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文丨江柊留声机
编辑丨江柊留声机
随着自动驾驶技术的不断演进，汽车行业正迎来一场深刻的变革。传统的交通方式正逐渐向着自主驾驶的方向发展，而这也带来了许多新的挑战和机遇。
本文将关注于自动驾驶车辆的安全气囊系统 ，通过数值模拟和实验测试的结合，探讨了一种抽吸式充气机的设计，旨在提高安全气囊的效率和安全性。
测试模型和测量安排
当前的大流行现实需要对企业和普通生活方式进行必要的重新安排。它表现在人类各个领域的远程操作、数字化和机器人化的组织中。 新技术的发展及其与市场需求的结合取决于运输服务的基本现代化。
为了有助于工业的迅速复兴和人口的稳定复苏, 应当提供安全和不按要求接触的分娩 ,特别是在涉及人数最少的特种人员的紧急情况下。
自动车辆大大提高了现有的运输系统。在未来二十年内,流动服务将不断增加,以应付日益增加的旅行需求。例如,特斯拉汽车公司推出了第一个机器人定向,作为一个更广泛的愿景的一部分,一个自主的轨道共享网络。
完全自动化的车辆和卡车驾驶我们,而不是我们驾驶它们 ,正在成为我们日常生活的现实。根据 环球时报 中国发展自主自动驾驶工业,加快科技研究和创新。
除了改变现有的汽车供应链,汽车车辆服务还需要广泛的系统研究和发展努力 ,以落实对车辆使用者的保护 。
鼓励引进新技术的市场力量要求立法加快这一进程。 为了减少道路伤亡,决策者们正在发布新的规则。 美国运输部国家公路交通安全管理局消除创新安全技术的监管障碍。欧洲联盟的一项新条例要求从2022年中期开始, 在欧洲销售的所有新车都必须配备"先进的安全系统".
汽车安全性揭示了传统交通与自主交通结合阶段的新问题和重要性.为自动驾驶汽车开发的模拟驾驶员人类行为的软件将会受到不可避免的错误的影响,从而正确预测实际的人类行为。
换句话说, 自动驾驶的车辆必须对付那些会危及到两辆车的驾驶者的失误 。这就是为什么发展增强型汽车安全系统是首要任务。
目前, 安全气囊和安全带是汽车的主要安全系统 。典型的情况是,从撞击传感器转发的信号激活推进剂颗粒以产生气垫。有害影响包括所产生气体的高温及其对环境的影响、座垫和船舱内压力迅速上升。
这种影响在严重事故和自动驾驶车辆中更大,在这些 车辆上可以同时部署大型安全气囊 。它要求采用先进的工程解决办法,以提高任意设置的车辆使用者的安全。
抽吸式通胀制度可以成为这样一种解决办法,均为德国OEMZF安全综合中央气囊系统图。 以及自动车辆安全气囊系统的自动托立夫版本。
由其运作模式所产生的结果,即车舱内的空气夹带进入气囊。这些措施如下： 适用于自动驾驶车辆;减少推进剂的数量(气体产生器小于常规尺寸的1/3)压力和温度控制。
因为充气气囊的大部分气体来自乘客车厢;在与乘员接触时停止安全气囊的部署, 无需使用离开位置的传感器,使用重量和位置传感器,安全气囊部署。
吸入式通货膨胀系统的最初研究目标是将一个50-60升的驾驶员安全气囊在30毫秒内膨胀,使之具有吸入比,整体尺寸不应超过110毫米和直径120毫米,以适合方向盘柱的尺寸。
实现这些目标必然会导致这些要求之间的冲突。因此,该解决方案被寻求作为满足给定需求的单独工程解决方案之间的最佳折衷方案。
为满足抽吸式充气机工程要求,设计了相应的数值和实验任务。 它们是从对操作模式和相应设计要素的数值评估开始的。 不同于基于柯达效应的类似尝试,普朗特尔-迈耶膨胀风扇被认为是 建立超音速脉冲喷射器的流动模型。
由小型气体发生器产生的主(动力)超音速射流流,改变了喷嘴和混合室之间的钝角耦合方向,从而导致吸波类似于普朗德特尔-迈耶流。它使大气空气(二次流)喷出,进入混合室,并进一步进入缓冲层。 当低压二次流接近声速时,可以产生临界运行模式。
然后两个流的混合恶化,降低了喷出效率。 因此,研究应通过优化系统设计,将重点放在适当的高压气体输送到混合室。
所寻求的工程解决方案与那些由于脉冲超声速流与所载二次流相互作用过程的物理性质不同而描述静止流的方案基本不同。
特别注意确定给定吸引器几何上的最优操作(动力)压力值。 分布式压力探测器测量的压力场模式能够确定吸入器外壳(混合室)内的主要射流位置,并推荐最佳参数集。
超音速喷气在30~40MS范围内的稳定行为意味着一个稳定的夹带/吸入过程, 这种过程基本上不会随着启动喷气的流分离或重新定位而恶化。 通过测量吸入比和视频记录的气囊膨胀过程,证实了吸引器的可操作性及其设计建议。
因此,阀门的短暂开合时间在20-40毫秒内形成了从抽吸器喷嘴喷出的射流,引发了周围的空气夹带。在这种情况下, 气动设施中的"冷气体"试验可被认为与"热气体"试验相同 。因此,可以对这两种情况下得到的结果进行数值分析,并与测量结果进行比较。
此外,考虑到不同的气体动力学参数,如冷气体数据,可以为预测热气体实验结果提供线索。 这两种情况下的流量流量基本不同。
轴对称超音速脉冲吸引器的数值设计。对两种温度系统进行了数值模拟。热煤气箱模拟了用产生高压射流的气体发生器进行的吸气充气机操作, T =1200°K,含所需参数。 冷气体案例模拟了压缩气体实验喷气的情况, T = 300°K.
根据基本的数字建议. 及工程设计,设计了若干充气机模型,以便在测试过程中作出一些修改。 它们的第一套是带有外缝的充气机 ,周向喷嘴通常将吸引器的整体尺寸定义为其轴图。
第二种类型结合吸入器与内部喷出的缝隙/喷嘴图。 b、c和整体单位尺寸是混合室的尺寸,在 混合室中,高速喷流和受训练的气流发生相互作用 。两金属盘#1和#2的相邻A和B表面的耦合关系给出了引起普朗特-迈耶条件的尖锐弯曲边缘。
吸入式充气机压力场测量
安装在压缩空气设施中的组装充气机表示。 以及分布式压力探测系统。 压力探针沿充气器半径测量动态压力,沿混合室内的压力探针显示充气器内的压力场 。此外,它还能够根据操作压力跟踪喷气的位置和行为。
压力测量的基本目标是确定提供超音速喷气的稳定行为从而提供稳定的夹带/吸入过程的条件。 流分离效应或只是射流在混合室中的不稳定位置会使这一过程恶化 。减轻不当流动行为的后果,试验工作的重点是寻找最佳范围的参数,如作业(动力)压力, P M ,用于给定的吸引器几何。
下面讨论的压力测量指的是图中的吸力器。十五种测量压力, P ( t ),以重建流体结构,确定在吸引器壳内的支配射流位置,并推荐最佳组合的操作参数。
这些模式为分析通货膨胀期间的喷射行为提供了依据。 来自高速阀门的启动脉冲用黑线标记;红线对应于由探针测量的压力的平均值(去噪声)。 显示有意义的信号是通过近壁#2和#3探测器来记录的,从而表明了在吸引器外壳墙上的喷气位置。
将操作压力降低0.3-0.5兆帕,你可以观察到射流向吸引轴的转移。 当高高在上的时候 P 0 压力降至4.8兆帕 。喷气传播几乎平行于吸力轴。它的行为变得更加稳定,其特征是所有的全压探测#2-10有意义的信号。
一方面,所获得的结果具有一定的射流特性的不稳定性;另一方面,系统对动力压力变化的敏感性对气体发生器的特性提出了具体的要求。
初步的数值估计表明,在高压不超过其最佳计算值25%的情况下,所考虑的吸引器设计的运行是令人满意的。 4.2兆帕 P 0 ≤ 5.4 MPa.
在最佳情况下。 探测器记录的静态压力分布清楚地显示了整个膨胀期间的吸力区, t = 10–50 ms。 这种真空压力从~5到~3千帕,随着高输入压力的增加,反过来又会导致周围空气的夹带下降。
实际上,从数值模拟结果和根据动力压力(即动力压力)直接测量吸入比可以清楚地看到这种趋势。 前喷嘴的压力,由前室的1号探测器测量。
随动力压力增加而下降的经计算和测量的吸声比值,用于图中的内部口鼻吸引器设计。 最好的空气夹带是在压力0.1-0.2兆帕小于对吸引器壁的射流位移指示压力, 即对于几乎平行于吸力轴的喷气传播,在那里它表现出稳定的行为。
实验数据与相关的300K"冷气体"案例的数值预测值基本一致。由于实验吸入比曲线高于数值的300K， 可以假设一个类似的趋势,1200K"热气体"案件 。这就是说,在实际操作中,预期体积吸入比大约是由火焰车驱动的吸入器的数值预测值(橙色)的两倍。
给定的工程要求只能在吸引器几何形状的选择与操作压力范围之间的某些妥协条件下才能满足。此外，还有提高吸管效率的途径。显示稍有优化的设计的较高吸入比值这增加了空气夹带。
安全气囊膨胀过程被录像记录的冷和热气体情况下,使用发达的吸入式充气机。高速记录技术使得详细分析过程成为可能,并对不同参数组的结果进行了比较。
显示安全气囊部署的连续阶段使用充气器 。 压缩空气设施的通货膨胀过程, T =300K箱记录了最优化的基本变量、喷嘴宽度和动力高压。
案件的类似条件 T =1200K是在使用*烧弹燃**产生压力超音速射流流的设施中产生的。 在第二种情况下,高温气体提供了一个更大的视觉体积和丰满的缓冲,这似乎足以减轻碰撞后果。如果其温度比气动实验高得多,则与大幅度膨胀的气体体积的数值预测是一致的。
通过数值匹配和实验匹配,研制出了适用于传统车辆和自主车辆气囊的抽吸式充气机。建立并测试了两种基本模型及其几种改进方法： 外环缝喷嘴和内喷嘴放置在混合室。 两者的目标都是从车辆车厢中吸收需要常规推进 剂量的1/3的气囊空气 。
它还减少了创伤性安全气囊对车辆乘客的影响, 因为压力和温度控制在车厢和停止部署的安全气囊接触到一个乘客。 反过来,后者又消除了使用者重量和脱位传感器的需要。
因此,基于理论和计算的研究结果结合其实证验证和实验设计改进,证明了所开发的概念适用于气囊吸入式充气机。