CN101551293A - 模拟碰撞试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种测试技术领域的模拟碰撞试验装置及其试验方法，包括：落锤式冲击试验模块、传感器模块、电荷放大器模块、A/D采集计算机模块、高速相机模块、照明模块和待测试件。本发明适合用于检测高强度钢及超高强度钢的碰撞性能；由试件顶端的触发器自动触发采样而不再单纯地利用加速度信号启动采样，降低了后续数据处理分析的困难。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种测试技术领域的装置及方法，特别是涉及一种用于检测高强钢碰撞性能的模拟碰撞试验装置及其试验方法。
背景技术
在汽车制造中应用高强钢材料，可以在保证汽车安全性能的前提下达到很好的减重效果从而有效地降低油耗、减少污染。碰撞性能是汽车被动安全性的一个重要指标，为了在早期设计阶段利用计算模拟的方法更准确地预测汽车的被动安全性能，对高强钢板的碰撞性能进行评估是十分必要的。汽车工业发达国家针对本国制定了汽车被动安全标准，并且都形成了各自的标准体系。同样，依据各自的标准，进行的被动安全性试验也相应地设计有各自的试验设备。虽然这些试验设备是不尽相同的，但仍可以归纳为以下两大类：即(1)模拟碰撞试验(2)实车碰撞试验。其中模拟碰撞试验，例如台架试验就是在试验台上模拟整车或者某些汽车零部件碰撞过程，主要用于评价零部件对冲击能量的吸能性能和部件本身的安全性能这种模拟碰撞试验具有试验成本低，易于改变试验环境及条件，重复性好等优点。
目前，实车碰撞试验设备和模拟碰撞试验设备中，如日本汽车研究院(JARI)使用的HYGE装置，中国汽车技术研究中心(CATARC)、荷兰国家技术研究院(TNO)、法国汽车摩托车自行车联合会(UTAC)使用的模拟碰撞试验装置，美国MTS模拟碰撞试验装置，VIA碰撞试验装置等，一般主要由加速轨道、动力弹射系统、固定壁、导向系统、照明系统及电测量系统等构成。通常，加速轨道采用较大型钢作为导轨，或者直接在水平地面上滚动；动力则多采用大功率电机直接驱动卷筒，利用卷筒上缠绕钢丝绳牵引被试验的实车或台车来实现，这样构成的系统比较庞大，尤其操作比较繁琐。
经对现有技术文献的检索发现，专利申请号200420045743.2，授权公告号CN2769876Y，授权公告日期为：2006年4月5日，记载了一种“模拟碰撞试验装置”，包括：导轨、碰撞板、动力装置、缓冲装置及电信号采集装置。所述的导轨由两根平行的直线轴承轨道组成，其上设有直线轴承；所述的碰撞板固定在直线轴承之上与之成为一体；所述的缓冲装置是固定在试验台上的，包括碰撞块、滑杆、支撑架、钢丝和挡柱。动力装置驱使碰撞板产生高速碰撞过程。其不足在于：高速撞击能量低，试验范围有限，多应用于汽车安全气囊的碰撞试验中，不能应用于高强度结构件的冲击碰撞试验。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种模拟碰撞试验装置及其试验方法，能够承受高速撞击能量，可广泛应用于高强度结构件的冲击碰撞试验。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及的模拟碰撞试验装置，包括：落锤式冲击试验模块、传感器模块、电荷放大器模块、A/D采集计算机模块、高速相机模块、照明模块和待测试件，其中：传感器模块的输出端与电荷放大器模块的输入端连接以传输传感信号，电荷放大器模块的输出端与A/D采集计算机模块的输入端相连以传输模拟信号，待测试件固定在落锤式冲击试验模块的工作台上，高速相机模块固定在落锤式冲击试验模块的待测试件一侧并对准待测试件，高速相机模块与A/D采集计算机模块相连接以传输形变图像，照明模块设置于落锤式冲击试验模块的待测试件的相对一侧并对准待测试件。
所述的落锤式冲击试验模块包括：落锤、导向柱支架和工作底座，其中：工作底座与导向柱支架相固定，落锤设置于导向柱支架上，落锤位于工作底座的正上方，该落锤式冲击试验模块是整个试验装置基础，负责高速碰撞过程的发生。
所述的传感器模块包括：速度传感器、加速度传感器和力传感器，其中：速度传感器活动设置于落锤式冲击试验模块的外侧并与落锤运动方向相平行，加速度传感器安装在落锤式冲击试验模块的上端，力传感器固连在待测试件的底部。
所述的速度传感器采用非接触式的光电传感器，所述的加速度传感器采用压电式传感器，所述的力传感器采用应变式力传感器。
所述的电荷放大器模块为具有振动测量单元和放大单元的二次仪表，该电荷放大器模块负责接收传感器模块产生的传感信号，并将传感信号放大后输出至A/D采集计算机模块。
所述的A/D采集计算机模块包括：A/D采集单元、数据处理单元和显示单元，其中：A/D采集单元接收电荷放大器模块输出的模拟信号，该A/D采集单元分别将数字信号输出至数据处理单元并将模拟信号输出至显示单元，数据处理单元将接收到的来自A/D采集单元的数字信号经处理后将数字处理结果输出至显示单元，显示单元实时显示A/D采集单元输出的模拟信号以及数据处理单元输出的数字处理结果。
所述的高速相机模块为具有防抖动单元电子摄像机，该电子摄像机的解析度在1280*1024以上，帧速在3000帧/秒以上，该高速相机模块负责采集待测试件在短暂的冲击碰撞过程中的形变图像，以助于更全面地了解转瞬即逝的碰撞过程，而且还可以利用图像计算出碰撞过程中被测构件的变形位移、速度等一系列参数。
所述的待测试件为截面薄壁直梁结构件，该待测试件的截面形状为凹字形、凸字形或吕字形中的一种，在待测试件的顶端设有触发器且该触发器与A/D采集计算机模块相连接。
所述的截面薄壁直梁结构件为用于材料碰撞性能检测的新型结构型式。
所述的触发器在当碰撞发生时产生感应信号并输出至A/D采集计算机模块，该感应信号用于启动采样，作为碰撞零时刻的基准。
本发明涉及的模拟碰撞试验装置的试验方法，包括以下步骤：
第一步、将速度传感器安装在固定台上，将加速度传感器安装在落锤试验机的落锤的顶部，将力传感器固连在待测试件的底部；
第二步、将待测试件固定在落锤式冲击试验模块工作台上；
第三步、将传感器模块、电荷放大器模块和A/D采集计算机模块依次相连；
第四步、架起高速相机模块使其对准待测试件，调整照明系统使得高速相机模块达到其最佳的工作状态；
所述的工作状态，是指高速相机模块的视角正对待测试件且高速相机模块的解析度设置于1280*1024，快门设置于1/3000秒；
第五步、启动落锤式冲击试验模块进行碰撞试验，即让试验机落锤撞击待测试件，传感器模块和高速相机模块将记录下碰撞的全部过程；
第六步、传感器模块将接收到的传感信号经电荷放大器模块放大后传输至A/D采集计算机模块，高速相机模块将整个碰撞过程中待测试件的变形信息也传输至A/D采集计算机模块，A/D采集计算机模块通过通用的信号处理以及图像处理手段根据获得的模拟信号和形变图像计算得出整个碰撞过程中的位移、速度、加速度及碰撞力信息。
本发明结构简便，无需台车、轨道等设备，装置所需场地要求相对较低；产生的高速撞击能量可调，不仅可以用于检测普通材料的碰撞性能，而且适合用于检测高强度钢及超高强度钢的碰撞性能；操作简便，由试件顶端的触发器自动触发采样而不再单纯地利用加速度信号启动采样，降低了后续数据处理分析的困难；可直接获取位移、速度、加速度及碰撞力的完整信息。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为实施例结构示意图；
图3a为凹字形结构待测试件示意图；
图3b为凸字形结构待测试件示意图；
图3c为吕字形结构待测试件示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：落锤式冲击试验模块1、传感器模块2、电荷放大器模块3、A/D采集计算机模块4、高速相机模块5、照明模块6和待测试件7，其中：传感器模块2的输出端与电荷放大器模块3的输入端连接以传输传感信号，电荷放大器模块3的输出端与A/D采集计算机模块4的输入端相连以传输模拟信号，待测试件7固定在落锤冲击试验模块1上，高速相机模块5固定在落锤冲击试验模块1的待测试件7一侧并对准待测试件7，高速相机模块5与A/D采集计算机模块4相连接以传输形变图像，照明模块6设置于落锤式冲击试验模块1的待测试件7的相对一侧并对准待测试件7。
如图2所示，所述的落锤式冲击试验模块1包括：落锤8、导向柱支架9和工作底座10，其中：工作底座10与导向柱支架9相固定，落锤8设置于导向柱支架9上，落锤8位于工作底座10的正上方，该落锤8式冲击试验模块1是整个试验装置基础，负责高速碰撞过程的发生。
如图2所示，所述的传感器模块2包括：速度传感器11、加速度传感器12和力传感器13，其中：速度传感器11活动设置于落锤8式冲击试验模块的外侧并与落锤8运动方向相平行，加速度传感器12安装在落锤8式冲击试验模块的上端，力传感器13固连在待测试件7的底部。
所述的速度传感器11采用非接触式的光电传感器，所述的加速度传感器12采用压电式传感器，所述的力传感器13采用应变式力传感器13。
所述的电荷放大器模块3为具有振动测量单元和放大单元的二次仪表，该电荷放大器模块3负责接收传感器模块2产生的传感信号，并将传感信号放大后输出至A/D采集计算机模块4。
所述的A/D采集计算机模块4包括：A/D采集单元、数据处理单元和显示单元，其中：A/D采集单元接收电荷放大器模块3输出的模拟信号，该A/D采集单元分别将数字信号输出至数据处理单元并将模拟信号输出至显示单元，数据处理单元将接收到的来自A/D采集单元的数字信号经处理后将数字处理结果输出至显示单元，显示单元实时显示A/D采集单元输出的模拟信号以及数据处理单元输出的数字处理结果。
所述的高速相机模块5为具有防抖动单元电子摄像机，该电子摄像机的解析度在1280*1024以上，帧速在3000帧/秒以上，该高速相机模块5负责采集待测试件7在短暂的冲击碰撞过程中的形变图像，以助于更全面地了解转瞬即逝的碰撞过程，而且还可以利用图像计算出碰撞过程中被测构件的变形位移、速度等一系列参数。
所述的待测试件7为截面薄壁直梁结构件，该待测试件7的截面形状为凹字形、凸字形或吕字形中的一种，在待测试件7的顶端设有触发器且该触发器与A/D采集计算机模块4相连接。
如图2所示，所述的待测试件7为截面薄壁直梁结构件，该待测试件7的截面形状分别为图3a中的凹字形结构、图3b中的凸字形结构或图3c中的吕字形结构，在待测试件7的顶端设有触发器14且该触发器14与A/D采集计算机模块4相连接。
所述的截面薄壁直梁结构件为用于材料碰撞性能检测的新型结构型式。
所述的触发器14在当碰撞发生时产生感应信号并输出至A/D采集计算机模块4，该感应信号用于启动采样，作为碰撞零时刻的基准。
本实施例以下方式进行测试：
第一步、使用本发明首先将速度传感器11安装在固定台8上，将加速度传感器12安装在落锤8试验机1的落锤8的顶部，将力传感器13固连在待测试件7的底部；
第二步、将待测试件7与传感器6的组合体安装在落锤8试验机1的工作底座107上；
第三步、将速度传感器11、加速度传感器12以及力传感器13分别与电荷放大器模块3连接，并且将电荷放大器模块3与A/D采集计算机模块4相连；
第四步、最后架起高速相机模块5并使其对准待测试件7，并调整照明模块6使得高速相机模块5设置于其视角正对待测试件7且高速相机模块5的解析度设置于1280*1024，快门设置于1/3000秒。
第五步、安装调试工作完成之后，启动落锤8进行试验，通过A/D采集计算机模块4和高速相机模块5记录下碰撞的全部过程。
第六步、速度传感器11、加速度传感器12以及力传感器13将接收到的模拟信号经电荷放大器模块3传递给A/D采集计算机模块4，高速相机模块5将整个碰撞过程中待测试件7的变形信息也传输至A/D采集计算机模块4，A/D采集计算机模块4通过通用的信号处理以及图像处理手段获得碰撞的位移、速度、加速度及碰撞力信息。
Claims (8)
1、一种模拟碰撞试验装置，其特征在于，包括：落锤式冲击试验模块、传感器模块、电荷放大器模块、A/D采集计算机模块、高速相机模块、照明模块和待测试件，其中：传感器模块的输出端与电荷放大器模块的输入端连接以传输传感信号，电荷放大器模块的输出端与A/D采集计算机模块的输入端相连以传输模拟信号，待测试件固定在落锤式冲击试验模块的工作台上，高速相机模块固定在落锤式冲击试验模块的待测试件一侧并对准待测试件，高速相机模块与A/D采集计算机模块相连接以传输形变图像，照明模块设置于落锤式冲击试验模块的待测试件的相对一侧并对准待测试件。
2、根据权利要求1所述的模拟碰撞试验装置，其特征是，所述的落锤式冲击试验模块包括：落锤、导向柱支架和工作底座，其中：工作底座与导向柱支架相固定，落锤设置于导向柱支架上，落锤位于工作底座的正上方，该落锤式冲击试验模块是整个试验装置基础，负责高速碰撞过程的发生。
3、根据权利要求1所述的模拟碰撞试验装置，其特征是，所述的传感器模块包括：速度传感器、加速度传感器和力传感器，其中：速度传感器活动设置于落锤式冲击试验模块的外侧并与落锤运动方向相平行，加速度传感器安装在落锤式冲击试验模块的上端，力传感器固连在待测试件的底部。
4、根据权利要求1所述的模拟碰撞试验装置，其特征是，所述的电荷放大器模块为具有振动测量单元和放大单元的二次仪表，该电荷放大器模块负责接收传感器模块产生的传感信号，并将传感信号放大后输出至A/D采集计算机模块。
5、根据权利要求1所述的模拟碰撞试验装置，其特征是，所述的A/D采集计算机模块包括：A/D采集单元、数据处理单元和显示单元，其中：A/D采集单元接收电荷放大器模块输出的模拟信号，该A/D采集单元分别将数字信号输出至数据处理单元并将模拟信号输出至显示单元，数据处理单元将接收到的来自A/D采集单元的数字信号经处理后将数字处理结果输出至显示单元，显示单元实时显示A/D采集单元输出的模拟信号以及数据处理单元输出的数字处理结果。
6、根据权利要求1所述的模拟碰撞试验装置，其特征是，所述的待测试件为截面薄壁直梁结构件，该待测试件的截面形状为凹字形、凸字形或吕字形中的一种，在待测试件的顶端设有触发器且该触发器与A/D采集计算机模块相连接。
7、根据权利要求1所述的模拟碰撞试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、将速度传感器安装在固定台上，将加速度传感器安装在落锤试验机的落锤的顶部，将力传感器固连在待测试件的底部；
第二步、将待测试件固定在落锤式冲击试验模块工作台上；
第三步、将传感器模块、电荷放大器模块和A/D采集计算机模块依次相连；
第四步、架起高速相机模块使其对准待测试件，调整照明系统使得高速相机模块达到其最佳的工作状态；
第五步、启动落锤式冲击试验模块进行碰撞试验，即让试验机落锤撞击待测试件，传感器模块和高速相机模块将记录下碰撞的全部过程；
第六步、传感器模块将接收到的传感信号经电荷放大器模块放大后传输至A/D采集计算机模块，高速相机模块将整个碰撞过程中待测试件的变形信息也传输至A/D采集计算机模块，A/D采集计算机模块通过通用的信号处理以及图像处理手段根据获得的模拟信号和形变图像计算得出整个碰撞过程中的位移、速度、加速度及碰撞力信息。
8、根据权利要求7所述的模拟碰撞试验装置的试验方法，其特征是，所述的工作状态，是指高速相机模块的视角正对待测试件且高速相机模块的解析度设置于1280*1024，快门设置于1/3000秒。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091007 |