減速臺車波形發(fā)生器研究與應用

黃超群

摘 要：文章以減速臺車的波形發(fā)生器為對象，研究了波形發(fā)生器中吸能鋼板長度、減速臺車初速度對吸能鋼板的加速度曲線的影響。在此基礎上，以座椅動態(tài)試驗的加速度曲線為目標曲線，進行了真實的臺車碰撞試驗和計算機模擬試驗，試驗得到的加速度曲線與目標加速度曲線是吻合的，可見對波形發(fā)生器的研究是有效的，該研究成果可以降低汽車碰撞試驗成本和縮短研發(fā)時間。關鍵詞：減速臺車;波形發(fā)生器;加速度曲線中圖分類號：U284.7? 文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）02-89-03

Abstract： Taking the waveform generator of the deceleration sled as the object of study， this paper studies the influence of the length of the energy absorbing steel plate and the initial speed of the deceleration sled on the acceleration curve of the energy absorbing steel plate in the waveform generator. On this basis， taking the acceleration curve of seat dynamic test as the target curve， the real car crash test and computer simulation test are carried out. The acceleration curves obtained from the tests are in agreement with the target acceleration curve. It is obvious that the research on waveform generator is effective， and the research results can reduce the car crash test. Test cost and shorten R&D time.Keywords： Deceleration sled; Waveform generator; Acceleration curveCLC NO.： U284.7? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-89-03

前言

由于減速臺車的配置價格和維護成本低，其試驗結果能達到國內外法規(guī)或者標準的要求，也能再現(xiàn)不同法規(guī)標準規(guī)定的實車碰撞曲線，因而在國內外各企業(yè)或機構得到了廣泛使用。但是減速臺車模擬實車碰撞曲線存在著較大難度，需要具有比較精確的計算手段和調試經驗，才能較準確地模擬再現(xiàn)^[1，2]。

本文以減速度臺車為研究對象，研究了碰撞曲線生成器中吸能鋼板長度、減速度臺車初速度對加速度曲線的影響，在此基礎上，以座椅動態(tài)試驗的加速度曲線為目標曲線，進行了真實的臺車碰撞試驗和計算機模擬試驗，試驗得到的加速度曲線與目標加速度曲線是吻合的，可見對波形發(fā)生器的研究是有效的，該研究成果可以降低汽車碰撞試驗成本和縮短研發(fā)時間。

1 減速臺車波形發(fā)生器結構

臺車試驗系統(tǒng)包含兩大部分：第一部分是臺車框架，用于承載各試驗樣品;第二部分是吸能裝置即波形發(fā)生器，用于產生碰撞過程中需要的加速度。臺車吸能裝置是臺車系統(tǒng)中的核心，其通過鋼板的不同組合和排列方式得到不同的阻力，從而產生各種加速度曲線。圖1為波形發(fā)生器的結構簡圖。

2 波形發(fā)生器的參數(shù)分析

2.1 鋼板長度的影響

波形發(fā)生器的吸能鋼板為常見的國標冷軋鋼板，鋼板的泊松比為0.3，屈服極限強度為215Mpa。波形發(fā)生器中安裝的吸能鋼板厚度為3mm，寬度為80mm，鋼板長度在600 mm至1500 mm之間。

圖2為不同長度的單片鋼板加速度-位移特性曲線（碰撞初速度為16m/s）。由圖2可知，各種長度的鋼板均在位移約為150 mm時，減速度達到最大值，約為2.7g（圖2中A點）。當減速度達到最大值后至在鋼板脫離前，其減速度幾乎維持在2.7g。當鋼板脫離時，鋼板產生的加速度迅速降低，且鋼板越長，維持穩(wěn)定減速度的位移也越長，其減速效果越明顯。值得注意的是，圖中有兩個關鍵參數(shù)：鋼板產生的最大減速度2.7g及此時鋼板的位移150mm，這對于后續(xù)鋼板的布置非常重要。

2.2 碰撞初速度的影響

為了獲得碰撞初速度對鋼板加速特性的影響，仿真了不同碰撞初速度對長度為1500 mm的單片鋼板減速度特性的影響，結果如圖3所示。隨著碰撞初速度的減小，單片鋼板產生的最大減速度值略有減小，但影響比較小，碰撞初速度每減小2 m/s，最大減速度值減小約0.05 g;但碰撞初速度對鋼板達到最大減速度值的位移幾乎沒有影響（如圖3中A處所示）。

3 座椅動態(tài)試驗加速度曲線再現(xiàn)

3.1 目標加速度曲線

ECER17（GB15083）中要求座椅動態(tài)試驗減速度至少20g，并且20g持續(xù)時間至少為30ms。標準沒有要求減速度曲線達到20 g的時刻，因此下限是可以沿著時間軸前后移動的^[3]。目標加速度曲線和下限曲線見圖4。

3.2 吸能鋼板布局

目標曲線峰值為22g，持續(xù)時間為30ms，目標曲線在到達A點之前，加速度成直線上升，到達A點的時刻為20ms。根據(jù)圖2和圖3，布置9塊吸能鋼板，在前3排每排布置3塊，見圖5所示。

3.3 試驗以及仿真結果

按照圖5中布局，進行真實的碰撞試驗和計算機仿真試驗，得到的曲線見圖6所示。從圖中看出試驗曲線與仿真曲線吻合比較好，試驗曲線在20g以上的帶寬比仿真曲線寬，曲線峰值比仿真約低0.2g，總的帶寬比仿真曲線小。但是不管是試驗曲線還是仿真曲線，它們都和目標曲線比較接近，并且完全都在標準要求的下限之上，滿足標準要求。

4 結論

本文研究了減速臺車波形發(fā)生器的吸能鋼板長度、減速臺車初速度對加速度曲線的影響，在此基礎上，并以座椅動

態(tài)試驗的加速度曲線為目標曲線，進行鋼板布局設計，并進行了真實的臺車碰撞試驗和計算機模擬試驗，試驗得到的加速度曲線與目標加速度曲線是吻合的。通過波形發(fā)生器中鋼板不同布局再現(xiàn)加速度曲線的方法，不但可以滿足ECER17（GB15083）臺車碰撞試驗，還可以滿足其他法規(guī)要求，甚至可以根據(jù)廠家提供的碰撞曲線進行相應的臺車模擬和曲線再現(xiàn)，為汽車開發(fā)和設計節(jié)約時間和降低試驗風險。

參考文獻

[1] 葛如海，穆青，陳曉東.汽車模擬碰撞吸能器的仿真分析及試驗[J].江蘇大學學報，2006，27（4）：324-327.

[2] 胡玉梅，曾繁林，張科峰等.臺車試驗中鋼板布置的研究[J].汽車工程，2012，34（6）：496-501.

[3] GB15083-2006汽車座椅、座持固定裝置及頭枕強度要求和試驗方法[S].