CN111638032B - 台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法及台车碰撞试验 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法。所述修正方法包括：(a)获取基础数据：进行台车碰撞基础试验，得到台车加速度数据和车身加速度数据；(b)数据预处理：对台车加速度数据进行截取、填充和重新采样；对车身加速度数据进行截取、填充和重新采样；(c)台车加速度数据修正：对预处理后的数据进行FFT变换，得到台车加速度与车身加速度的转换关系，根据所述转换关系和车身目标加速度，反求台车加速度，得到修正后的台车碰撞试验加速度输入波形。该修正方法科学可靠，采用修正后的台车加速度进行台车碰撞试验，能有效缩小试验中的车身加速度与目标加速度之间的差异，从而保证台车试验的精度。

Description

台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法及台车碰撞试验
技术领域
本发明涉及汽车碰撞试验领域，具体而言，涉及一种台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法及台车碰撞试验。
背景技术
汽车安全性开发和验证过程中，台车碰撞试验是一种常用的、高效的试验手段，其能够模拟汽车在碰撞事故中，车内部件在碰撞加速度冲击下的安全性能表现。台车碰撞试验的工作原理在于，以正面碰撞过程为例，实际车辆正碰中，车辆前端结构变形吸能，车辆乘员舱由于前端作用力承受加速度冲击，该冲击传递到车内乘员产生伤害；而台车碰撞中，将车身乘员舱部分固连在台车设备上，直接通过设备推动台车产生加速度，替代车辆前端溃缩变形产生加速度，加速度通过台车传递至车身，进而传递至车内乘员。因此加速度波形是台车碰撞试验的输入条件，直接影响车内乘员的伤害情况。
为使台车碰撞试验与实车碰撞试验具有良好的可比性，台车碰撞中的车身加速度应该与实车碰撞中的车身加速度相同，因此目前普遍采用实车碰撞中的车身B柱加速度作为台车碰撞的目标曲线。事实上这里默认了一个假设，认为台车与车身的连接是绝对刚性的，台车加速度能够毫无偏差的传递到车身上，而实际情况并非如此。
在实际台车试验中，虽然通过台车设备复杂的控制系统，能够使台车加速度与目标曲线非常接近，但是由于车身工装并非理想的绝对刚体，车身加速度信号与台车加速度往往存在偏差，导致台车试验中的车身加速度与实车碰撞中车身加速度有一定差异，影响台车试验精度。如图1a和图1b所示，列举了某一车身工装在两种加速度冲击下的响应结果，从图中可以看出车身加速度与台车加速度的偏差非常显著。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法，该方法科学可靠，采用修正后的台车加速度进行台车碰撞试验，能有效缩小试验中的车身加速度与目标加速度之间的差异，从而保证台车试验的精度。
本发明的第二目的在于提供一种台车碰撞试验，该台车碰撞试验采用上述所得修正后的台车碰撞试验加速度输入波形进行试验，因而具有试验精度和准确性高的优点，得到精确度更高的目标车身加速度。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法，包括：
(a)获取基础数据：进行台车碰撞基础试验，得到台车加速度数据和车身加速度数据；
(b)数据预处理：对台车加速度数据进行截取、填充和重新采样；
对车身加速度数据进行截取、填充和重新采样；
(c)台车加速度数据修正：对预处理后的数据进行FFT变换，得到台车加速度与车身加速度的转换关系，根据所述转换关系和车身目标加速度，反求台车加速度，得到修正后的台车碰撞试验加速度输入波形。
第二方面，本发明提供了一种台车碰撞试验，采用上述台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法所得到的修正后的台车碰撞试验加速度输入波形进行台车碰撞试验。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法中，首先进行台车碰撞基础试验，得到台车加速度数据和车身加速度数据，然后对该数据进行预处理，再进行FFT变换，在频域内得到各个频率分量的传递关系，进而得出台车加速度与车身加速度的转换关系，根据该转换关系和车身目标加速度，反求台车加速度，该加速度即为修正后的台车碰撞试验加速度输入波形。
该修正方法科学可靠，采用修正后的台车加速度进行台车碰撞试验，能有效缩小试验中的车身加速度与目标加速度之间的差异，从而保证台车试验的精度。
附图说明
图1a为某一车身工装在一种加速度冲击下的响应结果；
图1b为某一车身工装在另一种加速度冲击下的响应结果；
图2为本发明一种实施方式的数据填充后的示意图；
图3为采用本发明的修正方法的实施效果图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
根据本发明的一个方面，提供了一种台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法，包括：
(a)获取基础数据：进行台车碰撞基础试验，得到台车加速度数据和车身加速度数据；
(b)数据预处理：对台车加速度数据进行截取、填充和重新采样；
对车身加速度数据进行截取、填充和重新采样；
(c)台车加速度数据修正：对预处理后的数据进行FFT变换，得到台车加速度与车身加速度的转换关系，根据所述转换关系和车身目标加速度，反求台车加速度，得到修正后的台车碰撞试验加速度输入波形。
上述修正方法中，首先进行台车碰撞基础试验，得到台车加速度数据和车身加速度数据，然后对该数据进行预处理，再进行FFT变换，在频域内得到各个频率分量的传递关系，进而得出台车加速度与车身加速度的转换关系，根据该转换关系和车身目标加速度，反求台车加速度，该加速度即为修正后的台车碰撞试验加速度输入波形。
该修正方法科学可靠，采用修正后的台车加速度进行台车碰撞试验，能有效缩小试验中的车身加速度与目标加速度之间的差异，从而保证台车试验的精度。
需要说明的是：
本发明对步骤(b)中的填充和重新采样的先后顺序不做特别限定，例如可以先填充、后重新采样，也可以先重新采样、后填充。因此，对台车加速度数据或对车身加速度数据进行预处理时，包括以下两种形式：(1)对数据依次进行截取、填充和重新采样；(2)对数据依次进行截取、重新采样和填充。
上述“FFT变换”是指Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换。
在一种优选的实施方式中，步骤(a)包括：将车身和工装按照试验状态固定在台车上，将车身目标加速度曲线作为台车加速度的输入目标，测量并采集试验中台车加速度数据和车身加速度数据，分别记为x(t)和y(t)，采样频率为fs。在进行一次基础试验的同时，测量并采集台车加速度数据和车身加速度数据，然后根据此数据进行后续的数据处理。
在一种优选的实施方式中，步骤(b)中，对台车加速度数据进行截取包括：从台车加速度数据x(t)中截取有效数据序列x(i)，其中 i＝0,1,2,……,n-1，第一个数据点x(0)对应碰撞0时刻，最后一个数据点x(n-1)对应台车加速度首次下降为0的时刻，数据点的个数为n。
优选地，对车身加速度数据进行截取的时间点与对台车加速度数据进行截取的时间点相同，车身加速度有效数据序列记为y(i)。二者时间点相同，能够保证二者在时间轴上保持同步。
在一种优选的实施方式中，如图2所示(其中实线为截取的数据序列，虚线为填充的数据序列)，所述填充包括：对截取的数据序列依次进行逆序和翻转，然后连接在截取的数据序列后面。
优选地，对x(i)数据序列进行填充的计算公式为：x(i)＝-x(2n- 1-i)，其中i＝n,n+1,……,2n-1。
优选地，对y(i)数据序列进行填充的计算公式为：y(i)＝-y(2n- 1-i)，其中i＝n,n+1,……,2n-1。
在一种优选的实施方式中，所述重新采样包括：对数据进行重新采样，生成新的数据序列X(k)和Y(k)，其中k＝0,1,2,……,N-1，包含 N＝2L个数据点，L为正整数，新的采样频率为
Figure BDA0002508519600000061
台车加速度X(k)的算法如下：
Figure BDA0002508519600000062
其中，i为符合
Figure BDA0002508519600000063
的正整数；
车身加速度Y(k)的算法如下：
Figure BDA0002508519600000064
其中，i为符合
Figure BDA0002508519600000065
的正整数。
优选地，N＝1024。
在一种优选的实施方式中，步骤(c)包括：将X(k)和Y(k)分别进行FFT变换，得到复数序列FX(k)和FY(k)，FX(k)和FY(k)经计算得到复数序列FZ(k)，计算方法为：
Figure BDA0002508519600000066
其中k＝0,1,2,……,N-1；
将FZ(k)进行FFT变换，得到实数序列Z(k)，保留实数序列Z(k) 的前一半，得到序列z(k)，其中
Figure BDA0002508519600000067
所得序列z(k)为修正后的台车碰撞试验加速度输入波形，采样频率为Fs。
应当理解的是，
Figure BDA0002508519600000068
在一种优选的实施方式中，步骤(c)后还包括数据后处理的步骤，对所得序列z(k)进行重新插值采样，得到采样频率为fs的序列zz(k)， zz(k)的算法如下：
Figure BDA0002508519600000069
其中，i为符合
Figure BDA0002508519600000071
的正整数。
步骤(c)得到的数据序列z(k)的采样频率为Fs，该采样频率可能不被台车试验设备所支持，所以利用重新插值采样将其转换为设备支持的采样频率fs，便于后续的正常试验。
从图3中可以看出，在修正前，台车直接按照目标曲线(单实线) 进行试验时，车身加速度(点状线)偏差较大。修正后，台车按照修正曲线(双实线)进行试验，虽然台车加速度与目标不同，但是修正后的车身加速度(虚线)与目标曲线偏差减少，有效提高了试验精度。
而现有技术，如图1a和图1b所示，实线为台车加速度曲线，虚线为车身加速度曲线，可以看出，其台车加速度和车身加速度偏差很大，试验精度太低。
根据本发明的另一方面，提供了一种台车碰撞试验，采用上述台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法所得到的修正后的台车碰撞试验加速度输入波形进行台车碰撞试验。该台车碰撞试验采用上述所得修正后的台车碰撞试验加速度输入波形进行试验，因而具有试验精度和准确性高的优点，得到精确度更高的目标车身加速度。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法，其特征在于，包括：
(a)获取基础数据：进行台车碰撞基础试验，得到台车加速度数据和车身加速度数据；
(b)数据预处理：对台车加速度数据进行截取、填充和重新采样；
对车身加速度数据进行截取、填充和重新采样；
(c)台车加速度数据修正：对预处理后的数据进行FFT变换，得到台车加速度与车身加速度的转换关系，根据所述转换关系和车身目标加速度，反求台车加速度，得到修正后的台车碰撞试验加速度输入波形。
2.根据权利要求1所述的修正方法，其特征在于，步骤(a)包括：将车身和工装按照试验状态固定在台车上，将车身目标加速度曲线作为台车加速度的输入目标，测量并采集试验中台车加速度数据和车身加速度数据，分别记为x(t)和y(t)，采样频率为fs。
3.根据权利要求2所述的修正方法，其特征在于，步骤(b)中，对台车加速度数据进行截取包括：从台车加速度数据x(t)中截取有效数据序列x(i)，其中i＝0,1,2,……,n-1，第一个数据点x(0)对应碰撞0时刻，最后一个数据点x(n-1)对应台车加速度首次下降为0的时刻，数据点的个数为n；
对车身加速度数据进行截取的时间点与对台车加速度数据进行截取的时间点相同，车身加速度有效数据序列记为y(i)。
4.根据权利要求3所述的修正方法，其特征在于，所述填充包括：对截取的数据序列依次进行逆序和翻转，然后连接在截取的数据序列后面。
5.根据权利要求3所述的修正方法，其特征在于，对x(i)数据序列进行填充的计算公式为：x(i)＝-x(2n-1-i)，其中i＝n,n+1,……,2n-1；
对y(i)数据序列进行填充的计算公式为：y(i)＝-y(2n-1-i)，其中i＝n,n+1,……,2n-1。
6.根据权利要求1所述的修正方法，其特征在于，所述重新采样包括：对数据进行重新采样，生成新的数据序列X(k)和Y(k)，其中k＝0,1,2,……,N-1，包含N＝2L个数据点，L为正整数，新的采样频率为
Figure FDA0003608450310000021
台车加速度X(k)的算法如下：
Figure FDA0003608450310000022
其中，i为符合
Figure FDA0003608450310000023
的正整数；
车身加速度Y(k)的算法如下：
Figure FDA0003608450310000024
其中，i为符合
Figure FDA0003608450310000025
的正整数。
7.根据权利要求6所述的修正方法，其特征在于，N＝1024。
8.根据权利要求6所述的修正方法，其特征在于，步骤(c)包括：将X(k)和Y(k)分别进行FFT变换，得到复数序列FX(k)和FY(k)，FX(k)和FY(k)经计算得到复数序列FZ(k)，计算方法为：
Figure FDA0003608450310000026
其中k＝0,1,2,……,N-1；
将FZ(k)进行FFT变换，得到实数序列Z(k)，保留实数序列Z(k)的前一半，得到序列z(k)，其中
Figure FDA0003608450310000027
所得序列z(k)为修正后的台车碰撞试验加速度输入波形，采样频率为Fs。
9.根据权利要求1-8任一项所述的修正方法，其特征在于，步骤(c)后还包括数据后处理的步骤，对所得序列z(k)进行重新插值采样，得到采样频率为fs的序列zz(k)，zz(k)的算法如下：
Figure FDA0003608450310000031
其中，i为符合
Figure FDA0003608450310000032
的正整数。
10.一种台车碰撞试验，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的台车碰撞试验加速度输入波形的修正方法所得到的修正后的台车碰撞试验加速度输入波形进行台车碰撞试验。
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