CN103512721A - 一种提高偏置碰撞台车试验模拟精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高偏置碰撞台车试验模拟精度的方法，在台车试验中，车身在台车上的偏转角度为θ，使台车运动方向与x轴方向的夹角等于实车碰撞中前排驾驶员侧假人位置的加速度与x轴方向的夹角，从而保证假人在台车试验中所受的冲击方向与实车试验一致；调整台车的输入波形与实车碰撞试验中前排驾驶员侧假人位置的波形一致。本发明具有较高的模拟精度和较好的适用性，能够最大限度地模拟驾驶员所在位置的加速度。

Description

一种提高偏置碰撞台车试验模拟精度的方法

技术领域

本发明涉及汽车碰撞试验领域，特别是涉及一种提高偏置碰撞台车试验模拟精度的方法。

背景技术

目前，偏置碰撞台车试验是评价车辆约束系统的重要方法，是一种能有效地降低约束系统开发成本、缩短开发周期的手段。其通过台车的输入碰撞脉冲复现车体的减速度波形，从而研究该波形对假人造成的影响，以优化约束系统的各个参数。通常车身减速度波形是通过车身两侧B柱位置加速度传感器采集得到的信号获得，但对于偏置碰撞试验而言，由于左右两侧碰撞强度的不同导致两侧B柱加速度差异明显，使得台车输入碰撞脉冲的选取变得复杂，从而造成偏置碰撞台车试验模拟精度的降低。目前偏置碰撞台车试验主要采取以下两种方式。

(1)车身固定在台车上，车身纵轴与台车运动方向平行，台车输入碰撞脉冲选用实车碰撞中前排驾驶员侧B柱下端传感器记录的加速度波形。使用驾驶员侧B柱下端的加速度波形作为台车输入碰撞脉冲模拟的碰撞环境过于严苛，反之使用乘员侧B柱下端的加速度波形作为台车输入碰撞脉冲模拟的碰撞环境又过于宽松。并且这种方法无法模拟碰撞过程中车身的回转运动对假人造成的影响，降低了台车试验模拟精度。

(2)台车输入碰撞脉冲仍然选用撞击侧B柱下端x方向的加速度，但为了模拟汽车在偏置碰撞试验中的回转运动，将车身偏转一定角度固定在台车上，然而行业内并未就台车试验中偏转角度的选取达成共识，更多还是通过经验以及穷举法获取车身的偏转角度。这种方法对于台车输入碰撞脉冲及车身偏转角度的选取缺乏理论支撑，且试验次数较多、精度较差。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种提高偏置碰撞台车试验模拟精度的方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种提高偏置碰撞台车试验模拟精度的方法，在台车试验中，车身在台车上的偏转角度为θ，台车的输入碰撞脉冲为

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{\left|e\right|}{\frac{k^2}{p}+\left|f\right|}$

其中，D点为车辆坐标系中前排驾驶员侧假人的位置，其坐标为（e,f），k为实车碰撞试验中汽车绕质心的回转半径，p为F对于汽车质心的力臂，F是由实车碰撞试验中偏置变形壁障作用于汽车前部的分布力简化成的集中力，b为汽车车宽，

为实车碰撞试验中采自汽车左侧B柱下端的加速度波形，

为实车碰撞试验中D点的加速度波形，t为碰撞试验过程中的某一时刻。

本发明具有的优点和积极效果是：通过对汽车碰撞动力学模型的推导，可根据采自实车碰撞试验中汽车左侧B柱下端的波形得出偏置碰撞试验中假人所在位置的加速度矢量（包括幅值及方向），从而可精确地确定台车输入碰撞脉冲及车身偏转角度，该方法具有合理的理论支撑，通过将台车试验输出的假人伤害与实车试验进行对比，伤害重合度较高，因此本发明具有较高的模拟精度和较好的适用性，能够更精确地模拟假人所在位置的加速度矢量。

附图说明

图1是实车碰撞试验汽车偏置碰撞试验示意图；

图2为实车碰撞试验假人所在位置与驾驶员侧B柱加速度关系示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种提高偏置碰撞台车试验模拟精度的方法，在台车试验中，车身在台车上的偏转角度为θ，台车的输入碰撞脉冲为

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{\left|e\right|}{\frac{k^2}{p}+\left|f\right|}---\left(1\right)$

其中，D点为车辆坐标系中前排驾驶员侧假人的位置，其坐标为（e,f），k为汽车身绕质心的回转半径，p为F对于汽车质心的力臂，F是由实车碰撞试验中偏置变形壁障作用于汽车前部的分布力简化成的集中力，b为汽车车宽，

为实车碰撞试验中采自汽车左侧B柱下端的加速度波形，

为实车碰撞试验中D点的加速度波形，t为碰撞试验过程中的某一时刻。

本发明的理论依据为：

为了在正面偏置碰撞台车试验中模拟前排驾驶员侧假人在实车碰撞试验中所受的伤害，需要在台车试验中尽可能地复现实车碰撞试验中假人所在位置D点的加速度。由于台车试验中台车为单自由度运动，所以为了分别模拟实车碰撞中加速度在相对坐标系x轴和y轴的分量，需要将台车上的车身偏转一个角度θ，以使台车输入波形

与实车碰撞中驾驶员所在位置的波形

一致。

为了确定

的大小和方向，引入车身在实车碰撞试验中的力学模型，分析

与实车碰撞试验中左侧B柱下端的加速度波形

的关系，其中

可通过实车碰撞中布置在B柱下端的传感器获得，其波形是已知的。

请参阅图1，将汽车正面偏置碰撞模型简化为二维平面内的汽车在实车碰撞冲击作用下的动力学模型，建立如图1所示的坐标系，其中，坐标原点G为汽车质心，x轴方向与汽车运动速度v的方向相同，y轴方向由乘员侧指向驾驶员侧。分析汽车上任意点的加速度。其中，Q为汽车上任意点；β为QG与y轴的夹角。实车碰撞中偏置变形壁障作用于汽车前部的分布力如图1所示。假定在40%偏置碰撞中，壁障作用于汽车前部的力呈均匀分布。由于分布力可以等效为一个作用在分布区间中点的集中力，所以为简化模型受力，将40%偏置碰撞的分布力平移至汽车前部偏置率为20%的位置，得到图1所示的集中力F。由于

的方向平行于x轴，所以任意点Q的加速度为

其中r为点Q到点G的距离，

为汽车的角加速度。则F对质心G的力矩为：

$\stackrel{\→}{M_G}=I_G\·\stackrel{\→}{\mathrm{\α}}---\left(3\right)$

其中I_G为汽车绕质心的转动惯量，I_G＝mk²，k为实车碰撞试验中汽车绕质心的回转半径，m为汽车的质量。将I_G＝mk²代入（3）:

p为

对于车身质心的力臂。由质心运动定理

为质心处加速度，角加速度

如图1所示，加速度在x、y轴的投影分别为

$\left|\stackrel{\→}{a_x}\right|=\left|\stackrel{\→}{\mathrm{\α}}\right|r\sin \mathrm{\β}=\frac{p\left|\stackrel{\→}{a_G}\right|}{k^2}r\sin \mathrm{\β}---\left(4\right)$

$\left|\stackrel{\→}{a_y}\right|=\left|\stackrel{\→}{a_G}\right|-\left|\stackrel{\→}{\mathrm{\α}}\right|r\cos \mathrm{\β}=\left|\stackrel{\→}{a_G}\right|[1-\frac{p}{k^2}r\cos \mathrm{\β}]---\left(5\right)$

将（4）和（5）带入

得到：

${\left|\stackrel{\→}{a_Q}\right|}^2={\left|\stackrel{\→}{a_G}\right|}^2[1+{\left(\frac{\mathrm{pr}}{k^2}\right)}^2-2\frac{p}{k^2}r\cos \mathrm{\β}]---\left(6\right)$

请参阅图2，为推导加速度大小均为

的一系列点，根据公式(6)，同时引入加速度比率n，可以得到：

${(x-\frac{k^2}{p})}^2+y^2={\left(n\frac{k^2}{p}\right)}^2---\left(7\right)$

其中，圆心C坐标为

半径

由式（7）可知，圆周上各点加速度的大小都相等，并与所在圆周的半径成正相关，各点加速度的方向即以C点为圆心的圆周过该点的切线方向，汽车的运动可以等效为绕圆心C的瞬时转动，其中圆心C处加速度为0。定义在实车碰撞中汽车的左侧B柱位置为点B，前排驾驶员侧假人的位置为点D，其坐标为（e,f）。如上所述，

又因为，D点加速度的方向已知，为保证台车试验中前排驾驶员侧假人所在位置的加速度方向与实车试验一致，所以将车身偏转角度θ后固定在台车上，使台车运动方向与x轴方向的夹角等于实车碰撞中a_D与x轴方向的夹角，从而保证假人在台车试验中所受的冲击方向与实车试验一致。由三角函数关系得到：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{\left|e\right|}{\frac{k^2}{p}+\left|f\right|}---\left(8\right)$

将车身偏转固定后，调整台车的输入波形

使

由B和D两点加速度的关系得到

b为汽车车宽，a为汽车车长，t为碰撞试验过程中的某一时刻。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种提高偏置碰撞台车试验模拟精度的方法，其特征在于，在台车试验中，车身在台车上的偏转角度为θ，台车的输入碰撞脉冲为

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{\left|e\right|}{\frac{k^2}{p}+\left|f\right|}$

其中，D点为车辆坐标系中前排驾驶员侧假人的位置，其坐标为（e,f），k为实车碰撞试验中汽车绕质心的回转半径，p为F对于汽车质心的力臂，F是由实车碰撞试验中偏置变形壁障作用于汽车前部的分布力简化成的集中力，b为汽车车宽，

为实车碰撞试验中采自汽车左侧B柱下端的加速度波形，为实车碰撞试验中D点的加速度波形，t为碰撞试验过程中的某一时刻。

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