依据做较详细的比较,并将其中 较重要的部分具体形式来切实实现。根本目的是为系统的各个子系统模块建立起 模型和指导思想,从而为实现智能汽车衡器管理系统的改进与完善起到积极作用。 本论文的研究成果在实际使用中,规范化与模型化的优点将得到充分的体现, 这也将为智能汽车衡器管理系统提供一套规范化、科学化的模型,使之能够适应 普遍的实际情况
12、,并使其在对本课题设计成果进行少量的维护后,便能够投入使 用。 1.7、”移动电网”的概念义 根据电动汽车对电能供应的需求,要求电能提供网络具有以下特性:电能可 以储存;储存的电能可以移动;电动汽车可以随时随地、方便快速的得到电能补 充。 基于以上需求,杭州市电力局提出建设全新的”移动电网”模式以满足电动 汽车的需求。”移动电网”(Mobile Grid)是以标准电池为载体的电能量供应方 式,通过多级服务网络实现标准电池的流转为离线的移动电能使用者提供持续不 断的电能。 2”.1.2 移动电网”内涵及电网公司定位 “移动电网”的内涵主要包含以下两个方面: 1、”移动电网”的基础是标准电池。电能
13、的传输是可以离线移动的,其载体 是标准电池。标准电池将提供统一的电能品质(电压及安时数等)和物理属性(包 括安装尺寸、接口等)。基于标准电池,电动汽车可以打破目前的行业、地域差 异,在全市乃至全国范围内得到统一电能供应。 2、”移动电网”的核心是多级服务网络。通过服务网络实现标准电池分层转 运、配送,使用户随时随地、方便迅速的获得电能补充,实现移动电网的”供电 到户”。 国家电网以能源供给方的角色统一规划电动汽车充(放)电站布点布局产业链中的各个环节都得到有序发展;并可 以向上、下游福射,带动整车制造、电气制造、电池、物流、服务等产业,在低 碳产业建设和新经济增长中起到领军作用。 2”.1.3
14、 移动电网”与传统电网对比 传统电网传输的对象是电能,运营管理由发电、变电、输电、配电、用户消 费等环节及相应的业务支撑管理平台组成,为了做到电动汽车运营和传统电网运 营管理的一致性,在建设方案拟定时,可充分参考传统电网运营管理模式,将”移 动电网”运营管理结构也设计成由发电、变电、输电、配电、用户消费等环节组 成,两者入电动汽车供用户消费使用。绿色部分代表相应的业务支撑结 构,通过信息化管理对不同的业务层次进行规范管理,做到信息共享。 传统电网和”移动电网”运营管理模式的对比如下: 11 华北电力大学硕士学位论文 表2-1移动电网、传统电网运营模式差异表 传统电网运营”移动电网”运营 传输对
15、象 电能 电池 发电环节 发电厂 发电厂 变电环节 变电站 大型站 传输环节 固定电网 物流配送 配电环节 配电站 中型站/服务网点 用户消费环节 终端用户(家庭工厂等) 电动汽车等 2.2 “移动电网”组成架构 方案以标准电池为载体的电能量供应方式,通过多级服务(配送)网络实现 标准电池的流转为离线的移动电能使用者提供持续不断的电能。通过该方案的实 施,杭州市电力局将探索将由传统的固定电网(输、配电网)传输能量方式转换 为以标准电池为载体的”移动电网”传输电能方式,扩展国家电网能源供给方式 的广度、深度。 开展以标准电池模块更换为核心,结合智能电网中固态储能、分布能源等技 术的电动汽车充(放
16、)电站建设与运营。以地区及城市为单位构筑系统,依靠政策 资源,通过较大规模的示范,加快电动汽车时混合电价充电),以标准电 池模块集中充、放电为核心,整车充电为辅,在电网低谷时对标准电池模块充电、 高峰时能源反馈电网,标准电池模块向中型充电站、电池更换服务网点的统一配 送,标准电池模块维护等任务; 中型充电站。服务容量为100辆普通纯电动乘用车,以标准电池模块配送为 核心,整车快速补电为辅。承担标准电池配送中转站、标准电池简易维护以及调 度管理下级服务网络; 电池更换服务网点。服务容量为10辆普通纯电动乘用车,以公共服务点、 15 华北电力大学硕士学位论文 社区服务中心及各类服务网点为支撑,提供标准电池更换服务; 标准交直流充电桩。以公共停车泊位、景区换乘中心为重点,提供标准充电 接口,实现车辆慢速整车充电及计量。 本方案由国家电网统一规范电池模块及充电接口,统一购买电池,向消费者 提供充电及电池更换服务,依据租用时间或行
