德国亚琛大学使用DIAdem软件实现车辆碰撞中的信任保护评估测试 德国亚琛, 大学, 评估, 软件

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作者：Dipl.-Ing. Lutz Berger, ika - Institut für Kraftfahrwesen Aachen

“通过使用DIAdem进行测量、评估和自动化任务，我们高效地完成了此次研究。该程序易于使用，并且基于对话框的操作方式可以预防许多错误，这节省了大量的时间。”

挑战：在行人撞击的过程中，对比在铝制和钢制的引擎盖下行人的安全情况等级，两种引擎盖都是按照行人与车辆碰撞时车头形变特性相关的特殊结构要求制作的。

解决方案：在NI DIAdem中使用集成的脚本语言Visual Basic创建一个分析程序来评估头部撞击效果。


我们的研究目的是比较钢制和铝制引擎盖对行人的安全度。测试车辆的引擎盖无法满足行人安全的要求，这意味着比较钢制和铝制产品的结果能用来评价哪种是更适合保护行人引擎盖材料。

我们使用行人头部撞击保护的测试设备，并在DIAdem中创建一个评估程序来执行的头部撞击测试。这个程序处理加速度和光电传感器信号，按照标准计算损伤，并自动生成图表。头部撞击的分析是此次测试的重点。在这种情况下，确定撞击速度、头部损伤标准（Head injury criterion, HIC）、最大/平均加速的函数都得以应用。测试结果能以各种不同的格式提供，如图表和PDF或者与Microsoft Excel兼容的文件。

为了开发满足行人安全要求的车头，我们必须测试一系列事故类型和撞击位置。由于全身假人的试验需要大量的时间和费用，我们开发了符合欧洲标准的测试程序，测试基于制定部位，如行人的头部、骨盆或腿。我们可以明确地界定测试条件（如速度和撞击角度），因此可以很简单地运行测试程序和分析测试结果。

我们分析了汽车引擎盖制作材料与行人保护能力的潜在关系，所使用的车型在2002年时被厂商更换了引擎盖的材料，把原先的钢铁换成了铝，而其它方面的设计均没改变。

在1999年到2001年之间生产的车辆与在2002年和以后生产的车辆，都有相同的发动机功率和组件结构，这样就可以单独比较材料方面的影响。

我们使用DIAdem作为测量和评估软件，并使用其中集成的脚本语言Visual Basic自动完成测试任务。

汽车引擎盖的结构测试

在进行行人的测试之前，我们比较了铝制和钢制的引擎盖的结构性能。我们用备用的引擎盖进行结构测试，在其后的行人安全测试中仍然使用它们。我们使用DIAdem评估结果，然后与经过引擎盖基准检验的原始引擎盖的测试结果进行比较。这些测试结果显示了铝制和钢制引擎盖之间的差异，以及原件和备用件（烘烤硬化处理）之间结构刚度的差异。批量生产的钢制和铝制引擎盖以及相关备用件的横向刚度和扭转刚度的结果如图1和图2所示。

引擎盖材料的对比表明，钢制引擎盖的刚度比铝制高。以下的比例代表了在试验负荷下，钢制引擎盖超出铝制引擎盖的性能：

•横向刚度+46％
•垂直刚度+53％
•扭转刚度+42％

我们还必须考虑到铝制引擎盖要比钢制轻47%。而原始配件和备用件之间的对比则表明结构刚度并没有显著差异。虽然弹性变形测试不能在具有高度的塑性变形（如头部撞击）的动态测试中，提供有关硬化效应的任何准确的信息，但是我们可以在备用的引擎盖和挡泥板上进行行人撞击测试。

头部撞击测试

测试设置如图3所示。我们采用伺服液压试验设备进行测试。在测试过程中，行人保护试验设备以需要的角度被定位在撞击点上，撞击器则安装在活塞的末端。活塞加速头部，使其达到所需的40公里/小时的速度，然后释放头部以便其自由运动着撞击到引擎盖上。

对于两种引擎盖类型，我们均使用成人头部撞击器进行了9次试验和使用儿童头部撞击器进行了9次试验，总共36次测试。我们记录的测试结果，包括HIC值、计算HIC值(a3ms , amax )的时间间隔、高速录像，以及引擎盖变形的数码照片。我们使用视频序列进行详细分析，分析3ms的最大引擎盖变形行为和主要的（头部对引擎盖）和二次（引擎盖对底层结构）撞击。

我们每个撞击器中心放置一个三维加速度传感器。图4显示了一个例子，我们使用DIAdem进行自动的试验评价。

DIAdem可以评估单一的或者一系列的测试值。图5显示了一个例子，用户如何在用户对话框里输入需要评估的测量文件以及需要计算的变量。我们使用在DIAdem中创建的脚本定义对话框。

我们还使用DIAdem验证指定的撞击速度。光电传感器记录了活塞上撞击器的加速度。安装在活塞上的反射膜能反射激光。这个反射膜有一个指定的明暗转变网格。用另一个Visual Basic位移-时间曲线计算脚本来分析记录的矩形信号。上述计算确定了矩形信号的峰值和两个连续相等的值之间的时间间隔。我们可以利用明暗转变之间指定的距离来确定速度。

用户在程序的开始就在用户对话框中输入明暗转化的网格和其它变量。这提供了在使用不同的测试类型时所需的灵活性，但本质上总是在执行相同的计算方法。这样可以节省时间并保证高度的一致性，因为用户不需要调整脚本内的变量。

评估在汽车引擎盖上完成的36次测试表明，在18例中有13例，钢制引擎盖对头部的冲击力较低。分析结果时，必须考虑到两种引擎盖的材料的大多数结果大大超出了生物力学的安全极限（HIC1000）。

底层的车辆结构的二次碰撞导致HIC值大大超出安全极限。引擎盖内部金属和底层结构之间的变形位移（5至20毫米），尤其是在弹簧式减震支柱和引擎盖铰链周围的位移特别短。受此影响的组件的高刚度造成了巨大的加速度峰值和HIC值。

通过图6中的加速度曲线和HIC来分析二次碰撞的影响，两个点被选为钢制和铝制对比的例子。在Ch-M-2点的撞击过程中，底层结构无明显的撞击出现。产生的加速度曲线导致了以下结果：

•铝版的HIC的计算需要更大的窗口
•钢版的加速度产生更大的峰值
•铝版多产生15％至20％的变形位移
•钢版产生更高的HIC值

在Ch-M-3点的撞击过程中，底层结构产生了一次较强的二次碰撞，从而导致以下结果：

•HIC的计算的窗口几乎相等，因为加速度曲线本质上是被底层结构的撞击影响的
•钢版的第一加速度峰值稍高
•铝版的二次加速度峰值更高
•铝版的HIC值更高

总结

此结果反驳了人们广泛认可的观点——铝制引擎盖一般能为行人提供更好的保护。头部撞击试验的结果表明，在18例中有13例，钢制引擎盖对头部的撞击程度较低。

通过使用DIAdem进行测量任务、评估任务以及自动化任务，我们高效低完成了此次研究。用户友好的对话框能够预防了一些错误，而且能够选择分析所有测试系列的结果，这进一步节省了时间。而评价的数据能以图表、PDF格式，或者以Excel格式展示，将对后续工作都有所帮助。