梁亞飛，邱起起

（河南凱瑞車輛檢測(cè)認(rèn)證中心有限公司，河南焦作，454950）

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要性分析

汽車碰撞試驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)是多方面的，其中包括車身加速度信號(hào)、車身變形量、碰撞后車門開啟狀況和以及燃油量。除此之外，還要考慮假人體內(nèi)各部分的加速度沖擊值，所受力和力矩大小以及擠壓變形位移等指標(biāo)。其中通過電測(cè)量數(shù)采系統(tǒng)的采集處理的假人體內(nèi)傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)是占很大一部分，最終試驗(yàn)人員將原始數(shù)據(jù)結(jié)果通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并計(jì)算假人傷害值及其評(píng)價(jià)指標(biāo)。在較為復(fù)雜的試驗(yàn)中，需要測(cè)量的物理量較多，導(dǎo)致數(shù)采通道總數(shù)量達(dá)200多個(gè)，包括車身加速度、數(shù)字量開關(guān)、力和力矩、位移、電壓、電流等類型，由此可以看出，在汽車碰撞試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)揮著無可替代的作用。

2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的特性

我們可以通過碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)車輛被動(dòng)安全性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，數(shù)采分析系統(tǒng)把從車身和假人內(nèi)部的傳感器得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最終經(jīng)過軟件處理得到各種碰撞曲線和傷害值指標(biāo)[1]。通過直觀、量化形式把試驗(yàn)結(jié)果表示出來，更容易執(zhí)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和對(duì)車輛被動(dòng)安全性能進(jìn)行更準(zhǔn)確的評(píng)估。

目前在實(shí)際汽車碰撞試驗(yàn)中使用最多的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有德國(guó)KT公司MINIDAU,美國(guó)的DTS,瑞士奇士樂的KIDAU。

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震耐沖擊性要求

在汽車碰撞試驗(yàn)中，通常是我們用牽引系統(tǒng)軟件設(shè)置好一定的速度、牽引質(zhì)量等參數(shù)并通過電機(jī)控制牽引小車來拉動(dòng)汽車或壁障車行駛。一般牽引小車的速度較高，而且容易產(chǎn)生巨大的沖擊力和破壞力。因此，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗震和耐沖擊性有著極高的要求，一般要求在X/Y/Z三個(gè)方向上能夠承受1000次強(qiáng)度為10ms的沖擊。這也是區(qū)別于其他數(shù)采設(shè)備的重要特征。另外，數(shù)據(jù)采集設(shè)備也要有強(qiáng)大的的內(nèi)部電池充放電功能，在斷電后要能保證至少30分鐘的操作時(shí)間。記憶存儲(chǔ)功能，一般來說，數(shù)據(jù)一經(jīng)采集只要不執(zhí)行“清除內(nèi)存功能”數(shù)據(jù)會(huì)一直保存。就像我們用照相機(jī)拍攝的照片，只要我們不刪除就會(huì)一直保存。

2.2 電氣性能

AD轉(zhuǎn)換器分辨率不低于16bit，能夠采集來自應(yīng)變式和壓阻式傳感器，電流傳感器和電壓傳感器信號(hào)[2]。每個(gè)通道都有獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，要確保所有通道同時(shí)開始記錄，同時(shí)結(jié)束不能出現(xiàn)有延時(shí)的情況。現(xiàn)在用于汽車碰撞試驗(yàn)的數(shù)采設(shè)備輸入的模擬量信號(hào)的主要是電壓信號(hào)，能夠進(jìn)行adjust,offset調(diào)零和shunt檢查,支持DALLAS傳感器ID識(shí)別。此外，以KIDAU為例，除32個(gè)模擬量通道外，還有數(shù)字量開關(guān)16個(gè)通道。

2.3 記錄方式

現(xiàn)在廣泛使用的數(shù)采系統(tǒng)，首先要設(shè)置好采樣頻率，采樣頻率通常為10KHz或20KHz，記錄時(shí)間范圍觸發(fā)前5秒，觸發(fā)后95秒。符合試驗(yàn)的需求。通常，采樣頻率最小為10KHz。有特殊要求的可以設(shè)置為20KHz。

2.4 通道量程設(shè)置（幅值等級(jí)CAC）

通道量程CAC值就是實(shí)際試驗(yàn)中所選用的量程，量程的數(shù)值等于測(cè)量范圍的最大值，我們?cè)谶x取時(shí)要結(jié)合實(shí)際情況并參考以往的經(jīng)驗(yàn)來選擇。若選取CAC值太小，則會(huì)削去試驗(yàn)數(shù)據(jù)的某些峰值而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)“平峰”，進(jìn)而影響后期分析[3]。例如，一般加速度傳感器CAC選用2000g,電壓傳感器CAC選用30V等。

2.5 通道數(shù)字濾波頻率等級(jí)

CFC值表示通道的數(shù)字濾波頻率等級(jí)，我們對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字濾波。一般地，濾波等級(jí)為CFC60,CFC180,CFC600等。

2.6 傳感器插頭固定方式

傳感器插頭通常采用7芯LEMO自鎖式插頭，能夠采集來自應(yīng)變傳感器、壓阻傳感器和電壓測(cè)量器的信號(hào)，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。在碰撞試驗(yàn)過程中，由于碰撞瞬間會(huì)產(chǎn)生巨大的撞擊力，導(dǎo)致車身上各種傳感器和假人的線束會(huì)受到不同程度的損傷。如果固定不當(dāng)，則會(huì)造成線束折斷、插頭受損甚至信號(hào)丟失。通常，為了滿足所需的通道數(shù)目的要求，可以將同一型號(hào)的多個(gè)數(shù)采串聯(lián)起來使用（如圖1所示）。

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.7 觸發(fā)方式

數(shù)據(jù)采集工作成功的關(guān)鍵就在于，要能產(chǎn)生正確的觸發(fā)信號(hào)“即有觸發(fā)信號(hào)才能有數(shù)據(jù)”。由于汽車碰撞試驗(yàn)是對(duì)真實(shí)車輛的碰撞，成本較高，因此要求一次成功，不能出現(xiàn)任何差錯(cuò)。觸發(fā)方式從形式上，可分為單、雙觸發(fā)模式。單觸發(fā)模式，指在車輛前方布置帶狀開關(guān)，當(dāng)碰撞的一瞬間產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，開始記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)粘貼在車身上的觸發(fā)開關(guān)會(huì)因受到擠壓變形而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，或者通過軟件設(shè)置一定的閾值如果某一通道的數(shù)值超過了所設(shè)定的值就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，無需手動(dòng)觸發(fā)。雙觸發(fā)模式也叫記錄模式，需要兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)：第一個(gè)觸發(fā)信號(hào)數(shù)采設(shè)備開始記錄，SR燈會(huì)亮。第二個(gè)觸發(fā)信號(hào)用于顯示碰撞的t0時(shí)刻?，F(xiàn)在數(shù)采記錄時(shí)間超過5分鐘，而車輛從起步加速到碰撞所用時(shí)間不超過50秒。雙觸發(fā)模式以記錄時(shí)間長(zhǎng)，記憶儲(chǔ)存量大等優(yōu)點(diǎn)。被大多數(shù)汽車測(cè)試機(jī)構(gòu)所采用。

2.8 波形的實(shí)時(shí)顯示

在試驗(yàn)前要確保各個(gè)傳感器波形正常，需要進(jìn)行Adjust，offset調(diào)零[4]。試驗(yàn)人員可通過電腦端軟件在online中選擇實(shí)時(shí)查看波形，檢查是否出現(xiàn)“雜波”和信號(hào)異常的情況?？赏瑫r(shí)選擇一到三個(gè)，也可選中任意要觀看的通道。

2.9 試驗(yàn)后數(shù)據(jù)的處理

EVAluation是為汽車安全測(cè)試的數(shù)據(jù)分析而開發(fā)的。用于評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式符合ISO 13499“碰撞測(cè)試的數(shù)據(jù)交換格式”[5]。此數(shù)據(jù)格式為也稱為ISO MME（多媒體交換）格式，并定義了統(tǒng)一的車輛碰撞測(cè)試中生成的整個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)描述。從KIDAU下載的數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)分析軟件EVA，選擇MME文件，并輸入駕駛員位置、廠家等碰撞信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。也可以將濾波后試驗(yàn)數(shù)據(jù)以圖片的形式輸出，并生成傷害值分析報(bào)告，方便后期研究。

3 發(fā)展趨勢(shì)展望

3.1 數(shù)采和計(jì)算機(jī)無線通信技術(shù)

在不久的將來，隨著網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方面的廣泛使用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用將更加方便快捷智能。

3.2 數(shù)采—假人一體化（In-Dummy技術(shù)）

在復(fù)雜的試驗(yàn)中，假人和各種傳感器的通道很多，占據(jù)了大量數(shù)采通道，給拔插帶來了一定困難，假人線束也增加了走線的麻煩程度。而最新的In-Dummy技術(shù)將改善這一狀況，其將多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備集成于一體安裝在假人體內(nèi)，外端通過一根控制總線連接。數(shù)采設(shè)備通過與Hub連接，并由數(shù)字接口與計(jì)算機(jī)通信。如奇石樂生產(chǎn)的THOR假人（如圖2所示），是首套采用擬人測(cè)試裝置（ATD），它在Hybrid Ⅲ 50th假人的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化,采用了最先進(jìn)的碰撞測(cè)試用假人（包括集成傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在內(nèi)的一套完整測(cè)量鏈）。為了提高測(cè)試過程的安全可靠性和準(zhǔn)確性，在進(jìn)行碰撞測(cè)試時(shí)，能夠盡可能流暢、方便、精確地進(jìn)行采集測(cè)量數(shù)據(jù)。通過內(nèi)置于假人體內(nèi)的DTI技術(shù)，模擬數(shù)據(jù)可在傳感器內(nèi)部直接數(shù)字化，并通過總線連接起來，直接傳輸?shù)郊捎诩偃思怪械臄?shù)據(jù)采集儀內(nèi)。車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)記錄車輛上所有傳感器數(shù)據(jù)，并通過一根電纜與假人系統(tǒng)連接，所有已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將傳輸至控制中心的主機(jī)中。這種方式可以確保測(cè)試結(jié)果可靠、測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量?jī)?yōu)良和最大程度的靈活性。

圖2 Thor假人

4 結(jié)論

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是汽車碰撞試驗(yàn)的重要組成環(huán)節(jié)，關(guān)乎試驗(yàn)的成敗。本文主要對(duì)在汽車碰撞試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集設(shè)備的特點(diǎn)以及數(shù)據(jù)處理的介紹，和對(duì)汽車車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的展望。對(duì)解決今后在碰撞試驗(yàn)中出現(xiàn)的具體問題具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。KIDAU數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和雙觸發(fā)模式有著更廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前已經(jīng)日趨成熟。