一种基于加速度传感器的汽车安全气囊气体发生器质量流测试方法技术

本发明专利技术公开一种基于加速度传感器的汽车安全气囊气体发生器质量流测试方法，利用刚性容器、活塞、加速度传感器、制冷型红外热像仪、压力传感器和数据记录装置；通过加速度传感器测量活塞的线性运动过程，转化成气体发生器产生的气体的体积；结合测得的气体压力、温度，通过理想气体状态方程求解气体密度；由气体体积和密度求解气体质量流及其动态变化。通过本发明专利技术能够测量出气囊气体发生器点火后产生的混合气体的质量流和单一气体组分的质量流，为实际气囊气体发生器的研发和生产提供一种气体质量流的测试方法。质量流的测试方法。质量流的测试方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于加速度传感器的汽车安全气囊气体发生器质量流测试方法


[0001]本专利技术涉及汽车被动安全技术，具体涉及一种基于加速度传感器的汽车安全气囊气体发生器质量流测试方法。

技术介绍

[0002]随着各国汽车行业的高速发展，市场上的车型及汽车数量也越来越多。基于道路安全及消费者对安全重视度的提高，中国新车评价规程(C
‑
NCAP)和中国保险汽车安全指数(C
‑
IASI)测评也逐年调整汽车被动碰撞测试的工况，提高碰撞性能的评价标准。例如近年来增加了正面50％重叠车
‑
车对撞(MPDB)，右侧25％重叠小偏置碰撞(SORB)，侧面柱碰(Side Pole)，提高了碰撞壁障质量和碰撞速度等。对汽车安全气囊保护的区域及其性能提出了越来越高的要求。
[0003]汽车安全气囊主要是由气体发生器、气袋组成；作为汽车安全气囊核心组件之一的气体发生器，主要包括：点火药剂、产气药剂、金属滤网；点火器引燃点火药剂，点火药剂放热，产气药剂发生剧烈的化学反应，产生氮气等气体，金属滤网过滤药剂残渣，气体经充气孔进入气袋。气体发生器很大程度上决定了气囊性能是否满足碰撞后保护乘员避免与车体结构硬接触的性能要求，其中气囊气体发生器质量流决定了气袋的充气展开速度、气袋内的压力变化等；且质量流曲线是气囊CAE(计算机辅助工程技术Computer Aided Engineering，CAE)建模的重要参数，影响气囊CAE仿真结果的准确度；所以气囊气体发生器质量流的测试对气囊气体发生器的研发、生产和气囊CAE建模至关重要。
[0004]现有技术的气体发生器质量流常用的获取方法，是对气体发生器进行密闭燃烧室试验(Tank测试)，在密闭刚性容器内点爆安全气囊气体发生器，通过压力传感器得出压力
‑
时间(p
‑
t)曲线，通过经验算法求解各气体组分的质量流曲线。另有使用光谱、色谱等精密仪器对气体组分及配比进行测定，但难以准确测得其气体组分的质量流曲线。现有技术应对日趋严格的汽车碰撞安全标准仍存在一定的局限性。
[0005]申请号200520104200.8的专利提供的一种安全气囊气体发生器性能测试装置，能够测试气体发生器点火后所产生气体的压力
‑
时间曲线、温度、成分和浓度、燃烧后固体残渣的成分和含量。但无法直接和准确的测得安全气囊气体发生器的质量流曲线。
[0006]申请号201610586401.9的专利提供的一种安全气囊气体发生器性能检测装置，可实现检测装置罐盖的快速开合，对现有测试装置的便利性做了改善，但其本质还是基于现有测试评价方法及装置，无法直接和准确的测得安全气囊气体发生器的质量流曲线。
[0007]申请号202021296314.8的专利提供的一种安全气囊气体发生器测试压力装置，解决了现有安全气囊气体发生器测试装置不能够有效地固定被测产品的问题，以及安全气囊气体发生器测试装置移动不方便的问题；但也仅是对现有测试装置的操作便利性做了改善，无法直接和准确的测得安全气囊气体发生器的质量流曲线。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于加速度传感器的汽车安全气囊气体发生器质量流测试方法，通过加速度传感器测量活塞的线性运动过程，转化成气体发生器产生的气体的体积；结合测得的气体压力、温度，通过理想气体状态方程求解气体密度；由气体体积和密度求解气体质量流及其动态变化；本专利技术能够测量出气囊气体发生器点火后产生的混合气体的质量流和单一气体组分的质量流，为实际气囊气体发生器的研发和生产提供一种气体质量流的测试方法。
[0009]技术方案：本专利技术的一种基于加速度传感器的汽车安全气囊气体发生器质量流测试方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1、布置测试装置；测试装置包括刚性容器、活塞、加速度传感器和制冷型红外热像仪；刚性容器呈透明中空圆柱体状，刚性容器内底部固定有气囊气体发生器，活塞位于刚性容器内，活塞整体呈开口朝下的半球壳状，活塞内顶端中心处设置压力传感器，所述加速度传感器和制冷型红外热像仪分别垂直于刚性容器中轴线放置；刚性容器上方固定有定位悬臂，悬臂上与刚性容器中轴线对应的位置处舍友正方形定位孔，活塞上顶端安装有定位柱，定位柱横截面与定位孔形状、尺寸相匹配；
[0011]步骤S2、激发刚性容器内的点火装置，并同步启动加速度传感器、制冷型红外热像仪和数据记录装置；点火后活塞在刚性容器内部做竖直方向线性运动；加速度传感器采集活塞在刚性容器的运动轨迹，制冷型红外热像仪采集测试过程中刚性容器内的气体温度分布云图随时间的动态变化过程；压力传感器记录单位面积的气体压力值的动态信息；
[0012]步骤S3、依据加速度传感器、制冷型红外热像仪和压力传感器采集的实时数据，计算活塞运动过程中与刚性容器形成的体积增加量，该增加的体积即为气囊气体发生器点火剧烈燃烧产生的气体量；压力传感器测得气体压力值，通过理想气体状态方程求解气体密度；再通过气体体积和密度，来求解气囊气体发生器燃烧产生的总的混合气体的质量流M
′
G
及其随时间的动态变化，以及求解气囊气体发生器燃烧产生气体中的单一气体的质量流M
′
N
及其随时间的动态变化；
[0013]步骤S4、在活塞停止运动后，关闭所有设备，所有数据及图像信息由数据记录装置记录。
[0014]进一步地，所述气囊气体发生器燃烧产生的总的混合气体的质量流M
′
G
和气囊气体发生器燃烧产生气体中的单一气体的质量流M
′
N
的具体求解方法如下：
[0015](A)、依据公式(1)求解混合气体质量M
G
：
[0016]M
G
＝ρ
T
·
V
G
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]式(1)中，M
G
的单位为kg；ρ
T
为混合气体密度，单位kg
·
m
‑3；V
G
为体积，单位m3；
[0018](A1)、式(1)中混合气体密度ρ
T
求解方法为：根据点火药剂和产气药剂的化学配比，通过药剂试验、查询相关理化手册可得到气囊气体发生器燃烧产生的N种气体组分，对应的N种气体组分摩尔量比记为：N1∶N2：
…
N
N
，
[0019]其中N1+N2+
…
N
N
＝1；对应的N种气体的摩尔质量记为M
G1
，M
G2
，
…
M
GN
的单位为kg/mol；
[0020]由理想气体状态方程：PV＝nR(T+273.15)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0021]式(2)中，P为压强，单位Pa；V本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加速度传感器的汽车安全气囊气体发生器质量流测试方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1、布置测试装置；测试装置包括刚性容器、活塞、加速度传感器和制冷型红外热像仪；刚性容器呈透明中空圆柱体状，刚性容器内底部固定有气囊气体发生器，活塞位于刚性容器内，活塞整体呈开口朝下的半球壳状，活塞内顶端中心处设置压力传感器和加速度传感器，所述制冷型红外热像仪分别垂直于刚性容器中轴线放置；刚性容器上方固定有定位悬臂，悬臂上与刚性容器中轴线对应的位置处舍友正方形定位孔，活塞上顶端安装有定位柱，定位柱横截面与定位孔形状、尺寸相匹配；步骤S2、激发刚性容器内的点火装置，并同步启动加速度传感器、制冷型红外热像仪和数据记录装置；点火后活塞在刚性容器内部做竖直方向线性运动；加速度传感器记录活塞线性运动的加速度动态信息，制冷型红外热像仪采集测试过程中刚性容器内的气体温度分布云图随时间的动态变化过程；压力传感器记录单位面积的气体压力值的动态信息；步骤S3、依据加速度传感器、制冷型红外热像仪和压力传感器采集的实时数据，计算活塞运动过程中与刚性容器形成的体积增加量，该增加的体积即为气囊气体发生器点火剧烈燃烧产生的气体量；压力传感器测得气体压力值，通过理想气体状态方程求解气体密度；再通过气体体积和密度，来求解气囊气体发生器燃烧产生的总的混合气体的质量流M
′
G
及其随时间的动态变化，以及求解气囊气体发生器燃烧产生气体中的单一气体的质量流M
′
N
及其随时间的动态变化；步骤S4、在活塞停止运动后，关闭所有设备，所有数据及图像信息由数据记录装置记录。2.根据权利要求1所述的基于加速度传感器的汽车安全气囊气体发生器质量流测试方法，其特征在于：所述气囊气体发生器燃烧产生的总的混合气体的质量流M
′
G
和气囊气体发生器燃烧产生气体中的单一气体的质量流M
′
N
的具体求解方法如下：(A)、依据公式(1)混合气体质量M
G
求解：M
G
＝ρ
T
·
V
G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中ρ
T
为混合气体密度；V
G
是指混合气体体积；(A1)、式(1)中混合气体密度ρ
T
求解方法为：依据气囊气体发生器燃烧产生的N种气体组分，查询获取N种气体组分摩尔量比记为：N1：N2：
…
N
N
，其中N1+N2+
…
N
N
＝1；则对应的N种气体的摩尔质量记为M
G1
，M
G2
，
…
M
GN
；由理想气体状态方程：PV＝nR(T+273.15)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中，P是指压强V体积；n是指摩尔数，R是指比例常数T是指摄氏温度；273.15为摄氏度转换为绝对温度K的转换系数；已知n＝m/M
m
，ρ＝m/V，代入式(2)，可得：ρ＝PM
m
/[R(T+273.15)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，m是指质量，M
m
是指摩尔质量，ρ是指密度；式(3)中混合气体压强P，由活塞顶部内侧的压力传感器提取单位面积的气体压力值与时间的动态关系得到：P
T
＝J0+J1T1+J2T2+
…
J
n
T
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式(4)中，P
T
是指单位面积混合气体压力，J0…
J
n
为待定常数，T为时间变量；n＝0，1,2,
3
…
n；由气体分压理论，根据式(4)和N种气体组分摩尔量之比N1：N2：
…
N
N
求解单一气体的气压：第一种气体：P1＝N1·
(J0+J1T1+J2T2+
…
J
n
T
n
)第二种气体：P2＝N2·
(J0+J1T1+J2T2+
…
J
n
T
n
)以此类推到第N种气体：P
N
＝N
N
·
(J0+J1T1+J2T2+
…
J
n
T
n
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)N种气体分压之和为混合气体压力：P1+P2+
…
P
N
＝P
T
；高温下气体分子运动剧烈，其混合气体摩尔质量为N种气体摩尔质量加权之和：M
mol
＝M
G1
N1+M
G2
N2…
+M
GN
N
N
ꢀꢀꢀꢀ
(6)式(6)中，M
mol
是指混合气体摩尔质量；式(3)中气体温度获取方法：用制冷型红外热像仪采集整个测试过程的气体温度分布云图随时间T的动态变化过程，并提取以下数据：Time＝nΔt；Temperature＝T
Gn
Time是指温度分布云图采集的时刻；Δt为采样时间间隔；Temperature是指温度，T
Gn
是指nΔt时刻对应的气体平均温度；根据上述提取的数据拟合出气体平均温度T
G
随时间T的动态变化方程(7)：T
G
＝E0+E1T1+E2T2+E3T3+
…
E
n
T
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式(7)中，E0…
E
n
为待定常数；；将式(4)(6)(7)及R＝8.31J/(mol
·
K)代入方程(3)，可得气囊气体发生器燃烧产生的混合气体密度ρ
T
随时间变化的多项式方程：ρ
T
＝(J0+J1T1+
··
J
n
T
n
)(M
G1
N1+
··
M
GN
N
N
)/[8.31(E0+E...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱帅，田张浪，朱硕，孙梦，
申请(专利权)人：南京卡仕福汽车技术有限公司，
类型：发明
国别省市：