采用试验手段优化安全气囊噪声冲击特性

miaorenfeng

图1  安全带和完全膨胀的前部气囊在有效保护驾驶者和乘坐者的安全方面发挥着至关重要的作用



Autoliv公司的目标是引入突破性的安全创新方法，扩充其专门的安全设备，不断提高对乘车者的保护能力。为评价安全气囊和安全带系统的性能，并减小其产生的噪声，Autoliv公司使用LMS试验系统来测量噪声级，噪声级通常是在碰撞仿真试验中试验模型将面临的。LMS试验系统还将用于评价单独的安全产品，如安全带、座椅架和驾驶杆装置。LMS Test.Lab最大限度地保证了测量的可靠性，并大大缩短了试验所需时间。
最大限度地保护乘车者的安全

Autoliv公司在汽车安全方面最新的产品包括抗鞭打座椅、保护胸部防止侧撞击的安全气囊及防止侧面撞击保护头部的膨胀帘。目前，在倾翻保护、夜视和步行保护系统的开发方面，Autoliv公司走在了前列。

在碰撞事故发生过程中，通常会有一系列事先设定的措施来保护乘车者。Autoliv公司在瑞典的试验室经理Thomas Norberg对碰撞发生时的情形这样描述道：“微小的载荷信号都会启动安全带收紧装置，它可以收紧安全带并尽早固定住乘车者。在此步骤后，载荷限制器可以确定乘车者胸部承受的载荷不会变得太大。这样，此时完全膨胀的前部气囊就可以更平均地吸收过多的能量。”气囊的主要作用是防止头部和胸部撞击到车内前部的坚硬表面，如方向盘、仪表板和挡风玻璃。安全带和气囊可以在前部碰撞时大大减少乘坐者受重伤和死亡的风险（见图1）。为避免驾驶员和乘坐者在侧面撞击的事故中受伤，Autoliv公司还推出了集成在车辆内部的针对头部、骨盆和胸部的专门气囊。

努力减小无法忍受的安全气囊膨胀噪声

作为开发新安全产品的一部分，Autoliv公司投资进行研究和开发减小信号启动机制产生的噪声，一定要减小这种爆发噪声级，因为它可能会增加听力损伤的风险。除了声压级以外，人的耳朵对安全设备启动的时间次序也非常敏感。通常，例如来自安全带信号收紧装置的声音会激发乘坐者耳朵的Stapidus反射。耳朵的反射是自我保护的反应，这种反应会在大约10ms之后暂时阻碍听觉功能。这就意味着在此阶段内，乘车者可能会听到更少的气囊碰撞噪声。


图2  Autoliv在车内进行噪声测量时所使用的人模型：在人模型的耳朵里放置麦克风，用来捕捉和传输噪声
Autoliv公司的工程师们使用专门的声学试验设备，在车内进行噪声测量（见图2）。车辆配有一系列完全集成的安全带和气囊，还放置有多达5个的碰撞试验所用的人模型。专门的激发单元精确地控制预先设定的激发程序，来启动安全带收紧装置和气囊膨胀。这些人模型的耳朵里面都放置了麦克风，可以捕捉到不断触发启动机制所产生的噪声，同时将捕捉到的噪声传输到LMS SCADAS Ⅲ数采前端。工程师使用LMS Test.Lab和LMS CADA-X试验软件，对与触发单元之间的交流进行管理，并对所需的数据进行处理。这些试验的完整顺序常常用专门的摄像机拍摄下来。

Thomas Norberg解释道，记录下来的噪声时间信号构成了进行专门频率分析的基础，这样可以知道最大振幅和产生频率的最主要的部件。“这些研究的主要目的就是检验不同类型膨胀材料的噪声性能，并在开发后期将气囊启动设计的机制调整到最佳状态。工程师们开发出专门的算法将每个麦克风所需的试验数据转换成为单一数值，这个数值能够真实地反映出听觉损伤的风险。使用这种算法可以提高噪声测量评价流程的效率和一致性，它能够快速解释新设计修改方案的噪声性能，并将其与先前的结果进行比较。”

消除安全设备噪声

在Autoliv公司噪声试验室中，工程师们还关注如何消除其他相关安全设备在正常工作过程中产生的噪声，这些设备包括安全带和座椅架，即便是这些系统产生的最细微的噪声也会影响到驾驶员和乘坐者的舒适性。为了减少噪声干扰，工程师们在对专门的安全设备进行环境噪声测量。例如当单向激振器系统机械地激发了新开发的安全带装置或者激发集成气囊的折叠驾驶杆，就要测量并分析得到的噪声。这些环境试验都非常残酷，因为激振器系统能够激励具有高达60g加速度的0.5t的重量；另外，现场环境温度的变化是在-50℃～110℃。这些试验的目的是进行安全系统标定试验，并且进一步开展研发创新活动。工程师们将对其应用到待测产品的振动进行编辑，此过程是基于在道路和试验台的被测车辆研究过程中，在同样或相似的安全设备上进行的加速计测量。他们使用LMS Test.Lab进行随机功率谱密度（PSD）计算，准确地将所需振动测量转换为具有代表性的有效的激振器工作台控制谱（见图3）。为了进一步提高试验能力和其噪声试验设备的周转能力，Autoliv公司用LMS Test.Lab扩展其现有的LMS CADA-X安装系统。


图3  在LMS Test.Lab中，工程师准确地将所需振动测量转换为具有代表性的有效的激振器工作台控制谱

在谈到扩展系统对试验工作产生的帮助时，Thomas Norberg总结道：“多年以来，我们都使用LMS试验系统来满足我们特殊的试验需要。通过使用LMS Test.Lab，大大缩短了试验所需的时间。工作效率的提高主要是因为软件高度的灵活性和效率标准帮助加速试验设置以及后处理阶段。LMS Test.Lab以流程为主的应用工作簿还加速了重复性标定试验工作，大大提高了相关数据的一致性。Autoliv公司的工程师们将数据采集的高度准确性、用户计算的灵活性和外部交流的可靠性作为核心，进一步加速试验效率，加强其工作，实现最佳的乘车者保护。”