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乘员侧面弹出模拟试验标定台的应用

2018-02-27 13:58:31·  来源：AI《汽车制造业》  
　
乘员侧面弹出模拟试验是美国联邦机动车安全标准（Federal Motor Vehicle SafetyStandard，FMVSS）的第226条法规规定的一项重要内容，该试验用于评估车辆在发生侧碰或侧翻的情况下，乘员从侧窗弹出的危险性研究，是一项从零部件层级考虑车辆安全性能的被动安全试验。 FMVSS第226条法规中对乘员侧面弹出模拟试验使用的碰撞器
乘员侧面弹出模拟试验是美国联邦机动车安全标准（Federal Motor Vehicle Safety Standard，FMVSS）的第226条法规规定的一项重要内容，该试验用于评估车辆在发生侧碰或侧翻的情况下，乘员从侧窗弹出的危险性研究，是一项从零部件层级考虑车辆安全性能的被动安全试验。 FMVSS第226条法规中对乘员侧面弹出模拟试验使用的碰撞器有一定要求，对其性能参数进行了规定，因此，在进行此项试验前需要对其碰撞器进行标定试验，以确保试验结果的有效性。
 
美国联邦法规FMVSS226中规定了乘员侧面弹出模拟试验有两种试验工况：一种是在侧气帘点爆6 s后，碰撞器头型表面与气帘接触以16 km/h的速度发生碰撞；另一种则是在侧气帘点爆1.5 s后，碰撞器头型表面以20 km/h的速度与气帘接触发生碰撞。模拟试验中所使用的碰撞器总质量为18±0.05 kg，包括无特征头型和与之刚性连接的运动部件两部分，相当于人的头部和肩部的质量总和。按照FMVSS226法规规定，需要通过对碰撞器的静载荷挠度和动态摩擦系数进行标定，规定碰撞器的静载荷挠度不可超过20 mm，动态摩擦系数μk不大于0.25。

结构组成及工作原理
 
在FMVSS226法规中规定乘员侧面弹出模拟试验碰撞器每年均需要标定1次，发生如下两种情况中的任意一种均需要立即对碰撞器重新进行标定：一是进行乘员侧面弹出模拟试验后发现试验失败；二是完成5个车辆的模拟试验。
 
1. 标定试验台的组成结构
图1  乘员侧面弹出模拟试验碰撞器标定试验台结构
 
该标定台主要包括可调节式操作台、控制系统、执行机构和采集系统四个部分（见图1）。可调节升降式操作台包括液压油缸、踏板及操作平台，用于根据实际所需高度调节标定试验台的位置；控制系统主要包括控制器和电动机，用于控制执行机构的运转并调节所需的速率；执行机构包括滚珠丝杠、导轨、滑移块及螺旋杆，其中，由电动机驱动传动装置带动滑移装置滑动，滑移装置与螺旋杆相连接，从而控制螺旋杆的移动速度；采集系统包括控制单元头（力学传感器）和数据采集系统（数采系统包括数据采集和数据处理部分，通过对控制单元头的数据信号的采集，将所需要的数据信号转化为可视工程曲线，以便对结果进行解读和分析）。
 
2. 标定试验台的工作原理
图2  乘员侧面弹出模拟试验碰撞器标定试验台的工作原理
 
乘员侧面弹出模拟试验标定台是由电动机驱动滚珠丝杠带动滑移块沿着导轨以一定速率推动碰撞器，滑移块与力学传感器分别通过螺旋杆相互连接，导轨与可调节升降式操作台之间硬性连接。其工作原理是通过可调节升降式操作台根据碰撞器的高度进行位置调整，将螺旋杆的最前端与碰撞器的几何中心位置对齐并接触，确认测试位置后，控制单元数据初始化，再以50±13 mm/s的固定速率通过与力学传感器连接的螺旋杆推动碰撞器，通过数据采集系统对力传感器信号进行数据采集和处理分析，完成一轮试验后控制单元以一定速率控制滚珠丝杠反向旋转带动滑移块使螺旋杆复位并释放力值，循环测试（见图2）。
 
动态摩擦系数的标定步骤和测试数据处理及评价
图3 动态摩擦系数标定
 
乘员侧面弹出模拟试验标定台用于标定碰撞器四个方向的动态摩擦系数（见图3）。
 
从头型外表面到头型与气帘的接触面的距离需大于400 mm的任意位置开始，在距离碰撞头型背板5 mm之内通过刚性连接加载（100±0.5）  kg的重量。利用标定试验台螺旋推进杆以（50±13）  mm/s的速度匀速推动碰撞头型向后移动大于200 mm为止，同时，通过数采系统采集力传感器数据，需要以大于100 Hz的频率记录碰撞头型运动过程中所受的推力。用上述方法连续采集5次头型受力时程曲线，计算其平均力值F。采集过程中应注意，由于头型在运动的前25 mm的过程中，力值加载不稳定，故应在采集过程中排除相应力值数据。通过下列公式，可计算出碰撞头型的动态摩擦系数μk：
式中，F是平均摩擦力值；m1是碰撞器质量；m2是头型加载重物的总质量。若μk值不超过0.25，则表示碰撞器在该工况下通过标定。
车辆在发生侧面碰撞或者侧翻的情况下，乘员头部从侧窗弹出的姿势不尽相同。在法规FMSS226中规定，模拟试验中应对碰撞头型绕其Y轴每旋转90°方向均进行标定，当碰撞头型各角度的动态摩擦系数μ均不超过0.25时，则可判定该碰撞器验证通过可进行常规试验。
 
结论
本文阐述了乘员侧面弹出模拟试验标定台的原理及其在应用中评估的方法，该标定试验台能够评估乘员侧面弹出模拟试验碰撞器的精度可靠性，为试验数据的准确性提供了重要保障，为车辆被动安全的性能开发提供有效数据和重要依据。该标定试验台具有如下特点：
1）该标定试验台解决了乘员侧面弹出模拟试验碰撞器标定技术领域的空白。
2）通过标定试验台对碰撞器的验证，提高了试验精度的可靠性和使用稳定性。
3）成本低，通用性好，性能可靠便于安装和推广。
4）该标定试验台可实现不同检测环境的需求，针对不同车型实现对任意符合法规要求的碰撞器进行标定，可根据碰撞器的不同方向、不同型面以及不同高度做出调整。
5）结合其他使用提高参考，展示新的夹具模式，开拓新的思路，同时改造方便，模块化制造，便于其他试验通用。    
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