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压力分布成像系统如何提升汽车碰撞测试水平?

随着汽车工业和经济的快速发展,我国汽车保有量逐年增加,汽车带给人们极大便利的同时也引发了一系列的交通事故。其中,胸部损伤是交通事故中较为常见的一种受伤类型,在由交通事故导致的死亡人员当中,因胸部损伤造成的死亡人数高达30%。

胸部损伤主要源于人体胸部压力与方向盘、安全带、空气囊、内饰等发生碰撞,因此通过汽车碰撞测试深入探究碰撞过程中人体胸部的压力分布,对于在设计过程中提高汽车的安全性能,降低交通事故中乘员胸部损伤具有重要的现实意义。

关于压力分布测量的研究国内外已经开展多年并取得了相关成果,现在,越来越多的研究人员将此技术引入到汽车安全性能研究,最常见的应用之一便是碰撞假人胸部压力分布测量。

其中,加拿大压力分布测量生产商XSENSOR研发的高速碰撞压力成像系统(HS Impact)可以在正面碰撞测试时,有效地获取安全气囊和安全带对驾驶员施加的压力数据。为了解释XSENSOR的高速碰撞压力成像系统在碰撞测试中所起的作用,让我们先来看看应该如何进行碰撞测试,碰撞测试需要什么,为什么它如此重要,以及高速碰撞压力成像系统HSI如何优化碰撞测试的流程,从而帮助汽车设计工程师在设计过程提高车辆的安全性。

碰撞测试在汽车开发中的重要作用

碰撞测试是汽车被动安全研究中的重要研究手段,碰撞测试主要包括实车碰撞试验和模拟碰撞试验,实车碰撞试验目的是为了测试汽车的耐撞性及其乘员约束系统的保护性能,模拟碰撞试验通过模拟实车的碰撞减速度波形对汽车某个零部件进行测试。

除了测试被动安全系统(如安全带和安全气囊)的有效性外,车辆碰撞测试的主要目的还包括评估车载客舱在各种碰撞情景下的变形情况。安全工程师的目标是将该空间产生的变形量降至最低,从而制造出在所有类型的碰撞中提供尽可能高级别保护的车辆。

碰撞测试过程是如何进行的

碰撞测试所需的设备主要包括:碰撞试验假人、高速摄像机、数据采集仪、各类传感器等[1]。

碰撞测试从准备测试车辆开始。试验人员移除车辆燃油,取而代之的是挥发性较低的液体,以防止起火和爆炸;接着,车辆上覆盖着黑色和黄色的胶带标志物,这些标记使工程师能够测量车辆在碰撞后不同点的变形情况。

接着,试验人员在车内放置穿戴着一系列压力传感器、运动传感器和加速计的碰撞试验假人,通过采集传感器采集到的数据对汽车碰撞事故中乘员的损伤情况进行评估。

整个测试现场布满摄像头,以记录车辆内外的碰撞过程。

试验车辆准备好后,将其放置在移动的台架上,用于模拟多种碰撞场景,包括正面碰撞测试、追尾碰撞、翻车和侧面碰撞等。

从碰撞测试中可获取的常见数据包括:

  • 安全气囊部署情况
  • 头部撞击和损伤测试数据
  • 座椅安全带的强度和拉力测试数据
  • 在碰撞过程中可能成为危险抛射物的任何未固定物体
  • 车辆碰撞后的变形情况
  • 系安全带的乘客与未系安全带的乘客撞击情况的对比

碰撞测试中的挑战

汽车测试工程师面临的一个关键挑战是他们要遵守的法规数量庞大。由NHTSA和欧洲NCAP等组织制定的车辆碰撞测试标准范围广、要求高。但是,这些法规在不同的国家会有较大差异,这使得制造商为国际市场开发测试车辆变得更加困难。

车辆安全测试中的另一个关键挑战是难以在高分辨率和高速度下测量冲击压力。碰撞测试工程师的任务是对车辆在最极端的高速条件下发生的情况进行即时分析。如果没有正确的技术,这可能是开发测试期间需要克服的一个重大障碍。

关于第二个挑战的有效解决方案便是我们今天重点介绍的XSENSOR高速碰撞压力成像系统(HS Impact),可以在高度碰撞下测量表面分布压力数据,工程师通过这些压力数据,可以验证汽车安全带、安全气囊等容易在碰撞中造成胸部损伤的配置的性能,从而提高汽车的安全性。

高速碰撞压力成像系统(HS Impact)如何革新碰撞测试流程

XSENSOR压力分布测量系统利用电容式传感器对压力分布进行测量,当传感器受到垂直方向的外力时,泡沫橡胶受压厚度减小,即电极的极板间距减小,电容量增加。这种变化通过适当电路测出转换为电压信号,即可获得压力分布情况[2]。

图为Xsensor的电容式传感器示意图,它共由七层组成,第一层和第七层是表面织物,第二、四、六层是碳浸渍硅胶层,第三层和第五层是聚亚氨酯泡沫橡胶,各层之间用合成橡胶粘接剂粘接,从二、四、六层引出导线,并令二、六层接地,就相当于两个并联的电容。

基于XSENSOR电容式传感器的HS Impact系统包括一个坚固耐用的数据记录器(可以附着在碰撞滑轨),以及一系列可安装在座椅或碰撞测试假人胸腔处的轻薄型HX碰撞传感器,HX传感器包含数以千计的每秒超过2,000帧采样的感测点。

系统有快速的响应速度和高速校准,可提供一致性和重复性佳的结果,因此可以准确采集碰撞期间和之后产生的压力数据。接着,在配套的功能丰富的XSENSORHS V8碰撞数据分析软件中可以实时数据浏览并进行数据分析,同时可以远程触发视频记录,并与其他高速数据采集设备保持同步。

通过此系统你可以:

  • 查看整个碰撞过程中的压力
  • 在整个碰撞场景中验证产品性能
  • 对比设计方案和修改方案

除了在正面碰撞测试中验证安全气囊和安全带对乘员施加的压力,HS Impact系统还能在追尾碰撞期间验证头枕和座椅靠背的性能。

目前,国内的压力分布测量的研究主要侧重于医学生物力学领域,相信随着技术的不断发展,压力分布测试在汽车安全领域的应用将会越来越广泛。

如需获取相关设备方案及报价,欢迎致电4006-111-556详询!

参考文献:

[1]孙书锋. 中国汽车被动安全试验设备市场竞争分析.黑龙江科技信息.2008.1:6-6
[2]Cork R.XSENSOR technology:a pressure imaging overview.Sensor Review,2007,27(1):24-28

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