CN102323153A - 乘员约束系统综合测试试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车乘员约束系统综合测试试验装置，可针对法规的要求进行座椅总成静态强度试验、座椅靠背及其调节装置强度试验、头枕性能试验和汽车安全带固定点强度试验。该试验装置主要包括试验台架、液压系统和测控系统三个模块：试验台架包括试验主台架、座椅固定平台、安全带固定立柱、头枕冲击试验台架，在实验过程中作为承受负荷的部件；液压系统包括电机、液压泵、液压控制阀、液压缸等，在实验过程中作为动力输出的部件；测控系统包括上位机、数据采集卡、传感器以及LabVIEW工程软件，在实验过程中作为控制和记录数据的部件。本发明具有结构简单、成本低廉、操作方便、复合多种测试功能等优点。

Description

乘员约束系统综合测试试验装置

技术领域

本发明主要涉及到汽车乘员约束系统综合测试试验领域，特指一种进行汽车座椅、汽车座椅头枕和汽车安全带性能测试的试验装置。

背景技术

汽车乘员约束系统是最重要的汽车被动安全装置之一，其可靠性甚至关系到乘员在碰撞事故中的生命安全。当汽车发生碰撞时，首先是汽车与外界障碍物发生一次碰撞。然后，在惯性力的作用下，乘客会与汽车内饰发生二次碰撞。汽车乘员约束系统的作用是将乘员约束在乘坐位置，减小乘员与汽车内饰发生碰撞的风险，从而减小事故中乘员所受的伤害。因此，乘员约束系统的优化和可靠性对汽车安全而言显得极为重要。汽车乘员约束系统主要包括汽车座椅，座椅头枕，安全带和安全气囊，本试验装置主要涉及汽车座椅，座椅头枕和安全带可靠性的检测。目前，国内已经初步开发了一些座椅与安全带强度试验装置，而仍然有许多企业和检测机构在使用一些传统的设备，这些设备存在以下三个方面的缺陷：(1)相对于现代计算机测控技术在试验设备中的广泛应用，这些传统设备主要以硬件仪器系统为主，导致测试系统功能弱、测试水平不高。(2)测试手段比较落后，不能满足相应法规的要求。(3)测试效率比较低，不能满足生产和检测的需要。虽然国外一些设备较为先进，但是价格昂贵，生产周期长，在国内难以大范围推广使用。况且，目前存在的设备多是针对某一个约束系统部件，当需要测试约束系统综合性能时，这些设备就显得无能为力了。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有试验装置存在的问题，本发明提供一种结构简单、成本低廉、操作方便的多功能汽车乘员约束系统性能测试的试验装置。同时在试验过程中采用计算机测控技术，可以对座椅总成静态强度、座椅靠背及其调节装置的强度、头枕性能和汽车安全带固定点强度等进行测试。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：

发明了一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于，试验装置主要包括试验台架、液压系统和测控系统：试验台架包括试验主台架(1)、安全带固定立柱(2)、座椅固定平台(3)、头枕冲击试验台架(4)；液压系统包括液压系统电机(36)、轴向柱塞泵(29)、电磁换向阀(32)、双单向调速阀(33)、溢流阀(35)和液压油缸(34)；测控系统包括上位机(9)、数据采集卡(8)、压力传感器(20-22)、加速度传感器(53-54)、角度传感器(43)以及LabVIEW工程软件。

试验主台架由横梁(13)、立柱(12)、液压缸调节装置(14)(16)组成，横梁(13)和立柱(12)承受来自加载液压缸(23-25)的作用力并对试验主台架(1)起支撑作用。横梁两侧通过四根横梁上下位置调节板紧固螺栓(15)紧固在主试验台架(1)的立柱(12)上，通过松动紧固螺栓(15)可以调节横梁(13)的上下位置，液压缸(23-25)通过四根液压缸左右位置调节板紧固螺栓(17)紧固在横梁(13)上，通过松动紧固螺栓(17)可以调节液压缸(23)的左右位置，同时通过拧动液压缸角度调节摇杆(11)来调节液压缸(23)负荷加载的方向。在液压缸(23)的终端装有压力传感器(20)，通过压力传感器(20)的传递信号可以自动控制液压缸(23)的动作。本装置共有三个液压缸，其它两个液压缸(24)(25)与液压缸(23)工作原理相同。安全带上固定点(69)使用螺栓紧固在安全带固定立柱(2)上，下固定点(70)固定在座椅固定平台(3)上。通过安全带固定立柱(2)上面不同位置的螺纹孔，可以改变安全带上固定点(69)的上下位置。头枕冲击试验台架(4)由支撑立柱(49)、电机(38)、减速器(39)、电磁离合器(42)、联轴器(40)、空心摆杆(46)与刚性头锤(48)组成。电机(38)经过减速器(39)进行减速，然后通过联轴器(40)带动传动横杆(44)旋转，传动横杆(44)通过销轴(45)与空心摆杆(46)相连，刚性头锤(48)通过刚性头锤连接螺纹(55)与刚性头锤连接杆(68)相连，刚性头锤连接杆(68)外螺纹与空心摆杆(46)内螺纹连接，通过摆杆高度调节螺母(47)进行锁紧，松动螺母(47)可以调节头型摆锤的高度。在测控系统中设定好摆杆的角度，给电磁离合器(42)中的电磁铁(57)通电，左侧卡爪(58)通过电磁力克服右侧卡爪(59)的回位弹簧(61)弹力吸合，测控系统控制电机(38)旋转。当刚性头锤(48)摆到规定的角度，测控系统停掉电机(38)。切断电磁离合器(42)中的电磁铁(57)供电，右侧的卡爪(58)在弹簧弹力(59)的作用下与左侧卡爪脱离。从而自由释放刚性头锤(48)，利用空心摆杆(46)与头锤(48)的重力势能获得座椅头枕(64)冲击试验时的初速度。

液压系统通过三位四通电磁换向阀(32)控制液压缸(23)的前进、停止和后退，为汽车座椅及安全带加载试验提供所需负荷。液压系统接收来自测控系统发出的信号，完成相应的试验进程和动作。同时液压阀具有压力和速度调节旋钮，通过调节旋钮可以调节液压缸所产生的最大压力和最大速度，满足试验过程中对加载压力和加载速度的要求。

测控系统以上位机(9)为控制核心，采用高性能数据采集卡(8)与高精度压力传感器(20-22)和角度传感器(43)，完成试验过程中的数据采集工作及试验进程的控制工作。通过LabVIEW工程软件编制的人机交互界面，在程序中设定加载的参数。程序运行时，上位机(9)通过数据采集卡(8)实时采集压力传感器(20-22)的压力信号，将采集到的压力信号与程序中设定的加载参数进行对比，可以自动完成液压缸负荷的加载、保持以及卸载。角度传感器(43)的测量范围为0°-360°，测量精度为0.1°。角度传感器(43)通过齿形带与传动横杆(44)相连，当电磁离合器(42)吸合时，传动横杆(44)带动角度传感器(43)无滑动的转动，从而实现空心摆杆(46)角度的准确测量。加速度传感器(53-54)位于加速度传感器支撑板(52)上，加速度传感器支撑板(52)通过刚性头锤连接螺纹(55)与刚性头锤(48)固定连接且使得加速度传感器(53-54)位于刚性头锤(48)的中心位置。加速度传感器(53)加速度传感器(54)测量方向相互垂直，通过精密数据采集仪采集加速度信号，将两路加速度信号进行合成就可以得到刚性头锤(48)的冲击加速度。测控系统利用采集卡(8)所获得的载荷和角速度信号进行存储和计算，自动绘制载荷随时间变化曲线和求解空心摆杆最终的摆动速度。

附图说明

图1是本发明的总体布置俯视图；

图2是本发明的试验台主台架结构示意图；

图3是本发明的试验台液压系统原理图；

图4是本发明的头枕冲击试验台结构示意图；

图5是本发明的空心摆杆长度调节机构示意图；

图6是本发明的刚性头锤结构示意图；

图7是本发明的电磁离合器结构示意图；

图8是本发明的头枕静态强度试验示意图；

图9是本发明的头枕后移量试验示意图；

图10是头枕动态吸能试验冲击方向示意图；

图11是本发明的三点式安全带图定点强度试验示意图；

图例说明

1、主试验台架                       2、安全带固定立柱

3、座椅固定平台                     4、头枕冲击试验台架

5、液压泵平台                       6、控制系统线束

7、控制系统操作平台                 8、采集卡

9、上位机                           10、加强立柱

11、液压缸角度调节摇杆              12、立柱

13、横梁                            14、横梁上下位置调节板

15、液压缸左右位置调节板            16、横梁上下位置调节板紧固螺栓

17、液压缸左右位置调节板紧固螺栓    18、减震器

19、地脚螺栓安装板                  20、液压缸1压力传感器

21、液压缸2压力传感器               22、液压缸3压力传感器

23、液压缸                          124、液压缸2

25、液压缸                          326、液位计

27、空滤器                          28、吸油滤油器

29、轴向柱塞泵                      30、压力表

31、叠加式减压阀                32、电磁换向阀

33、双单向调速阀                34、液压缸

35、溢流阀                      36、液压系统电机

37、油箱                        38、电机

39、减速器                      40、联轴器

41、轴承                        42、电磁离合器

43、角度传感器                  44、传动横杆

45、销轴                        46、空心摆杆

47、摆杆高度调节螺母            48、刚性头锤

49、支撑立柱                    50、底板

51、刚性头锤连接杆              52、加速度传感器支撑板

53、加速度传感器1               54、加速度传感器2

55、刚性头锤连接螺纹            56、减速器输出轴

57、电磁铁                      58、左侧卡爪

59、右侧卡爪                    60、输出轴支撑板

61、回位弹簧                    62、回位弹簧支撑轴

63、刚性头锤                    64、座椅头枕

65、座椅靠背                    66、座椅坐垫

67、试验座椅                    68、刚性头锤连接杆

69、安全带上固定点              70、安全带下固定点

71、上人体模型                  72、三点式安全带

73、下人体模型

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

1、座椅总成静态强度试验和座椅靠背及其调节装置强度试验

1)座椅总成静态强度试验在本具体实施方式中，将试验座椅(67)调整好位置，用螺栓将座椅(67)固定在座椅固定平台(3)上。调整横梁上下位置调节板(14)和液压缸左右位置调节板(16)，同时拧动液压缸角度调节摇杆(11)，使得液压缸1(23)的中心线通过座椅(67)的质心，然后通过钢索将座椅(67)和液压缸(23)连接。液压缸1(23)前端装有压力传感器(20)，控制系统通过采集压力传感器(20)信号进行液压缸的控制。实验过程需要分别从座椅前方和后方施加拉力，施加载荷相当于座椅(67)总成重量的20倍，载荷从零逐渐加载到规定值后并保持0.2s以上。

2)座椅靠背及其调节装置强度试验在本具体实施方式中，将人体假背模型(参考GB11551-2003标准附录C所述3DH装置)通过螺纹与液压缸2(24)连接，然后将三维H点装置(参考GB11551-2003标准附录C所述3DH装置)正确安放在座椅(67)上，测量三维H点装置中R点距液压缸(17-2)中心线的距离d(不同座椅距离可能不同)。实验过程中需要对座椅靠背(65)沿纵向向后施加相对于座椅R点M＝530N.m的力矩，通过公式M＝F*d可以求得在测控系统中预先设定加载的负荷值F。

2、头枕性能试验

1)头枕后移量试验在本具体实施方式中，液压缸3(25)端部通过螺纹连接液压缸3压力传感器(22)，在液压缸3压力传感器(22)后端连接直径为165mm的刚性头锤(63)，在座椅头枕(64)顶部向下65mm(图8中的S)处，由液压缸3(25)连接的刚性头锤(63)向座椅头枕(64)施加一个垂直于移动后基准线的初始载荷，使得该载荷相对于座椅R点产生的力矩为M＝373N.m。在具体实施方式中，通过不断改变液压缸角度调节摇杆(11)的长度来改变施加载荷的角度，使得最终的载荷方向与移动后基准线垂直。同时测得三维H点装置中R点到液压缸(17-3)中心线的距离d(不同座椅距离可能不同)。通过公式M＝F*d可以求得在测控系统中预先设定加载的负荷值F。载荷加载到设定值后保持负荷不变，按照图8中所述的位置测量X的值，其大小不能超过102mm。

2)头枕静态强度试验在本具体实施方式中，汽车座椅头枕静态强度试验是在座椅头枕后移量试验的基础上进行的。当完成座椅头枕后移量试验时，进一步将作用在头枕(67)上的载荷力矩逐渐增加到890N.m，检查头枕的破坏情况，验证头枕的静强度性能。

3)座椅头枕和座椅靠背的动态吸能试验本具体实施方式中，需要对座椅头枕(67)按照规定部位(附图10)进行前向或后向撞击(前向撞击沿水平方向向后移动刚性头锤(28)，后向撞击沿水平方向成45度角向前撞击)。在测控系统中设定好摆杆的角度，当刚性头锤(48)摆到规定的角度，测控系统停掉电机(38)后自由释放刚性头锤(48)，利用系统的重力势能完成对试验座椅头枕(67)的冲击。刚性头锤(48)的尺寸规定如下：刚性头锤的质量为6.8Kg，直径为165mm。刚性头锤(48)中心的质量换算公式为m2＝m1*a/l，(其中m2是刚性头锤(48)中心的冲击质量，m1是刚性头锤(48)和空心摆杆(46)的总重，a为刚性头锤(48)和空心摆杆(46)重心距传动横杆(44)中心线的距离，l为刚性头锤(48)距传动横杆(44)中心线的距离。)。将采集到的两路信号求均方根即为刚性头锤的冲击加速度，刚性头锤(48)的减速度超过80g的连续作用时间不得超过3ms。规定刚性头锤需以25±1km/h的冲击速度对座椅头枕(67)进行冲击，通过角度传感器(43)采集到的信号，可以求得冲击时的瞬时角速度ω＝Δθ/ΔT(其中Δθ为相邻两次采样角度的差值，ΔT为采样周期)，然后通过公式V＝ω*l可以得出头锤的冲击速度V。

3、汽车安全带固定点强度试验

安全带(72)一端固定于安全带固定立柱(2)上，构成安全带的上固定点(69)；安全带的另一端固定在座椅固定平台(3)上，构成安全带的下固定点(70)。调整液压缸2(24)和液压缸3(25)的位置，将液压缸(24)与下人体模块(73)以及液压缸(25)与上人体模块(71)通过钢索相连，调节液压缸角度调节摇杆(11)，使得液压缸(24)与液压缸(25)与水平面的夹角为10°-15°。在控制系统中分别设定液压缸2(24)和液压缸3(25)载荷为13000N和13000N，控制液压缸较快的速度(法规无要求)加载至设定的阈值，保持一段时间后观察安全带(72)有无明显撕裂。

Claims (10)

1.一种乘员约束系统综合测试试验装置，它主要包括试验台架、液压系统和测控系统：试验台架包括主试验台架(1)、安全带固定立柱(2)、座椅固定平台(3)、头枕冲击试验台架(4)；液压系统包括液压系统电机(36)、轴向柱塞泵(29)、电磁换向阀(32)、双单向调速阀(33)、溢流阀(35)和液压油缸(34)；测控系统包括上位机(9)、数据采集卡(8)、压力传感器(20-22)、加速度传感器(53-54)、角度传感器(43)以及LabVIEW工程软件。

2.根据权利要求1所述的一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于：试验主台架(1)由立柱(12)、横梁(13)、液压缸调节装置(14)和(16)组成，立柱(12)和横梁(13)承受来自加载液压缸(23)的作用力并对试验主台架(1)起支撑作用，液压缸调节装置(14)和(16)对加载液压缸(23)的上下、左右加载位置进行调节，安全带固定立柱(2)对试验安全带(72)进行固定和位置调节，座椅固定平台(3)对试验座椅(67)进行固定与位置调节，头枕冲击试验台架(4)由支撑立柱(49)、电机(38)、减速器(39)、电磁离合器(42)、联轴器(40)、空心摆杆(46)与刚性头锤(48)组成，通过电动机(38)的转动以及减速器(39)的减速增扭作用将摆杆(46)与头锤(48)拉伸到试验所需高度。

3.根据权利要求1所述的一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于：液压系统为汽车座椅及安全带加载试验提供所需载荷，液压系统通过三位四通电磁换向阀(32)控制液压缸(23)的前进、停止和后退，并接收来自测控系统发出的信号，完成相应的试验进程和动作，同时液压阀具有压力和速度调节旋钮，通过调节旋钮可以调节液压缸所产生的最大压力和最大速度装置共有三个液压缸，其它两个液压缸(24)(25)与液压缸(23)工作原理相同。

4.根据权利要求1所述的一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于：测控系统以上位机(9)为控制核心，采用高性能数据采集卡(8)与高精度压力传感器(20-22)和角度传感器(43)，完成试验过程中的数据采集工作及试验进程的控制工作，通过LabVIEW工程软件编制的人机交互界面，在程序中设定加载的参数，程序运行时，上位机(9)通过数据采集卡(8)实时采集压力传感器(20-22)的压力信号，将采集到的压力信号与程序中设定的加载参数进行对比，可以自动完成液压缸负荷的加载、保持以及卸载，同时将采集卡所获得的力和角速度信号进行计算和存储，绘制出力随时间变化曲线和摆杆最终的摆动速度。

5.根据权利要求2所述的一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于：横梁(13)两侧的横梁上下位置调节板(14)通过四根横梁上下位置调节板紧固螺栓(15)紧固在主试验台架的立柱上，通过松动螺栓(15)可以调节横梁(14)的上下位置，同时液压缸左右位置调节板通(16)过液压缸左右位置调节板紧固螺栓(17)紧固在横梁(13)上，通过松动螺栓(17)可以调节油缸的左右位置，同时也可以通过拧动液压缸角度调节摇杆(11)来调节液压缸(23)加载负荷的方向，在液压缸(23)的终端装有压力传感器(20)。

6.根据权利要求2所述的一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于：在安全带固定立柱(2)上有螺纹孔，安全带上固定点(69)紧固在安全带固定立柱(2)上，通过在安全带固定立柱(2)上面不同位置的螺纹，可以改变安全带上固定点(69)的上下位置。

7.根据权利要求2所述的一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于：电机(38)经过减速器(39)进行减速，然后通过联轴器(40)与左侧卡爪(58)固连，同时右侧卡爪(59)与传动横杆(44)固连，传动横杆(44)通过销轴(45)与空心摆杆(46)相连，在测控系统中设定好摆杆的角度，给电磁离合器(42)中的电磁铁(57)通电，磁离合器(42)吸合，测控系统控制电机(38)旋转，当刚性头锤(48)摆到规定的角度，测控系统停掉电机(38)，切断电磁离合器(42)中的电磁铁(57)供电，从而自由释放刚性头锤(48)，利用空心摆杆(46)与头锤(48)的重力势能获得座椅头枕(64)冲击试验时的初速度。

8.根据权利要求4所述的一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于：加速度传感器(53-54)位于加速度传感器支撑板(52)上，加速度传感器支撑板(52)通过刚性头锤连接螺纹(55)与刚性头锤(48)固定连接且使得加速度传感器(53-54)位于刚性头锤(48)的中心位置，加速度传感器(53)加速度传感器(54)测量方向相互垂直，通过精密数据采集仪采集加速度信号，将两路加速度信号进行合成就可以得到刚性头锤(48)的冲击加速度，角度传感器(43)通过齿形带与传动横杆(44)相连，当电磁离合器(42)吸合时，传动横杆(44)带动角度传感器(43)无滑动的转动，从而实现空心摆杆(46)角度的准确测量。

9.根据权利要求7所述的一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于：电磁离合器(42)的左侧卡爪(58)与减速器(39)输出轴固定在一起，内部装有电磁铁(57)，四根回位弹簧支撑轴(62)通过输出轴支撑板(60)内的四个圆孔与右侧卡爪(51)相连，输出轴支撑板(60)与电磁离合器(42)输出轴固定在一起，右侧卡爪(59)通过传动键与输出轴连接，可以在输出轴上滑动，当电磁铁(57)通电时，左侧卡爪(58)通过电磁力克服右侧卡爪(59)的回位弹簧(61)弹力吸合，同时回位弹簧(61)被压缩，切断电磁离合器(42)中的电磁铁(57)供电，右侧卡爪(58)会在弹簧弹力(59)的作用下与左侧卡爪脱离，断开动力传动。

10.根据权利要求7所述的一种乘员约束系统综合测试试验装置，其特征在于：刚性头锤(48)通过刚性头锤连接螺纹(55)与刚性头锤连接杆(68)相连，刚性头锤连接杆(68)外螺纹与空心摆杆(46)内螺纹连接，通过摆杆高度调节螺母(47)进行锁紧，松动螺母(47)可以调节头型摆锤的高度。

Images