汽車的耐撞性研究

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數(shù)據(jù)庫(kù)需要安全可靠地而且盡可能全面地儲(chǔ)存汽車—測(cè)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(kù)需要具備對(duì)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(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所要描述的現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象，得到數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(kù)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(kù)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(kù)概念模型中實(shí)體需要盡可能多地包含汽車—測(cè)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(cè)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(cè)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(kù)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(kù)中各實(shí)體的關(guān)系，經(jīng)過(guò)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(kù)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(kù)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(kù)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(kù)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(duì)一”二元聯(lián)系與任意一端對(duì)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(duì)多”二元聯(lián)系與“多”對(duì)應(yīng)一方的表合并，選定“多”對(duì)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(duì)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(guò)主鍵和外鍵相互聯(lián)系．同時(shí)，通過(guò)個(gè)表中主鍵的設(shè)計(jì)保證數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)體完整性規(guī)則［1］，通過(guò)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(kāi)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(kù)實(shí)例．汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)施分為兩個(gè)階段:數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)文件的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)庫(kù)中邏輯對(duì)象的創(chuàng)建．先創(chuàng)建汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)文件，再將數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)－關(guān)系模型－中的對(duì)象創(chuàng)建到數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)文件的“容器”中．由于單次汽車—測(cè)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(wèn)題，本文利用MicrosoftSQLServer2005自帶的SQLServerBusinessIntelligenceDevelop-mentStudio開(kāi)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(kù)交互的接口，用戶需要通過(guò)應(yīng)用程序才能使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)．本文采用MathWorksMATLABR2010a為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以MATLAB語(yǔ)言為基礎(chǔ)通過(guò)ODBC連接訪問(wèn)MicrosoftSQLServer2005數(shù)據(jù)庫(kù)，完成對(duì)汽車碰撞數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的調(diào)用．并使用GUI設(shè)計(jì)工具開(kāi)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(guò)汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)力墻碰撞試驗(yàn)時(shí)車輛施加在測(cè)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(cè)力墻所記錄的撞擊力提取得來(lái)，但由于測(cè)力墻所記錄的撞擊力與車輛所受到的撞擊力是一對(duì)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(guò)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(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用程序調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中試驗(yàn)編號(hào)為“07481”［3］的汽車—測(cè)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(cè)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(cè)力單元所記錄的撞擊力的最大值，突出各個(gè)離散的測(cè)力單元所記錄的撞擊力大小的對(duì)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(cè)力單元所受到的撞擊力較大，主要原因是它們剛好對(duì)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(cè)力單元所記錄的撞擊力大小(圖5)或者所有測(cè)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(guò)線性插值運(yùn)算，將各個(gè)離散測(cè)力單元在試驗(yàn)中所記錄的撞擊力在以整個(gè)測(cè)力墻撞擊面為顯示區(qū)域中分段連續(xù)化，用以表征測(cè)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小．結(jié)合圖6至圖11可知，試驗(yàn)過(guò)程中1ms時(shí)刻車輛已經(jīng)與測(cè)力墻接觸，圖7中顯示車輛前端保險(xiǎn)杠中部(“B05”測(cè)力單元)開(kāi)始受力;6ms時(shí)刻測(cè)力墻主要受力區(qū)域分為兩個(gè)(“B03”，“B06”和“B07”測(cè)力單元)，表明車輛左右前縱梁前端的吸能盒開(kāi)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(cè)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(kāi)始受力;75ms時(shí)刻整個(gè)測(cè)力墻區(qū)域受力明顯減小，表明車輛已經(jīng)開(kāi)始回彈．

2撞擊力高度

StephenSummers［4］使用撞擊力平均高度(AHOF)作為評(píng)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(cè)力墻所有測(cè)力單元記錄的各個(gè)撞擊力等效合成為一個(gè)作用于測(cè)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(cè)力墻接觸的初期和末期，車輛作用在測(cè)力墻上的撞擊力較小，即式(3)中分母較小，計(jì)算出來(lái)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(cè)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(guò)程(HOF)和撞擊力平均高度隨時(shí)間的變化過(guò)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(shì)．試驗(yàn)中車輛前端保險(xiǎn)杠的中部一般先接觸測(cè)力墻，因此在車輛與測(cè)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(lái)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(cè)力墻的接觸中，撞擊力高度呈現(xiàn)“先上升”的趨勢(shì);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(lái)車輛前端不斷下沉，引起撞擊力在測(cè)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(shì)．

本文以國(guó)內(nèi)某一次汽車—測(cè)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(kù)管理系統(tǒng)，建立了汽車碰撞載荷數(shù)據(jù)庫(kù)．在MathWorksMATLABR2010a平臺(tái)上，利用GUI設(shè)計(jì)工具及MATLAB編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出了利用ODBC連接訪問(wèn)SQLServer2005數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用程序．利用應(yīng)用程序調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中試驗(yàn)編號(hào)為“07481”的汽車—測(cè)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(cè)中心）