CN1133873C - 节制杆式模拟汽车碰撞试验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于汽车台车、安全带、安全座椅和安全气囊以及汽车内饰物的模拟碰撞环境实验，其特征是装有变截面节制杆的撞击活塞杆装在外筒内，导向套装在外筒的前端部，紧固件与外筒相连，变截面节制杆与底座相连，节制环装在活塞端部，节制环与变截面节制杆之间留有间隙，排液孔位于外筒的前端，与C腔相通，进液口位于外筒的后下部，与A腔相通，通过设计不同的变截面节制杆，达到模拟滑车产生与实车相同的减加速度波形，与现有技术相比具有模拟精度高，设计程序简单，装置结构紧凑，体积小，易于操作等优点。

Description

节制杆式模拟汽车碰撞试验装置及其方法

技术领域

本发明是一种用于汽车安全带、安全座椅和安全气囊以及汽车内饰物的模拟碰撞环境实验的节制杆式模拟汽车碰撞吸能器。

背景技术

在汽车设计中，实车碰撞是检验车辆安全性能的重要手段，但实车碰撞实验费用很高，特别是对安全气囊、安全座椅、安全带等汽车零部件的设计和质量检验，由于需要真实的碰撞过程，其关键是必须能够模拟汽车碰撞中的吸能过程，以保证滑车上所测定的减速度波形与实车相应的加速度吻合，模拟实验才算成功。

现有技术中，汽车模拟碰撞吸能器主要有MTS公司用橡胶和气胎组成的弹性吸能垫，通过调节橡胶垫的厚度来调节其吸能过程该技术只能模拟半正弦波；SEATTLE SAFETY公司采用滑车切割缠绕成一定长度和高度的钢丝层来模拟实车的碰撞吸能过程，该技术调试复杂，不易精确控制；MGA公司采用针阀调控汽缸中气体压力，控制作用在滑车上的作用力，产生相应的减速度波形；HYGE公司和BSRS公司则采用计算机伺服系统控制气阀推动滑车产生类似于碰撞过程实车的减加速度波形，它采用以发射的方式，成本高，限制了这些产品在我国的推广。

国内主要是利用笛形阻尼孔缓冲滑车产生相应的减速度波形，该技术是在外筒上开一系列孔根据不同的波形，决定堵孔的数量，缺点是模拟难度大，精度低，设备成本高。

发明内容

本发明的目的是提供了一种根据不同的车型和碰撞速度，设计不同的变截面节制杆，使模拟滑车产生与实车相同的减加速度波形的节制杆式模拟汽车碰撞装置。

本发明是通过下列方案实现的，节制杆式模拟汽车碰撞试验装置，其特征是装有变截面节制杆的撞击活塞杆装在外筒内，导向套装在外筒的前端部，紧固件与外筒相连，变截面节制杆与底座相连，节制环装在活塞端部，节制环与变截面节制杆之间留有间隙，排液孔位于外筒的前端，与C腔相通，进液口位于外筒的后下部，与A腔相通。节制环与变截面节制杆之间留有的间隙是根据不同的车型和碰撞速度，设计不同的变截面节制杆而实现的，通过设计不同的变截面节制杆，达到模拟滑车产生与实车相同的减加速度波形的目的。

本发明所述的节制环与变截面节制杆之间的间隙面积为： $a_x=\sqrt{\frac{k_1{v}^2\mathrm{\γ}}{2g(\mathrm{Ma}+F_c)}\·A^3}$

其中：a_x：间隙面积

      k₁：液体在该间隙面积流动的液压阻力系数

      v：实测车速度

      r：液体的密度

      g：重力加速度

      M：滑车质量

      a：实测车碰撞中的减加速度

      F_c：滑车和碰撞活塞杆的摩擦力

     A：活塞有效面积

本发明的变截面节制杆可在等直径节制杆上设置变尺寸沟槽。变截面节制杆也可在等直径节制杆上设置变尺寸沟槽，同样也可改变节制环与节制杆之间的间隙面积，以控制液体的压力阻力。

一种使用节制杆式模拟汽车碰撞试验装置的方法，其特征是用模拟滑车碰撞装在外筒内的撞击活塞杆，撞击活塞杆的活塞端部挤压高压腔内的液体，液体经活塞端部的节制环与变截面节制杆间的间隙流入低压腔，改变节制环与变截面节制杆之间的间隙面积，控制高压腔内的液体压力来调节撞击活塞杆对滑车产生的阻力，得到滑车模拟汽车碰撞的减加速度曲线。

附图说明

图1为节制杆式模拟汽车碰撞装置的结构图

图2为图1的A-A剖视图

图3为等直径节制杆上设置沟槽的结构图

图中：1、撞击活塞杆  2、紧固件  3、导向套  4、7、10密封圈  5、外筒  6、排液孔  8、节制杆  9、测压孔  11、底座  12进液口  13、节制环  14、沟槽  A、高压腔  B、过渡腔  C、低压腔

具体实施方式

在汽车设计中，实车碰撞是检验车辆安全性能的重要手段。但实车碰撞实验，由于费用高，将使局部零部件的检验费用加大。对于安全气囊、安全带、座椅等零部件需要不断在真实碰撞环境下，反复试验检验和修改产品以及相关生物力学的研究是不合算的。这也不利于获取某一产品的可靠性和动态力学参数。采用滑车模拟实车碰撞，再现真实碰撞动力过程，实验费用便宜。它对于这些产品的设计和检验是非常有利的。以红旗“世纪新”碰撞模拟为例，通过实车碰撞试验，可以获得实车碰撞的加速度、速度—时间、位移曲线，经过惯性力换算，可得到滑车及吸能器对应的阻力—位移曲线，与实车比较确定滑车质量1500kg，通过强度分析和计算，根据液压技术水平，确定活塞的直径190mm，确定外筒的内径190mm，外径210mm。由最大撞击力确定撞击杆的材料40Cr，内径80mm和外径100mm。由撞击杆的内径直接确定节制环的内径80mm。

根据本发明的间隙面积计算公式设计计算节制杆，其设计过程如下：

获取实车碰撞数据(速度、加速度、位移波形)→进行滑车和节能器受力分析→吸能器正面计算数学模型→节能杆外形计算→节能杆外形调整→液压系数实验拟合→吸能器反面计算数学模型→计算滑车波形→最后加工成产品。

根据反复设计计算和试验，确定系统的液流系数K₁＝1.34，确定节制杆的尺寸。按节制杆轮廓尺寸加工节制杆。设计和制造相关的连接与密封的部件，完成吸能器的总成。根据用户的需要，对不同碰撞速度和碰撞质量，设计不同的节制杆。根据客户的试验场地和滑车的实际情况设计不同的连接架体。

通过试验，将滑车加速到指定的速度撞击(在两者之间加入足够的缓冲材料)，近似再现汽车碰撞的惯性受力过程。该设备为安全气囊、安全带、座椅等不受车辆碰撞变形影响的设施提供了一个再现车辆碰撞的动力过程。

节制杆式模拟汽车碰撞装置是与模拟滑车配套使用的，用来模拟汽车碰撞的减加速度，使滑车产生与实车相同的减加速度波形，由外筒5、撞击活塞杆1、节制杆8等组成，撞击活塞杆1装在外筒5内，变截面节制杆8与底座11相连，并装在撞击活塞杆1内，头部装有密封圈7，外筒5的顶部装有用铜材制成的导向圈3和密封圈4，而后用紧固件2固定。根据试验要求设计出变截面节制杆1，因节制环13的直径是不变的所以改变节制杆的截面积即可改变节制环与节制杆之间的间隙面积，控制液体阻力，试验时，将撞击活塞杆1拉到指定位置，左端承受来自滑车的冲击，右端活塞端部挤压高压腔A空间内充满的液体经活塞中间的节制环与节制杆之间的间隙流入过渡腔B，再由液流孔流入低压腔C，多余液体从排液孔6排出。试验前，从进液阀12注入液体，调试过程中在测压孔9上安装压电传感器用来监视外筒5内的压力变化。

经节制杆式模拟汽车碰撞试验，从而在滑车上再现该实车的碰撞动力学过程，获取滑车模拟汽车的减加速度曲线。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1)能够模拟不同车型的碰撞减加速度波形，而且重复性很好，精度高；2)设计程序简单，易于操作。可靠性高，安全性好；3)装置结构紧凑，体积小，安装调试简单，易于维修保养；4)试验和设备成本低。

Claims (4)

1、一种节制杆式模拟汽车碰撞试验装置，其特征是装有变截面节制杆(8)的撞击活塞杆(1)装在外筒(5)内，导向套(3)装在外筒(5)的前端部，紧固件(2)与外筒(5)相连，变截面节制杆(8)与底座(11)相连，节制环(13)装在活塞端部，节制环(13)与变截面节制杆(8)之间留有间隙，排液孔(6)位于外筒(5)的前端，与C腔相通，进液口(12)位于外筒(5)的后下部，与A腔相通。

2、根据权利要求1所述节制杆式模拟汽车碰撞试验装置，其特征在于节制环与变截面节制杆之间的间隙面积为： $a_x=\sqrt{\frac{k_1{v}^2\mathrm{\γ}}{2g(\mathrm{Ma}+F_c)}\·A^3}$

3、根据权利要求1所述的节制杆式模拟汽车碰撞测试装置，其特征在于所述的变截面节制杆(8)可在等直径节制杆上设置变尺寸沟槽(14)。

4、一种使用节制杆式模拟汽车碰撞试验装置的方法，其特征是用模拟滑车碰撞装在外筒内的撞击活塞杆，撞击活塞杆的活塞端部挤压高压腔内的液体，液体经活塞端部的节制环与变截面节制杆间的间隙流入低压腔，改变节制环与变截面节制杆之间的间隙面积，控制高压腔内的液体压力来调节撞击活塞杆对滑车产生的阻力，得到滑车模拟汽车碰撞的减加速度曲线。

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