德國(guó)亞琛大學(xué)使用DIAdem軟件實(shí)現(xiàn)車輛碰撞中的信任保護(hù)評(píng)估測(cè)試

“通過(guò)使用DIAdem進(jìn)行測(cè)量、評(píng)估和自動(dòng)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(duì)話框的操作方式可以預(yù)防許多錯(cuò)誤，這節(jié)省了大量的時(shí)間。”

挑戰(zhàn)：

在行人撞擊的過(guò)程中，對(duì)比在鋁制和鋼制的引擎蓋下行人的安全情況等級(jí)，兩種引擎蓋都是按照行人與車輛碰撞時(shí)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(yǔ)言Visual Basic創(chuàng)建一個(gè)分析程序來(lái)評(píng)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(duì)行人的安全度。測(cè)試車輛的引擎蓋無(wú)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(lái)評(píng)價(jià)哪種是更適合保護(hù)行人引擎蓋材料。

我們使用行人頭部撞擊保護(hù)的測(cè)試設(shè)備，并在DIAdem中創(chuàng)建一個(gè)評(píng)估程序來(lái)執(zhí)行的頭部撞擊測(cè)試。這個(gè)程序處理加速度和光電傳感器信號(hào)，按照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算損傷，并自動(dòng)生成圖表。頭部撞擊的分析是此次測(cè)試的重點(diǎn)。在這種情況下，確定撞擊速度、頭部損傷標(biāo)準(zhǔn)(Head injury criterion, HIC)、最大/平均加速的函數(shù)都得以應(yīng)用。測(cè)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(cè)試一系列事故類型和撞擊位置。由于全身假人的試驗(yàn)需要大量的時(shí)間和費(fèi)用，我們開發(fā)了符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試程序，測(cè)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(cè)試條件(如速度和撞擊角度)，因此可以很簡(jiǎn)單地運(yùn)行測(cè)試程序和分析測(cè)試結(jié)果。

我們分析了汽車引擎蓋制作材料與行人保護(hù)能力的潛在關(guān)系，所使用的車型在2002年時(shí)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(jì)均沒(méi)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(dòng)機(jī)功率和組件結(jié)構(gòu)，這樣就可以單獨(dú)比較材料方面的影響。

我們使用DIAdem作為測(cè)量和評(píng)估軟件，并使用其中集成的腳本語(yǔ)言Visual Basic自動(dòng)完成測(cè)試任務(wù)。

汽車引擎蓋的結(jié)構(gòu)測(cè)試

在進(jìn)行行人的測(cè)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(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試，在其后的行人安全測(cè)試中仍然使用它們。我們使用DIAdem評(píng)估結(jié)果，然后與經(jīng)過(guò)引擎蓋基準(zhǔn)檢驗(yàn)的原始引擎蓋的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較。這些測(cè)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(duì)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(yàn)負(fù)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(duì)比則表明結(jié)構(gòu)剛度并沒(méi)有顯著差異。雖然彈性變形測(cè)試不能在具有高度的塑性變形(如頭部撞擊)的動(dòng)態(tài)測(cè)試中，提供有關(guān)硬化效應(yīng)的任何準(zhǔn)確的信息，但是我們可以在備用的引擎蓋和擋泥板上進(jìn)行行人撞擊測(cè)試。

頭部撞擊測(cè)試

測(cè)試設(shè)置如圖3所示。我們采用伺服液壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中，行人保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備以需要的角度被定位在撞擊點(diǎn)上，撞擊器則安裝在活塞的末端?；钊铀兕^部，使其達(dá)到所需的40公里/小時(shí)的速度，然后釋放頭部以便其自由運(yùn)動(dòng)著撞擊到引擎蓋上。

對(duì)于兩種引擎蓋類型，我們均使用成人頭部撞擊器進(jìn)行了9次試驗(yàn)和使用兒童頭部撞擊器進(jìn)行了9次試驗(yàn)，總共36次測(cè)試。我們記錄的測(cè)試結(jié)果，包括HIC值、計(jì)算HIC值(a3ms , amax )的時(shí)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(jìn)行詳細(xì)分析，分析3ms的最大引擎蓋變形行為和主要的(頭部對(duì)引擎蓋)和二次(引擎蓋對(duì)底層結(jié)構(gòu))撞擊。

我們每個(gè)撞擊器中心放置一個(gè)三維加速度傳感器。圖4顯示了一個(gè)例子，我們使用DIAdem進(jìn)行自動(dòng)的試驗(yàn)評(píng)價(jià)。

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

我們還使用DIAdem驗(yàn)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(gè)反射膜有一個(gè)指定的明暗轉(zhuǎn)變網(wǎng)格。用另一個(gè)Visual Basic位移-時(shí)間曲線計(jì)算腳本來(lái)分析記錄的矩形信號(hào)。上述計(jì)算確定了矩形信號(hào)的峰值和兩個(gè)連續(xù)相等的值之間的時(shí)間間隔。我們可以利用明暗轉(zhuǎn)變之間指定的距離來(lái)確定速度。

用戶在程序的開始就在用戶對(duì)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(cè)試類型時(shí)所需的靈活性，但本質(zhì)上總是在執(zhí)行相同的計(jì)算方法。這樣可以節(jié)省時(shí)間并保證高度的一致性，因?yàn)橛脩舨恍枰{(diào)整腳本內(nèi)的變量。

評(píng)估在汽車引擎蓋上完成的36次測(cè)試表明，在18例中有13例，鋼制引擎蓋對(duì)頭部的沖擊力較低。分析結(jié)果時(shí)，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(guò)圖6中的加速度曲線和HIC來(lái)分析二次碰撞的影響，兩個(gè)點(diǎn)被選為鋼制和鋁制對(duì)比的例子。在Ch-M-2點(diǎn)的撞擊過(guò)程中，底層結(jié)構(gòu)無(wú)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(jì)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(diǎn)的撞擊過(guò)程中，底層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一次較強(qiáng)的二次碰撞，從而導(dǎo)致以下結(jié)果：

•HIC的計(jì)算的窗口幾乎相等，因?yàn)榧铀俣惹€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(rèn)可的觀點(diǎn)——鋁制引擎蓋一般能為行人提供更好的保護(hù)。頭部撞擊試驗(yàn)的結(jié)果表明，在18例中有13例，鋼制引擎蓋對(duì)頭部的撞擊程度較低。

通過(guò)使用DIAdem進(jìn)行測(cè)量任務(wù)、評(píng)估任務(wù)以及自動(dòng)化任務(wù)，我們高效低完成了此次研究。用戶友好的對(duì)話框能夠預(yù)防了一些錯(cuò)誤，而且能夠選擇分析所有測(cè)試系列的結(jié)果，這進(jìn)一步節(jié)省了時(shí)間。而評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)能以圖表、PDF格式，或者以Excel格式展示，將對(duì)后續(xù)工作都有所幫助。