CN115912848A - 一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统以及设计方法，具体涉及车辆碰撞试验技术领域。其装置包括：发射装置、滑台和导轨一，滑台底端设置有上板件，上板件包括相互贴合的金属板和导体板，金属板上表面与滑台底端相贴合；导轨一底部下方设置有下板件，导轨一和下板件之间设置有若干磁性件；利用了涡流减速装置的车辆滑台试验装置，可根据其设计方法，在原始数据已知的前提下，根据计算对整个装置进行设置，从而实现其阻力可控。此种具有涡流减速系统的车辆碰撞滑台试验装置，运动损耗小，结构简单，安装便捷；而此种装置的设计方法，则实现了其阻力可控。

Description

一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统及设计方法

技术领域

本发明涉及车辆碰撞试验技术领域，特别涉及一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统及设计方法。

背景技术

随着汽车研发生产技术的不断进步，车辆的安全性能受到了社会各界的广泛重视，为了确保出厂车辆在常遇交通事故发生时的表现能够满足相应的规定要求，需进行大量的车辆碰撞试验来检验汽车的各项安全性能，以保障驾乘人员的生命财产安全。

在车辆碰撞试验中，滑台碰撞试验是常见的一种安全检测手段，一般的滑台试验装置包括发射装置、滑台和导轨，滑台是由钢板组成的矩形平台，滑台上方固定有试验用的道具用来模拟碰撞事故中的车身及驾乘人员。在进行车辆滑台碰撞试验的过程中，发射装置会按照所设计的加速度施加给滑台相应的冲击力，滑台在受到冲击后以设计加速度开始，滑行一段距离后受到减速装置的作用而逐渐减速停止。

目前已有的摩擦减速装置主要有以下几种：一、通过在滑台末端设置弹簧液压缓冲装置，利用缓冲装置和滑台接触所产生的相互阻尼力，使滑台减速直至停止；二、通过炮式结构的钢管和钢圆柱，延长能量传递路径，并在钢管一端开有吸能压溃用的通口和凹口，用以耗能。这几种减速装置，均通过摩擦进行减速，而摩擦减速往往是通过两物体互相接触从而达到目的。

但是在初始加速度过大的情况下，滑台为将加速度降至合适大小会有较长的行程，相应需要的导轨长度也会有所提高。且在滑台试验中往往会释放很大的能量，对减速装置或滑台部件存在较大的损耗，并且一般的减速装置无法对施加到滑台上的阻力进行精确的调控，进而导致滑台减速过程中的运动状态不受控制，不利于研究的顺利开展。

发明内容

本发明的目的在于克服已有的滑台减速装置通过摩擦进行减速，使滑台和减速装置损耗过大、导轨路径过长、以及减速过程的阻力无法控制等问题，根据非接触摩擦的磁力提供一种结构简单、损耗小、操作便捷且阻力可控的车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统及设计方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，包括：

发射装置、滑台和导轨一，所述滑台底端设置有上板件，所述上板件包括相互贴合的金属板和导体板，所述金属板上表面与所述滑台底端相贴合；

所述导轨一底部下方设置有下板件，所述导轨一和所述下板件之间设置有若干磁性件。

本发明所表述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，相较于传统减速装置均是通过减速装置以及滑台之间的摩擦从而实现滑台减速直至静止，但对滑台和减速装置损耗过大而言，主要是通过在滑台底部设置由金属板和导体板所组成的上板件，并在导轨一下方设置下板件和若干磁性件，其上板件、下板件以及磁性件组成一个磁力装置，当滑台在发射装置的作用下，以设计的加速度沿导轨一运动至磁性件上方时，经过磁性件上方区域，固定在滑台下部的导体板切割磁感线产生涡电流，根据楞次定律滑台受到阻碍其运动的阻尼力，从而实现降低滑台速度直至滑台停止。滑台运动的能量会以导体板中涡电流的形式耗散，以非接触的减缓装置，避免减缓装置和滑台由于滑台巨大的冲击能量所造成的损耗。由于导轨长度一定，可根据计算，调节磁性件的数量和间距，减小或增大滑台受到的阻尼力，使滑台在固定的长度范围内达到静止状态，无需延长导轨。由此可知，布置有涡流减速装置的滑台试验损耗小、阻力可控，且结构简单、安装方便。

优选地，两组相邻所述磁性件磁极相反，所述磁性件与所述导轨一之间设置有间隙一。进一步说，确保相邻所述磁性件磁极相反，是由于磁性件下方的下板件和导体板上方的金属板可以约束磁感线，增强磁场强度。设置所述间隙一，主要是通过改变间隙一的高度，则所述磁性件与所述导体板之间的距离发生改变，可改变所产生的阻尼力的大小，对整个磁力装置进行调整，从而改变滑台的运动速度。由于所述间隙一的高度，是所述导轨一的厚度和所述导轨一到磁性件上表面的高度之和，因此，所述间隙一的最小值，是所述导轨一的厚度，而所述间隙一的最大值，则需要根据设计计算得到的阻尼力进行计算。根据各参数的不同，所得到的间隙一的最优值也是不同的。

优选地，每组所述磁性件上布置有一组线圈，相邻两组所述线圈的缠绕布置方向相反。进一步说，所述磁性件的选择可以是电磁铁、永磁体或者永磁体和电磁铁的组合装置，在选择的所述磁性件为电磁体时，由于电磁铁上缠绕有线圈，为了保证相邻所述磁性件磁极相反，则应当相邻两组所述线圈的布置方向相反，通电时才可达到相邻两个所述磁性件磁极相反。

优选地，所述磁性件设置于导轨二上，所述导轨二与所述下板件固定连接，所述导轨二沿所述导轨一延伸方向布置。进一步说，所述导轨二的作用主要是为了便于调整所述磁性件的间距。

优选地，所述下板件和所述金属板均为钢制板件，所述导体板为可导电板件。进一步说，所述下板件和所述金属板均为钢板，二者的形式以及结构均相同。所述导体板可以为一切能导电性能良好的材质制造而成，其中，若考虑其性能以及经济效益，那么较优的选择是所述导体板为铝板或是铜板。

一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统设计方法，是在上述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统的基础上所得到的，其计算方法包括以下步骤：

步骤一：统计系统所需要的数据参数，建立数据库，其中所述数据参数为包括所设计的发射装置对滑台作用的原始加速度、导体板厚度、导轨一长度；

步骤二：布置若干磁性件于所述导轨一下方；所述导体板、所述磁性件以及所述下板件组成磁力装置，所述磁力装置用于所述滑台在其上方相对运动时，产生朝向所述发射装置方向的阻尼力；

步骤三：根据所述导轨一长度，确定所述滑台的位移，结合所述位移、所述滑台的原始加速度，计算所述滑台停止时刻所需阻尼力的数值，根据所述阻尼力数值和每个所述磁性件磁场强度大小确定涡电流大小；

步骤四：根据涡电流数值以及所述导体板厚度，利用公式计算，得到相邻所述磁性件间距、间隙一的高度，调整所述磁性件间距，所述滑台在所述位移终点停止，最终完成车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统的设计。

本发明所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统设计方法，主要是为了控制滑台在运动过程的速度以及加速度。根据加速度计算出实际速度，进而计算得到阻尼力的大小，并根据阻尼力的大小计算得到涡电流数值，根据涡电流数值选取变量，将自己需要进行变换的数据设置变量，其他数值为常量，计算变量的值，从而有针对性的布置整个磁力装置。此种设计方法，可通过试验进行前的计算，实现其阻力可控。

具体的，在所述步骤二中，测算布置的每个所述磁性件的磁场强度数值；所述磁力装置为完整的电涡流阻尼单元，所述滑台于所述磁力装置范围内运动，所述磁力装置用于产生与所述滑台运动方向相反的阻尼力。

具体的，在所述步骤三中，选取设计参数F_MAX和C，计算滑台所需阻尼力的公式为：

其中，F_MAX是根据数据范围选取的最大阻尼力，C为初始阻尼系数，v_cr为临界速度。进一步说，v_cr是阻尼力和速度成线性关系区间的最大速度，线性区间内，所述滑台速度越快，阻尼力越大，减速过程就是所述滑台速度不断降低直至停止下来的过程。

具体的，在所述步骤三中，根据所述阻尼力数值和每个所述磁性件磁场强度大小，根据洛伦兹力计算公式确定涡电流数值。

具体的，在所述步骤四中，所述磁性件为电磁铁，根据所述涡电流数值，通过欧姆定律以及电阻定律，计算得到所述线圈匝数、所述磁性件间距、所述磁性件数量以及所述间隙一的高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，相较于传统减速装置均是通过减速装置以及滑台之间的摩擦从而实现滑台减速直至静止，但对滑台和减速装置损耗过大而言，主要是通过在滑台底部设置由金属板和导体板所组成的上板件，并在导轨一下方设置下板件和若干磁性件，其上板件、下板件以及磁性件组成一个磁力装置，当滑台在发射装置的作用下，以设计的加速度沿导轨一运动至磁性件上方时，经过磁性件上方区域，固定在滑台下部的导体板切割磁感线产生涡电流，根据楞次定律滑台受到阻碍其运动的阻尼力，从而实现降低滑台速度直至滑台停止。滑台运动的能量会以导体板中涡电流的形式耗散，以非接触的减缓装置，避免减缓装置和滑台由于滑台巨大的冲击能量所造成的损耗。由于导轨长度一定，可根据计算，调节磁性件的数量和间距，减小或增大滑台受到的阻尼力，使滑台在固定的长度范围内达到静止状态，无需延长导轨；由此可知，布置有涡流减速装置的滑台试验损耗小、阻力可控，且结构简单、安装方便。

2.本发明所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统设计方法，主要是为了控制滑台在运动过程的速度以及加速度。根据加速度计算出实际速度，进而计算得到阻尼力的大小，并根据阻尼力的大小计算得到涡电流数值，根据涡电流数值选取变量，将自己需要进行变换的数据设置变量，其他数值为常量，计算变量的值，从而有针对性的改动整个磁力装置。此种设计方法，可通过试验进行前的计算，实现其阻力可控。

附图说明

图1为本发明一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统的结构示意图；

图2为本发明涡流减速系统计算方法装置的结构示意图；

图3为本发明磁力装置的结构示意图；

图4为本发明中相邻磁性件涡电流产生的阻尼力向左的形式示意图；

图5为本发明中相邻磁性件涡电流产生的阻尼力向右的形式示意图；

图6为一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统运动结构示意图。

图中标记：100-磁力装置，1-上板件，11-金属板，12-导体板，2-下板件，3-磁性件，31-线圈，4-导轨二，5-发射装置，6-滑台，7-导轨一，8-间隙一。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本发明的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，如图1所示，是通过将磁力装置100设置为滑台6的减速系统，滑台6运动切割磁感线，磁力装置100产生与滑台6运动方向相反的阻尼力，从而实现减速的目的。

上述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，包括发射装置5、滑台6和导轨一7，滑台6底端设置有相互贴合的金属板11和导体板12组合而成的上板件1，金属板11与滑台6底端相贴合；导轨一7底端设置有下板件2，导轨一7和下板件2之间设置有若干磁性件3，在实际与装置结合的过程中，磁性件3可布置在下板件2上，也可以悬空布置，同时，其磁性件3与导轨一7的底端可以直接进行贴合，也可以在二者之间设置间隙一8，设置间隙一8可以多一个调整因素。

上板件1、下板件2以及磁性件3组合成磁力装置100。如图3所示，磁力装置100的原理，是用导体板12切割磁感线，产生涡电流，从而在磁场中产生与滑台6运动方向相反的阻尼力，使滑台6的速度不断降低直至停止下来。

为了达到导体板12切割磁感线的目的，导体板12可以为一切能导电性能良好的材质制造而成，可选择的材质有银、铜、金和铝，以及其他具有到导电性能的材质。一般来说，通常银的导电性最好，其次是铜和金。若考虑其性能以及经济效益，那么较优的选择是导体板12为铝板或是铜板。由于金属板11和下板件2不涉及切割磁感线这一点，因此二者的材质采用钢制板件即可，更直接的说，金属板11和下板件2为钢板即可。

在整个磁力装置100中，需要通过调整磁性件3的数量、相邻磁性件3的间距以及磁性件3与导体板12之间的距离等众多因素，达到使滑台6停止的目的，因此，在磁性件3与导轨一7之间有设置有间隙一8。由于导体板12与导轨一7贴合，因此，调整间隙一8的高度，即可调整磁性件3与导体板12之间的距离，从而改变所产生的阻尼力的大小，对整个磁力装置100进行调整，达到滑台6停止的目的。同样的，需要确保相邻磁性件3磁极相反，其原因是由于磁性件3下方的下板件2和导体板12上方的金属板11可以约束磁感线，增强磁场强度。为了便于调整磁性件3的间距，在磁性件3的底部设置了导轨二4，导轨二4固定在下板件2上，因为导体板12需要切割磁感线，因此导轨二4沿导轨一7的延伸方向布置。

如图3所示，在整个装置中，磁性件3的选择可以是电磁铁、永磁体或者永磁体和电磁铁的组合装置。在磁性件3选用电磁铁时，整个磁力装置100的结构，在不与实际的装置进行结合时，其结构形式如图3所示。每组磁性件3上均布置有一组线圈31，为了保证相邻磁性件3的磁极相反，则相邻两组线圈31的缠绕布置方向也应当相反。在这种情况下，通电时才可达到相邻两个磁性件3磁极相反的目的。

如图4所示，在滑台6的运动过程中，当滑台6运动至磁性件3的上方，运动方向向右时，其机械能转化为电能，则布置的线圈31内部产生方向不同的涡电流，通过电磁感应产生向左的阻尼力F1，电能则以热能的形式耗散。如图5所示，在滑台6的运动过程中，当滑台6运动至磁性件3的上方，运动方向向左时，其机械能转化为电能，同样，布置的线圈31内部也会产生方向不同的涡电流，通过电磁感应产生向右的阻尼力F2。

具象到宏观的物体，如图6所示，当滑台6向右运动，则产生向左的阻尼力F，减缓滑台6的运动，其机械能主要是通过能量转化过程，最后在涡电流中以热能的形式耗散掉，直至滑台6停止。

本实施例的有益效果：本发明的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，通过在原有的车辆滑台结构上设置了磁力装置100作为其减速系统。由于传统的减速装置多是以减速装置和滑台6摩擦进而达到减速的目的，对滑台6和减速装置都造成了比较大的损耗。因此，将涡流减速装置设置为减速装置，避免了滑台6和减速装置的损耗，且涡流减速装置结构简单，操作较为便捷。

实施例2

本发明的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统的设计方法，如图2所示，是根据公式计算，从而通过调整磁力装置100中各部件的参数，实现减速可控的目的。

上述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统设计方法，具体包括以下步骤：

步骤一：统计系统所需要的数据参数，建立数据库，其中数据参数包括所设计的发射装置5对滑台6作用的加速度、导体板12厚度、导轨一7长度；

步骤二：布置若干磁性件3于导轨一7下方，测算布置的磁性件3的磁场强度数值；同时布置的导体板12、磁性件3以及下板件2组成磁力装置100，磁力装置100为完整的电涡流阻尼单元，滑台6在磁力装置100的范围内进行运动时，磁力装置100会产生与滑台6运动方向相反的阻尼力，即产生朝向发射装置5方向的阻尼力；

步骤三：根据导轨一7长度，确定滑台6的位移，结合位移、滑台6的原始加速度，计算滑台6停止时刻所需阻尼力的数值，根据阻尼力数值和每个磁性件3磁场强度大小确定涡电流大小；所需阻尼力主要计算步骤如下：

(一)选取设计参数F_MAX和C，计算滑台所需阻尼力：

其中，F_MAX为最大阻尼力，C为初始阻尼系数，v_cr为临界速度。v_cr是阻尼力和速度成线性关系区间的最大速度，线性区间内，滑台6速度越快，阻尼力越大，减速过程就是滑台6速度不断降低直至停止下来。(1)为非线性公式，(2)为等效双折线公式。

(二)由公式(1)和公式(2)计算得到阻尼力F，此时阻尼力F数值为洛伦兹力数值，根据测量的磁场磁通量以及其余各部件参数，结合洛伦兹力计算公式，计算得到涡电流的大小；

步骤四：根据涡电流数值以及导体板12厚度，通过欧姆定律以及电阻定律，利用公式计算，得到相邻磁性件3间距、间隙一8的高度，调整磁性件3间距，滑台6在位移终点停止。

根据计算得到的参数布置磁力装置100于对应的位置，滑台6的运动情况即可根据设计的参数进行变化。

本实施例的有益效果：本发明的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统的设计方法，是通过公式计算得到使滑台6静止的阻尼力，再根据设计参数以及磁力装置100部件的固有参数，进行计算得到磁性件3的数量、相邻磁性件3的间距以及磁性件3与导体板12之间的距离等参数，对应设置磁力装置100，从而使被发射装置100发射出去的滑台6在指定的位移范围内减速并停止，实现其阻力可控。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，其特征在于，

包括发射装置(5)、滑台(6)和导轨一(7)，所述滑台(6)底端设置有上板件(1)，所述上板件(1)包括相互贴合的金属板(11)和导体板(12)，所述金属板(11)上表面与所述滑台(6)底端相贴合；

所述导轨一(7)底部下方设置有下板件(2)，所述导轨一(7)和所述下板件(2)之间设置有若干磁性件(3)。

2.根据权利要求1所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，其特征在于，两组相邻所述磁性件(3)磁极相反，所述磁性件(3)与所述导轨一(7)之间设置有间隙一(8)。

3.根据权利要求2所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，其特征在于，每组所述磁性件(3)上布置有一组线圈(31)，相邻两组所述线圈(31)的缠绕布置方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，其特征在于，所述磁性件(3)设置于导轨二(4)上，所述导轨二(4)与所述下板件(2)固定连接，所述导轨二(4)沿所述导轨一(7)延伸方向布置。

5.根据权利要求1所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，其特征在于，所述下板件(2)和所述金属板(11)均为钢制板件，所述导体板(12)为可导电板件。

6.一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统设计方法，采用如权利要求1-5任一项所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统，其特征在于，其设计方法包括以下步骤：

步骤一：统计系统所需要的数据参数，建立数据库，其中所述数据参数包括所设计的发射装置(5)对滑台(6)作用的原始加速度、导体板(12)厚度、导轨一(7)长度；

步骤二：布置若干磁性件(3)于所述导轨一(7)下方；所述导体板(12)、所述磁性件(3)以及所述下板件(2)组成磁力装置(100)，所述磁力装置(100)用于所述滑台(6)在其上方相对运动时，产生朝向所述发射装置(5)方向的阻尼力；

步骤三：根据所述导轨一(7)长度，确定所述滑台(6)的位移，结合所述位移、所述滑台(6)的原始加速度，计算所述滑台(6)停止时刻所需阻尼力的数值，根据所述阻尼力数值和每个所述磁性件(3)磁场强度大小确定涡电流大小；

步骤四：根据涡电流数值以及所述导体板(12)厚度，利用公式计算，得到相邻所述磁性件(3)间距、间隙一(8)的高度，调整所述磁性件(3)间距，所述滑台(6)在所述位移的终点停止，最终完成车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统的设计。

7.根据权利要求6所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统设计方法，其特征在于，在所述步骤二中，测算布置的每个所述磁性件(3)的磁场强度数值；所述磁力装置(100)为完整的电涡流阻尼单元，所述滑台(6)于所述磁力装置(100)范围内运动，所述磁力装置(100)用于产生与所述滑台(6)运动方向相反的阻尼力。

8.根据权利要求6所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统设计方法，其特征在于，在所述步骤三中，选取设计参数F_MAX和C，计算滑台所需阻尼力的公式为：

其中，F_MAX为最大阻尼力，C为初始阻尼系数，v_cr为临界速度。

9.根据权利要求6所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统设计方法，其特征在于，在所述步骤三中，根据所述阻尼力数值和每个所述磁性件(3)磁场强度大小，根据洛伦兹力计算公式确定涡电流数值。

10.根据权利要求6所述的一种车辆碰撞滑台试验的涡流减速系统设计方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述磁性件(3)为电磁铁，根据所述涡电流数值，通过欧姆定律以及电阻定律，计算得到所述线圈(31)匝数、所述磁性件(3)间距、所述磁性件(3)数量以及所述间隙一(8)的高度。

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