加速度传感器粘贴方式对车辆碰撞试验影响分析

刘晖 杨佳宙

摘 要：为了研究加速度传感器粘贴方式對车辆碰撞试验数据采集的影响，引入双面胶安装加速度传感器的粘贴方式，并运用ORM（Objective rating method）方法评价碰撞试验中加速度-时间历程曲线的一致性，通过台车模拟与整车碰撞试验验证使用双面胶安装传感器的可靠性与稳定性。试验结果表明：相较于传统的胶粘方式，采用双面胶安装加速度传感器获得的试验数据可靠性更高;在整车试验中根据工况、车身结构、传感器位置及不同安装方式特点，综合使用螺栓、双面胶与胶粘方式进行传感器布置安装。

关键词：车辆碰撞试验;加速度传感器;粘贴方式;一致性

中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：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

在整车开发过程的碰撞试验中，除法规要求的各类假人传感器采集数据之外，车身上会大量使用加速度传感器采集加速度信号数据[1，2]，并用于车辆安全开发中问题的分析以及CAE的仿真比对。

由于车身结构复杂，不同的碰撞工况中传感器在不同的位置采用的安装方式也不尽相同，常见的安装方式有螺接或焊接于车身、胶水粘贴于车身两种方式[3]。采用螺栓或焊接的方式连接传感器，数据可靠并且稳定，但对于大量的车身传感器布置来说，螺栓或焊接操作上复杂、效率低、成本高，故仅在部分开发中认为比较关键的部位使用;胶水粘贴的连接方式，在数据较为可靠，操作简便，故车身上大部分都使用这种连接方式进行数据采集，但该方式也存在一定的弊端，例如每次胶水用量无法固定，胶水固化过程中可能产生气泡造成粘贴不均匀，这些均可能造成传感器数据采集的部分失真，尤其在在受力大、变形大的位置时会出现一定的偏差[4，5]。

基于以上考虑，本文引入双面胶粘贴传感器的方式，运用ORM方法，在台车模拟试验中评价粘胶与双面胶采集传感器数据的一致性，在整车试验中验证双面胶粘贴方式的可靠性和稳定性。

1 评价方法与试验矩阵

1.1 一致性评价方法

本文采用ORM方法从其加速度-时间历程曲线峰值、曲线形状以及积分曲线峰值、积分曲线形状四个维度评价两条加速度曲线的一致性[6，7]，采样时长为-100～200ms，不同曲线峰值与曲线形状的一致性计算方式如式（1）与（2）所示。一致性参数R值的评价标准如表1所示。

其中：RPeak为曲线峰值一致性参数，Rcurve_shape为曲线形状一致性参数，curve1（t）为传感器1加速度曲线，curve2（t）为传感器2加速度曲线。

1.2 台车模拟试验

选择三种波形进行台车模拟试验，三种工况分别为：正面50km/h碰撞、正面偏置64km/h碰撞与追尾碰撞波形（分别用T1，T2与T3表示）。在台车前端的相邻位置分别用胶粘与双面胶的方式安装加速度传感器。加速度传感器、粘接剂与双面胶型号如表2所示，现场传感器粘贴位置如图1所示，传感器对应编号与粘贴方式如表3所示。

1.3 整车碰撞试验

在侧撞和追尾碰撞的整车试验中（用V1，V2表示）分别以不同方式、不同位置粘贴加速度传感器，传感器布置照片如图2（a）、（b）所示，粘贴于B柱内钣金腰线前与后横梁中部，详细信息如表4所示。

2 试验结果及分析

2.1 台车模拟试验结果分析

三种台车工况下用两种粘贴传感器方式获得的加速度波形如图3（a）（c）所示，由公式（1）与（2）获得加速度曲线及积分曲线一致性对比，如表5所示。

（a）台车正面50km/h碰撞试验加速度曲线对比

（b）台车正面偏置64km/h碰撞试验加速度曲线对比

（c）台车追尾碰撞试验加速度曲线对比

本次比对中，相比较的两个传感器位置接近、型号相同，故认为传感器的粘贴方式为其产生数据偏差的最大因素。结果表明，双面胶与胶水粘贴的加速度曲线与积分曲线的一致性参数均大于0.94，一致性较高。

2.2 整车碰撞试验结果分析

在整车碰撞中，车身上一些重要位置会布置两个或以上加速度传感器采集信号，以防出现某个信号未采集到或采集异常情况发生，并且传感器均采用相同的连接方式进行连接。本文在整车碰撞试验中分别取多次侧碰、追尾工况中的两个传感器进行一致性比较，取其平均值，采用胶粘加速度传感器方式获得的加速度一致性如表6所示：

由表6可知：当采用胶粘传感器方式获得的加速度曲线时，不同工况下相同位置加速度传感器采集到的数据一致性存在较大差异。

（a）整车侧面碰撞试验加速度曲线对比

（b）整车追尾碰撞试验加速度曲线对比

当在相近位置以不同粘贴方式采集数据时，可认为越接近与车身刚性连接的方式数据越可靠[5]，即螺栓或焊接方式连接传感器，本文在同次整车碰撞试验中使用螺栓连接、双面胶与胶粘连接进行一致性比较（F3/F2/F1）。当相近位置相同粘贴方式采集传感器数据时，一致性越好，则数据越稳定，同时使用相同粘贴方式进行比较（F4/F5）。两种整车碰撞工况下使用三种安装传感器方式获得的加速度波形如图4（a）与（b）所示，由公式（1）与（2）获得加速度曲线一致性对比，如表7所示。

由上表可知，双面胶粘贴与螺栓连接方式的一致性优于胶水粘贴与螺栓连接的一致性（F2/F3良好，F1/F3较差）;同次试验中相同位置均使用双面胶粘贴采集的数据一致性表现优秀（F4/F5），结果优于表6中整车碰撞相同位置胶水粘贴采集数据的一致性。

3 结论

文中引入双面胶连接方式布置车身传感器的方法，通过多次台车模拟试验验证双面胶采集与胶水采集数据具有较好的一致性，通过整车试验，验证在一些重要位置、受力变形大位置使用双面胶采集数据时，其可靠性和稳定性优于胶粘连接传感器方式。考虑到车辆准备过程中传感器布置操作的便利性、耗材使用的成本、试验准备的效率等等因素，建议在整车碰撞试验过程中结合具体的试验工况、车身结构、传感器布置位置等因素，综合使用螺栓、双面胶与胶粘方式进行传感器布置安装。

参考文献

[1] 王阳，孙振东.汽车实车碰撞试验方法探讨[J].汽车研究与开发， 2001（3）：32-34.

[2] 王步康，张金换，马春生，等.汽车碰撞数据采集系统特性分析[J]. 仪器仪表学报， 2005， 026（0z1）：146-147.

[3] 陈爽，孙浩，冯超，等.加速度传感器及其安装工艺对碰撞模拟试验结果的影响[J].汽车工程， 2012， 34（11）：1033-1038.

[4] 于雪莲.加速度传感器安装方式对灵敏度的影响[J].中國计量， 2017（2）：114-116.

[5] 郑星，黄海莹.加速度传感器安装方式的理论建模与响应分析[J]. 传感器与微系统， 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] 刘志新，杨运生，张晓龙，等.基于ORM方法的后碰台车试验重复性研究[C]//中国汽车安全技术国际学术会议暨中国汽车工程学会汽车安全技术年会. 2009.