摩托車、電動(dòng)自行車乘員頭盔吸收碰撞能量性能工作原理
點(diǎn)擊次數(shù)：302 更新時(shí)間：2025-08-23
在摩托車與電動(dòng)自行車騎行安全保障體系中，GB 811-2022《摩托車、電動(dòng)自行車乘員頭盔》標(biāo)準(zhǔn)下的吸收碰撞能量性能試驗(yàn)發(fā)揮著不可替代的作用。吸收碰撞能量性能試驗(yàn)機(jī)作為執(zhí)行該試驗(yàn)的核心設(shè)備，其工作原理蘊(yùn)含著深厚的科學(xué)技術(shù)內(nèi)涵，對(duì)精準(zhǔn)評(píng)估頭盔安全性能意義重大。
1.模擬真實(shí)碰撞場(chǎng)景的設(shè)計(jì)思路
頭盔吸收碰撞能量性能試驗(yàn)機(jī)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)，是高度模擬現(xiàn)實(shí)中摩托車與電動(dòng)自行車騎行者遭遇碰撞時(shí)的復(fù)雜場(chǎng)景。在實(shí)際事故里，騎行者頭部可能會(huì)以不同角度、速度與各類物體發(fā)生碰撞，試驗(yàn)機(jī)必須盡可能還原這些多樣化的碰撞情形。
以自由落體沖擊為例，試驗(yàn)機(jī)通過(guò)特定的釋放裝置，將佩戴頭盔的模擬頭型拉升至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高度，隨后使其自由落下，與下方不同材質(zhì)、形狀的砧座發(fā)生碰撞。對(duì)于 A1、A2 類頭盔，可能采用 6.0m/s（理論落高 1835mm）的沖擊速度撞擊平面鋼制砧；A3 類頭盔則以同樣速度沖擊半球鋼制砧 。通過(guò)這樣的設(shè)定，模擬騎行者高速行駛摔倒時(shí)，頭部與地面等平面或類似半球狀物體碰撞的狀況。又比如，利用擺錘裝置，可模擬側(cè)面碰撞場(chǎng)景，擺錘以一定初始速度擺動(dòng)，撞擊佩戴頭盔的頭型，以此檢驗(yàn)頭盔在側(cè)面沖擊下的性能。
2.基于沖擊動(dòng)力學(xué)的能量傳遞模擬
從專業(yè)的沖擊動(dòng)力學(xué)理論出發(fā)，當(dāng)頭盔與砧座碰撞瞬間，巨大的沖擊力會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)傳遞到頭盔上。試驗(yàn)機(jī)巧妙地利用這一原理，通過(guò)精確控制撞擊裝置的參數(shù)，模擬出不同強(qiáng)度的沖擊力。
撞擊裝置中的關(guān)鍵部件，如可精確控制的撞擊頭，能夠按照預(yù)設(shè)速度、角度撞擊頭盔。其速度控制精度Ji高，例如在規(guī)定的沖擊速度是在碰撞發(fā)生qian10mm-60mm范圍內(nèi)測(cè)定，且不小于理論速度的 95%。在撞擊過(guò)程中，能量從撞擊源（如自由落體的頭型、擺錘等）傳遞到頭盔，頭盔材料及其結(jié)構(gòu)開始發(fā)揮吸收和分散能量的作用。試驗(yàn)機(jī)通過(guò)調(diào)整撞擊頭質(zhì)量、形狀，以及釋放高度、擺錘長(zhǎng)度與初始角度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同能量級(jí)別和沖擊形式的模擬，從而全面考察頭盔在各種可能碰撞條件下吸收碰撞能量的能力。
3.傳感器數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)
在整個(gè)碰撞過(guò)程中，為了獲取頭盔吸收碰撞能量性能的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，試驗(yàn)機(jī)配備了先進(jìn)的傳感器數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)猶如試驗(yàn)機(jī)的 “神經(jīng)系統(tǒng)"，能夠?qū)崟r(shí)、精準(zhǔn)地感知并記錄各種物理量變化。
加速度傳感器是其中的核心部件之一。在單軸加速度傳感器碰撞試驗(yàn)法中，采用裝有單軸加速度傳感器的頭型，實(shí)時(shí)測(cè)量碰撞瞬間傳遞給頭型的加速度。而在三軸加速度傳感器碰撞試驗(yàn)法（仲裁法）里，三軸加速度傳感器可捕捉頭型在 X、Y、Z 三個(gè)方向上的加速度變化。這些傳感器能夠精確測(cè)量極短時(shí)間內(nèi)的加速度峰值，以及加速度超過(guò)特定閾值（如 150g、200g）的作用時(shí)間。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，可直觀了解頭盔在碰撞時(shí)對(duì)沖擊力的減緩效果。例如，依據(jù) GB 811-2022 標(biāo)準(zhǔn)，A 類頭盔加速度峰值不大于 300g，加速度超過(guò) 150g 的作用時(shí)間有相應(yīng)限制 ，通過(guò)傳感器采集的數(shù)據(jù)可直接與標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)，判斷頭盔是否達(dá)標(biāo)。
除加速度傳感器外，試驗(yàn)機(jī)還可能配備位移傳感器等其他設(shè)備，用于測(cè)量頭盔在碰撞過(guò)程中的變形量。通過(guò)分析變形量，可進(jìn)一步了解頭盔材料的緩沖性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這些傳感器采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)信號(hào)放大器處理后，傳輸至數(shù)據(jù)采集卡，并最終由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和處理。計(jì)算機(jī)軟件能夠繪制出詳細(xì)的加速度 - 時(shí)間曲線、變形量 - 時(shí)間曲線等，為研究人員和檢測(cè)人員提供直觀、全面的數(shù)據(jù)參考，以便深入評(píng)估頭盔吸收碰撞能量的性能優(yōu)劣 。
吸收碰撞能量性能試驗(yàn)機(jī)通過(guò)模擬真實(shí)碰撞場(chǎng)景、基于沖擊動(dòng)力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)能量傳遞模擬，以及運(yùn)用先進(jìn)的傳感器數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，為 GB 811-2022 標(biāo)準(zhǔn)下的吸收碰撞能量性能試驗(yàn)提供了可靠、精準(zhǔn)的測(cè)試手段，在保障摩托車與電動(dòng)自行車騎行安全領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵支撐作用。
