加速度傳感器粘貼方式對車輛碰撞試驗影響分析

劉暉 楊佳宙

摘 要：為了研究加速度傳感器粘貼方式對車輛碰撞試驗數據采集的影響，引入雙面膠安裝加速度傳感器的粘貼方式，并運用ORM（Objective rating method）方法評價碰撞試驗中加速度-時間歷程曲線的一致性，通過臺車模擬與整車碰撞試驗驗證使用雙面膠安裝傳感器的可靠性與穩定性。試驗結果表明：相較于傳統的膠粘方式，采用雙面膠安裝加速度傳感器獲得的試驗數據可靠性更高;在整車試驗中根據工況、車身結構、傳感器位置及不同安裝方式特點，綜合使用螺栓、雙面膠與膠粘方式進行傳感器布置安裝。

關鍵詞：車輛碰撞試驗;加速度傳感器;粘貼方式;一致性

中圖分類號：U467? 文獻標識碼：B? 文章編號：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

在整車開發過程的碰撞試驗中，除法規要求的各類假人傳感器采集數據之外，車身上會大量使用加速度傳感器采集加速度信號數據[1，2]，并用于車輛安全開發中問題的分析以及CAE的仿真比對。

由于車身結構復雜，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，數據可靠并且穩定，但對于大量的車身傳感器布置來說，螺栓或焊接操作上復雜、效率低、成本高，故僅在部分開發中認為比較關鍵的部位使用;膠水粘貼的連接方式，在數據較為可靠，操作簡便，故車身上大部分都使用這種連接方式進行數據采集，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生氣泡造成粘貼不均勻，這些均可能造成傳感器數據采集的部分失真，尤其在在受力大、變形大的位置時會出現一定的偏差[4，5]。

基于以上考慮，本文引入雙面膠粘貼傳感器的方式，運用ORM方法，在臺車模擬試驗中評價粘膠與雙面膠采集傳感器數據的一致性，在整車試驗中驗證雙面膠粘貼方式的可靠性和穩定性。

1 評價方法與試驗矩陣

1.1 一致性評價方法

本文采用ORM方法從其加速度-時間歷程曲線峰值、曲線形狀以及積分曲線峰值、積分曲線形狀四個維度評價兩條加速度曲線的一致性[6，7]，采樣時長為-100～200ms，不同曲線峰值與曲線形狀的一致性計算方式如式（1）與（2）所示。一致性參數R值的評價標準如表1所示。

其中：RPeak為曲線峰值一致性參數，Rcurve_shape為曲線形狀一致性參數，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 臺車模擬試驗

選擇三種波形進行臺車模擬試驗，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如表2所示，現場傳感器粘貼位置如圖1所示，傳感器對應編號與粘貼方式如表3所示。

1.3 整車碰撞試驗

在側撞和追尾碰撞的整車試驗中（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柱內鈑金腰線前與后橫梁中部，詳細信息如表4所示。

2 試驗結果及分析

2.1 臺車模擬試驗結果分析

三種臺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比，如表5所示。

（a）臺車正面50km/h碰撞試驗加速度曲線對比

（b）臺車正面偏置64km/h碰撞試驗加速度曲線對比

（c）臺車追尾碰撞試驗加速度曲線對比

本次比對中，相比較的兩個傳感器位置接近、型號相同，故認為傳感器的粘貼方式為其產生數據偏差的最大因素。結果表明，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均大于0.94，一致性較高。

2.2 整車碰撞試驗結果分析

在整車碰撞中，車身上一些重要位置會布置兩個或以上加速度傳感器采集信號，以防出現某個信號未采集到或采集異常情況發生，并且傳感器均采用相同的連接方式進行連接。本文在整車碰撞試驗中分別取多次側碰、追尾工況中的兩個傳感器進行一致性比較，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：當采用膠粘傳感器方式獲得的加速度曲線時，不同工況下相同位置加速度傳感器采集到的數據一致性存在較大差異。

（a）整車側面碰撞試驗加速度曲線對比

（b）整車追尾碰撞試驗加速度曲線對比

當在相近位置以不同粘貼方式采集數據時，可認為越接近與車身剛性連接的方式數據越可靠[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中使用螺栓連接、雙面膠與膠粘連接進行一致性比較（F3/F2/F1）。當相近位置相同粘貼方式采集傳感器數據時，一致性越好，則數據越穩定，同時使用相同粘貼方式進行比較（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于膠水粘貼與螺栓連接的一致性（F2/F3良好，F1/F3較差）;同次試驗中相同位置均使用雙面膠粘貼采集的數據一致性表現優秀（F4/F5），結果優于表6中整車碰撞相同位置膠水粘貼采集數據的一致性。

3 結論

文中引入雙面膠連接方式布置車身傳感器的方法，通過多次臺車模擬試驗驗證雙面膠采集與膠水采集數據具有較好的一致性，通過整車試驗，驗證在一些重要位置、受力變形大位置使用雙面膠采集數據時，其可靠性和穩定性優于膠粘連接傳感器方式。考慮到車輛準備過程中傳感器布置操作的便利性、耗材使用的成本、試驗準備的效率等等因素，建議在整車碰撞試驗過程中結合具體的試驗工況、車身結構、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行傳感器布置安裝。

參考文獻

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[2] 王步康，張金換，馬春生，等.汽車碰撞數據采集系統特性分析[J]. 儀器儀表學報， 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碰撞模擬試驗結果的影響[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靈敏度的影響[J].中國計量， 2017（2）：114-116.

[5] 鄭星，黃海瑩.加速度傳感器安裝方式的理論建模與響應分析[J]. 傳感器與微系統， 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，楊運生，張曉龍，等.基于ORM方法的后碰臺車試驗重復性研究[C]//中國汽車安全技術國際學術會議暨中國汽車工程學會汽車安全技術年會. 2009.