CN102680199A - 一种汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统及方法，属于汽车安全检侧领域。所述系统包括立式支架、假人脚部固定台和脚部冲击装置，脚部冲击装置包括：转轴、摆锤系统、加速度传感器和数据采集系统；所述方法包括：将假人脚部设置于立式支架下方的假人脚部固定台上；将摆锤抬升一定角度使其自由摆动并撞击假人脚部，通过数据采集系统记录摆锤的冲击加速度和脚踝位置的冲击力；比较所测摆锤冲击加速度和假人脚部受力数据与假人脚部标定标准数据；根据比对结果对所测假人脚部做出标定判断。本发明结构简单，造价低，可以实现假人脚部的多方位标定。

Description

一种汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车安全检侧领域，特别涉及用于汽车被动安全试验的一种汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统及方法。

背景技术

在汽车被动安全性研究中，汽车碰撞试验是基础，通过试验研究事故中车辆的运动和变形、人体的响应、人与车辆部件的相互作用，从而研究对人体安全有益的方法。假人必须定期进行法规规定的各种标定试验，若不满足标定结果，则需对假人的物理性能进行调整，所以假人的标定对于正确得出测试结果至关重要。Hybrid Ⅲ 50％男性假人是目前广泛应用于汽车碰撞试验测试的假人。随着全球各国对汽车碰撞安全研究工作的不断深入，中国也加大对汽车碰撞性能的研究力度，继90年代而来，国家相继推出正面碰撞乘员保护标准、侧面碰撞乘员保护标准等，同时各汽车企业均加大对汽车碰撞安全研究的投入，已建及在建多个碰撞试验室，并进行大量的整车碰撞试验，初步积累了一定的设计及试验经验。碰撞试验的危险性，使得在试验中不可能使用真人，因此模拟真人伤害的汽车碰撞试验用假人是碰撞试验和试验测试中必不可少的测试设备，碰撞试验中用以评价人体伤害指标及乘员约束系统效果的参数都来源于安装在假人身上不同部位的传感器，而这些传感器的测试结果受假人自身的物理特性影响比较大，故国外对假人的使用与维护都有严格的规定。在法规中规定，假人必须定期进行法规规定的相关部位进行标定试验，若不能满足标定指标，则需对假人进行重新安装调整或更换零件，否则测试结果将是不可靠的。其中脚部标定依据欧洲正面碰撞法规ECER94规定（Eurofoot）。

由于国内汽车碰撞试验开展相对较晚，试验假人和标定设备基本全靠从国外进口，成本高、通用性差、使用不方便，改进余地少，目前国内对假人的测试及使用研究很少，迫切需要对假人的标定设备进行自主开发研究。而现有的一些假人脚部部位标定设备机构复杂，造价和维护成本高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的假人脚部(Eurofoot)固定台的冲击锤升降机构复杂，造价和维护成本高的问题，本发明实施例提供了一种汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统及方法。

所述技术方案如下：一种汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统，包括立式支架、假人脚部固定台和脚部冲击装置，所述脚部冲击装置与所述立式支架连接，所述脚部冲击装置包括：

转轴，水平设置于所述立式支架的上部；

摆动系统，包括摆臂和摆锤，所述摆臂的一端与所述转轴相对旋转连接，其另一端与所述摆锤固定连接，用于对置于所述假人脚部固定台上的假人脚部进行锤击；

加速度传感器，设置于所述摆锤上，用于采集所述摆锤锤击假人脚部时，假人脚部所受到的冲击加速度；

力传感器，安装于假人脚踝处，用于采集假人脚踝所受到的冲击力；

数据采集系统，接收所述加速度传感器所采集的假人脚部（4）所受加速度信号和假人脚踝部位力传感器所采集到的受力大小，其内运行有比较模块和标定模块；所述比较模块用于将所接收的假人脚部（4）的数据与标定标准数据进行比较；所述标定模块根据所述比较模块的比较数据对假人脚部（4）是否合格作出标定检验。

进一步地，所述系统还包括角度抬升装置，其包括：

减速传动装置，固定于所述立式支架上，其与所述转轴实现传动连接；

调节手柄，设置于所述减速传动装置上，用于实现转轴的角度调节；

所述摆锤系统上还设有一举升臂和电磁铁，所述举升臂的一端与所述转轴固定连接，所述电磁铁固定于所述举升臂自由端，所述举升臂的自由端与所述电磁铁通过磁力连接。

再进一步地，所述转轴上设有角度传感器，用于采集所述转轴的摆动角度。

所述假人脚部固定台包括基座和脚部支架，所述脚部支架固定于所述基座的上端面，且其中线与所述摆锤的运动轨迹共面，用于放置假人脚部。

进一步优选，所述脚部支架设置两个，其间隔固定于所述基座的上端面，其中一个所述脚部支架低于另一所述脚部支架的高度，较低的所述脚部支架用于固定假人的腿部，较高的所述脚部支架用于放置假人的腿和脚部。

最优选地，较低的所述脚部支架的下端固定有可调行程安装板，所述可调行程安装板可沿所述基座的上端面前后移动，并通过可调节螺栓与所述基座固定连接。

另一方面，提供了一种假人脚部冲击标定方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，将假人脚部设置于立式支架下方的假人脚部固定台上；

步骤二，将摆锤系统抬升一定角度使其自由摆动并撞击假人脚部，记录摆锤的冲击加速度和假人脚踝部位的受力大小；

步骤三，将所测冲击加速度和假人脚部受力数据与标定标准数据进行比较；

步骤四，根据比对结果对所测假人脚部作出标定判断。

所述步骤四中对所测假人脚部作出标定判断，其具体是：

若所测摆锤冲击加速度和假人脚部受力数据在标定标准数据范围内，判断假人脚部合格；

若所测摆锤冲击加速度和假人脚部受力数据不在标定标准数据范围，需对假人脚部作出相应检查修复。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

A.本发明通过对悬挂于转轴上的摆锤系统，在抬升摆锤系统后，使摆锤作圆周运动，并冲击位于其正下方的Hybrid Ⅲ 50％假人脚部，摆锤上的加速度传感器采集作用于假人脚部加速度的大小，假人脚踝部位力传感器采集假人脚部所受冲击力的大小，通过与假人标定标准数据进行比较，得出所测假人脚部是否符合试验用标准假人的要求。

B.通过在转轴上设置用于驱动转轴旋转的角度抬升装置和举升臂，摆锤的自由端通过固定在举升臂上的电磁铁吸附在举升臂的自由端上，在角度抬升装置的驱动下举升臂带动摆锤系统抬升一定角度，通过切断电路使摆锤脱离举升臂的自由端，并沿着圆周自由摆动，举升臂的抬升角度通过角度传感器采集，其结构简单且易于控制摆锤对假人脚部的作用力大小，能准确实现对假人脚部的标定，不仅降低了造价，还节约了维护成本费用。

C.本发明可以对假人脚部进行多方位功能标定，当假人脚部固定台上设置两组脚部支架时，其中一组脚部支架的高度大于另一组脚部支架的高度，这样的结构形式可以对假人脚部后跟进行标定，当前后移动较低的脚部支架下端的可调行程安装板，可以对穿鞋和光脚两种情况进行标定；当使用其中一组脚部支架进行标定时，可以针对脚部前掌部位进行标定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的假人脚部标定系统整体结构示意图；

图2为图1中的假人脚部固定台结构示意图；

图3为图1中的脚部冲击装置结构示意图；

图4为图3中的Ⅰ部结构放大图；

图5为图3中的Ⅱ部结构放大图。

图中：

1-立式支架，11-横梁；

2-假人脚部固定台，21-基座，22-脚部支架；

3-脚部冲击装置，31-转轴，32-摆锤系统，321-摆臂，322-摆锤，323-举升臂，324-电磁铁；

4-假人脚部；

5-角度抬升装置，51-减速传动装置，52-调节手柄；

6-角度传感器；

7-可调行程安装板；

8-可调节螺栓；9-安装块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种假人脚部冲击标定系统，包括立式支架1、假人脚部固定台2和脚部冲击装置3，脚部冲击装置3与立式支架1固定连接，脚部冲击装置3包括：

转轴31，水平设置于立式支架1的上部的横梁11上，且通过安装块9安装于横梁11上；

摆锤系统32，包括摆臂321和摆锤322，摆臂321的一端与转轴31相对旋转连接，其另一端与摆锤322相对旋转连接，假人脚部固定台2上的所测假人脚部4置于摆锤322的锤击位置；

加速度传感器设置于摆锤322上，用于采集摆锤锤击假人脚部4时，假人脚部4所受到的冲击加速度；

数据采集系统，接收所述加速度传感器所采集的假人脚部4所受冲击加速度信号以及假人脚踝位置的力传感器所采集的受力信号，其内运行有比较模块和标定模块；所述比较模块用于比较采集数据和标定标准数据之间的差异；所述标定模块根据所述比较模块的比较数据对假人脚部做出标定检验。

优选的技术方案，如图3、图4和图5所示，在转轴31上设置用来抬升摆锤系统32的角度抬升装置5，其包括：

减速传动装置51，固定于立式支架1上，其与转轴31实现传动连接；

调节手柄52，设置于减速传动装置51上，用于实现转轴31的角度调节；

摆锤系统32上还设有一举升臂323和电磁铁324，举升臂323的一端与转轴31固定连接，电磁铁324固定于举升臂323自由端，摆锤322与电磁铁324通过磁力连接。

在转轴31上还设有角度传感器6，其通过安装块9固定于横梁11上，用于采集所述转轴31的摆动角度。

如图1和图2所示，假人脚部固定台2包括基座21和脚部支架22，脚部支架22固定于基座21的上端面，且其中线与摆锤322的运动轨迹共面，用于放置假人脚部4。

图2中的脚部支架22设置两个，其间隔固定于基座21的上端面，其中一个脚部支架低于另一脚部支架的高度，较低的所述脚部支架用于固定假人的腿部，较高的脚部支架用于放置假人的脚部，图中较高的脚部支架是由两个脚部支架叠加而成，此种结构形式的脚部支架是针对假人脚部后跟进行标定，如果取下较低的脚部支架和较高脚部支架上面的那个支架，则是针对脚部前掌部位进行标定。

为了实现假人脚部的可调功能，在较低的脚部支架的下端固定有可调行程安装板7，可调行程安装板7可沿基座21的上端面前后移动，并通过可调节螺栓8与基座21固定连接，通过调节可调行程安装板7可以假人穿鞋和不穿鞋两种情况进行标定。

本发明还提供了一种假人脚部冲击标定方法，其包括如下步骤：

步骤一，将假人脚部设置于立式支架下方的假人脚部固定台上；

步骤二，将摆锤系统抬升一定角度使其自由摆动并撞击假人脚部，记录摆锤的冲击加速度和脚踝部位力传感器的受力大小；

步骤三，比较所测摆锤加速度和假人脚部受力数据与假人脚部标定标准数据；

步骤四，根据比对结果对所测假人脚部作出标定判断。

其中步骤四中对所测假人脚部作出标定判断，其具体是：

若所测假人脚部受力数据落入假人脚部标定标准数据范围内，判断假人脚部合格；

若所测假人脚部受力数据超出假人脚部标定标准数据范围，需对假人脚部作出标定修复。

实施方式如下所示：摇动调节手柄52，通过减速传动装置51，牵引举升臂323，再利用电磁铁324带动摆锤322，利用角度传感器6显示拉升到需要的高度，然后对磁铁线圈断电，以使摆锤322在自由释放后以要求的速度撞击假人脚跟部。

标定过程如下所述：将假人脚部装到假人脚部固定台2上，脚后跟放置在基座21上。调整假人脚部4与基座21垂直，要求脚部与基座21垂直角度在±3°的范围内，摇动调节手柄52，利用角度传感器6将带有摆锤322的举升臂323的角度调整到指定的位置。然后对电磁铁324线圈断电，则举升臂323与摆锤322断开，摆锤322可以自由摆动，摆锤322将在重力的作用下向下运动，当摆锤322和假人脚部4撞击，数据采集系统开始记录数据，通过与假人标定标准数据的对比，对假人脚部4做标定。

本发明不局限于上述实施方式，改变立式支架1的形状、改变摆锤322以及摆锤的形状或将调节手柄52的手摇轮带设计改为电机带动钢索的齿轮，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统，包括立式支架（1）、假人脚部固定台（2）和脚部冲击装置（3），所述脚部冲击装置（3）与所述立式支架（1）连接，其特征在于，所述脚部冲击装置（3）包括：

转轴（31），水平设置于所述立式支架（1）的上部；

摆动系统（32），包括摆臂（321）和摆锤（322），所述摆臂（321）的一端与所述转轴（31）相对旋转连接，其另一端与所述摆锤（322）固定连接，用于对置于所述假人脚部固定台（2）上的假人脚部（4）进行锤击；

加速度传感器，设置于所述摆锤（322）上，用于采集所述摆锤锤击假人脚部（4）时，假人脚部（4）所受到的冲击加速度；

力传感器，安装于假人脚踝处，用于采集假人脚踝所受到的冲击力；

数据采集系统，接收所述加速度传感器所采集的假人脚部（4）所受加速度信号和假人脚踝部位力传感器所采集到的受力大小，其内运行有比较模块和标定模块；所述比较模块用于将所接收的假人脚部（4）的数据与标定标准数据进行比较；所述标定模块根据所述比较模块的比较数据对假人脚部（4）是否合格作出标定检验。

2.根据权利要求1所述的汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统，其特征在于，

所述系统还包括角度抬升装置（5），其包括：

减速传动装置（51），固定于所述立式支架（1）上，其与所述转轴（31）实现传动连接；

调节手柄（52），设置于所述减速传动装置（51）上，用于实现转轴（31）的角度调节；

所述摆锤系统（32）上还设有一举升臂（323）和电磁铁（324），所述举升臂（323）的一端与所述转轴（31）固定连接，所述电磁铁（324）固定于所述举升臂（323）自由端，所述摆锤（322）与所述电磁铁（324）通过磁力连接。

3.根据权利要求1或2所述的汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统，其特征在于，

所述转轴（31）上还设有角度传感器（6），用于采集所述转轴（31）的摆动角度。

4.根据权利要求3任一所述的汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统，其特征在于，

所述假人脚部固定台（2）包括基座（21）和脚部支架（22），所述脚部支架（22）固定于所述基座（21）的上端面，且其中线与所述摆锤（322）的运动轨迹共面，用于放置假人脚部（4）。

5.根据权利要求4所述的汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统，其特征在于，

所述脚部支架（22）设置两个，其间隔固定于所述基座（21）的上端面，其中一个所述脚部支架低于另一所述脚部支架的高度，较低的所述脚部支架用于固定假人的腿部，较高的所述脚部支架用于放置假人的腿和脚部。

6.根据权利要求5所述的汽车碰撞用假人脚部冲击标定系统，其特征在于，

较低的所述脚部支架的下端固定有可调行程安装板（7），所述可调行程安装板（7）可沿所述基座（21）的上端面前后移动，并通过可调节螺栓（8）与所述基座（21）固定连接。

7.一种汽车碰撞用假人脚部冲击标定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一，将假人脚部设置于立式支架下方的假人脚部固定台上；

步骤二，将摆锤系统抬升一定角度使其自由摆动并撞击假人脚部，记录摆锤的冲击加速度和假人脚踝部位的受力大小；

步骤三，将所测冲击加速度和假人脚部受力数据与假人标定标准数据进行比较；

步骤四，根据比对结果对所测假人脚部是否合格作出标定判断。

8.根据权利要求7所述的汽车碰撞用假人脚部冲击标定方法，其特征在于，

所述步骤四中对所测假人脚部作出标定判断，其具体是：

若所测摆锤冲击加速度和假人脚部受力数据在标定标准数据范围内，判断假人脚部合格；

若所测摆锤冲击加速度和假人脚部受力数据未在标定标准数据范围内，需对假人脚部作出相应检查修复。

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