黄子安，李醒飞

(天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072)

0 引言

在汽车碰撞试验中，由于假人自身惯性、安全带束缚及座椅的支撑作用，头颈部会前倾后仰产生角速度，该角速度的测量对于研究头部扭转伤害[1]以及头部运动轨迹具有重要意义。在国外早期碰撞试验中，角速度测量通常采用线加速度传感器阵列、高速相机和旋转电位计[2]。线加速度传感器阵列的测量精度易受到传感器间的失配、敏感轴不重合以及积分累积误差的影响。高速相机的视野易被假人挥动的四肢及车身结构遮挡，具有较大的局限性。旋转电位计的抗冲击性能较差，其安装位置有着严格要求。

MHD角速度传感器是抗冲击、宽频带、大量程传感器，由美国ATA公司1989年开发研制[3]，并成功应用到汽车碰撞试验中，能准确可靠地测量假人头部和躯干的旋转。国内MHD角速度传感器研制起步较晚，目前处于原理样机阶段，已能有效敏感角速度，具有宽频带和大量程特性，但还未开展汽车碰撞相关应用研究。为了测试MHD角速度传感器是否能在高冲击环境下保持原有的测量性能，本文参考国外座椅鞭打试验数据[4](假人头部加速度峰值和3 ms合成加速度不超过28g，合成角加速度峰值不超过1 374 rad/s2)，设计了摆锤式冲击试验装置，可产生类似半正弦的冲击波形。基于橡胶Mooney-Rivlin本构关系建立碰撞动力学理论模型，并根据电磁感应原理建立MHD角速度传感器输出模型。通过采用Hypermesh/LS-DYNA和Fluent仿真软件，对所设计装置的结构动力学响应及MHD角速度传感器输出电势进行仿真，并将仿真结果与计算结果进行对比分析，为后续研究提供理论基础。……