CN102564771B - 安全气囊展开试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全气囊展开试验装置，该装置包括充气装置、释放装置、标准测试罐和测控系统。本发明能将气体压缩并快速释放，可调节参数多；响应延迟小，开启速度快；结构简单、成本低廉，既可替代现有成型的气体发生器来进行各种试验，又能输出任意的压力上升曲线来进行相关试验，并且可以重复使用。

Description

安全气囊展开试验装置

技术领域

本发明涉及一种试验设备，特别涉及一种既能替代安全气囊气体发生器来进行各种试验，又能根据设计需要输出理想的压力上升曲线来进行诸如新型安全气囊开发、气袋强度检测、气囊动态冲击等试验，并且可以以低廉的成本、较高的一致性反复使用的装置。

背景技术

当前，随着汽车安全技术的进步，以及人们安全意识的不断提高，汽车碰撞安全性日益受到重视。当汽车发生碰撞时，乘员约束系统可以大大减小乘员与汽车部件之间发生二次碰撞的风险，从而有效保护了乘员的人身安全。安全气囊作为乘员约束系统的重要组成部分，其可靠性关系到事故中乘员的生命安全。

在安全气囊开发、仪表板开发、汽车座椅系统开发等诸多领域中，计算机辅助工程(CAE)仿真技术的不断发展，在一定程度上缩短了研发周期，减少了研发成本，然而仿真技术在某些方面有其局限性，例如气袋折叠难度大、建模和计算时间长、占用资源多，而且一般情况下仿真结果仍需要进行试验验证。在安全气囊研发过程中，通常都需要做大量的气囊展开试验，来设计气袋的形状，或者测试气囊的起爆强度等。所有这些试验，都是与气体发生器相关的项目，需要投入一定数量的真实气体发生器来进行消耗性试验，而气体发生器属于一次性产品，不能重复使用，这些试验无疑加大了生产成本，降低了企业效益，因此，设计一种能够替代气体发生器进行试验的装置就显得很有必要了。现在国内外已经初步开发出了一些相关的试验装置，但是这些装置有几个主要的缺陷：(1)试验装置能够达到的压力不足，释放装置执行速度慢，气体释放速度或释放量不足，试验中不能很好地模拟安全气囊快速展开的过程；(2)可调参数少，灵活度不够，输出的压力上升曲线变化范围窄；(3)某些试验装置虽然能够达到试验要求，但是结构复杂，体积庞大，造价昂贵，难以大范围推广使用。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术上存在的上述问题，提供一种结构简单、成本低廉、操作方便的试验装置，该装置能将单一或混合气体压缩并快速释放，既可精确模拟现有成型的气体发生器来进行各种有关气囊展开的试验，又可随意调节气体输出量和输出速度，得到任意需要的输出压力上升曲线，该装置开启速度快、响应延迟小。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：

一种安全气囊展开试验装置，该装置包括充气装置、释放装置、标准测试罐和测控系统，所述的充气装置包括空气压缩机(2)、进气管路元件(3)、充气罐(4)，所述释放装置包括电磁阀(5)、放气管(26)和节流器(27)，电磁阀(5)连接所述放气管(26)，所述放气管(26)连接所述节流器(27)，所述空气压缩机(2)连接所述进气管路元件(3)，进气管路元件(3)连接所述充气罐(4)，所述充气罐(4)连接所述电磁阀(5)，所述空气压缩机(2)用于产生压缩气体，压缩气体通过所述进气管路元件(3)进入所述充气罐(4)储存，所述标准测试罐包括罐体(36)、安全阀(33)、手动放气阀(32)和安装在罐体(36)上的气压传感器，所述的测控系统包括安装有LabVIEW环境下编写的测控程序的上位机(47)、数据采集卡(48)；数据采集卡(48)用于采集安装在罐体(36)上的气压传感器和安装在充气罐(4)上的气压传感器，安装有LabVIEW环境下编写的测控程序的上位机(47)用于根据数据采集卡(48)采集到的压力数据控制所述电磁阀(5)执行开启或关闭动作；同时显示和存储随时间变化的标准测试罐内的气体压力数据。

所述的安全气囊展开试验装置，所述的进气管路元件包括压力表(15)、手动放气针阀(13)、单向阀(17)、安全阀(14)、三通板(12)和四通板(19)，压力表(15)、手动放气针阀(13)、单向阀(17)、安全阀(14)通过三通板(12)和四通板(19)联接成的一个整体，单向阀(17)一端连接从空气压缩机(2)引出的进气管(18)，另一端连接四通板(19)，压力表(15)与充气罐(4)内腔相通，手动放气针阀(13)和安全阀(14)安装在三通板(12)上，三通板(12)和四通板(19)连通。

所述的安全气囊展开试验装置，所述的充气罐(4)包括充气罐罐体(24)和前端盖(25)、后端盖(22)，前端盖(25)、后端盖(22)通过高强度紧固螺栓(23)与充气罐罐体(24)固连形成一个密闭的空腔，充气罐罐体(24)上开有安装气压传感器(30)的螺纹孔。

所述的安全气囊展开试验装置，所述的节流器(27)包括内筒(42)、外筒(43)、密封圈(41)和紧固螺钉(40)，内筒(42)外圆面和外筒(43)对应位置上的内圆面上开有密封槽，密封圈(41)安装在密封槽里，内筒(42)和外筒(43)相接触的端面上开有位置和大小一致的若干通孔，内筒(42)通过其一端的外螺纹(39)固定在放气管(26)上，外筒(43)可以绕内筒(42)转动，转动一定角度后，内、外筒相对的通孔面积改变，内筒(42)外圆面上还开有紧固槽(45)，外筒(43)在内筒紧固槽(45)对应的圆周上等距开有四个螺纹孔(44)，外筒(43)可以通过紧固螺钉锁紧在内筒(42)上。

上述任一所述的一种安全气囊展开试验装置，所述的充气罐(4)通过前抱箍(28)、后抱箍(21)固定在机架上盖板上。

本发明的优点是：可替代现有成型的气体发生器来进行各种试验，如气囊罩盖及仪表板研发试验、气囊泄气孔及拉带测试试验等，还可以与仿真优化相结合。同时，该装置还可以通过控制充气压力值，调节节流器等措施来获得任意压力上升曲线，以进行诸如气袋强度检测、气囊动态冲击等试验。作为本试验装置关键之一的电磁阀响应时间少，开启速度快，从开始动作到完全开启用时少于2ms。整个试验装置结构紧凑，操作简单。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图；

图2是本发明的机架及空气压缩机示意图；

图3是本发明的进气管路元件结构示意图；

图4是本发明的充气罐及释放装置结构示意图；

图5是本发明的标准测试罐结构示意图；

图6是本发明的节流器结构示意图；

图7是本发明的测控系统结构示意简图；

在上述附图中：

1-机架           2-空气压缩机

3-进气管路元件   4-充气罐

5-电磁阀         6-测控装置

7-机架上盖板     8-紧固螺栓

9-支架           10-万向轮

11-机架下底板    12-三通板

13-手动放气针阀  14-安全阀

15-压力表        16-紧固螺母

17-单向阀        18-进气管

19-四通板        20-上盖板进气孔

21-后抱箍        22-后端盖

23-紧固螺栓      24-充气罐罐体

25-前端盖        26-放气管

27-节流器        28-前抱箍

29-转换接头      30-气压传感器

31-气压传感器    32-手动放气阀

33-安全阀        34-进气口

35-气压传感器    36-罐体

37-排污阀        38-底座

39-外螺纹        40-紧固螺钉

41-密封圈        42-内筒

43-外筒    44-螺纹孔

45-紧固槽  46-通孔

47-上位机  48-数据采集卡

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

如图1-图6所示，本发明有一个机架1，所述的机架1是由支架9和固定平铺在其顶部和底部的上盖板7和下底板11构成，在支架底部四角处分别安装有万向轮10，试验装置既可以方便地进行移动，也可以在试验过程中牢固地锁止。空气压缩机2通过橡胶垫和螺栓固定在机架下底板11上。在机架上盖板7上，通过抱箍21、28固定充气罐4，进气管路元件3和释放装置连接在充气罐4上。所述的进气管路元件3包括单向阀17、压力表15、安全阀14和手动放气针阀13，单向阀17、压力表15、安全阀14和手动放气针阀13通过三通板12和四通板19联接成的一个整体，接口之间通过密封螺纹连接。所述的充气罐4包括充气罐罐体24和前端盖25、后端盖22，前端盖25、后端盖22通过高强度螺栓23与充气罐罐体24固连形成一个密闭的空腔，充气罐4的后端盖22与四通板19的一个接口通过紧固螺母16密封相连。

当空气压缩机2工作时，输出清洁、适温的压缩气体，空气压缩机2引出的进气管18连接到单向阀17上，单向阀17可以防止已充入充气罐4内的高压气体回流到空气压缩机2内。压力表15和气压传感器30可以实时显示充气罐4内的压力，根据试验需要对充气压力进行监控。三通板12上连接的安全阀14和手动放气针阀13分别起到限制充气罐4及管道内最大压力和排出残余压缩气体的作用。

所述的释放装置包括电磁阀5和节流器27，电磁阀5通过转换接头29与充气罐4的内腔相通，具有高压、高速、大通径的特点，它与上位机47的控制信号输出端连接，在控制信号的作用下电磁阀5能够迅速地执行开启或关闭动作，响应延迟小，从开始开启到完全打开用时小于2ms；节流器27是通过改变内筒42和外筒43的相对通孔面积来进行试验装置输出气体流速调节的。

所发明的安全气囊展开试验装置在模拟某型号气体发生器进行试验时，首先需要复制该气体发生器厂家提供的压力-时间曲线。压力曲线复制过程如下：(1)根据安全气囊的体积选择相应的标准测试罐(如图5所示)。(2)将标准测试罐的进气口34与节流器27(置于通孔面积最大位置)通过橡胶软管密封连接，并确认三通板12上的手动放气针阀13和标准测试罐上的手动放气阀32完全关闭。(3)运行LabVIEW环境下编写的测控程序，上位机47输出信号控制空气压缩机2工作，将单一或混合气体压缩并充入充气罐4内，根据压力表15以及人机交互界面上气压传感器30的读数实时监控充气罐4内压力，达到10.5Mpa时(可根据厂家不同型号气体发生器调整)，上位机47立即输出控制信号关闭空气压缩机2，停止充气。(4)上位机47输出信号控制电磁阀5开启，充气罐4通过放气管26和节流器27向标准测试罐内释放压缩气体，同时，标准测试罐上的气压传感器31、气压传感器35实时采集标准测试罐内的压力数值，上位机47通过数据采集卡48(图7所示)进行采集和保存压力变化。(5)放气过程结束后，关闭电磁阀5，打开手动放气针阀13排出残余压缩气体，打开标准测试罐上手动放气阀32，排出罐内气体。(6)将采集到的压力数据进行相关处理，获得标准测试罐内的压力曲线，并与厂家给定的气体发生器压力曲线进行对比分析。重复上述(2)～(6)试验步骤，调整节流器27的相对通孔面积，从而得到与厂家给定的气体发生器压力曲线相一致的曲线，完成了对气体发生器压力曲线的复制工作。复制了气体发生器的压力曲线后，所发明的安全气囊展开试验装置即能精确模拟实际的气体发生器进行各种安全气囊开发和设计试验，并可以较高一致性、低成本地反复使用。

安全气囊展开试验装置的应用可用以下实施例进行解释，但不限于下述的实施例。

在一个实施例中，安全气囊展开试验装置可以和仿真分析相结合来进行新型安全气囊的开发。首先在仿真分析中，根据选定的压力曲线，通过改变气袋形状、泄气孔大小、拉带长度及拉带固定位置等参数进行安全气囊的优化，获得良好的气囊展开表现及对乘员的最佳保护性能，然后再用该试验装置复制仿真中所选择的压力上升曲线，通过展开根据仿真优化结果生产的安全气囊来进行实体验证分析，并且可以反复多次相关试验来进行对比，从而确定最佳安全气囊结构参数组合。

在另一个实施例中，对于某成型的气袋，需要选择合适的气体发生器来进行匹配，所发明的安全气囊展开试验装置能输出任意的压力上升曲线来进行气囊静态展开试验和动态冲击试验，重复多次试验后，对试验结果进行分析可以得到与该型号气袋匹配较好的气体上升曲线，然后根据得到的气体上升曲线指导气体发生器厂家的生产。由于该装置试验成本很低，这样就可以大大减少安全气囊的研发成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种安全气囊展开试验装置，其特征是：该装置包括充气装置、释放装置、标准测试罐和测控系统，所述的充气装置包括空气压缩机(2)、进气管路元件(3)、充气罐(4)，所述释放装置包括电磁阀(5)、放气管(26)和节流器(27)，电磁阀(5)连接所述放气管(26)，所述放气管(26)连接所述节流器(27)，所述空气压缩机(2)连接所述进气管路元件(3)，进气管路元件(3)连接所述充气罐(4)，所述充气罐(4)连接所述电磁阀(5)，所述空气压缩机(2)用于产生压缩气体，压缩气体通过所述进气管路元件(3)进入所述充气罐(4)储存，所述标准测试罐包括罐体(36)、安全阀(33)、手动放气阀(32)和安装在罐体(36)上的气压传感器，所述的测控系统包括安装有LabVIEW环境下编写的测控程序的上位机(47)、数据采集卡(48)；数据采集卡(48)用于采集安装在罐体(36)上的气压传感器和安装在充气罐(4)上的气压传感器，安装有LabVIEW环境下编写的测控程序的上位机(47)用于根据数据采集卡(48)采集到的压力数据控制所述电磁阀(5)执行开启或关闭动作；同时显示和存储随时间变化的标准测试罐内的气体压力数据；所述的进气管路元件包括压力表(15)、手动放气针阀(13)、单向阀(17)、安全阀(14)、三通板(12)和四通板(19)，压力表(15)、手动放气针阀(13)、单向阀(17)、安全阀(14)通过三通板(12)和四通板(19)联接成的一个整体，单向阀(17)一端连接从空气压缩机(2)引出的进气管(18)，另一端连接四通板(19)，压力表(15)与充气罐(4)内腔相通，手动放气针阀(13)和安全阀(14)安装在三通板(12)上，三通板(12)和四通板(19)连通。

2.根据权利要求1所述的安全气囊展开试验装置，其特征是：所述的充气罐(4)包括充气罐罐体(24)和前端盖(25)、后端盖(22)，前端盖(25)、后端盖(22)通过高强度紧固螺栓(23)与充气罐罐体(24)固连形成一个密闭的空腔，充气罐罐体(24)上开有安装气压传感器(30)的螺纹孔。

3.根据权利要求1所述的安全气囊展开试验装置，其特征是：所述的节流器(27)包括内筒(42)、外筒(43)、密封圈(41)和紧固螺钉(40)，内筒(42)外圆面和外筒(43)对应位置上的内圆面上开有密封槽，密封圈(41)安装在密封槽里，内筒(42)和外筒(43)相接触的端面上开有位置和大小一致的若干通孔，内筒(42)通过其一端的外螺纹(39)固定在放气管(26)上，外筒(43)可以绕内筒(42)转动，转动一定角度后，内筒(42)、外筒(43)相对的通孔面积改变，内筒(42)外圆面上还开有紧固槽(45)，外筒(43)在内筒紧固槽(45)对应的圆周上等距开有四个螺纹孔(44)，外筒(43)可以通过紧固螺钉锁紧在内筒(42)上。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种安全气囊展开试验装置，其特征是：所述的充气罐(4)通过前抱箍(28)、后抱箍(21)固定在机架上盖板上。