汽車的耐撞性研究

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數(shù)據(jù)庫需要安全可靠地而且盡可能全面地儲(chǔ)存汽車—測力墻碰撞試驗(yàn)的有效原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)．?dāng)?shù)據(jù)處理需求方面，數(shù)據(jù)庫需要具備對有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、截取、輸入、修改、刪除、查詢和可視化操作的功能．

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段需要通過對數(shù)據(jù)庫所要描述的現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象，得到數(shù)據(jù)庫的概念模型．E－R模型(實(shí)體－關(guān)系模型)法是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫應(yīng)用最廣泛的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法［1］．利用E－R模型法建立數(shù)據(jù)庫的概念模型，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):確定概念模型中的實(shí)體以及確定實(shí)體之間的聯(lián)系．?dāng)?shù)據(jù)庫需要安全可靠地而且盡可能全面地存儲(chǔ)有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．因此，數(shù)據(jù)庫概念模型中實(shí)體需要盡可能多地包含汽車—測力墻碰撞試驗(yàn)所涉及到的客觀存在的所有事物．文獻(xiàn)［2］列出了現(xiàn)行的汽車—測力墻碰撞試驗(yàn)所需記錄的全部信息．因此，本文根據(jù)文獻(xiàn)［2］并結(jié)合實(shí)際某次汽車—測力墻碰撞試驗(yàn)所需記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，抽象出汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫概念模型的全部實(shí)體信息．概念模型中實(shí)體之間的聯(lián)系由實(shí)體所代表的現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物之間的聯(lián)系抽象而得;由文獻(xiàn)［2］也可以得出一部分實(shí)體之間的聯(lián)系．為準(zhǔn)確描述汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫中各實(shí)體的關(guān)系，經(jīng)過自頂向下的需求分析和自底向上的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到了本數(shù)據(jù)庫的E－R模型，如圖2所示．

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是把概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)好的E－R模型轉(zhuǎn)換成與所選定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)所支持的數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯結(jié)構(gòu)［1］．本文中汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)就是將E－R模型轉(zhuǎn)換成選定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MicrosoftSQLServer2005所支持的關(guān)系模型．1．先轉(zhuǎn)換E－R模型中的各個(gè)實(shí)體:“一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)化為一個(gè)表(Table)，實(shí)體的屬性就是表中的列”，實(shí)體的碼就是表的主鍵［1］．2．再轉(zhuǎn)換E－R模型中各實(shí)體之間的聯(lián)系，并更新第一步中生成的表:“一對一”二元聯(lián)系與任意一端對應(yīng)的表合并，選定一端已轉(zhuǎn)換好的表作為基礎(chǔ)，將另一端表的主鍵并入作為基礎(chǔ)表的外鍵;“一對多”二元聯(lián)系與“多”對應(yīng)一方的表合并，選定“多”對應(yīng)一方的表作為基礎(chǔ)，將另一端表的主鍵并入作為基礎(chǔ)表的外鍵;“多對多”二元聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的獨(dú)立的表，將兩端相連的表的主鍵并入作為基礎(chǔ)表的外鍵，并將外鍵的集合作為新生成表的主鍵．轉(zhuǎn)換成功的關(guān)系模型總共包括17個(gè)表，各個(gè)表之間通過主鍵和外鍵相互聯(lián)系．同時(shí)，通過個(gè)表中主鍵的設(shè)計(jì)保證數(shù)據(jù)庫的實(shí)體完整性規(guī)則［1］，通過外鍵的設(shè)計(jì)保證參照完整性規(guī)則［1］．參照轉(zhuǎn)換成功的關(guān)系模型，本文在MicrosoftSQLServer2005開發(fā)環(huán)境中編寫Transact－SQL代碼建立起以“CRASHLOAD”為命名的汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫實(shí)例．汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫的實(shí)施分為兩個(gè)階段:數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)文件的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)庫中邏輯對象的創(chuàng)建．先創(chuàng)建汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件，再將數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)－關(guān)系模型－中的對象創(chuàng)建到數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件的“容器”中．由于單次汽車—測力墻碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)量龐大，手工錄入試驗(yàn)數(shù)據(jù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且準(zhǔn)確性低．為了解決這一問題，本文利用MicrosoftSQLServer2005自帶的SQLServerBusinessIntelligenceDevelop-mentStudio開發(fā)出一套程序包，并集成到Math-WorksMATLABR2010aGUI設(shè)計(jì)工具(GUIDE)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能模塊的用戶界面中，專門用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的大批量自動(dòng)導(dǎo)入．

應(yīng)用程序是用戶與汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫交互的接口，用戶需要通過應(yīng)用程序才能使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)．本文采用MathWorksMATLABR2010a為開發(fā)平臺(tái)，以MATLAB語言為基礎(chǔ)通過ODBC連接訪問MicrosoftSQLServer2005數(shù)據(jù)庫，完成對汽車碰撞數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的調(diào)用．并使用GUI設(shè)計(jì)工具開發(fā)出應(yīng)用程序用戶界面，方便用戶使用．

碰撞載荷特征主要通過汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用程序的后處理模塊的相關(guān)功能提?。鲎草d荷特征主要包括汽車—測力墻碰撞試驗(yàn)時(shí)車輛施加在測力墻上的撞擊力大小、分布及其作用高度．雖然碰撞載荷特征是從測力墻所記錄的撞擊力提取得來，但由于測力墻所記錄的撞擊力與車輛所受到的撞擊力是一對作用力與反作用力，因此可以用所提取出的碰撞載荷特征表征車輛本身的特性，并可用于車輛的耐撞性和相容性研究中．

1撞擊力大小和分布

撞擊力主要通過三種方式顯示:柱狀圖、曲線圖和等高線圖．本文利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用程序調(diào)用數(shù)據(jù)庫中試驗(yàn)編號(hào)為“07481”［3］的汽車—測力墻碰撞試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，分析此次試驗(yàn)中的碰撞載荷特征．圖3為試驗(yàn)車輛與測力墻之間位置關(guān)系的投影．撞擊力柱狀圖形象地表征出各個(gè)測力單元所記錄的撞擊力的最大值，突出各個(gè)離散的測力單元所記錄的撞擊力大小的對比．如圖4所示，編號(hào)為“B03”(第2行第3列)、“B06”(第2行第6列)和“B07”(第2行第7列)的測力單元所受到的撞擊力較大，主要原因是它們剛好對應(yīng)車輛在碰撞中的主要承力部件－前縱梁區(qū)域．撞擊力的曲線圖表征試驗(yàn)中單個(gè)測力單元所記錄的撞擊力大小(圖5)或者所有測力單元記錄的撞擊力的總和(圖6)隨時(shí)間變化的關(guān)系．撞擊力等高線圖通過線性插值運(yùn)算，將各個(gè)離散測力單元在試驗(yàn)中所記錄的撞擊力在以整個(gè)測力墻撞擊面為顯示區(qū)域中分段連續(xù)化，用以表征測力墻撞擊面各個(gè)動(dòng)態(tài)顯示區(qū)域所受到撞擊力的大?。Y(jié)合圖6至圖11可知，試驗(yàn)過程中1ms時(shí)刻車輛已經(jīng)與測力墻接觸，圖7中顯示車輛前端保險(xiǎn)杠中部(“B05”測力單元)開始受力;6ms時(shí)刻測力墻主要受力區(qū)域分為兩個(gè)(“B03”，“B06”和“B07”測力單元)，表明車輛左右前縱梁前端的吸能盒開始受力;27ms時(shí)刻車輛左側(cè)前縱梁所受到的撞擊力達(dá)到最大值(“B06”測力單元);48ms時(shí)刻等高線圖所顯示的受力區(qū)域向左上角和右上角擴(kuò)展，表明車輛兩側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)艙上縱梁開始受力;75ms時(shí)刻整個(gè)測力墻區(qū)域受力明顯減小，表明車輛已經(jīng)開始回彈．

2撞擊力高度

StephenSummers［4］使用撞擊力平均高度(AHOF)作為評價(jià)車輛相容性的一個(gè)重要指標(biāo)．撞擊力平均高度是撞擊力高度(HOF)在時(shí)間歷程0～t上的平均值．在任意時(shí)刻t，將測力墻所有測力單元記錄的各個(gè)撞擊力等效合成為一個(gè)作用于測力墻撞擊面上的集中力，這個(gè)集中力的作用點(diǎn)距離地面的高度就是t時(shí)刻的撞擊力高度．在車輛與測力墻接觸的初期和末期，車輛作用在測力墻上的撞擊力較小，即式(3)中分母較小，計(jì)算出來的AHOF(t)的值不穩(wěn)定．一般，為了得到穩(wěn)定的數(shù)值，在t∈［T1，T2］(0，T)的時(shí)間區(qū)間內(nèi)計(jì)算AHOF(t)，其中T是車輛與測力墻分離的時(shí)刻．一般將t=T2時(shí)AHOF(t)的值稱為撞擊力平均高度．試驗(yàn)“07481”中，撞擊力高度隨時(shí)間的變化過程(HOF)和撞擊力平均高度隨時(shí)間的變化過程(AHOFconverge)以及最終的撞擊力平均高度的值(AHOF)如圖12所示．撞擊力高度呈現(xiàn)“先上升后下降”的趨勢．試驗(yàn)中車輛前端保險(xiǎn)杠的中部一般先接觸測力墻，因此在車輛與測力墻接觸的初期撞擊力高度一般與車輛保險(xiǎn)杠的高度相近;隨著試驗(yàn)的繼續(xù)進(jìn)行，車輛上越來越多的位置高于保險(xiǎn)杠的部件(散熱器、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及發(fā)動(dòng)機(jī)艙上縱梁等)參與到與測力墻的接觸中，撞擊力高度呈現(xiàn)“先上升”的趨勢;之后由于車輛的速度急劇下降造成車身的俯仰運(yùn)動(dòng)，帶來車輛前端不斷下沉，引起撞擊力在測力墻上的作用位置下移，撞擊力高度因此出現(xiàn)“后下降”的趨勢．

本文以國內(nèi)某一次汽車—測力墻碰撞試驗(yàn)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)用戶需要利用基于E－R模型的設(shè)計(jì)方法，采用MicrosoftSQLServer2005作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，建立了汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫．在MathWorksMATLABR2010a平臺(tái)上，利用GUI設(shè)計(jì)工具及MATLAB編程語言開發(fā)出了利用ODBC連接訪問SQLServer2005數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序．利用應(yīng)用程序調(diào)用數(shù)據(jù)庫中試驗(yàn)編號(hào)為“07481”的汽車—測力墻碰撞試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，提取并分析了該次試驗(yàn)中的撞擊力大小、撞擊力分布以及撞擊力高度等碰撞載荷特征，為汽車的耐撞性及相容性研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．（本文作者：崔曉東、朱西產(chǎn)、馬志雄、鄭祖丹、吳斌、于峰 單位：同濟(jì)大學(xué)汽車安全技術(shù)研究所、上海機(jī)動(dòng)車檢測中心）