摘要：数据采集系统是汽车碰撞试验的关键部分。本文对目前汽车碰撞试验常用的主流数据采集系统做了比较。分析了各设备的主要技术特点，阐述了数据采集系统需满足的要求，展望了数据采集系统发展的方向。
一、车载数据采集系统的基本要求。
①数据处理的高准确性要求；②系统的高可靠性要求；③设备及软件良好的易用性要求。目前，国内外各大第三方检测机构，汽车制造商及零部件企业使用的汽车碰撞试验用数据采集系统主要来自瑞士 Kistler、美国 DTS、德国Messring、日本 Kyowa（共和电业）。这些生产商的车载数据采集系统都具有很强的抗冲击能力，良好的抗电磁干扰特性，高可靠性，断电测量储存能力，能够在高速度、高加速度、大位移等特殊环境下，瞬时测量、存储大量数据；可满足中国 GB 标准系列等各国新车碰撞测试（NCAP）标准等试验标准的要求，进行实车碰撞、模拟碰撞（台车试验）、气囊等试验。
二、主流的车载数据采集系统
1 数据处理的准确性
数据采集仪采集和处理数据的准确性与设备的技术参数和性能有关。
（1）采样频率
在采样频率中不失真的得到原信号，则采样频率应不小于原信号频率的两倍。SAEJ211 中规定的 CFC1000 对应 F N 为 1650Hz，所以试验中所需采样频率至少高于此频率的两倍。在试验中，采样频率一般为10kHz、20kHz。在实际采样时，每个通道需根据具体情况而设。
（2） 分辨率
模数转换的采样分辨率根据 SAEJ211 的要求，数字化长度不应低于10 位。以上数据采集仪都能满足此要求。
（3） 数字滤波
在碰撞试验数据采集时，一般会进行抗混叠滤波，但为了消除频谱中不需要的部分，往往还需要进行二次滤波。以上数据采集仪基本上都能进行四阶 Butterworth 滤波。
（4）多项式灵敏度系数输入
有些传感器，物理输出特性并不完全像普通传感器那样表现为物理量输出和电压输出的一元线性关系，而采用一元多阶这种曲线关系的灵敏度系数，更真实的表征了整个传感器物理量的输出特性。数据采集仪必须对这类物理量的采集记录有与真实情况相同的计算功能。这是针对传感器特性必须具备的特点。传感器的多项式灵敏度系数输入功能是比较基础和重要的功能。
(5)自适应量程
数据采集系统的通道量程 CAC，在数值上等于测量范围的上限值，不可小也不宜过大。根据碰撞速度、测量位置的不同，相应的数据范围有所差异，通道量程 CAC 不是固定的。太小的 CAC 值会导致数据丢失，太大的 CAC 值会影响分辨率。所以在试验中，数据采集仪若能实现自适应量程，则能使试验过程更为方便，数据测量范围更准确。
2汽车碰撞试验数据处理
2.1数据处理部分的任务
(1)对采集到的电信号做物理量的解释
在本试验系统中，采集的转速、加速度、压力及位移等物理量经传感器变换成电量，又经过数据采集卡将信号的放大、采样保持、量化和编码等环节，被试验测控系统采集到计算机中存储，但是采集到的数据仅仅是以0-4096数值表示的电压形式表现。它虽然含有被采集物理量变化规律的信息，由于没有明确的物理意义，因而不便于处理和使用，必须把它还原成原来对应的物理量。
(2)消除数据中的干扰信号
在数据的采集、传送和转换过程中，由于系统内部和外部干扰(如电机转动的电磁干扰等)、噪声的影响，或多或少会在采集的数据中混入干扰信号。因而必须采用各种方法(如剔除奇异值、滤波等)最大限度地消除混入数据中的干扰，以保证数据采集系统的精度。
(3)分析计算数据的内在特征
通过对采集到的数据进行变换加(例如求均值或做傅立叶变换等)，或在有关联的数据之间进行某些相互的运算(例如计算相关函数)，从而得到能表达该数据内在特征的二次数据。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆利用这些数据对试验对象可以进行进一步分析研究，从而为试验对象性能的改进研究提供依据。
2.2采样数据的标度变换
各种物理量有不同的单位和数值，经过A／D转换后变成一系列数字量，且数字量的变化范围由AdD转换器的位数决定。12位的A／D转换器输出数字量的范围是0～4096。因此，通过武汉理工大学硕士学位论文标度变换将A／D转换的数字量变换为带有工程单位的数字量，可以使显示和测量直观准确。一般被测物理量与传感器输出之间呈线性关系，只需作线性变换即可。当被测物理量与传感器输出之间呈非线性关系时，可采用多项式逼近的方法获得输出的逼近表达式，如最小二乘法、代数差值法等。
2.3数字滤波
模拟滤波器对采集的模拟信号进行滤波时，由于截止频率的不同对于信号具有不同的延时，在进行不同CFC信号分析对比时会造成影响。因此，希望滤波器的截止频率高一些，但是要满足采样定理的基本要求。数据采集时一般把模拟滤波器设置采样预滤波为CFCl000(至少应调到高于CFC规定等级一个级别的档位)，将采集信号再进行二次滤波，使其满足CFC600，CFCl80、CFC60的要求。
三、车载数据采集系统性能参数比较
1系统的可靠性
（1）抗冲击性
碰撞试验，车载数据采集系统会受到很高的加速度值冲击。目前，大推力的台车试验系统，在 1500kg 有效负载的条件下，峰值加速度值可达90g。实车碰撞试验中，根据不同情况和位置，峰值加速度有可能更高。所以，数据采集系统的抗冲击性能至少需要能经受 100g 的加速度冲击。
（2） 触发可靠
碰撞试验的特点是难以再现和成本较高，试验中需要一次成功。所以，要求数据采集仪具备多种方式触发的功能。一种是试验中最常用的通过带状开关引导的数字量触发，一种是采用一些典型的模拟量来触发。根据触发方式不同，有单触发与双触发模式。单触发即瞬态触发，是碰撞的那一刻才产生触发信号，开始记录数据。触发信号的产生可以由带状开关产生，也可以由某一通道模拟量超过设定阈值由软件自动产生。双触发模式顾名思义，需要用到两个触发信号。第一个信号开始记录，第二个信号标明碰撞的零时刻。双触发模式的记录时间长，数据量大而全，碰撞前的阶段也记录了下来，可用于观测整段试验的加速过程。
2 设备的易用性
设备的易用性主要体现在硬件的易用与软件的易用。易用性既能影响到数据采集系统的其他性能，也会对使用者的工作效率产生很大影响。
（1） 数据采集系统的轻量化
车载数据采集仪经过多年的发展与改进，其体积与质量都在不断减小，这为多通道的碰撞试验，在有限的空间中，放置多个数据采集仪提供了可能。随着 WorldSID 假人与 THOR 假人的应用，假人内部传感器数量增多，所需数据采集通道增多，增多的假人线束增加了假人的重量，过多的走线也让操作麻烦且易错。因此，数据采集仪由原来的车载式逐步发展为假人内置集成。各生产厂商都开发了各自的 inDummy 数据采集仪，如DTS 的 In-Dummy 系统，Kistler 的 DTI 系统，Messring 的 M=BUSInDummy系统。这些系统都使数据采集仪小型化，设备质量严格控制，安装在假人内部也充分考虑了对假人各部分的附加质量的影响，内部走线规则，采用同轴电缆总线同步供电、触发和通信。首次安装 inDummy 数据采集仪时，需对假人内部进行相应改造，之后使用时，则不需要反复拆装，既满足了假人内部越来越多通道测量的需求，也实现了操作使用的方便性。随着电池技术的进步，inDummy 技术将会得到更广泛的应用。
（2）软件的易用性
控制软件的易用对使用者而言十分重要。数据处理的格式需要能够通用，软件需能够直接将设定的 ISO 名字连同数据一起转换并输出为ISO/TS13499 格式的数据文件。Kyowa 下载的数据需要通过转格式软件转为 MME 文件，才能用分析软件进行分析。传感器的 ID 信息及其他更多信息，控制软件需能识别，编辑后记录，实现数据库管理和调用的功能，对使用者而言，也能很大程度提高工作效率。对于 Messring 的数据采集系统，若同时将其生产的台车系统或牵引系统，灯光系统配套使用，因其软件控制，数据调取上统一的协同性，会给使用者更多的便捷与方便。
总结
根据上文浅析，汽车碰撞数据采集系统的重点在于数据准确性、设备可靠性、使用便捷性。各主流型号的数据采集系统都有其各自的优势与特色。InDummy 数据采集仪的应用将会逐步增多。未来，汽车碰撞数据采集系统将会随着试验室网络化、平台化的要求，朝着通用化、智能化的方向发展。
论文作者:杨威
论文发表刊物:《防护工程》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/11
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