CN101271050B - 一种汽车b柱冲击选材方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车B柱冲击选材方法，将悬吊在吊索下端的冲击摆锤以该吊索为半径的运行轨迹牵引到某一高度后，沿所述运行轨迹自由下落到最低位置，撞击待测汽车B柱，在冲击摆锤下落撞击汽车B柱过程中，通过加速度传感器采集撞击全过程中冲击摆锤的加速度a变化曲线，激光位移传感器采集汽车B柱碰撞点在整个撞击过程中的动态位移u，通过光电传感器测出冲击摆锤下端的矩形齿条栅格通过时间t，已知矩形齿条栅格的宽度l，进而算出冲击摆锤在某一高度落下到最低点的速度

，以及汽车B柱在撞击过程中吸收的能量

，最后根据上述参数选择在冲击过程中加速度峰值最小和最大变形量最小时的该种材料做为最优B柱材料。

Description

一种汽车B柱冲击选材方法及装置

技术领域

本发明涉及检测汽车侧面碰撞安全性能技术领域，具体是指一种汽车B柱冲击选材方法及装置。

背景技术

随着汽车工业的发展和人民生活水平的不断提高，人们对家用轿车的需求量逐渐增大，随之产生的交通事故也逐渐增多，因此汽车安全性设计成了汽车设计中不容忽视而需首要考虑的问题之一。在道路交通事故中，侧面碰撞约占25％，侧面碰撞中乘员严重死亡和伤害与驾驶室(乘员舱)的侧面侵入量有很大关系，国家也相应的颁布了侧面碰撞法规来加强对乘员的保护，而在侧面碰撞交通事故中车辆碰撞发生的部位多集中在车身B柱和车门处，因此，选择何种材料设计汽车B柱使得在侧面碰撞过程中驾驶室的侧面侵入量尽可能小也是目前各个汽车公司需要迫切解决的问题之一。

B柱又称中柱，位于前门和后门之间，是车身承载框架的重要组成部分，它主要承受两方面的压力，一是支撑车顶盖，二是承受前后门的压力。所以为了更好的达到力传递，B柱都会外凸，在车辆发生侧碰时，B柱对保证驾驶室的完整性起到很大的作用。选择哪种材料的B柱能够在刚度得到提高的同时又降低其重量，更有利于在碰撞发生过程中的能量的吸收，从而达到使乘员在侧面碰撞过程中伤害最小的目的是目前亟待解决的一个重要问题。

针对不同级别和用途的车辆B柱的设计和用材往往不一致，传统的B柱用材的选择多是根据工程师和设计者的经验，没有一个具体的测试装置来对B柱的刚度和侧面碰撞事故中B柱的变形量和能量的吸收进行测试，导致不能较好的预测该设计车辆在侧面碰撞事故中驾驶室的完整性。

现有的类似装置主要是垂直下落式落锤装置，但是该装置常常用于土木工程中的混泥土的耐撞性能测试，用于机械行业中时该装置也多用于高速冲击中对汽车典型截面梁的碰撞吸能性能评价，另外该装置的占地面积相当大，需要一个接近15～20m高的架子，该装置的工作台面接近3X3m，为了要评价这个结构的动态变形吸能过程，一般还需要一套高速摄像仪，因此该装置的造价相当高，整套装置需要100万左右，此外该装置在针对变形量的大小测试时候常常是在被测试部件上贴上星形标识点，通过高速摄像仪得到整个变形过程的变形相片，在通过专业的图片轨迹处理软件来得出标识点的动态位移曲线，这样将给工程人员造成使用上面的困难，并且得到的位移曲线的精度也不高。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的在于提出一种汽车B柱冲击选材方法及其装置，能够针对选用不同材料的B柱的刚度和耐撞性进行测试，选出试验结果最好的相应材料的B柱应用于开发的同类型车辆中，同时也能较好的预测侧面碰撞过程中的车辆安全性。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是，

一种汽车B柱冲击选材方法，将悬吊在吊索下端的冲击摆锤以该吊索为半径的运行轨迹牵引到某一高度后，沿所述运行轨迹自由下落到最低位置，撞击待测汽车B柱，根据所测得参数判断所选材料是否适当；在冲击摆锤下落撞击汽车B柱过程中，通过加速度传感器采集撞击全过程中冲击摆锤的加速度a变化曲线，激光位移传感器采集汽车B柱碰撞点在整个撞击过程中的动态位移u，通过光电传感器测出冲击摆锤下端的矩形齿条栅格通过时间t，已知矩形齿条栅格的宽度l，进而算出冲击摆锤在某一高度落下到最低点的速度 $v=\frac{l}{t},$ 以及汽车B柱在撞击过程中吸收的能量 $E=\frac{1}{2}m{v}^2,$ 最后根据上述参数选择在冲击过程中加速度峰值最小和最大变形量最小时的该种材料做为最优B柱材料。

本发明的一种用于汽车B柱冲击选材方法的装置，其包括，冲击支架，其为一框架结构，包括第一、二门形架及连接该二个门形架的连杆；第一门形架下部固定供B柱固定的安装板；冲击摆锤，通过吊索悬吊于第一门形架及连杆之间，其运行轨迹的最低位置对应第一门形架下部的安装板；该冲击摆锤上还设矩形齿条栅格；牵引电机，安装于第二门形架；自动脱钩装置，其一端通过吊索连接牵引电机，另一端通过吊索连接冲击摆锤；二个光电速度传感器，分别设置于冲击摆锤的自由位置横向两侧位置；加速度传感器，设置于冲击摆锤末端；激光位移传感器，安装在第一门形架外，安装板后侧位置。

所述的冲击支架还包括斜支撑杆，6根立柱，2根纵梁，4根纵加强杆，2根横梁，4根横加强杆。

所述的自动脱钩装置包括，本体，其为一箱体结构；箱体一端设有供牵引索穿过的通孔；其内还设一限位挡板，位于该通孔一侧的内壁；其一侧壁上开有导槽；电磁铁，设置于箱体另一端；

伸缩杆，通过一支架固定于本体箱体内、电磁铁一侧，其一端部与电磁铁对应配合；牵引钩，十字形结构，其一端为管体结构，另一端为勾型结构，并由限位挡板限位；中部导杆的一端插设于本体箱体侧壁，另一端插设于本体箱体另一侧壁的导槽内；箱体连接穿过本体箱体通孔的牵引索；伸缩杆的一端插设于牵引钩管体的端口。

所述的安装板设有供固定待测B柱的螺栓的安装孔，该安装孔为U型或椭圆形，以便于B柱撞击位置的上下调节。

所述的吊索、牵引索为钢丝。

工作时，首先把待测B柱安装在装板上，选定某一质量的冲击摆锤挂接在吊索线上，同时把加速度传感器用永久电磁铁吸附在冲击摆锤的末端，再把光电速度传感器固定在冲击摆锤自由位置的横向两侧，相应地把激光位移传感器调节使其对准B柱的被冲击位置，最后由牵引电机牵引电磁铁自动脱钩装置的一端，电磁体自动脱钩装置的另外一端连接在冲击摆锤的左端，启动牵引电机把冲击摆锤牵引到一定高度，此时令电磁铁通电使冲击摆锤脱钩，冲击摆锤在四条吊索的限位下从高处摆下撞击安装位置处的B柱，撞击过后通过加速度传感器则能够采集到撞击整个过程中的加速度a变化曲线，激光位移传感器则得到了在整个撞击过程中的动态位移u曲线，当冲击摆锤通过放置在其自由位置两侧的光电速度传感器，可测出冲击摆锤下端的矩形齿条栅格通过的时间t，每个栅格的宽度为l，故通过的速度为 $v=\frac{l}{t},$ 得到速度v后通过即可以得出汽车B柱在撞击过程中吸收的能量为 $E=\frac{1}{2}m{v}^2,$ 再选出一组参数值能使得汽车B柱在冲击过程中的加速度峰值较小和最大变形量最小的材料，这样就能保证加工出来的汽车B柱具有较好的侧面碰撞安全性能且能把该汽车B柱用于同类车型中。

本发明的有益效果

本发明结构简单，并能够较好的模拟侧面碰撞中汽车B柱的加载和约束情况，相比同类型的落锤装置，具有较高的性价比，且操作简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明一实施例装置的立体示意图；

图2是本发明自动脱钩装置的局部放大示意图；

图3是本发明冲击摆锤的局部放大示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的用于所述的汽车B柱冲击选材方法的装置，其包括，冲击支架1、冲击摆锤2、牵引电机5、自动脱钩装置6、光电速度传感器8、8’、加速度传感器9、激光位移传感器10。

其中，冲击支架1，其为一框架结构，包括第一门形架11、第二门形架12及连接该二个门形架的连杆13、13’以及斜支撑杆15；第一门形架11下部固定供B柱固定的安装板14。

冲击摆锤2，通过吊索3悬吊于第一门形架11及连杆13、13’之间，其运行轨迹的最低位置对应第一门形架11下部的安装板14；该冲击摆锤2上还设矩形齿条栅格4；

牵引电机5，安装于第二门形架12；

自动脱钩装置6，其一端通过牵引索7连接牵引电机5，另一端通过牵引索7’连接冲击摆锤2；

二个光电速度传感器8、8’，分别设置于冲击摆锤2的自由位置横向两侧位置；加速度传感器9，设置于冲击摆锤2末端；激光位移传感器10，安装在第一门形架11外，安装板14后侧位置。

所述的自动脱钩装置6包括，本体61，其为一箱体结构；箱体一端设有供牵引索7’穿过的通孔611；其内还设一限位挡板612，位于该通孔611一侧的内壁；其一侧壁上开有导槽613；电磁铁62，设置于箱体另一端；伸缩杆63，通过一支架64固定于本体61箱体内、电磁铁62一侧，其一端部与电磁铁62对应配合，电磁铁62得电或失电可以吸附或释放该伸缩杆63；牵引钩65，十字形结构，其一端为管体结构，另一端为勾型结构，并由限位挡板612限位；中部导杆651的一端插设于本体箱体侧壁，另一端插设于本体箱体另一侧壁的导槽613内；牵引钩65一端勾型结构连接穿过本体箱体通孔611的牵引索7’；伸缩杆63的一端插设于牵引钩65管体的端口，受电磁铁62控制运动，可以插设或脱离牵引钩65管体。

工作时，首先把待测B柱16安装在安装板14上，选定某一质量的冲击摆锤2挂接在吊索3上，同时把加速度传感器9用永久电磁铁吸附在冲击摆锤2的末端，再把光电速度传感器8、8’固定在冲击摆锤2自由位置的横向两侧，相应地把激光位移传感器10调节使其对准B柱16的被冲击位置，最后由牵引电机5牵引自动脱钩装置6的一端，自动脱钩装置6的另外一端连接在冲击摆锤2的左端，启动牵引电机5把冲击摆锤2牵引到一定高度，此时令电磁铁62通电使冲击摆锤2脱钩，冲击摆锤2在四条吊索3的限位下从高处摆下撞击安装位置处的B柱16，撞击过后通过加速度传感器9则能够采集到撞击整个过程中的加速度a变化曲线，激光位移传感器10则得到了在整个撞击过程中的动态位移u曲线，当冲击摆锤2通过放置在其自由位置两侧的光电速度传感器8、8’，可测出冲击摆锤2下端的矩形齿条栅格4通过的时间t，每个栅格的宽度为l，故通过的速度为 $v=\frac{l}{t},$ 得到速度v后通过即可以得出汽车B柱16在撞击过程中吸收的能量为 $E=\frac{1}{2}m{v}^2,$ 再选出一组参数值能使得汽车B柱16在冲击过程中的加速度峰值较小和最大变形量最小的材料，这样就能保证加工出来的汽车B柱具有较好的侧面碰撞安全性能且能把该汽车B柱用于同类车型中。

参见图2，本发明自动脱钩装置6的工作过程：

牵引索7’一端套在冲击摆锤2的两个吊环上面，另一端钩在自动脱钩装置6的牵引钩65上面，由于牵引钩65和限位挡板612之间的间歇很小，这样就保证了牵引索7’不会滑落。牵引钩65末端是中空的，伸缩杆63伸入牵引钩65末端中空部分，此时电磁铁62未通电，当冲击摆锤2在牵引电机5的作用下上升到一定高度时候，电磁铁62通电，伸缩杆63就在电磁铁62的引力作用下向后运动退出牵引钩65的末端中空部分，这时候由于牵引钩65前端受到冲击摆锤2牵引力而末端未受力，牵引钩65就会自动向上翘起与初始水平位置成90度(由于有限位挡板612的约束只能成90度)，此时牵引索7’就会从牵引钩65上滑落，冲击摆锤2也就自由下落，撞击待测汽车B柱。

由于是通电时候脱钩(不处于工作状态)，断电时候装置处于工作状态(受力状态)，使得本发明的装置避免了使用常规方法中电磁铁通电时候处于工作状态所需要的断电保护装置，且简单、安全、实用。

待测B柱16安装在B柱安装板14上，通过待测B柱16安装板14的安装孔上下调节汽车B柱撞击位置，选用质量为80kg的冲击摆锤2冲击汽车B柱，冲击摆锤2在某一高度落下到最低点的速度，冲击摆锤2下端的矩形齿条栅格4通过光电速度传感器8、8’的时间测出，例如每个栅格的宽度为l为10mm，通过的时间为t为1ms，故速度为 $v={\frac{l}{t}}_{=10m/s,}$ 得到速度v后通过即可以得出汽车B柱16在撞击过程中吸收的能量为 $E={\frac{1}{2}m{v}^2}_{=4000J,}$ 在通过加速度传感器9和激光位移传感器10分别得到

加速度a和位移u的曲线，如我们得到的加速度曲线的峰值最大是18m/s以及汽车B柱的最大变形量(侵入量)为160mm，在通过汽车B柱变形的动态位移曲线微分即可得到汽车B柱侵入速度的曲线，得到其峰值是6m/s，再把各个值和侧面碰撞法规和常用结构安全标准相比较，就可以基本了解该B柱在侧面碰撞中的安全性能，常用轿车侧面碰撞中碰撞小车的加速度峰值一般不超过20m/s，另外，汽车B柱的最大变形量和侵入速度分别不能超过200mm和8m/s，通过各个具体值的比较我们就能大致判断汽车B柱的耐撞性能。

汽车B柱的具体选材是通过正交实验设计方法来实现的：一般汽车B柱常有4个大的部件组成，厂家提供5种可供选择的材料，该5种材料作为因素，4个部件作为水平(每个因素的取值)来进行正交实验设计。如果不用正交实验设计，排列组合需要4⁵次实验，但是用正交实验设计则只需要做16次实验即可，具体参见表1的正交表：

表1

参照上述表格具体描述如下，表中第二行数字整数1～5代表5不同的材料编号，每组实验对应的整数1～4代表组成汽车B柱的4个部件。把其相应的组合在一起就可以做成不同材料参数的汽车B柱，在通过对不同的汽车B柱进行冲击实验，在把得到的具体数值和前面给出的几个具体数值比较，看看哪组实验得到各个峰值最低，一般不可能几个指标都同时满足峰值最低，一般侧重点在汽车B柱的变形量上，这样就能得到较好的一组或几组材料参数匹配较好的B组使得它的侧面碰撞安全性能最好，从而达到选材的目的。

Claims (6)

1.一种汽车B柱冲击选材方法，将悬吊在吊索下端的冲击摆锤以该吊索为半径的运行轨迹牵引到某一高度后，沿所述运行轨迹自由下落到最低位置，撞击待测汽车B柱，根据所测得参数判断所选材料是否适当；其特征在于，

在冲击摆锤下落撞击汽车B柱过程中，通过加速度传感器采集撞击全过程中冲击摆锤的加速度a变化曲线，激光位移传感器采集汽车B柱碰撞点在整个撞击过程中的动态位移u，通过光电传感器测出冲击摆锤下端的矩形齿条栅格通过时间t，已知矩形齿条栅格的宽度l，进而算出冲击摆锤在某一高度落下到最低点的速度

以及汽车B柱在撞击过程中吸收的能量

最后根据上述参数选择在冲击过程中加速度峰值最小和最大变形量最小时的该种材料做为最优B柱材料。

2.一种用于权利要求1所述的汽车B柱冲击选材方法的装置，其特征是，其包括，

冲击支架，其为一框架结构，包括第一、二门形架及连接该二个门形架的连杆；第一门形架下部固定供B柱固定的安装板；

冲击摆锤，通过吊索悬吊于第一门形架及连杆之间，其运行轨迹的最低位置对应第一门形架下部的安装板；该冲击摆锤上还设矩形齿条栅格；

牵引电机，安装于第二门形架；

自动脱钩装置，其一端通过牵引索连接牵引电机，另一端通过牵引索连接冲击摆锤；

二个光电速度传感器，分别设置于冲击摆锤的自由位置横向两侧位置；

加速度传感器，设置于冲击摆锤末端；

激光位移传感器，安装在第一门形架外，安装板后侧位置。

3.如权利要求2所述的用于汽车B柱冲击选材方法的装置，其特征在于，所述的冲击支架还包括斜支撑杆。

4.如权利要求2所述的用于汽车B柱冲击选材方法的装置，其特征在于，所述的自动脱钩装置包括，

本体，其为一箱体结构；箱体一端设有供牵引索穿过的通孔；其内还设一限位挡板，位于该通孔一侧的内壁；本体箱体一侧壁上开有导槽；

电磁铁，设置于箱体另一端；

伸缩杆，通过一支架固定于本体箱体内、电磁铁一侧，其一端部与电磁铁对应配合；

牵引钩，十字形结构，其一端为管体结构，另一端为勾型结构，并由限位挡板限位；中部导杆的一端插设于本体箱体侧壁，另一端插设于本体箱体另一侧壁的导槽内；该牵引钩勾型结构连接穿过本体箱体通孔的牵引索；伸缩杆的一端插设于牵引钩管体的端口。

5.如权利要求2所述的用于汽车B柱冲击选材方法的装置，其特征在于，所述的吊索、牵引索为钢丝。

6.如权利要求2所述的用于汽车B柱冲击选材方法的装置，其特征在于，所述的安装板设有供固定待测B柱的螺栓的安装孔，该安装孔为U型或椭圆形。

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