使用DIAdem軟件實現(xiàn)車輛碰撞中的信任保護評估測試

“通過使用DIAdem進行測量、評估和自動化任務(wù)，我們高效地完成了此次研究。該程序易于使用，并且基于對話框的操作方式可以預(yù)防許多錯誤，這節(jié)省了大量的時間?！?/P>

挑戰(zhàn)：

在行人撞擊的過程中，對比在鋁制和鋼制的引擎蓋下行人的安全情況等級，兩種引擎蓋都是按照行人與車輛碰撞時車頭形變特性相關(guān)的特殊結(jié)構(gòu)要求制作的。

解決方案：

在NI DIAdem中使用集成的腳本語言Visual Basic創(chuàng)建一個分析程序來評估頭部撞擊效果。

我們的研究目的是比較鋼制和鋁制引擎蓋對行人的安全度。測試車輛的引擎蓋無法滿足行人安全的要求，這意味著比較鋼制和鋁制產(chǎn)品的結(jié)果能用來評價哪種是更適合保護行人引擎蓋材料。

我們使用行人頭部撞擊保護的測試設(shè)備，并在DIAdem中創(chuàng)建一個評估程序來執(zhí)行的頭部撞擊測試。這個程序處理加速度和光電傳感器信號，按照標準計算損傷，并自動生成圖表。頭部撞擊的分析是此次測試的重點。在這種情況下，確定撞擊速度、頭部損傷標準(Head injury criterion, HIC)、最大/平均加速的函數(shù)都得以應(yīng)用。測試結(jié)果能以各種不同的格式提供，如圖表和PDF或者與Microsoft Excel兼容的文件。

為了開發(fā)滿足行人安全要求的車頭，我們必須測試一系列事故類型和撞擊位置。由于全身假人的試驗需要大量的時間和費用，我們開發(fā)了符合歐洲標準的測試程序，測試基于制定部位，如行人的頭部、骨盆或腿。我們可以明確地界定測試條件(如速度和撞擊角度)，因此可以很簡單地運行測試程序和分析測試結(jié)果。

我們分析了汽車引擎蓋制作材料與行人保護能力的潛在關(guān)系，所使用的車型在2002年時被廠商更換了引擎蓋的材料，把原先的鋼鐵換成了鋁，而其它方面的設(shè)計均沒改變。

在1999年到2001年之間生產(chǎn)的車輛與在2002年和以后生產(chǎn)的車輛，都有相同的發(fā)動機功率和組件結(jié)構(gòu)，這樣就可以單獨比較材料方面的影響。

我們使用DIAdem作為測量和評估軟件，并使用其中集成的腳本語言Visual Basic自動完成測試任務(wù)。

汽車引擎蓋的結(jié)構(gòu)測試

在進行行人的測試之前，我們比較了鋁制和鋼制的引擎蓋的結(jié)構(gòu)性能。我們用備用的引擎蓋進行結(jié)構(gòu)測試，在其后的行人安全測試中仍然使用它們。我們使用DIAdem評估結(jié)果，然后與經(jīng)過引擎蓋基準檢驗的原始引擎蓋的測試結(jié)果進行比較。這些測試結(jié)果顯示了鋁制和鋼制引擎蓋之間的差異，以及原件和備用件(烘烤硬化處理)之間結(jié)構(gòu)剛度的差異。批量生產(chǎn)的鋼制和鋁制引擎蓋以及相關(guān)備用件的橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的結(jié)果如圖1和圖2所示。

引擎蓋材料的對比表明，鋼制引擎蓋的剛度比鋁制高。以下的比例代表了在試驗負荷下，鋼制引擎蓋超出鋁制引擎蓋的性能：

?橫向剛度+46%

?垂直剛度+53%

?扭轉(zhuǎn)剛度+42%

我們還必須考慮到鋁制引擎蓋要比鋼制輕47%。而原始配件和備用件之間的對比則表明結(jié)構(gòu)剛度并沒有顯著差異。雖然彈性變形測試不能在具有高度的塑性變形(如頭部撞擊)的動態(tài)測試中，提供有關(guān)硬化效應(yīng)的任何準確的信息，但是我們可以在備用的引擎蓋和擋泥板上進行行人撞擊測試。

頭部撞擊測試

測試設(shè)置如圖3所示。我們采用伺服液壓試驗設(shè)備進行測試。在測試過程中，行人保護試驗設(shè)備以需要的角度被定位在撞擊點上，撞擊器則安裝在活塞的末端?；钊铀兕^部，使其達到所需的40公里/小時的速度，然后釋放頭部以便其自由運動著撞擊到引擎蓋上。

對于兩種引擎蓋類型，我們均使用成人頭部撞擊器進行了9次試驗和使用兒童頭部撞擊器進行了9次試驗，總共36次測試。我們記錄的測試結(jié)果，包括HIC值、計算HIC值(a3ms , amax )的時間間隔、高速錄像，以及引擎蓋變形的數(shù)碼照片。我們使用視頻序列進行詳細分析，分析3ms的最大引擎蓋變形行為和主要的(頭部對引擎蓋)和二次(引擎蓋對底層結(jié)構(gòu))撞擊。

我們每個撞擊器中心放置一個三維加速度傳感器。圖4顯示了一個例子，我們使用DIAdem進行自動的試驗評價。

DIAdem可以評估單一的或者一系列的測試值。圖5顯示了一個例子，用戶如何在用戶對話框里輸入需要評估的測量文件以及需要計算的變量。我們使用在DIAdem中創(chuàng)建的腳本定義對話框。

我們還使用DIAdem驗證指定的撞擊速度。光電傳感器記錄了活塞上撞擊器的加速度。安裝在活塞上的反射膜能反射激光。這個反射膜有一個指定的明暗轉(zhuǎn)變網(wǎng)格。用另一個Visual Basic位移-時間曲線計算腳本來分析記錄的矩形信號。上述計算確定了矩形信號的峰值和兩個連續(xù)相等的值之間的時間間隔。我們可以利用明暗轉(zhuǎn)變之間指定的距離來確定速度。

用戶在程序的開始就在用戶對話框中輸入明暗轉(zhuǎn)化的網(wǎng)格和其它變量。這提供了在使用不同的測試類型時所需的靈活性，但本質(zhì)上總是在執(zhí)行相同的計算方法。這樣可以節(jié)省時間并保證高度的一致性，因為用戶不需要調(diào)整腳本內(nèi)的變量。

評估在汽車引擎蓋上完成的36次測試表明，在18例中有13例，鋼制引擎蓋對頭部的沖擊力較低。分析結(jié)果時，必須考慮到兩種引擎蓋的材料的大多數(shù)結(jié)果大大超出了生物力學(xué)的安全極限(HIC1000)。

底層的車輛結(jié)構(gòu)的二次碰撞導(dǎo)致HIC值大大超出安全極限。引擎蓋內(nèi)部金屬和底層結(jié)構(gòu)之間的變形位移(5至20毫米)，尤其是在彈簧式減震支柱和引擎蓋鉸鏈周圍的位移特別短。受此影響的組件的高剛度造成了巨大的加速度峰值和HIC值。

通過圖6中的加速度曲線和HIC來分析二次碰撞的影響，兩個點被選為鋼制和鋁制對比的例子。在Ch-M-2點的撞擊過程中，底層結(jié)構(gòu)無明顯的撞擊出現(xiàn)。產(chǎn)生的加速度曲線導(dǎo)致了以下結(jié)果：

?鋁版的HIC的計算需要更大的窗口

?鋼版的加速度產(chǎn)生更大的峰值

?鋁版多產(chǎn)生15%至20%的變形位移

?鋼版產(chǎn)生更高的HIC值

在Ch-M-3點的撞擊過程中，底層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一次較強的二次碰撞，從而導(dǎo)致以下結(jié)果：

?HIC的計算的窗口幾乎相等，因為加速度曲線本質(zhì)上是被底層結(jié)構(gòu)的撞擊影響的

?鋼版的第一加速度峰值稍高

?鋁版的二次加速度峰值更高

?鋁版的HIC值更高

總結(jié)

此結(jié)果反駁了人們廣泛認可的觀點——鋁制引擎蓋一般能為行人提供更好的保護。頭部撞擊試驗的結(jié)果表明，在18例中有13例，鋼制引擎蓋對頭部的撞擊程度較低。

通過使用DIAdem進行測量任務(wù)、評估任務(wù)以及自動化任務(wù)，我們高效低完成了此次研究。用戶友好的對話框能夠預(yù)防了一些錯誤，而且能夠選擇分析所有測試系列的結(jié)果，這進一步節(jié)省了時間。而評價的數(shù)據(jù)能以圖表、PDF格式，或者以Excel格式展示，將對后續(xù)工作都有所幫助。