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摩托(tuō)車(chē)，電動(dòng)自(zì)行車乘(chéng)員(yuán)頭盔(kuī)吸(xī)收(shōu)碰撞能量性能(néng)工作(zuò)原(yuán)理
點擊次數：1307 更新時(shí)間(jiān)：2025-08-23
在摩托(tuō)車(chē)與(yǔ)電動(dòng)自(zì)行(háng)車騎行安全(quán)保障體係中(zhōng)，GB 811-2022《摩托車(chē)，電動(dòng)自(zì)行(háng)車乘員(yuán)頭盔(kuī)》標(biāo)準(zhǔn)下(xià)的(dí)吸收碰撞(zhuàng)能量(liáng)性(xìng)能試驗(yàn)發(fā)揮著不(bù)可替(tì)代的(dí)作(zuò)用。吸(xī)收碰撞能(néng)量性能(néng)試驗機作為(wéi)執行(háng)該(gāi)試(shì)驗的核(hé)心設(shè)備，其(qí)工(gōng)作原(yuán)理蘊含著深(shēn)厚(hòu)的科(kē)學技(jì)術(shù)內(nèi)涵，對(duì)精(jīng)準評估頭盔(kuī)安全(quán)性(xìng)能意義重大(dà)。
1.模擬真實(shí)碰撞場(cháng)景(jǐng)的(dí)設(shè)計思路
頭(tóu)盔(kuī)吸收碰(pèng)撞能量性(xìng)能(néng)試驗機的首要設計目標，是(shì)高度模擬(nǐ)現實(shí)中摩(mó)托車(chē)與電動自行車騎行者遭遇碰撞時的復(fù)雜(zá)場(cháng)景。在實際事故裏(lǐ)，騎行(háng)者頭部可(kě)能(néng)會以(yǐ)不同角度(dù)，速(sù)度(dù)與(yǔ)各類物(wù)體發(fā)生碰撞，試驗(yàn)機(jī)必須(xū)盡可(kě)能還(huán)原這(zhè)些多(duō)樣(yàng)化(huà)的碰撞(zhuàng)情形。
以(yǐ)自由落體衝(chōng)擊(jī)為(wéi)例，試(shì)驗(yàn)機通過(guò)特定的(dí)釋(shì)放(fàng)裝置，將佩戴頭盔的模擬頭型拉(lā)升至標準規定的高(gāo)度(dù)，隨(suí)後使其自(zì)由(yóu)落下，與下方不(bù)同材質(zhì)，形狀(zhuàng)的砧座發生(shēng)碰撞。對於(yú) A1，A2 類頭盔，可(kě)能采(cǎi)用 6.0m/s（理(lǐ)論落(là)高(gāo) 1835mm）的(dí)衝(chōng)擊速(sù)度(dù)撞(zhuàng)擊(jī)平麵鋼製砧(zhēn)；A3 類頭盔則(zé)以同樣(yàng)速(sù)度(dù)衝擊半(bàn)球鋼(gāng)製(zhì)砧 。通過這樣的(dí)設定，模擬騎行(háng)者(zhě)高速(sù)行駛摔(shuāi)倒(dǎo)時(shí)，頭部(bù)與地麵等(děng)平(píng)麵或(huò)類似半球狀(zhuàng)物體碰撞(zhuàng)的狀(zhuàng)況。又比如，利用擺(bǎi)錘裝(zhuāng)置，可模擬側(cè)麵(miàn)碰(pèng)撞場(cháng)景，擺錘以一定初始(shǐ)速(sù)度(dù)擺動，撞擊佩戴(dài)頭(tóu)盔的頭(tóu)型，以(yǐ)此檢驗(yàn)頭(tóu)盔在側麵衝擊(jī)下的性(xìng)能(néng)。
2.基於衝(chōng)擊動力學的能量(liáng)傳(chuán)遞模(mó)擬
從(cóng)專業(yè)的(dí)衝(chōng)擊動力(lì)學理(lǐ)論出(chū)發(fā)，當頭(tóu)盔(kuī)與(yǔ)砧座(zuò)碰撞瞬間(jiān)，巨大的(dí)衝(chōng)擊(jī)力會在極短(duǎn)時間內(nèi)傳遞到(dào)頭(tóu)盔上。試驗機巧妙(miào)地(dì)利用(yòng)這(zhè)一原理，通過精(jīng)確控製撞(zhuàng)擊裝置的(dí)參(cān)數，模(mó)擬(nǐ)出不(bù)同(tóng)強(qiáng)度(dù)的(dí)衝(chōng)擊力。
撞(zhuàng)擊裝(zhuāng)置中的關(guān)鍵部件，如(rú)可(kě)精(jīng)確控製(zhì)的撞擊頭(tóu)，能夠按照(zhào)預設(shè)速度，角度撞擊(jī)頭盔(kuī)。其速度控製(zhì)精(jīng)度(dù)Ji高，例如(rú)在(zài)規定的衝(chōng)擊(jī)速度是在(zài)碰撞(zhuàng)發(fā)生(shēng)qian10mm-60mm範圍內(nèi)測(cè)定(dìng)，且(qiě)不(bù)小於理論速度的 95%。在撞擊過(guò)程中，能量從撞擊源（如(rú)自(zì)由落(là)體的(dí)頭(tóu)型，擺(bǎi)錘(chuí)等）傳遞到頭(tóu)盔(kuī)，頭盔材料及(jí)其結構開始(shǐ)發揮吸收和分散(sàn)能量的(dí)作用(yòng)。試(shì)驗(yàn)機通過調整(zhěng)撞擊(jī)頭質量(liáng)，形(xíng)狀，以及釋放高(gāo)度，擺錘長(cháng)度與(yǔ)初(chū)始角度等(děng)參(cān)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對不同(tóng)能(néng)量級別和衝擊形式的(dí)模擬，從(cóng)而全麵考察頭盔在各種可能碰撞條件下吸收碰(pèng)撞(zhuàng)能(néng)量的能力(lì)。
3.傳感器數(shù)據采(cǎi)集與分析係(xì)統(tǒng)
在整個(gè)碰撞過(guò)程中，為了(liǎo)獲取(qǔ)頭盔(kuī)吸收碰撞能(néng)量(liáng)性(xìng)能的關鍵數(shù)據，試驗機配(pèi)備了先進的傳感器(qì)數據(jù)采集與(yǔ)分(fēn)析係統(tǒng)。該係統猶(yóu)如試驗(yàn)機的(dí) “神(shén)經(jīng)係(xì)統(tǒng)"，能夠實(shí)時，精準(zhǔn)地感知並(bìng)記錄各種物理量(liáng)變化(huà)。
加(jiā)速(sù)度傳感器(qì)是其中的(dí)核心部(bù)件(jiàn)之(zhī)一。在單(dān)軸加速(sù)度(dù)傳感器碰撞試(shì)驗(yàn)法(fǎ)中(zhōng)，采(cǎi)用(yòng)裝有單(dān)軸(zhóu)加速度(dù)傳感器(qì)的頭型(xíng)，實(shí)時測量碰(pèng)撞瞬(shùn)間傳(chuán)遞(dì)給頭(tóu)型(xíng)的加速度(dù)。而(ér)在三軸加速(sù)度傳感器(qì)碰撞(zhuàng)試(shì)驗法（仲裁(cái)法(fǎ)）裏(lǐ)，三軸加速度傳感(gǎn)器可捕捉頭(tóu)型(xíng)在 X，Y，Z 三(sān)個方向上(shàng)的(dí)加速度變化(huà)。這(zhè)些傳感(gǎn)器能夠精確測(cè)量極短(duǎn)時間(jiān)內的加速度峰值(zhí)，以及(jí)加(jiā)速(sù)度超過特(tè)定(dìng)閾(yù)值(zhí)（如 150g，200g）的作用時間(jiān)。通過(guò)對(duì)這(zhè)些數據的(dí)分(fēn)析(xī)，可直(zhí)觀了(liǎo)解頭盔(kuī)在碰撞(zhuàng)時(shí)對衝(chōng)擊(jī)力(lì)的減緩效果(guǒ)。例如，依據(jù) GB 811-2022 標準，A 類頭盔(kuī)加速度峰值(zhí)不大(dà)於 300g，加(jiā)速(sù)度超過 150g 的作(zuò)用(yòng)時(shí)間有相(xiāng)應限製 ，通過(guò)傳感器(qì)采(cǎi)集(jí)的數據可(kě)直接與(yǔ)標(biāo)準比對(duì)，判斷(duàn)頭(tóu)盔(kuī)是否(fǒu)達標。
除(chú)加速度(dù)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)外(wài)，試驗機(jī)還(huán)可能配備(bèi)位(wèi)移傳感(gǎn)器(qì)等其他設(shè)備，用於測量(liáng)頭(tóu)盔在(zài)碰撞過程(chéng)中的(dí)變形量(liáng)。通過分(fēn)析變(biàn)形(xíng)量，可進(jìn)一步(bù)了(liǎo)解頭盔材(cái)料的緩(huǎn)衝(chōng)性能和結構(gòu)穩定性(xìng)。這些傳感器(qì)采(cǎi)集到的數(shù)據(jù)，經信號放大器處(chǔ)理(lǐ)後，傳(chuán)輸(shū)至數(shù)據采(cǎi)集卡(qiǎ)，並最終(zhōng)由(yóu)計(jì)算機進行(háng)數(shù)據存儲(chǔ)，分析和處理。計算(suàn)機(jī)軟件能(néng)夠繪製出詳細(xì)的加速度 - 時(shí)間曲(qū)綫，變形(xíng)量 - 時間曲綫等(děng)，為研究(jiū)人(rén)員和檢(jiǎn)測(cè)人員提(tí)供直觀(guān)，全麵(miàn)的數(shù)據(jù)參(cān)考，以(yǐ)便深(shēn)入(rù)評估頭(tóu)盔吸收(shōu)碰撞能量(liáng)的性能優(yōu)劣 。
吸(xī)收碰撞(zhuàng)能量(liáng)性能試(shì)驗(yàn)機通(tōng)過模擬(nǐ)真(zhēn)實(shí)碰撞場(cháng)景(jǐng)，基於衝(chōng)擊動(dòng)力(lì)學(xué)原理(lǐ)實現能量(liáng)傳(chuán)遞(dì)模(mó)擬(nǐ)，以及(jí)運用(yòng)先進的(dí)傳(chuán)感器(qì)數(shù)據采(cǎi)集與(yǔ)分(fēn)析(xī)係統，為 GB 811-2022 標準下的(dí)吸(xī)收(shōu)碰(pèng)撞能量(liáng)性能(néng)試(shì)驗提供了(liǎo)可(kě)靠，精準(zhǔn)的(dí)測試手段，在保(bǎo)障(zhàng)摩(mó)托車(chē)與電(diàn)動(dòng)自(zì)行(háng)車騎行(háng)安全領域發(fā)揮(huī)著(zhuó)關鍵(jiàn)支撐作用。
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