德國亞琛大學(xué)使用DIAdem軟件實(shí)現車(chē)輛碰撞中的信任

“通過(guò)使用DIAdem進(jìn)行測量、評估和自動(dòng)化任務(wù)，我們高效地完成了此次研究。該程序易于使用，并且基于對話(huà)框的操作方式可以預防許多錯誤，這節省了大量的時(shí)間。”

挑戰：

在行人撞擊的過(guò)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(chē)輛碰撞時(shí)車(chē)頭形變特性相關(guān)的特殊結構要求制作的。

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(chē)輛的引擎蓋無(wú)法滿(mǎn)足行人安全的要求，這意味著(zhù)比較鋼制和鋁制產(chǎn)品的結果能用來(lái)評價(jià)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備，并在DIAdem中創(chuàng )建一個(gè)評估程序來(lái)執行的頭部撞擊測試。這個(gè)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(dòng)生成圖表。頭部撞擊的分析是此次測試的重點(diǎn)。在這種情況下，確定撞擊速度、頭部損傷標準(Head injury criterion, HIC)、最大/平均加速的函數都得以應用。測試結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(kāi)發(fā)滿(mǎn)足行人安全要求的車(chē)頭，我們必須測試一系列事故類(lèi)型和撞擊位置。由于全身假人的試驗需要大量的時(shí)間和費用，我們開(kāi)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(jiǎn)單地運行測試程序和分析測試結果。

我們分析了汽車(chē)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(chē)型在2002年時(shí)被廠(chǎng)商更換了引擎蓋的材料，把原先的鋼鐵換成了鋁，而其它方面的設計均沒(méi)改變。

在1999年到2001年之間生產(chǎn)的車(chē)輛與在2002年和以后生產(chǎn)的車(chē)輛，都有相同的發(fā)動(dòng)機功率和組件結構，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(yǔ)言Visual Basic自動(dòng)完成測試任務(wù)。

汽車(chē)引擎蓋的結構測試

在進(jìn)行行人的測試之前，我們比較了鋁制和鋼制的引擎蓋的結構性能。我們用備用的引擎蓋進(jìn)行結構測試，在其后的行人安全測試中仍然使用它們。我們使用DIAdem評估結果，然后與經(jīng)過(guò)引擎蓋基準檢驗的原始引擎蓋的測試結果進(jìn)行比較。這些測試結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)之間結構剛度的差異。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剛度的結果如圖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構剛度并沒(méi)有顯著(zhù)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(dòng)態(tài)測試中，提供有關(guān)硬化效應的任何準確的信息，但是我們可以在備用的引擎蓋和擋泥板上進(jìn)行行人撞擊測試。

頭部撞擊測試

測試設置如圖3所示。我們采用伺服液壓試驗設備進(jìn)行測試。在測試過(guò)程中，行人保護試驗設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動(dòng)著(zhù)撞擊到引擎蓋上。

對于兩種引擎蓋類(lèi)型，我們均使用成人頭部撞擊器進(jìn)行了9次試驗和使用兒童頭部撞擊器進(jìn)行了9次試驗，總共36次測試。我們記錄的測試結果，包括HIC值、計算HIC值(a3ms , amax )的時(shí)間間隔、高速錄像，以及引擎蓋變形的數碼照片。我們使用視頻序列進(jìn)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(引擎蓋對底層結構)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)的試驗評價(jià)。

DIAdem可以評估單一的或者一系列的測試值。圖5顯示了一個(gè)例子，用戶(hù)如何在用戶(hù)對話(huà)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(huà)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(gè)反射膜有一個(gè)指定的明暗轉變網(wǎng)格。用另一個(gè)Visual Basic位移-時(shí)間曲線(xiàn)計算腳本來(lái)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(gè)連續相等的值之間的時(shí)間間隔。我們可以利用明暗轉變之間指定的距離來(lái)確定速度。

用戶(hù)在程序的開(kāi)始就在用戶(hù)對話(huà)框中輸入明暗轉化的網(wǎng)格和其它變量。這提供了在使用不同的測試類(lèi)型時(shí)所需的靈活性，但本質(zhì)上總是在執行相同的計算方法。這樣可以節省時(shí)間并保證高度的一致性，因為用戶(hù)不需要調整腳本內的變量。

評估在汽車(chē)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。分析結果時(shí)，必須考慮到兩種引擎蓋的材料的大多數結果大大超出了生物力學(xué)的安全極限(HIC1000)。

底層的車(chē)輛結構的二次碰撞導致HIC值大大超出安全極限。引擎蓋內部金屬和底層結構之間的變形位移(5至20毫米)，尤其是在彈簧式減震支柱和引擎蓋鉸鏈周?chē)奈灰铺貏e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(xiàn)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比的例子。在Ch-M-2點(diǎn)的撞擊過(guò)程中，底層結構無(wú)明顯的撞擊出現。產(chǎn)生的加速度曲線(xiàn)導致了以下結果：

•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(diǎn)的撞擊過(guò)程中，底層結構產(chǎn)生了一次較強的二次碰撞，從而導致以下結果：

•HIC的計算的窗口幾乎相等，因為加速度曲線(xiàn)本質(zhì)上是被底層結構的撞擊影響的

•鋼版的第一加速度峰值稍高

•鋁版的二次加速度峰值更高