汽车碰撞试验数据采集系统的分析与改进

汽车碰撞试验数据采集系统的分析与改进

武刚1,杨震2，朱勇华2

E-mail: sdwu1978@

1 北京航天数据

2 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室

摘要：数据采集系统是汽车碰撞试验的关键系统。本文首先对目前汽车碰撞试验常用的国内外主流数据采集仪器做了比较和分析。分析了各种设备主要技术特点，并分析了碰撞试验用数据采集系统在提高数据准确性，系统可靠性，易用性方面的的最新技术，提出了国内的该类数据采集系统的改进方向。

关键词：汽车碰撞测试；数据采集系统；改进

Analysis and Improvement of Data Acquisition System

for the Automotive Crash Testing

Wu Gang1, Yang Zhen2, Zhu Yonghua2

Abstract：Data Acquisition System (DAS) is one of key systems for Auto Crash Testing. Auto Crash tests have some special requests for DAS while it is used for different testing environments. DAS has been compared and analyzed with its technical parameters for a part of DAS among the international and domestic development. According to the requirement of Auto Crash Testing, a domestic DAS has be update and improvement under a series of new technology for its Reliability, Usability, Modulation, Self-check, Auto-adjust and Remote control etc.

Keywords: Auto Safety; Crash Test; DAS (Data Acquisition System); Improvement

1 引言

汽车碰撞试验是国家法规规定的强制性试验，国内的汽车公司都已投入了很大的人力和物力来改善与提高其产品的安全性能。

汽车碰撞检测试验需要有许多评价指标，包括碰撞假人主要部件的加速度冲击值、受力和力矩大小以及挤压变形位移等指标，此外还有车身加速度传感器信号、车身变形量等。而其中大部分（尤其是碰撞假人传感器信号数据）需要通过电测量数据采集系统的采集处理，最终将以试验数据来计算假人伤害值和其它评价指标。因此碰撞试验电测量的通道数目可以多达200多个，涉及到加速度、力和力矩、位移和触发信号等种类，所以数据采集系统是汽车碰撞试验中很重要的组成部分。作为汽车碰撞试验核心部分的试验数据采集系统（DAS）是碰撞试验成败的关键因素之一。

2 汽车碰撞试验用的主流数据采集系统参数的比较

DAS是提供汽车碰撞试验结果和综合评价汽车碰撞安全性能的必备试验设备。只有经过数据采集系统的准确工作，才可得到汽车碰撞试验的正确结果，进而分析车辆结构的薄弱环节和采取措施改进车辆的安全性。

国内汽车碰撞试验中使用较多的进口数据采集系统有德国KT公司的MINIDAU；日本Kyowa（共和电业）的DIS3000；美国DTS的TDAS系列；德国Messring公司的NA33和比利时LMS公司的SCADAS等。数据采集仪器的性能是整个系统的核心。目前汽车碰撞试验常用的

数据采集器的基本性能类似，但其主要技术参数各有所长。表1是国内外主要数据采集器的性能参数对比。

表1 国内外汽车碰撞数据采集系统性能参数对比

经过综合比较，我们得出：MINIDAU的采集控制软件采用了ISO/DTR13499标准，并采用MS-ACCESS来建立和维护传感器数据库，自动化程度较高，但操作相对复杂；DIS3000的特点是简洁实用，易于操作；美国DTS TDAS的体积小巧，安装灵活，界面可视化较好，且支持ISO/DTR13499数据格式标准；德国Messring公司的NA33在结构上比较灵活，能与牵引系统集成控制使用，采样频率和记录时间这两项指标较高。从数据采集器的外观上比较，基本上都是集成式的结构，即把电源与信号采集频道以及控制软件做成一体。

经过对比可以发现：国产设备的基本性能并不落后，大部分技术参数如：采样精度，工作温度，供电时间，增益调节和抗冲击能力等指标上达到甚至优于进口设备。但是在一些能让设备更方便使用的设计理念和技术落在了国外同行的后面。

3 汽车碰撞试验中数据采集系统的关键性能特点分析

数据采集系统（DAS）必须满足汽车碰撞试验测试时间短，瞬时冲击强度大，记录数据多等特点。汽车碰撞试验的DAS常常以至少8个通道为一组，每个通道可以直接连接到加速度、力和力矩、位移等各种传感器。经过硬件电路和软件程序处理得到各种碰撞曲线、指标，把试验结果以量化形式表现，更易于法规的执行和更详细的车辆被动安全性能的评估。不同品牌的设备各有特点，但使用的基本流程是一样的。图1显示了数据采集的流程。

图1 汽车碰撞试验数据采集系统的流程示意图

对汽车碰撞试验数据采集系统的基本要求可以归纳为以下几点：

第一，数据的高准确性要求；

第二，系统的高可靠性要求

第三，设备良好的易用性要求

以上三点也是数采设备不断发展的动力，更是国产设备努力的方向。

3.1关系到数据准确性的新特性

DAS记录数据的准确性一方面取决于设备本身的技术参数和功能，另一方面也与试验现场操作人员的很多因素相关。随着科技的发达，一些新的特性出现在了设备上，他们极大提高了数据的准确性。同时避免了人为造成的系统误差。

3.1.1自适应量程：DAS的通道量程CAC值即实际选用的量程，在数值上等于测量范围的上限，不能太小也不宜过大，以往我们都视具体情况并根据经验来选取。碰撞速度的不同、形式的不同、位置的不同，相应的数据输出范围差异也很大，可能达到5－10倍，故通道量程CAC不是恒定的。太小的CAC值会削去试验数据的某些峰值而导致数据丢失，太大的CAC值则会降低分辨率。车身传感器大多为加速度计，B柱处的加速度CAC值可取100－200g，A柱前方的车头部位的加速度CAC值则应取500－1000g。为了能更充分的适应试验需要，特别是一些全新的试验形式，无法预估测量范围，或者一些预料之外的情况会导致实测数值比预想的值偏差一两