CN110383031B - 汽车碰撞试验用伺服致动器及汽车碰撞模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

在汽车碰撞模拟试验装置中，能够提高再现性。一种汽车碰撞试验用伺服致动器，其将活塞杆向滑架击出，滑架沿水平的前后方向移动自如地被支承且能够搭载试件，该汽车碰撞试验用伺服致动器具备：流体缸，其插入有活塞杆；蓄能器，其与流体缸的与滑架侧相反一侧连接，对向流体缸供给的工作油进行蓄压；伺服阀，其设置于在流体缸的滑架侧形成的排出端口；以及位置调整机构，其与活塞杆的与滑架侧相反一侧的端部抵碰，限制活塞杆向蓄能器侧移动，并能够对活塞杆的蓄能器侧的移动区域的端部进行调整。

Description

汽车碰撞试验用伺服致动器及汽车碰撞模拟试验装置

技术领域

本发明涉及在不破坏汽车的情况下再现碰撞时在客室产生的加速度，并再现二次碰撞引起的乘员的受伤程度的汽车碰撞模拟试验装置。

背景技术

通常，汽车的碰撞试验中具有用于评价击出量、客室的残存空间量等物理量和乘员受伤值的实车碰撞试验，在实车上搭载假人并使该实车以规定速度与障碍物碰撞的方法是破坏试验，需要很高的成本。因此，通过将搭载有假人或气囊等的白车身、模拟车身等安装在台车上，并对该台车赋予与实车碰撞时大致相同的加速度，从而以非破坏方式再现作用于试件的冲击程度并评价乘员受伤值，进行用于气囊等安全装置的开发的汽车碰撞模拟试验。

作为这样的汽车碰撞模拟试验装置，例如存在下述专利文献1所记载的装置。该专利文献1所记载的汽车碰撞模拟器中的伺服致动器装置构成为，能够通过在蓄能器中蓄积/蓄压的工作油将液压致动器的活塞向搭载试件的滑架击出，并通过以使工作油直接流入该液压致动器的方式连接蓄能器，以对从液压致动器流出的工作油进行控制的方式连接伺服阀，从而构成出口节流回路。

另外，专利文献2中记载了一种汽车碰撞模拟试验装置，其包括：滑架，其被支承为沿水平的前后方向移动自如，能够搭载试件；流体缸，其能够将活塞向该滑架击出；蓄能器，其与该流体缸的后室侧连接；伺服阀，其设置于在流体缸的前室侧形成的排出端口；以及击出开始位置设定单元，其基于在实车碰撞试验中得到的数据，设定所述活塞的击出开始位置。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-162313号公报

专利文献2：日本特开2012-2699号公报

发明内容

发明要解决的课题

通过如专利文献2所记载的装置那样设定开始位置，虽然能够提高再现性，但存在开始位置的调整繁杂的情况。

本发明目的在于提供一种解决上述课题且能够更简单提高再现性的汽车碰撞试验用伺服致动器及汽车碰撞模拟试验装置。

用于解决课题的方案

用于达成上述目的的本发明是一种汽车碰撞试验用伺服致动器，其将活塞杆向滑架击出，所述滑架沿水平的前后方向移动自如地被支承且能够搭载试件，其特征在于，所述汽车碰撞试验用伺服致动器具备：流体缸，其插入有所述活塞杆；蓄能器，其与所述流体缸的与所述滑架侧相反一侧连接，对向所述流体缸供给的工作油进行蓄压；伺服阀，其设置于在所述流体缸的所述滑架侧形成的排出端口；以及位置调整机构，其与所述活塞杆的与所述滑架侧相反一侧的端部抵碰，限制所述活塞杆向所述蓄能器侧移动，并能够对所述活塞杆的所述蓄能器侧的移动区域的端部进行调整。

在此，优选的是，所述活塞杆的所述滑架侧的受压面积比与所述滑架侧相反一侧的受压面积大。

另外，优选的是，所述位置调整机构具有：抵碰构件，其与所述活塞杆接触；以及滚珠丝杠机构，其使所述抵碰构件沿所述活塞杆的移动方向移动。

另外，本发明是一种汽车碰撞模拟试验装置，其特征在于，所述汽车碰撞模拟试验装置具有：上述任一项所述的汽车碰撞试验用伺服致动器；以及滑架，其沿水平的前后方向移动自如地被支承且能够搭载试件。

发明效果

根据本发明，能够以与活塞的端部接触的位置调整机构来调整活塞的击出开始位置，因此能够抑制活塞向与滑架相反一侧移动，且能够调整活塞的击出开始位置，因此能够提高试验的再现性。

附图说明

图1是表示本发明的本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置的概略构成图。

图2是设定本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置中的活塞的击出开始位置的说明图。

图3是表示本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置的试验方法的动作图。

图4是表示本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置的试验方法的动作图。

图5是表示本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置的试验方法的动作图。

图6是表示本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置的试验方法的动作图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明优选的实施方式。需要说明的是，本发明并非由该实施例限定。

图1是表示本发明的本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置的概略构成图，图2是设定本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置中的活塞的击出开始位置的说明图，图3至图6是表示本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置的试验方法的动作图。

在本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置中，如图1所示，滑架11是包括具有规定厚度的板材的骨架部件，俯视观察时呈在前后方向(在图1中为左右方向)上较长的矩形状。在底面12沿前后方向附设有左右一对轨道13，该左右一对轨道13隔开规定间隔，滑架11借助固定于下表面的滑动部14以沿着该轨道13移动自如的方式被支承。

该滑架11能够在上表面搭载试件15。该试件15在本实施例中是仅具有骨架的汽车即所谓的白车身，装配有座椅15a、方向盘15b、气囊15c、安全带15d等装备品，并且装配有假人15e。该试件15载置于滑架11上的规定位置，通过未图示的固定件固定。

需要说明的是，在此，试件15是白车身，包括座椅15a、方向盘15b、气囊15c、安全带15d、假人16e等，但有时也将白车身、方向盘15b、气囊15c、安全带15d、假人16e的单体称为试件。

另外，在本实施例中，试件15搭载在滑架11上，因此将该试件15即汽车的前方(在图1中为左方向)设为滑架11的前方、将试件15即汽车的后方(在图1中为右方向)设为滑架11的后方来进行说明。另外，将作为试件15的汽车的侧方即左右方向(在图1中为进深方向)设为滑架11的侧方即左右方向来进行说明。

在滑架11的前方侧的底面12设置有作为对滑架11赋予向后加速度的加速装置的发射装置21。该发射装置21能够采用液压控制(或气动控制、摩擦控制等)。该发射装置21包括液压缸(流体缸)22、蓄能器23、伺服阀24、液压源25、以及控制装置26。

需要说明的是，在本实施例中，发射装置21(液压缸22)对滑架11赋予向后加速度，因此将该滑架11侧设为发射装置21的前方(在图1中为右方向)，将与滑架11相反一侧设为发射装置21的后方(在图1中为左方向)来进行说明。

即，滑架11的前方侧的底面12通过台阶而降低，在该较低的底面12设置有液压缸22。液压缸22由呈中空圆筒形状的缸主体31和以移动自如的方式支承于该缸主体31的活塞32构成。需要说明的是，活塞32由以移动自如的方式嵌合于缸主体31的内周部的台肩部32a、和沿缸主体31的中心轴心方向贯通并与台肩部32a连接的活塞杆32b构成。在该情况下，活塞32(活塞杆32b)的后端部从缸主体31突出到外部。活塞32的后端部与位置调整机构80接触。另外，活塞32(活塞杆32b)的前端部从缸主体31突出到外部，并向滑架11侧延伸。并且，在缸主体31与活塞32(活塞杆32b)之间装配有密封构件34、35。由此，能够抑制工作油从缸主体31与突出的活塞32之间泄漏。

另外，活塞32(台肩部32a)将缸主体31内划分为前后的腔室A、B，在台肩部32a的外周面与缸主体31的内周面之间设定有微小间隙，能够进行工作油的微小速度的流通。另外，台肩部32a的前腔室A侧的外径设定为比台肩部32a的后腔室B侧的外径略大，台肩部32a的前腔室A侧的受压面积大于后腔室B侧的受压面积。因此，在向腔室A、B供给相同压力的液压时，活塞32(台肩部32a)被向后方(在图1中为左方)侧施力。

在图1中图示出一个蓄能器23，但在液压缸22的周围配置有多个蓄能器23。该蓄能器23由呈中空圆筒形状的外壳36和以移动自如的方式支承于该外壳36的隔壁37构成，蓄能器23的前端部固定于液压缸22的后部。隔壁37将外壳36内划分为前后的腔室C、D，前腔室C经由连通路38与液压缸22的后腔室B连通。另外，后腔室D是密闭的腔室，封入有作为非活性气体的氮气。

液压缸22形成有位于后部的连通路38并能够从外部供给工作油的供给端口39。因此，通过从供给端口39供给工作油，从而能够向液压缸22的后腔室B、前腔室A及蓄能器23的前腔室C填充工作油，此时，通过使隔壁37后退而使后腔室D的氮气被压缩，从而能够在液压缸22及蓄能器23的内部蓄积高压油。

另外，在图1中图示一个伺服阀24，但液压缸22在前部装配有多个伺服阀24。该伺服阀24是能够调整阀开度的电磁阀，由中空的壳体41、以移动自如的方式支承在该壳体41内的阀芯42、以及能够使该阀芯42移动的驱动部43构成。伺服阀24能够将在液压缸22的前腔室A开口的排出口44与能够向外部供给工作油的排出端口45连通/阻断。因此，在通过驱动部43使阀芯42移动至关闭位置时，能够将排出口44与排出端口45阻断，在通过驱动部43使阀芯42移动至开放位置时，能够使排出口44与排出端口45连通，此时能够将填充在液压缸22的前腔室A中的工作油从排出端口45排出到外部。

需要说明的是，在液压缸22中，在活塞32的从缸主体31突出的前端部一体地形成有凸缘部51，通过使该凸缘部51与缸主体31抵接，从而限定活塞32的后退位置。

液压源25由收容箱61、供给泵62、冷却装置63等构成。收容箱61经由排出配管64与排出端口45连结，能够经由排出配管64从排出端口45回收液压缸22的前腔室A内的工作油。供给泵62经由供给配管65与供给端口39连结，能够将收容箱61内的工作油从供给配管65经由供给端口39向液压缸22及蓄能器23内供给。

位置调整机构80与活塞杆32的后端即与滑架11侧相反一侧的端部相向配置。位置调整机构80设定试验执行时的试验开始位置。位置调整机构80具有支承台82、滚珠丝杠84、以及抵碰构件86。支承台82支承滚珠丝杠84并固定于基座。支承台82具备使滚珠丝杠84旋转的驱动机构。滚珠丝杠84以旋转自如的方式支承于支承台82，沿与活塞杆32的移动方向平行的方向延伸。滚珠丝杠84在活塞杆32侧的端部配置有抵碰构件86。滚珠丝杠84在设置于支承台82的驱动部的作用下旋转，使抵碰部86与支承台82之间的距离伸缩。抵碰构件86固定于滚珠丝杠84的活塞杆32侧的端部。抵碰构件86由厚度不变的刚体制成，从而能够将活塞杆32与滚珠丝杠84之间的距离维持在规定的范围内。

控制装置26能够控制伺服阀24，接受来自运转操作装置27的操作信号而执行伺服阀24的开闭控制、开度调整控制。另外，控制装置26借助于位置调整机构82来控制抵碰构件86的位置，从而控制试验开始时的活塞杆32的位置。

本实施方式的发射装置21在使伺服阀24关闭且利用位置调整机构80移动至试验开始位置的状态下，通过供给泵62将收容箱61内的工作油从供给配管65经由供给端口39向液压缸22的各腔室A、B及蓄能器23的前腔室C供给。这样，在该液压缸22的各腔室A、B及蓄能器23的前腔室C被加压而成为规定的高压状态时，停止供给泵62的工作。并且，若在该高压状态下使伺服阀24开放，则液压缸22的前腔室A的工作油从排出端口45经由排出配管64回收到收容箱61中，从而液压缸22的活塞32能够在液压缸22的后腔室B及蓄能器23的前腔室C的压力的作用下向前方(滑架11侧)击出。

因此，发射装置21在活塞32的顶端与滑架11的前端接触的状态下将活塞32击出，从而能够对该滑架11施加朝向后方的冲击力即加速度。即，利用发射装置21对滑架11赋予向后加速度，成为与滑架11上的试件15在前方碰撞时受到向前加速度相同的形态，能够模拟发生汽车碰撞事故。

在汽车碰撞模拟试验中，如上所述，通过使液压缸22及蓄能器23内成为高压状态，使伺服阀24开放而将液压缸22的前腔室A的工作油排出，从而能够击出活塞32，对滑架11赋予向后加速度，模拟发生汽车碰撞事故。在该情况下，通过发射装置21得到的活塞32的击出行程基于在实车碰撞试验中得到的数据来设定，但对应于试件15的质量等而变化。例如，对于质量大的试件15而言，活塞32的击出行程较长，对于质量小的试件15而言，活塞32的击出行程较短。

另一方面，在汽车碰撞模拟试验中，为了确保接近实车碰撞试验的高再现性，需要提高填充于液压缸22的前腔室A内的工作油的油柱刚性，该油柱刚性受台肩部32a的受压面积、台肩部32a(活塞32)的行程影响，能够通过下述算式来求出。其中，K为油柱刚性，A为受压面积，L为行程，β为工作油的物理特性(体积弹性系数)。

K＝(A/L)β

在该情况下，台肩部32a的受压面积A、工作油的物理特性(体积弹性系数)β为固定值，因此为了提高油柱刚性，只要减小台肩部32a(活塞32)的行程L即可。即，在液压缸22中，台肩部32a(活塞32)的最大行程针对能够实施碰撞模拟试验的最大质量的试件15设定，因此在针对质量小的试件15实施碰撞模拟试验的情况下，台肩部32a(活塞32)的击出行程变短。

因此，在本实施方式中，基于在实车碰撞试验中得到的数据设定活塞32的击出行程，并根据该击出行程设定活塞的击出开始位置。具体来说，根据基于在实车碰撞试验中得到的数据所设定的活塞32的击出行程，利用位置调整机构80使活塞32从初始位置向前进侧移动并停止在击出开始位置，从该前进到达的击出开始位置实施碰撞模拟试验。在该情况下，针对质量小的试件15，活塞32的击出行程变短，因此能够缩短上述台肩部32a(活塞32)的行程，提高油柱刚性K。确保汽车碰撞模拟试验中的高再现性。

对基于上述本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置的汽车碰撞模拟试验方法进行说明。

在通过本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置来实施汽车碰撞试验的情况下，事先根据滑架11的设计数据(重量或重心位置等)、在实车碰撞试验中得到的关于碰撞时间的加速度变化的各数据，以能够再现该加速度的时间变化(波形)的方式，将发射装置21中的液压缸22的活塞32的击出开始位置(试验开始位置)、活塞32的击出力、滑架11上的试件15的位置设定为规定值。

在该情况下，基于在实车碰撞试验中得到的数据来设定活塞32的击出开始位置。在该实施例中，基于在实车碰撞试验中得到的加速度数据来计算活塞32的击出开始位置。

即，如图2所示，在给出了在实车碰撞试验中得到的关于时间的加速度G的数据时，通过对该加速度G的数据进行积分来计算速度V的数据，通过对该速度V的数据进一步进行积分来计算距离L的数据。在此，在加速度G的数据中，在时间t0处加速度G＝0，因此与该时间t0对应的距离L₀为液压缸22中的活塞32的击出距离(行程)。在该情况下，如图1所示，液压缸22设定了从活塞32的初始位置到停止位置的最大击出行程La，因此若设定从活塞32的击出开始位置到停止位置的击出行程L₀，则设定从活塞32的初始位置到活塞32的击出开始位置的准备行程L₁。

若按照上述方式设定活塞32的准备行程L₁和击出行程L₀，则首先如图1、图3所示那样，使发射装置21中的液压缸22的活塞32停止在凸缘部51与缸主体31抵接的初始位置，并且使伺服阀24成为关闭状态。在该状态下，操作者通过运转操作装置27向控制装置26输出运转信号，使供给泵62工作，将收容箱61内的工作油经由供给配管65从供给端口39向液压缸22及蓄能器23内供给。

这样，如图4所示，通过所供给的工作油对液压缸22的后腔室B和蓄能器23的前腔室C进行加压，另外，液压缸22的后腔室B的工作油向前腔室A移送，该前腔室A也被加压。并且，蓄能器23的后腔室D内的氮气由供给至各腔室A、B、C的工作油压缩，若该各腔室A、B、C的工作油变为规定的高压状态，则停止供给泵62的工作。此时，活塞32中的腔室A与腔室B的压力相同，因此被向位置调整机构80侧施力。

接下来，如图1、图4所示，从该状态起，操作者通过运转操作装置27向控制装置26输出运转信号，通过位置调整机构80使抵碰部86的位置移动，如图5所示那样使活塞32向滑架11侧移动。基于所设定的活塞32的准备行程L₁(击出行程L₀)，使活塞32移动至试验开始位置。

然后，控制装置26在使活塞32移动至规定的击出开始位置(试验开始位置)后，如图6所示，使伺服阀24以规定的开度开放，将液压缸22的前腔室A内的工作油全部从排出端口45经由排出配管64排出回收到收容箱61。

这样，液压缸22使活塞32向前方击出，对滑架11赋予目标向前加速度(滑架11、试件15中的向后加速度)，将模拟碰撞时的加速度赋予给试件15。这样，滑架11伴随所赋予的目标向后加速度而向后方移动规定距离。此时，活塞32高速前进而规定距离(击出行程L₀)增加，使滑架11高速后退。在此，在滑架11的速度V高速上升的同时，加速度G高速上升。

按照上述方式，在本实施方式的汽车碰撞模拟试验装置中，将能够搭载试件15的滑架11支承为沿水平的前后方向移动自如，能够对该滑架11赋予加速度的发射装置21包括：液压缸22，其能够使活塞32向滑架11击出；蓄能器23，其与液压缸22的后腔室B侧连接；伺服阀24，其设置于在液压缸22的前腔室A形成的排出端口45；以及位置调整机构，其与活塞杆的与滑架侧相反一侧(后腔室B)的端部抵碰，限制向蓄能器侧的移动，并能够对活塞杆的蓄能器侧的移动区域的端部进行调整。

汽车碰撞模拟试验装置利用位置调整机构80使活塞杆32向滑架11侧移动，从而能够使活塞准确地移动至击出位置。具体来说，通过防止被向位置调整机构80侧按压的活塞杆32与位置调整机构80的抵碰构件86相比更向位置调整机构80侧移动，从而能够高精度将活塞杆32的位置指定为规定位置。另外，由于能够在通过位置调整机构80物理地使活塞杆32移动了的状态下开始击出，因此与通过伺服阀的开度控制来使活塞杆32移动至规定的击出位置的方法相比，能够提高精度。

另外，通过将位置调整机构80作为在与活塞杆的与滑架侧相反一侧(后腔室B)的端部抵碰的状态下进行位置调整的机构，从而能够在任意时机进行位置调整。具体来说，由于活塞杆被朝向抵碰构件按压，因此能够配合抵碰构件的移动使活塞杆移动。例如，在凸缘部51与缸主体31之间夹着构件的情况下，进行设置的时机受到限制且难以进行微调整，但本实施方式的位置调整机构80高精度地进行使用滚珠丝杠82的驱动，从而能够在任意时机调整活塞杆的位置。需要说明的是，在本实施方式中，在使工作油成为高压状态后利用位置调整机构80进行活塞杆的位置调整，但也可以在利用位置调整机构80进行了活塞杆的位置调整后使工作油成为高压状态。

另外，汽车碰撞模拟试验装置通过基于在实车碰撞试验中得到的数据来设定活塞32的击出开始位置，从而对于活塞32的击出行程较短的试件15而言，能够将活塞32的击出开始位置设定在前方侧，能够缩短活塞32的击出距离而提高油柱刚性，能够提高汽车碰撞模拟试验中的再现性。

另外，在本实施例的汽车碰撞模拟试验装置中，控制装置26基于在实车碰撞试验中得到的数据计算活塞32的击出开始位置。因此能够提高汽车碰撞模拟试验中的再现性。

需要说明的是，在上述的本实施例中，在使发射装置21的活塞32向击出开始位置移动时，通过向液压缸22及蓄能器23供给工作油来进行，但也可以另行设置用于使活塞32移动的装置并利用该装置来进行。另外，也可以在位置调整机构80设置位置传感器，基于位置传感器的检测结果来控制位置。

另外，在上述实施方式的汽车碰撞模拟试验装置中，作为位置调整机构80采用使用了滚珠丝杠的机构，但只要是能够使之沿平移方向移动的机械机构即可，不限定于滚珠丝杠机构。

附图标记说明：

11...滑架；

15...试件；

21...发射装置(滑架加速装置)；

22...液压缸；

23...蓄能器；

24...伺服阀；

25...液压源；

26...控制装置；

27...运转操作装置；

32...活塞；

80...位置调整机构。

Claims (4)

1.一种汽车碰撞试验用伺服致动器，其将活塞杆向滑架击出，所述滑架沿水平的前后方向移动自如地被支承且能够搭载试件，其特征在于，

所述汽车碰撞试验用伺服致动器具备：

流体缸，其插入有所述活塞杆；

蓄能器，其与所述流体缸的设置于与所述滑架侧相反一侧的第一腔室连接，对向所述流体缸供给的工作油进行蓄压；

伺服阀，其设置于与在所述流体缸的所述滑架侧形成的第二腔室连接的排出端口，将供给至所述第一腔室、所述第二腔室及所述蓄能器的工作油排出；以及

位置调整机构，其与所述活塞杆的与所述滑架侧相反一侧的端部抵碰，限制所述活塞杆向所述蓄能器侧移动，并能够对所述活塞杆的所述蓄能器侧的移动区域的端部进行调整，

所述活塞杆的与所述位置调整机构抵碰的端部从所述流体缸突出至外部，并且

所述伺服阀在所述位置调整机构对所述活塞杆的所述端部进行调整的期间关闭。

2.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验用伺服致动器，其特征在于，

所述活塞杆的所述滑架侧的受压面积比与所述滑架侧相反一侧的受压面积大。

3.根据权利要求1或2所述的汽车碰撞试验用伺服致动器，其特征在于，

所述位置调整机构具有：抵碰构件，其与所述活塞杆接触；以及滚珠丝杠机构，其使所述抵碰构件沿所述活塞杆的移动方向移动。

4.一种汽车碰撞模拟试验装置，其特征在于，

所述汽车碰撞模拟试验装置具有：

权利要求1至3中任一项所述的汽车碰撞试验用伺服致动器；以及

滑架，其沿水平的前后方向移动自如地被支承且能够搭载试件。

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