李宽宽
重庆工贸职业技术学院 重庆 408000
摘要：近年来，汽车交通事故每年在全世界导致大量的人员伤亡和经济损失，迫使各国政府和汽车生产企业投入大量的人力和物力从事汽车安全性研究。汽车碰撞试验是瞬时性的试验，对测试仪器有特殊的要求，以满足位移大，速度快，加速度高等特点。本文对汽车碰撞数据采集系统特性分析。
关键词：碰撞试验；数据采集
汽车碰撞试验是进行汽车被动安全性研究的主要内容，而汽车碰撞试验中所取得的大量数据更是了解和评价汽车被动安全性能的重要途径，是进行汽车被动安全性研究的基础，所以汽车碰撞试验中的数据采集与处理对汽车被动安全性能的研究来说就显得尤为重要。
一、车载数据采集系统简介
车载数据采集器（也称为数据采集分析仪，简称数采）是数据采集系统的主要部件，属于车载型数据采集设备，可用来完成在汽车碰撞试验过程中采集自安装于车身和假人的传感器的数据，将传感器输出的模拟信号转化为数字信号，在汽车碰撞试验中起着极其重要的作用。
图1 数据采集系统结构原理图
如图l所示，一个或多个数据采集器串联可用来进行试验过程中车身加速度传感器、假人传感器等各种传感器数据的采集，并将模拟信号转化为数字信号。电源用来供电。触发线可以控制数采开始记录数据。电脑用来控制数采的参数设置，并对数采采集的数据进行存储和处理。
二、汽车碰撞试验中数据采集与处理的特点
汽车碰撞试验由于是对真实车辆的碰撞，所以试验的成本非常高而且碰撞过程是一个短时、剧烈的冲击过程，试验中真正能采集到有效信一号的时间只有不到5 00 ms。这就要求碰撞试验中数据的采集系统必须具有以下几个基本特性：
1.及时性：即采集系统必须能在不到5 0 0 ms的过程中及时的把试验所需的数据纪录采集下来。
2.高可靠性：既要求系统采集信号的误差小，精度高，对试验信号能一次记录成功，从而避免数据纪录失败所导致的高额损失。
3.可保存性：由于真正的数据处理是在碰撞试验结束后进行的，这就要求系统能将数据完整、准确的记录在自身存储器中，以供数据处理软件对数据进行下载处理。同时由于实车试验的代价高，试验过程中记录的数据就显得尤为宝贵，这也要求系统能在各种突发情况下能将数据纪录保存下来。
三、数据采集与处理系统的组成和分类
1.系统组成。数据采集与处理系统一般由传感器、数据采集和数据处理3部分组成。传感器是数据采集过程中的首要环节，没有传感器对原始数据的有效转换，准确的采集就无从谈起。碰撞试验主要测量加速度、力和位移等几个物理量，传感器用来将待测的各种物理量转换成电信号传给数据采集部分。常用的测量加速度的加速度传感器有应变式、压阻式，压电式、变电容式；常用测力的有应变实力传感器；测量位移的有电位器式、光电式。实际应用中这些传感器都要具有耐冲击、阻尼小、可靠性高等特点。数据采集又包括数据采集仪控制软件和数据采
集仪硬件，硬件部分主要用来收集汽车碰撞过程中从安装在汽车各个部分的传感器传来的模拟量信号，通过放大器对之进行放大、模拟滤波器进行抗混淆等处理，
然后将信号通过模/数转换器转换成数字量存储在自身所带的存储器中；而数据采集仪的参数设定和仪器的维护、保养通过控制软件来实现。数据处理部分主要负责将数据采集仪中存储的数据下载到计算机中后利用专用的软件对之进行后处理，在国外有的较先进的智能型处理软件还能自动对试验结果进行分析并形成符合法规要求的试验报告。
2.系统分类。从严格意义上来讲碰撞试验的数据采集应包括电信号测量和光学测量，但光测量系统主要是使用直观的二维影像从总体上定性地了解分析碰撞的全过程，不能形成精确的试验数据。按照数据的采集形式系统可分为拖线式数据采集系统和车载式数据采集系统。拖线式采集系统是一种传统的采集测量方式，它使用长导线（长度一般为1 0 0一2 0o m）将安装在被试部件上的传感器与地面的测量系统相连，信号经过适调、放大、低通滤波后由信号纪录仪纪录或由计算机直接采集碰撞中的测量信号进行数据处理。车载式系统则采用先进的计算机技术，将信号调理、A/D采集、数据存储和通讯等功能一体化，制成耐冲击的车载纪录系统，试验前通过控制软件采集仪进行监测、设定。试验中用带状开关触发采集过程，并将记录下的数据存贮在车载纪录仪中的R A M内；试验后利用微机或工作站下载试验数据并进行数据的处理和分析。这两种采集系统中，拖线式系统造价低，结构简单，但使用过程中随着测量通道的增加，拖线的重量也会变得很大，而且为了保证试验的可靠性，对接头和长导线要经常检修和更换，从而导致使用费用的增加。而车载式系统结构复杂，造价高，但使用非常方便，减少了试验过程中各个环节的误差，提高了试验的可靠性。
四、汽车碰撞试验用测试系统
1.试验法规的要求。汽车碰撞的研究开始从满足汽车正面碰撞法规要求，逐步扩展到侧撞和成员保护等方面，此外，还考虑了室外科研试验的条件，这样就对车载测试系统的适应性提出了更高要求，例如冲击，环境温度，记录时间，数据断电保护，数据交换平台和电池特性等。
2.数据记录仪器特点。对比日本共和电业公司的DIS-3000数据采集与处理系统，新的数据记录器有以下特点：可使用内部或外部触发启动，记录时间可达2 h（采样频率不小于5 k）；通道全独立，不会因个别通道的故障影响其他通道，通道任意扩展；二次仪表（电荷放大、滤波等）、AD、单片机、接口集成一体，体积小，可靠性高；
可接压电，压阻和力等多种传感器；和微机接口通讯，可进行设置或读取数据；直接使用W INDOWS平台处理数据；经过正弦扫描和随机振动强度试验。
3.测试系统。碰撞试验是检验采集器性能的最终方式，进行碰撞试验可以全面检验采集器的采集、触发以及耐冲击性等功能特性。该采集器为车载16通道采集器，已经进行了多次碰撞试验，碰撞速度从20km/h到50km/h，覆盖了通常试验的碰撞速度范围。本次试验使用的是台车，在一些典型测试点，同时安装了这两套车载采集系统进行测试，以期得到试验对比效果。正面碰撞乘员保护试验数据包括：车身及假人电测量数据，即汽车上ECU，发动机，方向盘轴向，仪表板，防火墙地板和刹车卡钳等加速度，假人头部，胸部和骨盆加速度，胸骨压缩量和大腿力等参数。试验使用了两个FTSS 50百分位HybridⅢ型假人。试验前首先对两套测试系统进行标定，并在选定的测点同时布置分别属于两套测试系统的传感器，保证每个测试系统能独立完成工作。本试验是根据标准《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》要求，对某型号的轻型客车的冲击等参数进行测量。试验中，实际测得碰撞速度为48.2km/h，满足标准要求的碰撞速度范围（48～50 km/h）。两套数据采集器的采集和触发工作正常。最后遵照CMVDR294的技术要求对整车检验判定，该样品车在碰撞后，在不使用工具的条件下，前排双侧车门均不能打开，不能完好取出假人，其它性能指标符合法规要求。
采用自主开发的测试系统和DIS-3000数据采集系统，对某型轻型客车的碰撞试验进行了比对测量。结果说明，经过改进的国产数据采集系统完全可以满足汽车碰撞试验要求。
参考文献：
[1]杨昊．汽车碰撞试验中数据采集系统的特点与分析．《中国汽车市场》．2017年10期．
[2]李建．汽车碰撞数据采集系统特性分析．《仪器仪表学报》．2017年S1期．
论文作者:李宽宽
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：数据论文; 汽车论文; 传感器论文; 系统论文; 数据采集论文; 采集系统论文; 测量论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;