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摘 要：在台车碰撞试验中，波形复现问题是台车试验能否顺利完成的重要条件之一，本文主要介绍钢筋阻尼式波形发生器的曲线复现方法和如何确定钢筋摆放位置及模式，以具体的实车碰撞试验波形复现为例进行研究，并通过积累总结出了不同台车试验复现波形所需的钢筋摆放位置及模式，能够大大地减少了试验调试次数，降低了试验成本，提高了工作效率，从而为台车试验能够顺利完成提供了有力保障。
关键词：台车碰撞试验；波形复现；钢筋摆放
中图分类号：U467.3 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）01-0057-06
1 引言
汽车碰撞试验一般有实车碰撞试验、台车碰撞试验和零部件台架试验三种试验形式。台车碰撞试验是一种在试验台架上模拟实车碰撞的试验，作为研究汽车被动安全性的重要手段，由于其具有与实车碰撞试验相似的特性，因此主要用来对车内乘员约束系统进行性能评价。台车碰撞试验提供了一个非破坏性的试验平台，是目前比较经济和有效的碰撞试验方法，相对于使用实车碰撞试验，台车碰撞试验的价值体现在它具有成本更低、试验结果更快等特点[1]。在台车碰撞试验中，碰撞缓冲吸能装置的目的是在利用试验台车进行碰撞试验时，模拟实车在碰撞过程中的车体变形情况，保证试验台车的碰撞减速度满足试验法规或某特定车型的碰撞加速度曲线要求[2]。目前，我检测中心动态模拟试验台车的碰撞缓冲吸能装置方式有两种，一种是聚氨酯吸能管吸能式；另一种是波形发生器钢筋阻尼式。本文主要针对波形发生器钢筋阻尼式的动态模拟试验台车，就碰撞曲线复现方法及应用进行研究，并总结出了不同台车试验复现波形所需的钢筋摆放位置及模式。
2 钢筋阻尼式波形发生器
钢筋阻尼式波形发生器主要通过在波形复现器中摆放的钢筋变形吸能，将具有一定速度的滑车停下来，并通过钢筋的长度、根数和摆放位置的不同，来复现复杂试验波形，如实车的减速度曲线，以实现用滑车试验代替实车试验，节约试验成本，并弥补了原设施采用的聚氨酯吸能管方式实现试验曲线单一的缺点。
钢筋阻尼式波形发生器的整体结构（如图1所示），该装置的主要结构有：上槽盖、下槽座，上槽盖和下槽座之间通过限位块连成框架，并通过螺栓紧固，在上槽盖和下槽座的两侧凹槽内分别装有移动架，在试验过程中移动架通过前挡销约束。另外，在上槽盖和下槽座及移动架的孔内依试验需求摆放若干销柱。在设备的尾部，装有张紧系统，在试验中，起动张紧系统，使左右两侧张紧液压缸同时动作，拖动移动架后移，给钢筋变形。对于整个设备，通过安装支架与碰撞壁相连。
3 钢筋阻尼式波形发生器波形复现
以某车型实车碰撞上左B柱位置采集的加速度波形为目标，在动态模拟试验台车上进行波形曲线复现为例，介绍确定钢筋摆放位置及模式的方法。
首先把左B柱采集的加速度数据通过EVA或HyperView软件调入得到加速度-时间曲线图a，然后把曲线进行依次积分分别得到速度-时间曲线图b、位移-时间曲线图c；再以图c的位移为横坐标，以图a的加速度为纵坐标建立加速度-位移曲线图d。其中加速度-位移图d中，横座标位移用0-700 mm表示，且每格为35，正好是波形发生器装置一排钢筋的间距。
可根据图4中主要峰值位置确定当前钢筋根数（抖动波峰不考虑），根据谷值确定钢筋长度（抖动波谷不考虑）。摆放钢筋长度可依据下式计算L=300 ax；其中a为修正系数；x为冲击后钢筋变形长度（要考虑双侧缩进量和钢筋的延伸率）经验取值a=1.8。确定最大峰值对应的钢筋根数所摆位置时，考虑到钢筋达到最大阻尼效果时有3排的行程，所以摆放位置要在最大峰值位置上向前提3到4排。
如图4所示，第一个峰值出现在第三排位置，近似为16，确定初始位置钢筋为16根，因每排最多只能摆10根钢筋，可从第1排起分两排来摆；第一个谷值出现在第140 mm处，谷值近似为8，说明到达此处时有8根钢筋已脱离，可以让第1排钢筋全脱离（8根）；则第1排钢筋的长度为：
L=300 1.8×140≈550 mm（参考800 mm的钢筋在250处脱离，不考虑延伸率），同时可以设第二排钢筋的长度为1 800 mm（8根），即确保不脱离即可。第二个峰值出现在第八排位置，钢筋根数为20根（累计此处共20根），则可确定第四排或第五排位置钢筋根数为12根；第二个谷值出现在第315mm处，谷值近似为14，说明到达此处时有6根钢筋已脱离，所以可以让第四排钢筋全脱离（6根），则第四排钢筋的长度为L=300 1.8（315-140）≈620，同时可以设第五排钢筋的长度为1 500 mm（6根），即确保不脱离即可。第三个峰值出现在第16排位置，累积峰值为37根，需增加23根钢筋，可以从第9排位置摆钢筋，因每排最多只能摆10根钢筋，第9排摆7根钢筋，第10排摆6根钢筋，第13排摆10根钢筋，长度为1 500 mm，即也确保不脱离即可。故根据以上的分析得出最终钢筋摆放位置及模式如表1所示。
至于复现的波形是否理想，要根据实车碰撞波形复现精度是否满足ECE R94[3]附件7的规定来断定，即如果由台车加速度曲线积分获得的“速度相对时间的变化”曲线能在法规上限和下限区域之间，则表示复现的波形比较理想；反之不理想，须重新复现。
钢筋摆好后，我们进行台车试验，最后得到的台车上的曲线如下图5所示，由台车加速度曲线积分获得的“速度相对时间的变化”曲线能够满足ECE R94 附件7的规定，如下图6所示，即表明此次的波形复现很理想。
4 钢筋阻尼式波形发生器曲线调试
根据上面讲述的波形复现方法，针对这批钢筋，通过多次试验调试，可以积累整理出以下常规试验的波形发生器钢筋摆放位置及模式。目前，钢筋式波形发生器相对应的模拟试验滑车的车身质量为990 kg，前面的短冲击头质量为56 kg，此滑车的车轮间的距离为1 530 mm。 4.1 汽车座椅行李箱冲击试验[4]
某车型的汽车座椅行李箱冲击试验，台车质量（990 56=1 046 kg）、车身质量（285 kg）及两个样品块的质量（36 kg），其台车的总质量是1 367 kg；拉伸距离L=12.3 m，其钢筋摆放位置及模式，如表2所示，试验照片及曲线如图7所示。
4.2 汽车门锁纵向冲击动态试验[5]
某车型的汽车门锁纵向冲击动态试验，台车总质量是1 309 kg，拉伸距离L=11 m，其钢筋摆放位置及模式，如表3所示，试验照片及曲线如图8所示。
4.3 汽车座椅前向冲击动态试验[4]
某车型的汽车座椅前向冲击动态试验，台车总质量是2 422 kg，拉伸距离L=10 m，其钢筋摆放位置及模式如表4所示。
5 波形发生器的应用
（1）满足了自主品牌轿车改进项目需求。当前自主品牌轿车开发项目需要模拟实车碰撞试验曲线进行模拟碰撞试验，以减少实车碰撞数量，节省开发费用。这种模拟台车试验的试验项目包括有气囊匹配动态试验、座椅动态试验、带限力器和预紧器的安全带动态试验、约束系统的匹配试验等。
（2）完善了门锁动态试验的能力。门锁动态试验条件的能量远大于安全带动态试验，对于采用聚氨酯吸能管进行吸能的方式，200 kg左右的白车身还能够实现30 g持续30 ms的门锁动态试验曲线，对于较重的白车身（200 kg以上），实现不了门锁动态试验曲线。我们大部分承接的白车身是大于200 kg，采用钢筋波形发生器，能够完善该项目试验能力。
（3）能够满足非国标的委托试验要求。近些年，一些座椅、安全带、气囊厂家提出按企业标准要求的试验曲线或按实车碰撞曲线进行，比如高G值（大于35 g）、宽脉宽（大于90 ms），因为不能完成，一些丢失了一些试验客户，采用钢筋波形发生器，能够解决上述问题。
（4）能够满足新标准GB11552内凸标准（该项目是强制性标准）的试验要求[6]。目前商检试验已经按新标准在进行，丰田、本田等企业提供的白车身大多数在600 kg以上，现有设备无法实施试验要求的ECE R16试验曲线或实车碰撞波形，采用钢筋波形发生器，能够解决上述问题。
6 结论
通过钢筋式波形发生器和相对应的模拟台车的应用，扩展了我们的滑车动态模拟试验能力，同时能够保证波形发生器试验方式与原聚氨酯吸能管试验方式两者并存；钢筋阻尼式波形发生器不仅造价低、维护费用少，而且使用过程中复现精度高，重复性好，能够满足台车碰撞模拟试验要求。
参考文献：
[1]覃祯员，王欣，颜长征，胡俊宇.台车碰撞试验波形模拟的仿真研究及试验应用[C].2012重庆汽车工程学会年会论文集，2012年.
[2]曹立波，钟志华，白中浩，刘克进.台车碰撞试验用机械缓冲吸能装置研究[J].汽车工程，2002年03期.
[3]ECE R94 《UNIFORM PROVISIONS CONCERNING THE APPROVAL OF VEHICLES WITH REGARD TO THE PROTECTION OF THE OCCUPANTS IN THE EVENT OF A FRONTAL COLLISION》[S].
[4]GB15083-2006《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》[S].
[5]GB15086-2006《汽车门锁及车门保持件的性能要求和试验方法》[S].
[6]GB 11552-2009 《乘用车内部凸出物》[S].
关键词：台车碰撞试验；波形复现；钢筋摆放
中图分类号：U467.3 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）01-0057-06
1 引言
汽车碰撞试验一般有实车碰撞试验、台车碰撞试验和零部件台架试验三种试验形式。台车碰撞试验是一种在试验台架上模拟实车碰撞的试验，作为研究汽车被动安全性的重要手段，由于其具有与实车碰撞试验相似的特性，因此主要用来对车内乘员约束系统进行性能评价。台车碰撞试验提供了一个非破坏性的试验平台，是目前比较经济和有效的碰撞试验方法，相对于使用实车碰撞试验，台车碰撞试验的价值体现在它具有成本更低、试验结果更快等特点[1]。在台车碰撞试验中，碰撞缓冲吸能装置的目的是在利用试验台车进行碰撞试验时，模拟实车在碰撞过程中的车体变形情况，保证试验台车的碰撞减速度满足试验法规或某特定车型的碰撞加速度曲线要求[2]。目前，我检测中心动态模拟试验台车的碰撞缓冲吸能装置方式有两种，一种是聚氨酯吸能管吸能式；另一种是波形发生器钢筋阻尼式。本文主要针对波形发生器钢筋阻尼式的动态模拟试验台车，就碰撞曲线复现方法及应用进行研究，并总结出了不同台车试验复现波形所需的钢筋摆放位置及模式。
2 钢筋阻尼式波形发生器
钢筋阻尼式波形发生器主要通过在波形复现器中摆放的钢筋变形吸能，将具有一定速度的滑车停下来，并通过钢筋的长度、根数和摆放位置的不同，来复现复杂试验波形，如实车的减速度曲线，以实现用滑车试验代替实车试验，节约试验成本，并弥补了原设施采用的聚氨酯吸能管方式实现试验曲线单一的缺点。
钢筋阻尼式波形发生器的整体结构（如图1所示），该装置的主要结构有：上槽盖、下槽座，上槽盖和下槽座之间通过限位块连成框架，并通过螺栓紧固，在上槽盖和下槽座的两侧凹槽内分别装有移动架，在试验过程中移动架通过前挡销约束。另外，在上槽盖和下槽座及移动架的孔内依试验需求摆放若干销柱。在设备的尾部，装有张紧系统，在试验中，起动张紧系统，使左右两侧张紧液压缸同时动作，拖动移动架后移，给钢筋变形。对于整个设备，通过安装支架与碰撞壁相连。
3 钢筋阻尼式波形发生器波形复现
以某车型实车碰撞上左B柱位置采集的加速度波形为目标，在动态模拟试验台车上进行波形曲线复现为例，介绍确定钢筋摆放位置及模式的方法。
首先把左B柱采集的加速度数据通过EVA或HyperView软件调入得到加速度-时间曲线图a，然后把曲线进行依次积分分别得到速度-时间曲线图b、位移-时间曲线图c；再以图c的位移为横坐标，以图a的加速度为纵坐标建立加速度-位移曲线图d。其中加速度-位移图d中，横座标位移用0-700 mm表示，且每格为35，正好是波形发生器装置一排钢筋的间距。
可根据图4中主要峰值位置确定当前钢筋根数（抖动波峰不考虑），根据谷值确定钢筋长度（抖动波谷不考虑）。摆放钢筋长度可依据下式计算L=300 ax；其中a为修正系数；x为冲击后钢筋变形长度（要考虑双侧缩进量和钢筋的延伸率）经验取值a=1.8。确定最大峰值对应的钢筋根数所摆位置时，考虑到钢筋达到最大阻尼效果时有3排的行程，所以摆放位置要在最大峰值位置上向前提3到4排。
如图4所示，第一个峰值出现在第三排位置，近似为16，确定初始位置钢筋为16根，因每排最多只能摆10根钢筋，可从第1排起分两排来摆；第一个谷值出现在第140 mm处，谷值近似为8，说明到达此处时有8根钢筋已脱离，可以让第1排钢筋全脱离（8根）；则第1排钢筋的长度为：
L=300 1.8×140≈550 mm（参考800 mm的钢筋在250处脱离，不考虑延伸率），同时可以设第二排钢筋的长度为1 800 mm（8根），即确保不脱离即可。第二个峰值出现在第八排位置，钢筋根数为20根（累计此处共20根），则可确定第四排或第五排位置钢筋根数为12根；第二个谷值出现在第315mm处，谷值近似为14，说明到达此处时有6根钢筋已脱离，所以可以让第四排钢筋全脱离（6根），则第四排钢筋的长度为L=300 1.8（315-140）≈620，同时可以设第五排钢筋的长度为1 500 mm（6根），即确保不脱离即可。第三个峰值出现在第16排位置，累积峰值为37根，需增加23根钢筋，可以从第9排位置摆钢筋，因每排最多只能摆10根钢筋，第9排摆7根钢筋，第10排摆6根钢筋，第13排摆10根钢筋，长度为1 500 mm，即也确保不脱离即可。故根据以上的分析得出最终钢筋摆放位置及模式如表1所示。
至于复现的波形是否理想，要根据实车碰撞波形复现精度是否满足ECE R94[3]附件7的规定来断定，即如果由台车加速度曲线积分获得的“速度相对时间的变化”曲线能在法规上限和下限区域之间，则表示复现的波形比较理想；反之不理想，须重新复现。
钢筋摆好后，我们进行台车试验，最后得到的台车上的曲线如下图5所示，由台车加速度曲线积分获得的“速度相对时间的变化”曲线能够满足ECE R94 附件7的规定，如下图6所示，即表明此次的波形复现很理想。
4 钢筋阻尼式波形发生器曲线调试
根据上面讲述的波形复现方法，针对这批钢筋，通过多次试验调试，可以积累整理出以下常规试验的波形发生器钢筋摆放位置及模式。目前，钢筋式波形发生器相对应的模拟试验滑车的车身质量为990 kg，前面的短冲击头质量为56 kg，此滑车的车轮间的距离为1 530 mm。 4.1 汽车座椅行李箱冲击试验[4]
某车型的汽车座椅行李箱冲击试验，台车质量（990 56=1 046 kg）、车身质量（285 kg）及两个样品块的质量（36 kg），其台车的总质量是1 367 kg；拉伸距离L=12.3 m，其钢筋摆放位置及模式，如表2所示，试验照片及曲线如图7所示。
4.2 汽车门锁纵向冲击动态试验[5]
某车型的汽车门锁纵向冲击动态试验，台车总质量是1 309 kg，拉伸距离L=11 m，其钢筋摆放位置及模式，如表3所示，试验照片及曲线如图8所示。
4.3 汽车座椅前向冲击动态试验[4]
某车型的汽车座椅前向冲击动态试验，台车总质量是2 422 kg，拉伸距离L=10 m，其钢筋摆放位置及模式如表4所示。
5 波形发生器的应用
（1）满足了自主品牌轿车改进项目需求。当前自主品牌轿车开发项目需要模拟实车碰撞试验曲线进行模拟碰撞试验，以减少实车碰撞数量，节省开发费用。这种模拟台车试验的试验项目包括有气囊匹配动态试验、座椅动态试验、带限力器和预紧器的安全带动态试验、约束系统的匹配试验等。
（2）完善了门锁动态试验的能力。门锁动态试验条件的能量远大于安全带动态试验，对于采用聚氨酯吸能管进行吸能的方式，200 kg左右的白车身还能够实现30 g持续30 ms的门锁动态试验曲线，对于较重的白车身（200 kg以上），实现不了门锁动态试验曲线。我们大部分承接的白车身是大于200 kg，采用钢筋波形发生器，能够完善该项目试验能力。
（3）能够满足非国标的委托试验要求。近些年，一些座椅、安全带、气囊厂家提出按企业标准要求的试验曲线或按实车碰撞曲线进行，比如高G值（大于35 g）、宽脉宽（大于90 ms），因为不能完成，一些丢失了一些试验客户，采用钢筋波形发生器，能够解决上述问题。
（4）能够满足新标准GB11552内凸标准（该项目是强制性标准）的试验要求[6]。目前商检试验已经按新标准在进行，丰田、本田等企业提供的白车身大多数在600 kg以上，现有设备无法实施试验要求的ECE R16试验曲线或实车碰撞波形，采用钢筋波形发生器，能够解决上述问题。
6 结论
通过钢筋式波形发生器和相对应的模拟台车的应用，扩展了我们的滑车动态模拟试验能力，同时能够保证波形发生器试验方式与原聚氨酯吸能管试验方式两者并存；钢筋阻尼式波形发生器不仅造价低、维护费用少，而且使用过程中复现精度高，重复性好，能够满足台车碰撞模拟试验要求。
参考文献：
[1]覃祯员，王欣，颜长征，胡俊宇.台车碰撞试验波形模拟的仿真研究及试验应用[C].2012重庆汽车工程学会年会论文集，2012年.
[2]曹立波，钟志华，白中浩，刘克进.台车碰撞试验用机械缓冲吸能装置研究[J].汽车工程，2002年03期.
[3]ECE R94 《UNIFORM PROVISIONS CONCERNING THE APPROVAL OF VEHICLES WITH REGARD TO THE PROTECTION OF THE OCCUPANTS IN THE EVENT OF A FRONTAL COLLISION》[S].
[4]GB15083-2006《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》[S].
[5]GB15086-2006《汽车门锁及车门保持件的性能要求和试验方法》[S].
[6]GB 11552-2009 《乘用车内部凸出物》[S].