CN103968999A - 汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，包括工作台，在所述工作台上设有腿型固定机构，在所述腿型固定机构的一侧可转动的设有对腿型固定机构所固定的腿型或传感器施加检测驱动力的检测驱动机构，在检测驱动机构的驱动端连接设有对所述检测驱动机构施加的检测驱动力进行测量的测量机构，在工作台上设有对检测驱动机构进行施力控制的控制器。本标定系统能够满足假人腿型及其传感器的标定工作，通用性好，且标定结果准确性好、效率高。

Description

汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统

技术领域

本发明涉及一种汽车碰撞试验用假人标定系统，尤其涉及一种汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统。

背景技术

汽车假人碰撞试验用腿型标定与腿型传感器标定是指对在假人碰撞试验过程中使用的大腿型和小腿型以及在大腿型和小腿型中安装的传感器使用相应的检测设备进行检定的过程。目前假人腿型标定与腿型传感器标定为采用分别标定的方法，即假人腿型标定采用一套设备和方法，而腿型传感器标定采用另一种设备和方法，这无疑会增大设备的投入，加大了设备投资，同时大量的检测设备也会造成空间利用上的浪费。而另一方面现有的腿型标定或腿型传感器标定中往往还需要人工动手进行一些标定工作，且标定设备间的系统协作性也较差，从而会使得标定效率较低，也会影响标定结果的准确性。

中国发明专利申请CN102661841A公开了一种汽车碰撞用假人髋关节标定系统及方法，其包括一台架，台架上设有假人髋关节固定装置，假人髋关节通过所述假人髋关节固定装置固定于台架上，其还包括摇臂、力传感器、摇臂抬升装置和数据处理器，摇臂的一端伸入假人的大腿孔并与假人的髋关节固定连接，力传感器与摇臂活动连接，摇臂抬升装置与所述力传感器连接，用于对摇臂施加抬升作用力，通过数据处理器中的比较模块将力传感器所采集的假人髋关节的受力数据与标定标准数据进行比较，然后通过标定模块对所测假人髋关节做出标定。上述的标定系统能够实现对假人髋关节的标定，但其使用范围较为单一，功能有限，并不能满足假人腿型及其传感器的标定工作。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，其能够满足假人腿型及其传感器的标定工作，通用性好，且标定结果准确性好、效率高。

为实现上述目的，本发明的汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，包括工作台，在所述工作台上设有腿型固定机构，在所述腿型固定机构的一侧可转动的设有对腿型固定机构所固定的腿型或传感器施加检测驱动力的检测驱动机构，在检测驱动机构的驱动端连接设有对所述检测驱动机构施加的检测驱动力进行测量的测量机构，在工作台上设有对检测驱动机构进行施力控制的控制器。

采用上述的技术方案，通过腿型固定机构可对需要标定的腿型或传感器进行固定，而检测驱动机构则可对固定的腿型或传感器施加模拟作用力，而且施加的模拟作用力也可由测量机构准确的测量到，从而即可根据测量机构测量的模拟作用力结合腿型或传感器在模拟作用力下的响应情况而判断出标定结果。采用腿型固定机构可实现对腿型或传感器的固定，以用于其标定，且检测驱动机构的可转动性使得其可根据不同的标定物施加模拟作用力，从而使得本标定系统具有很好的通用性，另一方面采用控制器控制也避免了人工操控的弊端，提高了标定结果准确性，同时也可提高标定操作的效率。

作为对上述方式的限定，在所述腿型固定机构中固定设有小腿型，在所述工作台上于腿型固定机构的同侧设有起始固定销，所述小腿型伸出腿型固定机构的一端连接有小腿型标定桶，所述小腿型标定桶的自由端固连于起始固定销上；所述检测驱动机构的驱动端正对于小腿型，所述驱动端上的测量机构抵接于小腿型上。采用上述的设置可以实现对小腿型剪切的标定。

作为对上述方式的限定，在所述测量机构与小腿型的抵接面上连接设有腿型适配块。设置腿型适配块可使测量机构与小腿型贴靠的更稳定，同时也可避免对小腿型造成损伤。

作为对上述方式的限定，在所述腿型固定机构中固定设有小腿型，在所述工作台上相对于腿型固定机构的另一端、且于腿型固定机构所在侧的另一侧设置有旋转支撑杆，在小腿型伸出腿型固定机构的一端连接有小腿型标定桶，在所述小腿型标定桶自由端的底部设有与工作台相抵接的滚动支架；所述检测驱动机构的驱动端指向旋转支撑杆，在小腿型标定桶的自由端与所述驱动端上的测量机构间连接设有环绕在旋转支撑杆上的绳索。采用上述的设置可实现对小腿型弯曲的标定。

作为对上述方式的限定，在所述腿型固定机构中固定设有大腿型标定桶，在大腿型标定桶伸出腿型固定机构的一端连接有安装座，所述安装座内经由螺栓连接有大腿型后端部件，所述螺栓穿设于大腿型后端部件的大腿旋转点中；所述检测驱动机构的驱动端与大腿型标定桶平行，在所述驱动端上的测量机构与大腿型后端部件间连接设有连接杆。采用上述的设置可实现对大腿型旋转力矩的标定。

作为对上述方式的限定，在所述腿型固定机构中固定设有大腿型标定桶，在大腿型标定桶伸出腿型固定机构的一端连接有安装块，在所述安装块上安装有腿型力传感器；所述检测驱动机构的驱动端正对于安装块，所述驱动端上的测量机构抵接于安装块上的腿型力传感器上。采用上述的设置可实现对腿型力传感器的标定。

作为对上述方式的限定，在所述测量机构上相对于检测驱动机构的驱动端的另一侧连接有小螺杆，在所述小螺杆上间隔设置有两根股骨标定杆，所述小螺杆穿设于两根股骨标定杆的端部，在两根股骨标定杆的另一端间连接设有大腿股骨；所述远离测量机构的股骨标定杆与小螺杆连接的一端固连于工作台上，在所述小螺杆上位于靠近测量机构的股骨标定杆的外侧还设置有螺母。采用上述的设置可实现对大腿型弯矩及大腿型弯矩传感器的标定。

作为对上述方式的限定，在所述工作台上位于检测驱动机构的一侧固定设置有股骨标定台，所述小螺杆及股骨标定杆位于股骨标定台上；在所述股骨标定台上位于两根股骨标定杆之间的小螺杆下方设有可供所述小螺杆穿过的中央垫块，在所述股骨标定台上位于大腿股骨的下方还设置有可对所述大腿股骨进行支撑的股骨垫块，所述远离测量机构的股骨标定杆与小螺杆连接的一端经由固定销固连于股骨标定台上。设置股骨标定台，并使用于大腿型弯矩及弯矩传感器标定的构件置于股骨标定台上，从而可使得其作为一个整体组件，便于标定时在工作台上的装卸，以提高标定操作的效率。

作为对上述方式的限定，所述腿型固定机构为设置在工作台上的至少一个台钳；所述检测驱动机构包括转动设置在工作台上转动座，连接设置在转动座上的丝杠套，以及传动连接于丝杠套内的丝杠；在所述丝杠套内设有对丝杠的运动进行限位的行程开关，在丝杠套上还连接设有驱动所述丝杠运动的伺服电机；所述测量机构为设置在丝杠端部的力传感器。

综上所述，采用本发明的技术方案，能够满足假人腿型及其传感器的不同标定工作，其只需按不同标定需要增减简单的结构件即可，通用性好，且由于采用伺服电机驱动其标定结果准确性好、效率高。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为标定系统的电气控制原理图；

图3为用于小腿型剪切标定时的结构示意图；

图4为用于小腿型弯曲标定时的结构示意图；

图5为用于大腿型旋转力矩标定时的结构示意图；

图6为图5中A部分的局部放大图；

图7为用于腿型力传感器标定时的结构示意图；

图8为图7中B部分的局部放大图；

图9为用于大腿型弯矩传感器标定时的结构示意图；

图10为图9中C部分的局部放大图；

图中：1、工作台；2、丝杠套；3、转动座；4、伺服电机；5、丝杠；6、力传感器；7、行程开关；8、台钳；9、起始固定销；10、旋转支撑杆；11、控制器；12、小腿型标定桶；13、小腿型；14、滚动支架；15、腿型适配块；16、绳索；17、大腿股骨；18、股骨标定台；19、股骨垫块；20、股骨标定杆；21、小螺杆；22、中央垫块；23、固定销；24、大腿型标定桶；25、连接杆；26、大腿型后端部件；27、安装座；28、螺栓；29、安装块；30、压块；31、螺母；32、数据采集端口；33、显示器；34、伺服电机控制器；35、急停按钮。

具体实施方式

本实施例涉及一种汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，如图1中所示，其包括工作台1，在工作台1的一端靠近其一侧的边沿处设置有台钳8，本实施例中台钳8设置为两个，当然其也可根据需要设置为任意多个。在工作台1上位于台钳8的一侧转动设置有转动座3，转动座3为开口指向一侧的凹字形，为便于转动座3在工作台1上的设置，还可在转动座3的下面设置一个底盘，底盘固定于工作台1上，而转动座3转动设置于底盘上即可。

在转动座3中设置有丝杠套2，丝杠套2内传动连接有丝杠5，而在丝杠套2的一侧还连接有伺服电机4，伺服电机4用于驱动丝杠5在丝杠套2内的往复运动，本实施例中丝杠5设置为在丝杠套2中直线往复运动中其自身不进行转动的传动结构形式，当然丝杠5与丝杠套2的传动机构也可采用齿轮齿条传动机构代替。而为了对丝杠5在丝杠套2内的运动进行限位，还在丝杠套2上位于其两个端头处设置有行程开关7，行程开关7可使得丝杠5在丝杠套2内的运动达到运动方向的末端时自动停止，从而可对丝杠5及丝杠套2组件进行保护。本实施例中在丝杠5的端头还连接设置有力传感器6，而在工作台1上位于台钳8的同侧还设置有起始固定销9，在工作台1上相对于台钳8的另一端、且于台钳8所在侧的另一侧设置有旋转支撑杆10，起始固定销9和旋转支撑杆10可在腿型及传感器的标定中做固定或支撑之用。

在工作台1上还设置有一个控制器11，控制器11上设置有多个控制按钮，其用于对伺服电机4进行控制，以实现丝杠5在丝杠套2内的可控运动。而整个标定系统的电气控制原理可如图2中所示，在本标定系统中采用ECU控制单元进行标定数据的记录存储及比对判断，在ECU的输入端口电连接有数据采集端口32，数据采集端口32可与标定过程中设置的各传感器相连接，以对各传感器检测的数据进行采集。在ECU的输入端口还电连接控制器11和丝杠套2上设置的行程开关7以采集起停信号，此外在ECU输入端口还连接设置有一个急停按钮35，急停按钮35可用于在标定过程发生意外情况时是伺服电机紧急停止，以保护试验设备及腿型和腿型传感器。

本实施例中在ECU的输出端口连接有伺服电机控制器34，利用伺服电机控制器34可在ECU指令信号的控制下对伺服电机4的运转方向及运转速度进行控制，以满足不同标定情况的需求。而在ECU的输出端口还连接设置有一个显示器33，显示器33可将数据采集端口32采集到的各传感器的实时数值以及ECU经比对判断后的结果实时显示出来，从而可使试验人员方便直观的了解标定过程及得知标定结果。

本实施例中用于小腿型剪切标定时的结构可如图3中所示，此时在两个台钳8中固定安装有用于标定的小腿型13，在小腿型13的内部，在靠近胫骨与股骨之间连接处的股骨末端处设置有剪切位移传感器。在小腿型13伸出台钳8的一端，也即小腿型13的股骨端连接有小腿型标定桶12，小腿型标定桶12的自由端，也即小腿型标定桶12相对于其与小腿型13连接处的另一端固定在起始固定销9上，而在小腿型标定桶12的自由端的底部还设置有一个滚动支架14，滚动支架14依靠其底部的滚轮与工作台1相抵接，可对小腿型标定桶12进行支撑。丝杠5在此时也经由转动转动座3而处于正对小腿型13的位置，且丝杠5也为从丝杠套2中伸出并使设置于丝杠5端部的力传感器6抵接于小腿型13伸出台钳8的部位，且在本实施例中力传感器6与小腿型13相抵接的部位可为小腿型13的股骨上距离其韧带50mm处。

为使力传感器6与小腿型13间抵接的更稳固，本实施例中还在力传感器6上设置有一个腿型适配块15，腿型适配块15的一端与力传感器6相连接，而其另一端则具有与小腿型13的外周面相配合的弧面，并依此实现和小腿型13间的稳固抵接。而小腿型剪切标定的操作过程是这样的，先将力传感器6和小腿型剪切位移传感器接入数据采集端口32，然后使用控制器11以低速控制丝杠5伸出，逐渐向小腿型13施加力，当力传感器6显示力不再增大时，即可停止丝杠5的运动，此时数据采集端口32采集两个传感器的检测值，并由ECU控制经显示器33显示出来，若以力传感器6检测的过程值为横坐标，而以剪切位移传感器检测的过程值为纵坐标制作曲线，当该曲线位于相关法规指定的区间内即可判断小腿型13合格。

本实施例中用于小腿型弯曲标定时的结构可如图4中所示，此时小腿型13及小腿型标定桶12的设置与小腿型剪切标定时大致相同，不同之处在于小腿型标定桶12的自由端不再固定于起始固定销9上，而是由滚动支架14支撑于工作台1上，而且在小腿型13内部，在靠近胫骨与股骨之间连接处的股骨末端设置有小腿型弯曲传感器。丝杠5此时也由转动转动座3而指向工作台1上的旋转支撑杆10处，而在力传感器6与小腿型标定桶12的自由端也连接有绳索16，本实施例中绳索16可为钢丝绳、尼龙绳等具有较高抗拉强度的材料，且绳索16也为环绕在旋转支撑杆10上，从而可经由丝杠5在丝杠套2内的向后运动以拉动小腿型标定桶12，以使小腿型13受到折弯力矩。小腿型弯曲标定的操作过程是这样的，将力传感器6和小腿型弯曲传感器连接于数据采集端口32，先使丝杠5在丝杠套2中伸出至丝杠套2前端的行程开关7作用，然后控制丝杠5快速向后运动直至丝杠套2后端的行程开关7作用，最后数据采集端口32采集力传感器6和小腿型弯曲传感器的检测值，并由ECU以力传感器6检测的过程值为横坐标，小腿型弯曲传感器的检测过程值为纵坐标绘制曲线，当曲线位于相关法规指定的区间内即可判断小腿型13合格。

本实施例中用于大腿型旋转力矩标定时的结构如图5和图6中所示，此时在台钳8中固定设置大腿型标定桶24，在大腿型标定桶24伸出台钳8的一端连接有安装座27，安装座27也为开口指向一侧的凹字形结构，在安装座27的开口内设置有大腿型后端部件26，大腿型后端部件26由螺栓28固定在安装座27中，且螺栓28为穿设在大腿型后端部件26的大腿旋转点中。丝杠5此时也经由转动转动座3而与固定在台钳8中的大腿型标定桶24保持平行，在丝杠5端部的力传感器6与连接在大腿型标定桶24端部的大腿型后端部件26之间则连接有连接杆25，且连接后的连接杆25为保持在水平状态。大腿型旋转力矩标定的操作过程是这样的，先将力传感器6连接于数据采集端口32，然后使用力矩扳手将安装座27上固定大腿型后端部件26的螺栓28进行旋紧，且其旋紧力为达到100Nm，最后再有控制器11控制丝杠5向后运动，直至显示器33显示力传感器6的数值为1200N时停止丝杠5伸出，观察大腿型后端部件26在其大腿旋转点处是否有旋转，无旋转则表明大腿型后端部件26合格。

本实施例的用于腿型力传感器标定时的结构如图7和图8中所示，此时在台钳8中仍固定设置有大腿型标定桶24，在大腿型标定桶24伸出台钳8的一端则连接有安装块29，在安装块29上面向转动座3的一侧端面上固定有图中未示出的腿型力传感器。丝杠5此时也经由转动转动座3而正对于安装块29，且丝杠5也从丝杠套2中伸出而使得丝杠5端部的力传感器6抵接于固定在安装块29上的腿型力传感器上，同时力传感器6也与腿型力传感器之间保持中心对齐。本实施例中为保证检测结果的准确，在力传感器6与腿型力传感器之间设置了连接在力传感器6上的压块30以用于力的传导。而腿型力传感器标定的操作过程是这样的，先将力传感器6和腿型力传感器连接于数据采集端口32，然后经由控制器11控制丝杠5从丝杠套2中以低速逐渐伸出，当显示器33显示力传感器6的力值达到腿型力传感器的幅值时即可停止丝杠5的伸出，最后由ECU对力传感器6和腿型力传感器的检测值进行比对判断，当腿型力传感器检测值与力传感器6的检测值间的差值不超过力传感器6的检测值的1%时即可认为腿型力传感器合格。

本实施例中用于大腿型弯矩传感器标定时的结构如图9和图10中所示，此时在工作台1上位于转动座3的一侧固定设置有股骨标定台18，丝杠5位于股骨标定台18一侧，且在力传感器6上相对于其与丝杠5连接端的另一侧连接有小螺杆21，在小螺杆21上间隔设置有两根股骨标定杆20，两根股骨标定杆20均位于股骨标定台18上，且在两根股骨标定杆20相对于其与小螺杆21连接处的另一端之间还连接有大腿股骨，在大腿股骨的表面粘贴设置有股骨弯矩传感器。本实施例中在股骨标定台18上位于大腿股骨17的下方设置有股骨垫块19以用于对大腿股骨17进行支撑，使大腿股骨17保持在与小螺杆21一致的高度上。而在股骨标定台18上位于两根股骨标定杆20之间的小螺杆21的下方还设置有一个中央垫块22，在中央垫块22上设置有一个与小螺杆21平行的通孔，且小螺杆21也为穿设于该通孔中，从而可经由中央垫块22对小螺杆21进行一定的限位。

在远离力传感器6的那根股骨标定杆20与小螺杆21连接的一端还连接设置有可将此根股骨标定杆20固定于股骨标定台18上的固定销23，而在靠近力传感器6的那根股骨标定杆20的外侧，也即此根股骨标定杆20背对于力传感器6的一侧，还设置有一个设置在小螺杆21上的螺母31，从而当螺母31在小螺杆21的带动下向力传感器6的方向运动时，便可对靠近力传感器6的股骨标定杆20施加与螺母31运动方向相同的作用力。大腿型弯矩传感器标定的操纵过程是这样的，先将力传感器6和股骨弯矩传感器连接于数据采集端口32，然后经由控制器11控制丝杠5慢速向后运动，当显示器33显示力传感器6检测值为100N时停止丝杠5的运动。最后由ECU对力传感器6和股骨弯矩传感器的检测值进行比对判断，若力传感器6产生的弯矩值（力传感器6的检测值与股骨标定杆20有效力臂长度的乘积）与股骨弯矩传感器的检测值的比值不超过标准值的1%时可判定大腿型弯矩传感器为合格。

Claims (9)

1.一种汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，包括工作台，其特征在于：在所述工作台上设有腿型固定机构，在所述腿型固定机构的一侧可转动的设有对腿型固定机构所固定的腿型或传感器施加检测驱动力的检测驱动机构，在检测驱动机构的驱动端连接设有对所述检测驱动机构施加的检测驱动力进行测量的测量机构，在工作台上设有对检测驱动机构进行施力控制的控制器。

2.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，其特征在于：在所述腿型固定机构中固定设有小腿型，在所述工作台上于腿型固定机构的同侧设有起始固定销，所述小腿型伸出腿型固定机构的一端连接有小腿型标定桶，所述小腿型标定桶的自由端固连于起始固定销上；所述检测驱动机构的驱动端正对于小腿型，所述驱动端上的测量机构抵接于小腿型上。

3.根据权利要求2所述的汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，其特征在于：在所述测量机构与小腿型的抵接面上连接设有腿型适配块。

4.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，其特征在于：在所述腿型固定机构中固定设有小腿型，在所述工作台上相对于腿型固定机构的另一端、且于腿型固定机构所在侧的另一侧设置有旋转支撑杆，在小腿型伸出腿型固定机构的一端连接有小腿型标定桶，在所述小腿型标定桶自由端的底部设有与工作台相抵接的滚动支架；所述检测驱动机构的驱动端指向旋转支撑杆，在小腿型标定桶的自由端与所述驱动端上的测量机构间连接设有环绕在旋转支撑杆上的绳索。

5.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，其特征在于：在所述腿型固定机构中固定设有大腿型标定桶，在大腿型标定桶伸出腿型固定机构的一端连接有安装座，所述安装座内经由螺栓连接有大腿型后端部件，所述螺栓穿设于大腿型后端部件的大腿旋转点中；所述检测驱动机构的驱动端与大腿型标定桶平行，在所述驱动端上的测量机构与大腿型后端部件间连接设有连接杆。

6.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，其特征在于：在所述腿型固定机构中固定设有大腿型标定桶，在大腿型标定桶伸出腿型固定机构的一端连接有安装块，在所述安装块上安装有腿型力传感器；所述检测驱动机构的驱动端正对于安装块，所述驱动端上的测量机构抵接于安装块上的腿型力传感器上。

7.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，其特征在于：在所述测量机构上相对于检测驱动机构的驱动端的另一侧连接有小螺杆，在所述小螺杆上间隔设置有两根股骨标定杆，所述小螺杆穿设于两根股骨标定杆的端部，在两根股骨标定杆的另一端间连接设有大腿股骨；所述远离测量机构的股骨标定杆与小螺杆连接的一端固连于工作台上，在所述小螺杆上位于靠近测量机构的股骨标定杆的外侧还设置有螺母。

8.根据权利要求7所述的汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，其特征在于：在所述工作台上位于检测驱动机构的一侧固定设置有股骨标定台，所述小螺杆及股骨标定杆位于股骨标定台上；在所述股骨标定台上位于两根股骨标定杆之间的小螺杆下方设有可供所述小螺杆穿过的中央垫块，在所述股骨标定台上位于大腿股骨的下方还设置有可对所述大腿股骨进行支撑的股骨垫块，所述远离测量机构的股骨标定杆与小螺杆连接的一端经由固定销固连于股骨标定台上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的汽车碰撞试验用假人腿型及其传感器标定系统，其特征在于：所述腿型固定机构为设置在工作台上的至少一个台钳；所述检测驱动机构包括转动设置在工作台上转动座，连接设置在转动座上的丝杠套，以及传动连接于丝杠套内的丝杠；在所述丝杠套内设有对丝杠的运动进行限位的行程开关，在丝杠套上还连接设有驱动所述丝杠运动的伺服电机；所述测量机构为设置在丝杠端部的力传感器。