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模拟碰撞试验知多少

2020-01-16 19:15:37·  来源：广汽研究院集成安全技术部  作者：胡世博  
　
确切的说，模拟碰撞实际上就是将实车碰撞中产生的加速度-时间历程使用一些专用设备模拟出来，尽可能接近这一时间历程，从而制造出一个冲击试验环境，在这一冲击
确切的说，模拟碰撞实际上就是将实车碰撞中产生的加速度-时间历程使用一些专用设备模拟出来，尽可能接近这一时间历程，从而“制造”出一个冲击试验环境，在这一冲击试验环境中测试各类被测试部件，比如安全带、座椅、行李架、门锁或门铰链等的相关耐冲击、耐惯性性能；另外，通过复现实车碰撞试验中的加速度-时间历程，可以复现包括安全带、安全气囊、吸能式转向管柱等零部件的整个乘员约束系统在这一时间历程中同假人的相互作用，在相同的冲击环境下，可以对不同的约束系统参数组合进行集成匹配，从而配合仿真分析找出最优组合。
 图1 通常情况下的实车碰撞试验中的加速度-时间历程示意图
而碰撞模拟实际上是通过某些计算机软件与数学模型，在给定若干已知条件的情况下，通过计算机模拟汽车碰撞过程，对车身主要结构部件的碰撞变形与其他物理量的碰撞变化特性进行分析与优化设计，预防结构设计缺陷，使车身结构与约束系统更好地匹配，从而降低后期的试验验证成本。
图2 碰撞模拟仿真
 
3、为啥要做模拟碰撞试验？
碰撞试验的特点是“破坏性”与“高成本”，整车研发过程中的工程样车与工装样车成本极高，大约是百万级别，而当我们只需对乘员约束系统或车内的其他零部件进行冲击测试时，无需使用整车进行试验。模拟碰撞试验中，车辆或工装本身不直接被撞击，车身或工装相关结构不会被破坏，破坏的仅为零部件本身；试验后，仅需要更换试验零部件即可反复进行试验，试验所需时间与费用不高。目前，大部分试验室所采用加速型模拟碰撞台车系统重复性误差均可以控制在1gRMS以内，重复性较好，可以保证试验结果的一致性。
 
4、做模拟碰撞试验都需要啥设备？
 
前面已经提到，模拟碰撞试验实际上就是将被测试的样品放在一个被专用设备“制造”的冲击环境中来测试这些样品的相关性能，那什么样的设备能够“制造”出这一冲击环境呢？
这一类设备统称为台车模拟碰撞试验装置，目前通用的有加速型与减速型试验装置两种，减速型模拟碰撞台车主要适用于一些需要快速进行的“标准波形”试验，这种试验装置不需要复杂的波形发生系统，通过一些简单的物理装置如钢筋吸能器、液压阻尼器等即可以模拟出相对“规则”的加速度-时间历程曲线，但是较难模拟出实车碰撞中的“复杂波形”；而加速型模拟碰撞台车既适用于模拟实车碰撞中的“复杂波形”，在模拟“标准波形”时也更加准确，但其价格较高，在设备安装调试时也较为复杂，这两种试验装置各有其优缺点，适合不同的试验需求。
 
除了模拟碰撞试验装置以外，与实车碰撞试验相同，模拟碰撞试验同样需要进行数据的采集与记录，主要包括图像数据与电测量数据两大类，需要耐冲击的高速摄像系统与数据采集系统以及相关传感器、碰撞假人等，同时，可能还需要配合高速摄像系统用的碰撞灯光系统、用于环境控制的恒温恒湿空调机组等附属设备，另外，目前的技术可以将试验室的各个系统进行集成控制，十分方便。
图3  某法规中规定的“标准波形”（加速度曲线位于阴影区域内即可）
 
4、模拟碰撞试验咋做？
 
说了半天，终于说到做试验的事情了
 
最重要的实际上是那个“冲击环境”，也就是加速度-时间历程曲线，在一些零部件的国家标准中，规定了这个曲线的范围与最后的试验速度，这时候就需要我们的数据编辑小能手编辑出一个符合这些要求的曲线并将其输入至模拟碰撞系统中进行调试，调试完毕后就可以进行试验啦。
 
由于这种根据数据编辑得到的曲线往往都是“梯形”、“三角形”等等比较规则的形状，设备在模拟这些曲线时不需要十分复杂的控制程序，因此这类试验曲线的模拟精度实际上都非常高；另一些试验曲线是从实车碰撞试验中直接采集到的，这类曲线反映了实车碰撞中的关键物理特性过程，因此较为复杂，最为简单粗暴的办法其实就是将这一曲线不经任何处理直接导入至设备中进行模拟，但往往由于曲线高频成分多、加速度变化快等原因无法模拟出很接近的曲线，这时其实就需要根据实际情况将输入曲线进行调整后再行模拟。
 
但要说明的是，这些调整必须有相关理论依据才可以进行，比如说根据汽车正面碰撞的实际物理过程将曲线等效成“双级阶梯”曲线，或根据侧面碰撞中车门与假人的实际作用过程调整曲线峰值大小等，这些调整需要很多方法论指导，非专业人士切勿模仿。
 
总结
 
最后其实想谈一些个人对于汽车安全性能开发的想法，对于消费者来说，汽车产品的碰撞安全性能在平时用车过程中是很难被感知的，同时又与用车人自己的意识息息相关；从消费者的角度来看，可能包括行人保护在内的一部分汽车安全性能对于汽车使用者来说，他们关注并不多，但从整个道路交通环境来看，我们工程师所做的所有安全性能开发工作实际上都是在挽救生命。
但现实情况可能是，消费者对于汽车安全性能的认识可能仍旧停留在“气囊多”、“钢板厚”这些比较表层的认识，我们的努力可能也不能只停留在产品设计与性能集成的工程领域，消费者对于“安全”这两个字的认识可能还需要我们这些从业者多加宣传才可能有进一步提升，创造和谐的交通环境，我们永远在路上。
 
文章：胡世博
编辑：黄宏滔
广汽研究院集成安全技术部 
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