CN112393916B - 一种车顶强度的试验装置及试验方法 - Google Patents

一种车顶强度的试验装置及试验方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种车顶强度的试验装置及试验方法，涉及车辆性能测试技术领域，试验台架，呈框型，用于容纳试验车辆通过；两个以上的荷载加载装置，每个荷载加载装置的一端固定于试验台架的顶部，另一端竖直朝下；每个荷载加载装置上均安装有能够实时监测自身荷载的传感器；圆柱钢管，其外侧壁固定于所有荷载加载装置的另一端，所述圆柱钢管倾斜设置，用于模拟路灯对试验车辆的车顶施加荷载。本申请还公开了一种基于上述车顶强度的试验装置的试验方法。本申请的车顶强度的试验装置及试验方法，通过有效模拟路灯砸车的事故情况，公开一种针对性强且试验结果稳定的车顶强度性能的试验方法。

Description

一种车顶强度的试验装置及试验方法
技术领域
本申请涉及车辆测试技术领域，特别涉及一种车顶强度的试验装置及试验方法。
背景技术
目前，在实际车辆使用过程中，经常出现路灯在外力作用下断裂后，砸在车辆顶盖之上的情况，在该情况下，车辆顶部会出现较大变形，影响乘员人身安全；因此，在车辆设计生产的过程中，对车辆顶部进行强度性能测试是必不可少的步骤。
相关技术中，传统车辆顶部的试验方法主要分为国标车顶强度测试法。国标车顶强度测试试验法采用平整钢板进行压力加载试验，加载钢板的尺寸为1829mm*762mm，且总加载力达到车重的1.5倍；例如针对车重1300kg的车辆，该试验方法加载力值仅为19121.7N。
但是，国标车顶强度测试试验法针对所有的车型均根据车重进行设计，无法满足在实际事故现场的强度要求，同样无法有效拟合路灯砸车的实际试验事故的情况。
发明内容
本申请实施例提供一种车顶强度的试验装置及试验方法，通过有效模拟路灯砸车的事故情况，公开一种针对性强且试验结果稳定的车顶强度性能的试验方法。
一方面，本申请提供了一种车顶强度的试验装置，包含：
试验台架，呈框型，用于容纳试验车辆通过；
两个以上的荷载加载装置，每个荷载加载装置的一端固定于试验台架的顶部，另一端竖直朝下；每个荷载加载装置上均安装有能够实时监测自身荷载的传感器；
圆柱钢管，其外侧壁固定于所有荷载加载装置的另一端，所述圆柱钢管倾斜设置，用于模拟路灯对试验车辆的车顶施加荷载。
一些实施例中，所述试验装置还包含控制器，所述控制器用于控制荷载加载装置，还用于接收传感器的荷载数据。
一些实施例中，所述荷载加载装置采用可自动控制的液压缸。
一些实施例中，所述试验台架包含横支架和两根竖支架，所述两根竖支架固定于地面，所述横支架垂直固定于两根竖支架的顶部，所有荷载加载装置垂直于所述横支架。
另一个面，一种基于上述车顶强度的试验装置的试验方法，包含以下步骤：
S1：安装试验台架，安装圆柱钢管和带传感器的荷载加载装置；
S2：根据目标路灯标准长度以及试验车辆高度调整圆柱钢管的倾斜角；
S3：所述荷载加载装置按照设定速度给位于试验台架下方的试验车辆施加荷载，传感器实时监测荷载大小，直至加载到设定位移量；根据荷载加载装置加载的位移量以及传感器测得的荷载计算试验车辆的车顶吸能值，并与设定的初始吸能门槛值进行对比分析。
一些实施例中，所述目标路灯标准长度的选择方法如下：
根据车顶强度的设计要求，在多种标准长度的路灯杆中选取一个长度值；对车顶强度要求越高，选择的目标路灯标准长度越长。
一些实施例中，在步骤S2中，根据目标路灯标准长度以及车辆高度调整圆柱钢管的倾斜角的方法如下：
钢管与地面夹角为
Figure BDA0002726381110000021
其中，h车为试验车身高度，h灯为灯杆高度。
一些实施例中，在步骤S3中，所述圆柱钢管的轴线对准试验车辆的驾驶座椅正上方。
一些实施例中，在步骤S3中还包含，将加载到设定位移量过程中，传感器测得的峰值载荷与车重求比，并结合该比值判定车顶强度性能。
一些实施例中，初始吸能门槛值E0的计算方法如下：
E0＝mgΔh＝mg(h0-h1-r)
h1＝0.5h车
其中，m为灯杆加灯座的质量，g为重力常数，h0为灯杆中心倾倒前的高度，h1为灯杆倾倒后，其中心所在处外壁的最高高度；r为灯杆的半径，h车为试验车辆的高度。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种车顶强度的试验装置及试验方法，通过试验台架、荷载加载装置和圆柱钢管模拟路灯砸车事故，通过在荷载加载装置上均安装传感器，能够实时监测荷载加载装置施加给试验测量的荷载，直至加载到设定位移量(一般为127mm)；根据整个加载过程中，荷载加载装置加载的位移量以及传感器测得的荷载计算试验车辆的车顶吸能值(即试验车辆车顶能够承受的下砸的势能)，并与设定的初始吸能门槛值进行对比分析，判定车顶强度是否满足设计要求，为整车设计在路灯事故方面提供有力的参考。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的试验装置的示意图；
图2为本申请实施例提供的圆柱钢管的倾斜角的示意图；
图3为路灯倾倒砸车的事故示意图；
图4为图3的计算模型；
附图标记：1、试验台架；11、横支架；12、竖支架；3、荷载加载装置；4、圆柱钢管。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请公开了一张车顶强度的试验装置，包含试验台架1、圆柱钢管4和两个以上的荷载加载装置3，试验台架1呈框型，竖直固定于地面，可以容纳试验车辆通过。两个以上的荷载加载装置3，每个荷载加载装置3的一端固定于试验台架1的顶部，另一端竖直朝下，并可以竖直朝下施加荷载。每个荷载加载装置3上均安装有能够实时监测自身施加荷载的传感器。
所有荷载加载装置3的另一端固定于圆柱钢管4的外侧壁，圆柱钢管4倾斜设置，荷载加载装置3对圆柱钢管4施加向下的荷载，用于模拟路灯下砸时，对试验车辆的车顶施加荷载，该试验装置能够在车辆开发阶段对车顶强度进行有效评估，并进行针对性设计开发，提高车辆防砸性能。
在一个实施例中，试验装置还包含控制器，控制器用于控制荷载加载装置3通过圆柱钢管4对车顶施加荷载，还用于接收传感器的荷载数据，为车顶强度的性能提供数据基础。
优选地，荷载加载装置3采用可自动控制的液压缸。试验时，控制器控制液压缸向下伸长。
在一个实施例中，试验台架1包含横支架11和两根竖支架12，两根竖支架12的底部固定于地面，横支架11垂直固定于两根竖支架12的顶部，所有荷载加载装置3垂直于横支架11，且横支架11、圆柱钢管4位于同一个平面。
本申请的试验装置能够有效模拟，路灯砸车的事故情形，公开了一种针对性强，并且试验结果稳定的车顶强度性能的试验方法，为车辆开发车顶强度的有效评估提供了有力参照。
本申请还公开了一种基于上述车顶强度的试验装置的试验方法，包含以下步骤：
S1：安装试验台架1，安装圆柱钢管4和带传感器的荷载加载装置3；安装完成之后如图1所示。
S2：根据目标路灯标准长度以及试验车辆高度调整圆柱钢管4的倾斜角。
S3：荷载加载装置3按照设定速度给位于试验台架1下方的试验车辆施加荷载，传感器实时监测荷载大小，直至加载到设定位移量；在此过程中，根据荷载加载装置3加载的位移量以及传感器测得的荷载计算试验车辆的车顶吸能值，并与设定的初始吸能门槛值进行对比分析。用车顶吸能值来评定车顶强度性能，这种全新的评定方式能够为车顶强度的设计开发、校正提供有力支撑。
优选地，在步骤S3中，控制器根据荷载加载装置3移动的位移量(即圆柱钢管4下压的位移量)以及传感器测得的实时荷载，得出荷载与位移的坐标曲线图，并计算得出荷载与位移的积分值(即坐标曲线图中荷载与位移的面积大小)即为车顶的吸能值。
具体地，在步骤S2中，目标路灯标准长度的选择方法如下：根据车顶强度的设计要求，在多种标准长度的路灯杆(标准路灯的长度分别为8m、10m和12m等等)中选取一个长度值；当要求试验车辆具有越强的车顶强度性能时，选用越长的目标路灯标准长度。若选择目标路灯标准长度为12m，在S3中的初始吸能门槛值同样较大，如果最后计算的车顶吸能值大于该初始吸能门槛值，则表明试验车辆的车顶强度性能非常优越，理论上能够承受12m以下的路灯砸车事故。
如图2所示，进一步地，在步骤S2中，根据目标路灯标准长度以及车辆高度调整圆柱钢管4的倾斜角α的方法如下：
钢管与地面夹角为
Figure BDA0002726381110000061
其中，h车为试验车身高度，h灯为灯杆高度。
在倾斜角的计算方法中，直接假设最大冲击的情形(即灯杆顶部砸车)，直接采用整个灯杆高度h灯，计算夹角α。
优选地，在步骤S3中，圆柱钢管4的轴线对准试验车辆的驾驶座椅正上方(即驾驶员头部)，真实模拟实际事故情形。
如图3和图4所示，进一步地，初始吸能门槛值E0的计算方法如下：
E0＝mgΔh＝mg(h0-h1-r)
h1＝0.5h车
其中，m为灯杆加灯座的质量，g为重力常数，h0为灯杆中心倾倒前的高度，h1为灯杆倾倒后，其中心所在处外壁的最高高度；r为灯杆的半径，h车为试验车辆的高度。
根据不同的设计需求选择不同的初始吸能门槛值E0，当对试验车辆的车顶强度性能要求较高时，选择长度较长的灯杆计算E0，若最后计算得到的车顶吸能值大于E0，则车顶强度满足设计要求。
具体地，在一个实施例中，根据上述公式，在路灯断裂下坠时，产生的重力势能会转化为动能，该动能会由承载的车体顶部结构吸收，以某款车型为例，车高h车为1.6m，8m的路灯杆倒下由车顶所吸收的能量简化计算为：
E＝(132+23)*9.81*0.5*(8-1.6)＝4.866KJ；其中，132kg为灯杆的重量，23kg为灯头的重量；
同理，针对10m高的路灯杆，在路灯重量不变的情况下，E＝6.386KJ，针对12m高的路灯杆，在路灯重量不变的情况下，E＝7.9KJ。
进一步地，在步骤S3中还包含，将加载到设定位移量过程中，传感器测得的峰值载荷与车重求比，并结合该比值判定车顶强度性能。从车顶吸能值和峰值载荷两个维度来界定车顶强度性能，使得车顶强度性能指标更加全面，更加安全可靠。具体地，用峰值载荷界定车顶强度时，当峰值载荷与车重的比值在大于等于2.5小于3.5时，评定为及格；当峰值载荷与车重的比值在大于等于3.5小于4时，评定为良好；当峰值载荷与车重的比值在大于等于4时，评定为优秀。
在上述实施例中，从两个维度来界定车顶强度性能得到如下表格：
Figure BDA0002726381110000071
当在步骤S2中，选择灯杆高度为12m，且在步骤S3中，得出校验结果车顶吸能值大于7.9KJ，且峰值载荷与车重的比值大于等于4倍时，试验车辆的车顶强度评价为优秀。
本申请的车顶强度的试验方法，不仅适用于路灯砸车的事故情形，还适用于多种其余形式的坠落物对冲击车顶的情形。，
具体地，荷载加载装置3加载的设定位移量为127mm，当超过127mm，整体变形行程过大，会直接威胁车内乘员头部。
在S3中，荷载加载装置3按照设定速度给位于试验台架1下方的试验车辆施加荷载，其中，设定速度为5mm/s。
本申请的车顶强度的试验装置及试验方法，通过试验台架1、荷载加载装置3和圆柱钢管4模拟路灯砸车事故，通过在荷载加载装置3上均安装传感器，能够实时监测荷载加载装置3施加给试验测量的荷载，直至加载到设定位移量(一般为127mm)；根据整个加载过程中，荷载加载装置3加载的位移量以及传感器测得的荷载计算试验车辆的车顶吸能值(即试验车辆车顶能够承受的下砸的势能)，并与设定的初始吸能门槛值进行对比分析，判定车顶强度是否满足设计要求，为整车设计在路灯事故方面提供有力的参考，这种全新的试验方式和评价方式提升了车顶强度性能评估的可靠性，具有极大意义。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种车顶强度的试验方法，其特征在于，所述试验方法基于试验装置，所述试验装置包含试验台架(1)、两个以上荷载加载装置(3)和圆柱钢管(4)，所述试验台架(1)呈框型，用于容纳试验车辆通过；每个荷载加载装置(3)的一端固定于试验台架(1)的顶部，另一端竖直朝下；每个荷载加载装置(3)上均安装有能够实时监测自身荷载的传感器；圆柱钢管(4)的外侧壁固定于所有荷载加载装置(3)的另一端，所述圆柱钢管(4)倾斜设置，用于模拟路灯对试验车辆的车顶施加荷载，所述试验方法包含以下步骤：
S1：安装试验台架(1)，安装圆柱钢管(4)和带传感器的荷载加载装置(3)；
S2：根据目标路灯标准长度以及试验车辆高度调整圆柱钢管(4)的倾斜角；
S3：所述荷载加载装置(3)按照设定速度给位于试验台架(1)下方的试验车辆施加荷载，传感器实时监测荷载大小，直至加载到设定位移量；根据荷载加载装置(3)加载的位移量以及传感器测得的荷载计算试验车辆的车顶吸能值，并与设定的初始吸能门槛值进行对比分析；所述初始吸能门槛值E0的计算方法如下：
E0＝mgΔh＝mg(h0-h1-r)
h1＝0.5h车
其中，m为灯杆加灯座的质量，g为重力常数，h0为灯杆中心倾倒前的高度，h1为灯杆倾倒后，其中心所在处外壁的最高高度；r为灯杆的半径，h车为试验车辆的高度。
2.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于，所述目标路灯标准长度的选择方法如下：
根据车顶强度的设计要求，在多种标准长度的路灯杆中选取一个长度值；对车顶强度要求越高，选择的目标路灯标准长度越长。
3.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于：在步骤S2中，根据目标路灯标准长度以及车辆高度调整圆柱钢管(4)的倾斜角的方法如下：
钢管与地面夹角为
Figure FDA0003435734160000021
其中，h车为试验车身高度，h灯为灯杆高度。
4.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于：在步骤S3中，所述圆柱钢管(4)的轴线对准试验车辆的驾驶座椅正上方。
5.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于，在步骤S3中还包含，将加载到设定位移量过程中，传感器测得的峰值载荷与车重求比，用得到的比值判定车顶强度性能。
6.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述试验装置还包含控制器，所述控制器用于控制荷载加载装置(3)，还用于接收传感器的荷载数据。
7.如权利要求6所述的试验方法，其特征在于：所述荷载加载装置(3)采用可自动控制的液压缸。
8.如权利要求6所述的试验方法，其特征在于：所述试验台架(1)包含横支架(11)和两根竖支架(12)，所述两根竖支架(12)固定于地面，所述横支架(11)垂直固定于两根竖支架(12)的顶部，所有荷载加载装置(3)垂直于所述横支架(11)。
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