התפקיד הבלתי ניתן להשגה של חיישנים מכניים בתאונת דרכים ובבטיחות

במשך עשרות שנים, חיישנים מכניים יצרו את עמוד השדרה של הנדסה לבטיחות הרכב, מתן נתוני גלם, נאמנות גבוהה הדרושים כדי להבין התנהגות כלי רכב במהלך השפעה. בעוד אלקטרוניקה דיגיטלית ומ-MS (Micro-Electro-Mechanical Systems) הפכו כלי רכב מודרניים, חיישנים מכניים מסורתיים נשארים בלתי ניתנים להחלפה במעבדות בדיקות התרסקות.

התפקיד הקריטי של חיישנים מכניים ב- Crash Testing

בדיקות התרסקות הן השיטה האמפירית הקפדנית ביותר להערכת שלמות מבנית של כלי רכב ובטיחות הדיירים. חיישנים מכניים פרוסים בכל הרכב, על דוממות מבחן תאונות (תקני מבחן אנתרופומיאופילרפי, או ATDs), ובתוך תיקון הניסוי כדי ללכוד כוחות, האצות, עיוותים, עיוותים ועקירות עם דיוק מיקרו-שני.

חיישנים אלה מייצרים נתונים שהמהנדסים משתמשים בהם:

  • אימות מודלים של אלמנטים סופיים (FEM) וסימולציות מחשב של דינמיקת התרסקות.
  • החדירה לתוך תא הדיירים והערכה של אזורי מחץ מבניים.
  • מדדי קריטריונים של פציעות כגון כאבי ראש (HIC), האצת חזה, עומסי העובר.
  • בדוק כי מערכות בטיחות (תיקים, כרובוטים, טרנטימונים) מתפרסות בתזמון הנכון ולחץ.
  • פגוש דרישות רגולטוריות שנקבעו על ידי סוכנויות כמו מנהל בטיחות התנועה הלאומית (NHTSA), יורו NCAP ו- Global NCAP.

ללא חיישנים מכניים, הבסיס הכמותי לסטנדרטים של בטיחות מודרנית לא יהיה אפשרי להשיג.

סוגים עיקריים של חיישנים מכניים ב- Crash Testing

חיישנים מכניים לבדיקת תאונות יכולים להיות מחולקים למספר קטגוריות, כל אחד מהם מיישם עקרונות פיזיים שונים למדידת פרמטרים ספציפיים.

Accelerometers

Accelerometers למדוד האצה ליניארית לאורך ציר אחד או יותר.בבדיקות התרסקות, הם רכובים על גוף הרכב, מסגרת רכבת, מנוע cradle, ועל הראש, החזה, ואגן של דוממות מבחן התרסקות.היסטורי, אגואלקטרי accelerometers - אשר מייצר שיעור מטען חשמלי להאצה - היו סטנדרטיים.

מפרטים מרכזיים עבור התנגשויות בדיקת מאיץ כוללים:

  • תגובה רחבה (Hz למספר kHz) כדי ללכוד הן תנועה מבנית נמוכה והן טבעת גבוהה.
  • יכולת מוגזמת גבוהה (בדרך כלל > 500 אחוזים של קנה מידה מלא).
  • שינוי שלב מינימלי לשילוב מדויק למהירות ועקירה.

תגית: Cells

תאי המטען מודדים כוח במתח או בדחיסה.בבדיקות התרסקות, הם משמשים לכוחות שיא המועברים דרך התכווט, עומסי עמודה ההגה, וכוחות על המבנים של אזור החצוצרה של הרכב. Multi-axis לטעון תאים (למשל, שישה מעלות של חופש) מוטבעים בדממים כדי למדוד רגעים משותפים, ובקומה של הרכב כדי למדוד עומס ברגלים.

תאי עומס מכניים בדרך כלל משתמשים במדדים מתוחים המחוברים לרכיב מתכת.כאשר העומס מוחל, האלמנט עיוותים, שינוי ההתנגדות של המדים. אותות אלה מותנים על ידי מגברים ורשומות על ידי מערכות רכישה במהירות גבוהה של נתונים (בדרך כלל 10,000 עד 100,000 דגימות לשנייה) הבנייה המכנית שלהם מבטיחה שהם יכולים לספוג אנרגיה משמעותית ללא כישלון, תכונה חיונית כאשר הערכת כיפוף מושבות או מעוגנת כלי רכב חשמליים.

סטרין גאגס

מדדי סטרין הם העורכים של ניתוח מתח ניסיוני.בבדיקות התרסקות, הם מחוברים ישירות לוחות גוף רכב, חזיונות, ורכיבי השעיה כדי למדוד עיוותים מקומיים.השינוי בהתנגדות חשמלית בשל מתח מכני מומר לאות מתח.מספר זנים מסודרים גשר חיטה מבטלת אפקטים טמפרטורה ומספק רגישות לכיוונים ספציפיים.

יישומים כוללים:

  • מיפוי חלוקת זנים ב B-pillar במהלך תופעות לוואי.
  • רגעים מורדים במבנה הגג במהלך בדיקות רולובר.
  • קביעת עיוות פלסטיק במסילות רכבת לטווח ארוך.

החלפת וחיישנים

בעוד מערכות לכידת תנועה אופטית הן נפוצות במעבדות התרסקות, עוברים מעבורות מכניות כגון משתנים לינאריים משתנים (LVDTs) ומטרים חזקים (מרחיבים אפשריים) מציעים דיוק גבוה וחסינות לעשן, פסולת, ושינויים תאורה.חיישנים אלה מודדים ישירות את התנועה היחסית בין שני נקודות - למשל, היגו מרחק עמודה, או הפער בין נהגי הברך מחזקים.

מדממים מכניים, אם כי פשוט יותר, משמשים גם בכמה יישומים נמוכים יותר של חשבונות שבו העלות היא דאגה.המגבלה העיקרית שלהם היא ללבוש ממגעים מסלקים, אבל בהקשר של מבחן התרסקות, הם מתאימים לחלוטין.

חיישן הלחץ

שקיות אוויריות בצד-אימפריאליות ומערכות וילונות מנופחות מסתמכות על חיישני לחץ כדי לזהות שינויים בלחץ מהיר בתוך חלל הדלת. חיישן הלחץ בהקשר זה הוא לעתים קרובות diaphragm מכני עם גשר מתוח-גאגן. כאשר הדלת מתפוגגת פנימה, נפח העקרב האוויר יורד, העלאת לחץ פנימי.

אלה חומרים מכניים לחץ על לפעול באופן אמין בסביבה הקשה של התרסקות - המצופה ממתכת shards, טמפרטורה גבוהה מן הבעירה מנופחת, וזעזוע מכני חמור שלהם, בדרך כלל באמצעות diaphragms פלדה ו substrates קרמיקה, מבטיח עלייה.

שילוב עם מערכות בטיחות רכב ורכישת נתונים

כלי רכב מודרניים מכילים עשרות מערכות בטיחות אלקטרוניות המגובה על ידי חיישנים אלקטרוניים (מאגרפים, גירוסקופים, מכ"ם, מצלמות) עם זאת, הנתונים של חיישנים אלה חייבים להיות מאומתים נגד מדידות פיזיות מבדיקות התרסקות.חיישנים מכניים מספקים את האמת הקרקעית.הם משולבים במערכות רכישה נתונים ספציפיות בדיקה (DAS) כי הם עצמאיים של כלי הרכב על אלקטרוניקה.

DAS רגיל בשימוש בבדיקת תאונות כולל:

  • שיאי נתונים מהירים עם זיכרון על הסיפון (למשל, Dewetron, Somat, או Kyowa מערכות).
  • מודולים של איתות המספקים מתח צוטט, סינון, וגברה.
  • גיבוי סוללה ומניעה מנגנונים המתכוננים להקליט על מגע ראשון.

פלטי חיישן הם מדגם בשיעורים של עד 100 kHz לערוץ. Post-מעבדה חלה מסנן (כגון SAE J211 CFC 60 או CFC 180) כדי להסיר רעש תוך שמירה על תוכן הדופק של התרסקות.ה העקומה המתקבלת משמשים לקריטריונים לפציעה compute, dummy kinematics, ו-Civrtative Performances.

היתרונות של חיישנים מכניים על פני אלקטרוניקה Counterparts

למרות התפשטות של מדממים של MEMS וחיישנים של לחץ המדינה מוצק בכלי ייצור, חיישנים מכניים שומרים כמה יתרונות ברורים בסביבת הבדיקה:

  • (FLT:0)Robustness: FLT:1 חיישנים מכניים (מדדי אימון, LVDTs, תאי עומס) יכולים לשרוד עומסי הלם קיצוניים (מעל 2000 גרם) ללא נזק.
  • (FLT:0) קוויאריות וחידושיות: FLT:1 , גלגולים מכניים מעוצבים היטב מוצגים טוב יותר מ 0.5% לינאריות על טווח שלהם, והתפוקה שלהם אינה סחף באופן סביר עם טמפרטורה לאחר פיצוי הולם.
  • (FLT:0) מדידה ישירה: חיישנים מכניים של ®FLT:1 לעתים קרובות מודדים את הכמות הפיזית ישירות (למשל, כוח באמצעות עיוות אלסטי) ולא מפרים אותה מפרמטרים עקיפים.
  • (ב) יציבות לטווח ארוך: 1FLT:1 חיישנים מבוססי סטרין-גאגו, כאשר הם קשורים וחתומה כראוי, יכולים לשמור על כפייה במשך שנים ללא החלמה, בתנאי שהם אינם חשופים לעומס יתר.
  • (FLT:0) ללא אפס-דטריפט תחת פיזור קיצוני: FLT:1 כמה חיישנים אלקטרוניים מציגים שינויים ברמת אפס-ג' כאשר נתון להאצה הפוכה, בעיה המפחיתה בעיצובים מכניים.

גבולות ואתגרים

חיישנים מכניים אינם ללא חסרונות. הגודל והמסה הגדולים שלהם בהשוואה למכשירים של MEMS יכולים להשפיע על ההתנהגות של רכיבים קלים שהם מחוברים אליהם.לדוגמה, מד תאוצה כבדה המוקפת על לוח מתכת דק יכול לשנות את תדירות ההתחדשות שלו. Wiring רתום עבור חיישנים מכניים מרובים יכול להיות רב עוצמה ועשויה להתבודד בחלל העצור במהלך מבחן.

הגבלה נוספת היא הדרישה למיזוג אותות אנלוגיים.כל ערוץ חיישן זקוק למגבר ולפילטר משלו, והובלת עלויות מערכת ומורכבות.בבדיקות בעלות גבוהה של חשבונות ערוצים (מעל 200 ערוצים), ניהול כבל וצריכת חשמל הופכת למשימה הנדסית משמעותית.

לבסוף, חיישנים מכניים הם בדרך כלל שימוש יחיד ביישומים מסוימים (למשל, מד מתח באזור מחץ מחץ מחץ לעתים קרובות מדמיע או מקלף במהלך עיוות חמור).

איכות המידע והחשיפה

תוקף תוצאות בדיקת התרסקות תלוי לחלוטין על חיישן calibration.כל חיישן מכני המשמש במבחן התרסקות הוא calibrated על פי סטנדרטים עקביים (למשל, ISO 10012, NIST) Accelerometers הם calibrated על שולחנות מלוטשים בתדרים שונים ו amplitudes. לטעון תאים מכווצים באמצעות מכונות מדידה או כוח מת.

בדיקות טרום-מבחן ופוסט-מבחן הן חובה.נוהלים נפוצים כוללים:

  • ⁇ של ערוצי מדד שורדים.
  • קריאה ברמה אפסית נאספה מיד לפני השפעה על הקמת בסיס.
  • אימות רגישות באמצעות הפניה ידועה (למשל, מגדל ירידה של 100 גרם עבור מאיץ').
  • שלב ערוצים לערוץ מתווה באמצעות מבחן דחף בו זמנית.

איכות הנתונים מובטחת עוד על ידי עמידה בסטנדרטים כגון SAE J211-1 (ההסתירה לבדיקות השפעה) ו- ISO 6487 (רכבי רכב רואד - טכניקות של כלי שיט לבדיקות השפעה) סטנדרטים אלה מגדירים שיעורי סינון, דגימות, ותבניות דיווח נתונים המבטיחות התאמה בין מעבדות ברחבי העולם.

המונחים: Specific Crash Scenarios

השפעה חזיתית

בבדיקות תאונת דרכים (למשל, NHTSA 35 מכשול נוקשה, יורו NCAP מהפך מכשול מפורש), חיישנים מכניים ממוקמים על בלוק המנוע, חומת אש, עמודה הנעה, וחזה דומי. Accelerometers למדוד את פרופיל הדופק; לטעון תאים על מושב מעוגן חגורת שיא. pin מדפי על האח ומסילות רכבת לעזור לתיאום עם סימולציה בפועל.

תופעות לוואי

מבחנים של תופעות לוואי (למשל, 2HS תופעות לוואי, UN R95) דורשים חיישנים על הלוח הפנימי הדלת, B-pillar, וצדדים הדיירים. חיישנים בלחץ בתוך חלל הדלת הם הגורם העיקרי עבור תיקי אוויר צדדי. לטעון תאים בצלעות של dummy מודדים סטיות דה השתקפות וקריטריונים מולקווס (VC).

Rear Impact

כדי להשפיע לאחור (למשל, FMVSS 301, מבחנים של כוח מושב), חיישנים מכניים ממוקמים על מסגרת המושב, מחסני ראש, צווארו של דמי כדי להעריך את הסיכון לפציעת שוטה.

בטיחות Pedestrian Safety

בדיקות השפעה Pedestrian (למשל, Euro NCAP, UN R127) להשתמש חיישנים מכניים בצורת של משפיעים כלי (למשל, מדרגה עליונה, תצורת ראש ילדים) אלה האסכסוורדים מכילים קדרמונים ו לטעון תאים במקטע הברך של ה- Footform כדי למדוד רגעים של הדבקה.

התפקיד של חיישנים מכניים ב ADAS אימות

מערכות סיוע מתקדמות לנהג (ADAS) מסתמכות על מכ"ם, לודר ומצלמות כדי לזהות מכשולים.עם זאת, אימות סופי של פונקציונליות ADAS כאשר חירום נבט או ההיגוי מופעל בתנאי התרסקות דורש כלי רכב אוטומטיים.חיישנים מכניים מספקים את ההתייחסות לדינמיקה של כלי רכב בפועל (האצה ממושכת, קצב ה- Yaw) כי חיישני ADAS מנסים להעריך כעת בדיקות בטיחות פעילות שבו נעשה שימוש בחיישנים של זיהוי אוטומטי של תפקוד מכני, ואפקטים, הוא גורם ל- ADAS הוא יעיל של תפקוד מכני, והוא משמש לאפקט מכני, והוא משמש לאפקט מכני של נתונים מכני.

מגמות עתידיות: מערכות מכניות-חשמלוניות

כמו כלי רכב לשלב יותר אלקטרוניקה, כלי מבחן תאונת דרכים מתפתח לעבר מערכות היברידיות.לדוגמה, חיישנים מכניים אלחוטיים עם כוכבי לכת ומדר רדיו הם צמצום משקל הרתום הכבלים בתוך הרכב.עם זאת, האלמנט החישה נשאר טרנסדוק מכני חזק.בינתיים, חיישני סיבים זעירים אופטיים (למשל, סיבים Braggatings) מתעוררים כחלופה לזנים מסורתיים, המציעים חיישנים מרובים של חומרים אלקטרומגנטיים כדי למדוד את ההפרעות אלה.

בנוסף, מתאם תמונה דיגיטלית 3D (DIC) הוא תוספת אבל לא החלפת חיישנים מכניים.DIC משתמש במצלמות כדי לעקוב אחר עיוות פני השטח, אבל הדיוק שלו טיפות באזורים עם עשן, צל, או פיצול מהיר. חיישנים מכניים נשארים תקן הזהב עבור נקודות דיסקרטיות שבו נדרש נתונים גבוהים.

מסקנה

חיישנים מכניים ממשיכים להיות הבסיס של בדיקות התרסקות רכב ואימות בטיחותי.החומריות שלהם, הדיוק, ויכולת מדידה ישירה להפוך אותם הכרחיים אפילו כשמערכות אלקטרוניות צומחות יותר מתוחכמת.ממטרים על ראשי דמוני כדי לטעון תאים בדבורים הדלת, טרנספורצים אלה מספקים את הראיות הכמותיות שמהנדסים צריכים לבנות כלי רכב בטוחים יותר.

(ב) [ה] לקראת יתר, תייעץ עם מקורות סמכותיים הבאים:

  • (ב) [15] ,9171: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) ,NHTSA: פציעת ראש (HIC) הכלל האחרון של כלל 1
  • (ב) ◄5 ;2 ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)yowa אלקטרונית מכשירים: Strain Gauge Productlus (FLT) 1