CN101706373A - 工程车辆动态翻车试验方法及系统 - Google Patents
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Abstract
工程车辆动态翻车试验方法及系统属工程车辆安全研究领域，本发明的方法包括：试验车体准备、安装翻车保护结构及假人模型、安装调试动态翻车试验系统、试验车体装到翻车试验平台、试验、提取分析试验结果和翻车保护结构安全性能评估；本发明的系统中控制系统与电气系统、测试系统和液压系统连接，翻车试验平台一侧与翻车试验平台机架铰接，并与可调角度翻车斜坡的坡顶对齐，翻车试验平台另一侧经升降杆与翻车试验平台机架连接；试验车体上固接有翻车保护结构，翻车保护结构内置有假人模型；实施本发明，能更好地对工程车辆翻车保护结构的安全性能进行检测和评估，并可大幅减少翻车事故中的人员伤亡，降低工程车辆受损伤程度，本系统易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及工程车辆安全研究领域，具体说是一种工程车辆动态翻车试验方法及系统。
背景技术
工程车辆属于非公路车辆，由于其自身质量大、工作环境恶劣，工作场地有限，行驶路面复杂多变，加上承载运行时整车的稳定性下降等因素，翻车事故难以避免。工程车辆一旦发生翻车事故，就会造成严重的人身伤害，甚至死亡。
现有的国际标准对翻车保护结构(ROPS)的评价试验，是以静载荷代替动载荷。根据整机质量的大小，在保护结构框架上部施加规定的侧向、垂直和纵向载荷，以考核其强度和刚度，并按承受的力、吸收的能量和变形破坏情况，来评价ROPS是否合格。
但是，某些ROPS产品通过静态试验后，在实际翻车过程中，仍发生较大程度的破坏，未对司机起到良好的保护作用，尤其是司机在车辆滚翻中受到的冲击损伤。原因是：(1)当车辆发生侧向倾翻时，ROPS应发生很大的塑性变形才能达到吸收能量的要求，而这种动态的塑性变形过程与静态塑性变形过程有时显著不同。(2)安全驾驶室常通过橡胶减振垫与车架连接，而橡胶减振垫的动刚度与静刚度有显著差别，其动态阻尼也会对ROPS性能产生一定影响。(3)动态检测方法可充分考察焊接结构中焊缝、焊点的韧性，使检测结果能更符合实际翻车过程，且能充分体现翻车过程中产生的瞬时峰值载荷对ROPS结构本身及焊缝焊点的影响。
在基本遵照ISO3471的ROPS安全性能评价标准的同时，本发明提出了利用假人模型受损程度来对ROPS安全性能进行评价。原因在于，在试验过程中发现，即使ROPS满足上述刚度、强度及吸能要求，在翻车过程中，人体仍有可能遭受很严重的伤害，即上述评价指标只考虑了“固定的”ROPS，而没有考虑真实存在的、活动的“人”这个目标保护主体。因此本发明提出，在ROPS满足了上述刚度、强度及吸能要求的基础上，将翻车过程中人体的受损程度纳入到ROPS的安全评价指标，从而对ROPS的安全性进行更全面的评估。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更能反映真实工程车辆翻车工况的动态翻车试验方法，以及实施此方法的动态翻车试验系统。更好地对工程车辆翻车保护结构的安全性能进行检测和评估，并对当前国际标准《土方机械翻车保护结构实验室试验和性能要求》ISO3471进行补充和完善。为进一步制定相关标准提供参考和依据。
本发明提供的工程车辆动态翻车试验方法，包括下列步骤：
1.试验车体6准备：制作模型车或选择相应成品车，该试验车体6为工程车辆，且该模型车和成品车的车型与待检测的翻车保护结构4相匹配；
2.安装翻车保护结构4及假人模型5：翻车保护结构4为满足国际标准ISO3471各项性能要求的翻车保护结构4；假人模型5根据试验车体6型号的车型市场范围内，司机的平均尺寸选择和确定；翻车保护结构4与试验车体6的车架间的连接，以及假人模型5与座椅之间的连接，需与实际连接形式一致；
3.安装及调试动态翻车试验系统：包括选择试验场地，安装动态翻车试验系统，根据试验具体要求设定可调角度翻车斜坡11的角度和选择碰撞处的材质，对动态翻车试验系统中的液压系统14、电力系统1、翻车试验平台12和测试系统3进行调试；
4.将试验车体6安装到翻车试验平台12上；
5.开始试验：包括下列步骤：打开动态翻车试验系统中电气系统1总开关，开启测试系统3，启动液压系统14，直至试验车体6发生翻车，翻车保护结构4与可调角度翻车斜坡11发生碰撞；
6.提取试验结果；
7.分析试验结果；
上述两步骤中的试验结果包括：翻车保护结构4上各测点的动应变曲线、翻车保护结构4与可调角度翻车斜坡11之间的冲击力曲线、假人模型5各测点的加速度曲线、试验车体6倾翻全过程和假人模型5身体各部位运动全过程的多角度影像数据；
8.翻车保护结构4安全性能评估：是以翻车过程中假人模型5的受损程度作为评价指标。
本发明提供的工程车辆动态翻车试验系统，由电气系统1、控制系统2、测试系统3、翻车保护结构4、假人模型5、试验车体6、可调角度翻车斜坡11、翻车试验平台12、翻车试验平台机架13、液压系统14、升降杆7、导线8、摄像头9和支架10组成，其中电气系统1、控制系统2、测试系统3、液压系统14均安装在翻车试验平台机架13上；控制系统2分别与电气系统1、测试系统3和液压系统14连接；导线8一端与测试系统3连接，导线8另一端与支架10连接，导线8上置有摄像头9；翻车试验平台12置于翻车试验平台机架13上方，翻车试验平台12一侧与翻车试验平台机架13一侧铰接，并与连接于翻车试验平台机架13的可调角度翻车斜坡11的坡顶对齐；翻车试验平台12另一侧经升降杆7与翻车试验平台机架13另一侧连接；试验车体6置于翻车试验平台12上，试验车体6上固接有翻车保护结构4，翻车保护结构4内置有假人模型5；升降杆7由液压系统14控制。测试系统3由电测量系统I和光测量系统II组成。
电测量系统I由应变式力传感器a、压力盒b、加速度传感器c、动态应变仪d、数据采集系统g和数据处理系统i组成，其中应变式力传感器a经动态应变仪d、数据采集系统g与数据处理系统i连接；压力盒b和加速度传感器c均经数据采集系统g与数据处理系统i连接。
应变式力传感器a安装在翻车保护结构4各横梁和立柱上，用于测量翻车保护结构4上各测点的动应变曲线；压力盒b安装在可调角度翻车斜坡11上的相应位置，用于测量翻车保护结构4与可调角度翻车斜坡11之间的冲击力曲线。
加速度传感器c安装在假人模型5上的相应位置，用于测量翻车过程中假人模型5各测点的加速度曲线。
光测量系统II由摄像机组Ae、摄像机组Bf、图像采集卡h和数据处理系统i组成，其中摄像机组Ae和摄像机组Bf均经图像采集卡h与数据处理系统i连接；摄像机组Ae安装在翻车试验平台12侧面和正面；用于获得翻车过程中试验车体6倾翻全过程的多角度影像数据.摄像机组Bf安装在试验车体6内，用于获得翻车过程中试验车体6倾翻过程中假人模型5身体各部位运动全过程的多角度影像数据.
本发明的积极效果在于：通过实施发明，能使试验结果更加真实地反映工程车辆翻车的工况，更好地对工程车辆翻车保护结构的安全性能进行检测和评估，并对当前国际标准《土方机械翻车保护结构实验室试验和性能要求》ISO3471进行补充和完善，为进一步制定相关标准提供参考和依据。通过此方法及系统的应用，将很大程度地减少翻车事故中的人员伤亡，以及使工程车辆所受损伤程度减到最小。此外，本系统易于操作。
附图说明
图1为工程车辆动态翻车试验方法流程图
图2为工程车辆动态翻车试验系统结构示意图
图3为工程车辆动态翻车试验系统示意图
图4为测试系统示意图
其中：I.电测量系统II.光测量系统a.应变式力传感器b.压力盒c.加速度传感器d.动态应变仪e.摄像机组A f.摄像机组B g.数据采集系统h.图像采集卡i.数据处理系统
1.电气系统2.控制系统3.测试系统4.翻车保护结构5.假人模型6.试验车体7.升降杆8.导线9.摄像头10.支架11.可调角度翻车斜坡12.翻车试验平台13.翻车试验平台机架14.液压系统
具体实施方式
本发明提供的工程车辆动态翻车试验系统中，控制系统2、测试系统3、液压系统14、电气系统1和翻车试验平台12均安装在翻车试验平台机架13上，由液压系统14经升降杆7实现翻车试验平台12的升降；电气系统1为动态翻车试验系统提供动力电源和电气保护，控制系统2设置有工业控制计算机，用来对试验参数进行设置和监控整个系统的运行状态，并适时地进行控制反馈。翻车试验平台12一端由液压系统14提供动力实现升降，另一端与翻车试验平台机架13铰接，并与可调角度翻车斜坡11的坡顶对齐，保证试验车体6从翻车试验平台12滚翻下时，准确地与可调角度翻车斜坡11上的压力盒b发生碰撞；可调角度翻车斜坡11可根据具体试验要求对倾斜角度以及碰撞处的材质进行选择和设定，此处取斜坡倾角为30°，用水泥块模拟刚性地面。
另外，控制系统2为测试系统3，液压系统14，电气系统1，翻车试验平台12和可调角度翻车斜坡11所共有。
测试系统3综合应用了电测量系统I和光测量系统II，其中，电测量系统I由应变式力传感器a，压力盒b，加速度传感器c，动态应变仪d，数据采集系统g和数据处理系统i组成。光测量系统II由摄像机组A e，摄像机组B f，图像采集卡h和数据处理系统i组成。并且电测量系统I和光测量系统II共用一套数据处理系统i。
测试系统3中各部分的作用为：电测量系统I设置有16个应变式力传感器a，安装在翻车保护结构4各横梁和立柱上，用于测量翻车保护结构4上各测点的动应变曲线。
电测量系统I还设置有4个压力盒b，安装在可调角度翻车斜坡11的相应位置，用于测量翻车保护结构4与可调角度翻车斜坡11之间的冲击力曲线.
电测量系统I还设置有3个加速度传感器c，安装在假人模型5的相应位置，用于测量翻车过程中假人模型5头部、颈部和胸部等测点的加速度曲线。
光测量系统II设置有摄像机组A e、摄像机组B f各6台摄像机，安装在翻车试验平台12侧面及正面6台以及车体内假人模型5头部附近、腰部附近6台，用于获得翻车过程中试验车体6倾翻全过程和假人模型5头部和腰部的运动全过程的多角度影像数据。
由于试验的特殊性，对于碰撞试验的电测量系统I有特殊要求，要求系统的低频特性好、传感器的量程大以及测量仪器的耐冲击性好等。参考汽车碰撞的标准，标准中推荐采样频率应不小于给定数据通道频率等级对应频率的5倍。为保证处理过程中合理的精度要求，选用数据采集的模数转化器件应注意相应的要求。
Claims (5)
1.一种工程车辆动态翻车试验方法，其特征在于包括下列步骤：
1)试验车体(6)准备；
2)安装翻车保护结构(4)及假人模型(5)；
3)安装及调试动态翻车试验系统；
4)将试验车体(6)安装到翻车试验平台(12)上；
5)开始试验；
6)提取试验结果；
7)分析试验结果；
8)翻车保护结构(4)安全性能评估。
2.按权利要求1所述的工程车辆动态翻车试验方法，其特征在于：
步骤1)所述的试验车体(6)准备，具体为制作模型车或选择相应成品车，该试验车体(6)为工程车辆，且该模型车和成品车的车型与待检测的翻车保护结构(4)相匹配；
步骤2)所述的翻车保护结构(4)为满足国际标准ISO3471各项性能要求的翻车保护结构(4)；所述的假人模型(5)根据试验车体6型号的车型市场范围内司机的平均尺寸选择和确定；翻车保护结构(4)与试验车体(6)的车架间的连接，以及假人模型(5)与座椅之间的连接，需与实际连接形式一致；
步骤3)所述的安装及调试动态翻车试验系统包括：选择试验场地，安装动态翻车试验系统，根据试验具体要求设定可调角度翻车斜坡(11)的角度和选择碰撞处的材质，对动态翻车试验系统中的液压系统(14)、电力系统(1)、翻车试验平台(12)和测试系统(3)进行调试；
步骤5)所述的开始试验包括下列步骤：打开动态翻车试验系统中电气系统(1)总开关，开启测试系统(3)，启动液压系统(14)，直至试验车体(6)发生翻车，翻车保护结构(4)与可调角度翻车斜坡(11)发生碰撞；
步骤6)和步骤7)所述的试验结果包括：翻车保护结构(4)上各测点的动应变曲线、翻车保护结构(4)与可调角度翻车斜坡(11)之间的冲击力曲线、假人模型(5)各测点的加速度曲线、试验车体(6)倾翻全过程和假人模型(5)身体各部位运动全过程的多角度影像数据；
步骤8)所述的翻车保护结构(4)安全性能评估是以翻车过程中假人模型(5)的受损程度作为评价指标。
3.一种工程车辆动态翻车试验系统，由电气系统(1)、控制系统(2)、测试系统(3)、翻车保护结构(4)、假人模型(5)、试验车体(6)、可调角度翻车斜坡(11)、翻车试验平台(12)、翻车试验平台机架(13)、液压系统(14)、升降杆(7)、导线(8)、摄像头(9)和支架(10)组成，其特征在于电气系统(1)、控制系统(2)、测试系统(3)、液压系统(14)均安装在翻车试验平台机架13上；控制系统(2)分别与电气系统(1)、测试系统(3)和液压系统(14)连接；导线(8)一端与测试系统(3)连接，导线(8)另一端与支架(10)连接，导线(8)上置有摄像头(9)；翻车试验平台(12)置于翻车试验平台机架(13)上方，翻车试验平台(12)一侧与翻车试验平台机架(13)一侧铰接，并与连接于翻车试验平台机架(13)的可调角度翻车斜坡(11)的坡顶对齐；翻车试验平台(12)另一侧经升降杆(7)与翻车试验平台机架(13)另一侧连接；试验车体(6)置于翻车试验平台(12)上，试验车体(6)上固接有翻车保护结构(4)，翻车保护结构(4)内置有假人模型(5)；升降杆(7)由液压系统(14)控制；测试系统(3)由电测量系统(I)和光测量系统(II)组成.
4.按权利要求3所述的工程车辆动态翻车试验系统，其特征在于所述的电测量系统(I)由应变式力传感器(a)、压力盒(b)、加速度传感器(c)、动态应变仪(d)、数据采集系统(g)和数据处理系统(i)组成，其中应变式力传感器(a)经动态应变仪(d)、数据采集系统(g)与数据处理系统(i)连接；压力盒(b)和加速度传感器(c)均经数据采集系统(g)与数据处理系统(i)连接；应变式力传感器(a)安装在翻车保护结构(4)各横梁和立柱上；压力盒(b)安装在可调角度翻车斜坡(11)上；加速度传感器(c)安装在假人模型(5)上。
5.按权利要求3所述的工程车辆动态翻车试验系统，其特征在于所述的光测量系统(II)由摄像机组A(e)、摄像机组B(f)、图像采集卡(h)和数据处理系统(i)组成，其中摄像机组A(e)和摄像机组B(f)均经图像采集卡(h)与数据处理系统(i)连接；摄像机组A(e)安装在翻车试验平台(12)侧面和正面；摄像机组B(f)安装在试验车体(6)内。
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