加速度傳感器粘貼方式對(duì)車輛碰撞試驗(yàn)影響分析

劉暉 楊佳宙

摘 要：為了研究加速度傳感器粘貼方式對(duì)車輛碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的影響，引入雙面膠安裝加速度傳感器的粘貼方式，并運(yùn)用ORM（Objective rating method）方法評(píng)價(jià)碰撞試驗(yàn)中加速度-時(shí)間歷程曲線的一致性，通過臺(tái)車模擬與整車碰撞試驗(yàn)驗(yàn)證使用雙面膠安裝傳感器的可靠性與穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明：相較于傳統(tǒng)的膠粘方式，采用雙面膠安裝加速度傳感器獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性更高;在整車試驗(yàn)中根據(jù)工況、車身結(jié)構(gòu)、傳感器位置及不同安裝方式特點(diǎn)，綜合使用螺栓、雙面膠與膠粘方式進(jìn)行傳感器布置安裝。

關(guān)鍵詞：車輛碰撞試驗(yàn);加速度傳感器;粘貼方式;一致性

中圖分類號(hào)：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-134-03

Abstract： In order to study the effect of accelerometer paste on vehicle collision test data acquisition， introducing a paste way to install accelerometers using double-sided adhesive， the consistency of acceleration-time curve in collision test was evaluated by the ORM algorithm. Finally， the reliability and stability of the mounting sensor using double-sided adhesive were verified by the test of the sled simulation and the vehicle collision test. The test results show： the test data is more reliable obtained by double-sided adhesive-mounted accelerometers than that obtained by traditional adhesive methods. According to the condition， body structure， sensor position and different installation method characteristics， using different method such as bolts， double-sided glue and adhesive methods for sensor arrangement installation in the whole vehicle test.

Keywords： Vehicle collision test; Acceleration sensor; Paste mode; Consistency

CLC NO.： U467? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）15-134-03

引言

在整車開發(fā)過程的碰撞試驗(yàn)中，除法規(guī)要求的各類假人傳感器采集數(shù)據(jù)之外，車身上會(huì)大量使用加速度傳感器采集加速度信號(hào)數(shù)據(jù)[1，2]，并用于車輛安全開發(fā)中問題的分析以及CAE的仿真比對(duì)。

由于車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同的碰撞工況中傳感器在不同的位置采用的安裝方式也不盡相同，常見的安裝方式有螺接或焊接于車身、膠水粘貼于車身兩種方式[3]。采用螺栓或焊接的方式連接傳感器，數(shù)據(jù)可靠并且穩(wěn)定，但對(duì)于大量的車身傳感器布置來說，螺栓或焊接操作上復(fù)雜、效率低、成本高，故僅在部分開發(fā)中認(rèn)為比較關(guān)鍵的部位使用;膠水粘貼的連接方式，在數(shù)據(jù)較為可靠，操作簡(jiǎn)便，故車身上大部分都使用這種連接方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，但該方式也存在一定的弊端，例如每次膠水用量無法固定，膠水固化過程中可能產(chǎn)生氣泡造成粘貼不均勻，這些均可能造成傳感器數(shù)據(jù)采集的部分失真，尤其在在受力大、變形大的位置時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的偏差[4，5]。

基于以上考慮，本文引入雙面膠粘貼傳感器的方式，運(yùn)用ORM方法，在臺(tái)車模擬試驗(yàn)中評(píng)價(jià)粘膠與雙面膠采集傳感器數(shù)據(jù)的一致性，在整車試驗(yàn)中驗(yàn)證雙面膠粘貼方式的可靠性和穩(wěn)定性。

1 評(píng)價(jià)方法與試驗(yàn)矩陣

1.1 一致性評(píng)價(jià)方法

本文采用ORM方法從其加速度-時(shí)間歷程曲線峰值、曲線形狀以及積分曲線峰值、積分曲線形狀四個(gè)維度評(píng)價(jià)兩條加速度曲線的一致性[6，7]，采樣時(shí)長(zhǎng)為-100～200ms，不同曲線峰值與曲線形狀的一致性計(jì)算方式如式（1）與（2）所示。一致性參數(shù)R值的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

其中：RPeak為曲線峰值一致性參數(shù)，Rcurve_shape為曲線形狀一致性參數(shù)，curve1（t）為傳感器1加速度曲線，curve2（t）為傳感器2加速度曲線。

1.2 臺(tái)車模擬試驗(yàn)

選擇三種波形進(jìn)行臺(tái)車模擬試驗(yàn)，三種工況分別為：正面50km/h碰撞、正面偏置64km/h碰撞與追尾碰撞波形（分別用T1，T2與T3表示）。在臺(tái)車前端的相鄰位置分別用膠粘與雙面膠的方式安裝加速度傳感器。加速度傳感器、粘接劑與雙面膠型號(hào)如表2所示，現(xiàn)場(chǎng)傳感器粘貼位置如圖1所示，傳感器對(duì)應(yīng)編號(hào)與粘貼方式如表3所示。

1.3 整車碰撞試驗(yàn)

在側(cè)撞和追尾碰撞的整車試驗(yàn)中（用V1，V2表示）分別以不同方式、不同位置粘貼加速度傳感器，傳感器布置照片如圖2（a）、（b）所示，粘貼于B柱內(nèi)鈑金腰線前與后橫梁中部，詳細(xì)信息如表4所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 臺(tái)車模擬試驗(yàn)結(jié)果分析

三種臺(tái)車工況下用兩種粘貼傳感器方式獲得的加速度波形如圖3（a）（c）所示，由公式（1）與（2）獲得加速度曲線及積分曲線一致性對(duì)比，如表5所示。

（a）臺(tái)車正面50km/h碰撞試驗(yàn)加速度曲線對(duì)比

（b）臺(tái)車正面偏置64km/h碰撞試驗(yàn)加速度曲線對(duì)比

（c）臺(tái)車追尾碰撞試驗(yàn)加速度曲線對(duì)比

本次比對(duì)中，相比較的兩個(gè)傳感器位置接近、型號(hào)相同，故認(rèn)為傳感器的粘貼方式為其產(chǎn)生數(shù)據(jù)偏差的最大因素。結(jié)果表明，雙面膠與膠水粘貼的加速度曲線與積分曲線的一致性參數(shù)均大于0.94，一致性較高。

2.2 整車碰撞試驗(yàn)結(jié)果分析

在整車碰撞中，車身上一些重要位置會(huì)布置兩個(gè)或以上加速度傳感器采集信號(hào)，以防出現(xiàn)某個(gè)信號(hào)未采集到或采集異常情況發(fā)生，并且傳感器均采用相同的連接方式進(jìn)行連接。本文在整車碰撞試驗(yàn)中分別取多次側(cè)碰、追尾工況中的兩個(gè)傳感器進(jìn)行一致性比較，取其平均值，采用膠粘加速度傳感器方式獲得的加速度一致性如表6所示：

由表6可知：當(dāng)采用膠粘傳感器方式獲得的加速度曲線時(shí)，不同工況下相同位置加速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)一致性存在較大差異。

（a）整車側(cè)面碰撞試驗(yàn)加速度曲線對(duì)比

（b）整車追尾碰撞試驗(yàn)加速度曲線對(duì)比

當(dāng)在相近位置以不同粘貼方式采集數(shù)據(jù)時(shí)，可認(rèn)為越接近與車身剛性連接的方式數(shù)據(jù)越可靠[5]，即螺栓或焊接方式連接傳感器，本文在同次整車碰撞試驗(yàn)中使用螺栓連接、雙面膠與膠粘連接進(jìn)行一致性比較（F3/F2/F1）。當(dāng)相近位置相同粘貼方式采集傳感器數(shù)據(jù)時(shí)，一致性越好，則數(shù)據(jù)越穩(wěn)定，同時(shí)使用相同粘貼方式進(jìn)行比較（F4/F5）。兩種整車碰撞工況下使用三種安裝傳感器方式獲得的加速度波形如圖4（a）與（b）所示，由公式（1）與（2）獲得加速度曲線一致性對(duì)比，如表7所示。

由上表可知，雙面膠粘貼與螺栓連接方式的一致性優(yōu)于膠水粘貼與螺栓連接的一致性（F2/F3良好，F(xiàn)1/F3較差）;同次試驗(yàn)中相同位置均使用雙面膠粘貼采集的數(shù)據(jù)一致性表現(xiàn)優(yōu)秀（F4/F5），結(jié)果優(yōu)于表6中整車碰撞相同位置膠水粘貼采集數(shù)據(jù)的一致性。

3 結(jié)論

文中引入雙面膠連接方式布置車身傳感器的方法，通過多次臺(tái)車模擬試驗(yàn)驗(yàn)證雙面膠采集與膠水采集數(shù)據(jù)具有較好的一致性，通過整車試驗(yàn)，驗(yàn)證在一些重要位置、受力變形大位置使用雙面膠采集數(shù)據(jù)時(shí)，其可靠性和穩(wěn)定性優(yōu)于膠粘連接傳感器方式?？紤]到車輛準(zhǔn)備過程中傳感器布置操作的便利性、耗材使用的成本、試驗(yàn)準(zhǔn)備的效率等等因素，建議在整車碰撞試驗(yàn)過程中結(jié)合具體的試驗(yàn)工況、車身結(jié)構(gòu)、傳感器布置位置等因素，綜合使用螺栓、雙面膠與膠粘方式進(jìn)行傳感器布置安裝。

參考文獻(xiàn)

[1] 王陽，孫振東.汽車實(shí)車碰撞試驗(yàn)方法探討[J].汽車研究與開發(fā)， 2001（3）：32-34.

[2] 王步康，張金換，馬春生，等.汽車碰撞數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特性分析[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào)， 2005， 026（0z1）：146-147.

[3] 陳爽，孫浩，馮超，等.加速度傳感器及其安裝工藝對(duì)碰撞模擬試驗(yàn)結(jié)果的影響[J].汽車工程， 2012， 34（11）：1033-1038.

[4] 于雪蓮.加速度傳感器安裝方式對(duì)靈敏度的影響[J].中國(guó)計(jì)量， 2017（2）：114-116.

[5] 鄭星，黃?，?加速度傳感器安裝方式的理論建模與響應(yīng)分析[J]. 傳感器與微系統(tǒng)， 2016， 035（011）：61-63.

[6] Technical，S a E， Series， Paper. Improved Prediction of Hybrid-III Injury Values Using Advanced Multibody Techniques and Objective Rating[J]. sae transactions， 2005， 114：1578-1590.

[7] 劉志新，楊運(yùn)生，張曉龍，等.基于ORM方法的后碰臺(tái)車試驗(yàn)重復(fù)性研究[C]//中國(guó)汽車安全技術(shù)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議暨中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)汽車安全技術(shù)年會(huì). 2009.