CN117969124A - 一种转向机构防伤害测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车转向测试领域，公开了一种转向机构防伤害测试系统，包括测试平台、数据收集系统、头型发射系统、数据处理系统，用于对转向机构的伤害指标进行测试，其中，测试平台用于安装转向机构，数据收集系统用于采集人体头型模型撞击所述转向机构时的加速度，头型发射系统能够调节人体头型模型的发射角度与转向机构的撞击位置，根据控制指令发射人体头型模型，数据处理系统用于根据加速度，计算伤害指标，本发明能够调节人体头型发射角度与转向机构的撞击位置，并根据指令发射人体头型模型，计算加速度、伤害值等评价指标，为验证不同类型的转向机构是否满足GB 11557‑2011的要求提供了试验基础。

Description

一种转向机构防伤害测试系统

技术领域

本发明涉及汽车转向测试领域，尤其涉及一种转向机构防伤害测试系统。

背景技术

在发生交通事故时，虽然有安全带的防护，但是转向机构与驾驶员的距离过小，依旧容易发生驾驶员头部及胸部与转向机构的碰撞，对驾驶员形成伤害。为保证转向机构的吸能性，减少交通事故中发生碰撞后，对驾驶员造成的伤害，GB 11557-2011规定了转向机构的伤害指标。

但是，在实际生产中，各制造厂商由于设计理念不同，转向机构的尺寸、形状也不相同。并且，对于乘用车和商用车，由于使用目的不同，其转向机构尺寸也有较大差别。为满足各类型转向机构的测试需求，急需一种具有通用性、科学性、高精度的测试系统。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种转向机构防伤害测试系统，实现了对不同类型的转向机构的伤害指标均能够进行高精度测试，通过设计转向机构的安装工装，进一步提高了试验系统的通用性。

本发明提供了一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于，测试系统包括测试平台、数据收集系统、头型发射系统、数据处理系统，测试系统用于对转向机构的伤害指标进行测试，其中，转向机构包括转向盘、转向机和转向管柱；

测试平台用于安装转向机构，测试平台包括台架和测试工装，台架上方固定连接测试工装，测试工装与转向机构活动连接，用于调节转向机构的安装角度；

数据收集系统用于采集人体头型模型撞击转向机构时的加速度，数据收集系统包括人体头型模型、加速度传感器Ⅰ、加速度传感器Ⅱ，其中，人体头型模型连接头型发射系统，用于使人体头型模型以指定速度撞击转向机构，加速度传感器Ⅰ、加速度传感器Ⅱ用于测量人体头型模型撞击转向机构时的加速度，并发送到数据处理系统；

头型发射系统用于连接人体头型模型与数据处理系统，能够调节人体头型模型的发射角度与转向机构的撞击位置，根据控制指令发射人体头型模型；

数据处理系统用于根据记录的加速度，计算伤害指标。

进一步地，测试工装包括底座、工装本体、角度调节机构，底座用于连接台架与工装本体，工装本体连接角度调节机构并对其进行上、下调节，角度调节机构用于连接转向机构，并调节其安装角度。

进一步地，工装本体包括安装架、滑块、安装平板；

角度调节机构包括旋转把手、丝杠、前端销轴、旋转框架、下安装块、下端销轴、锁死块、安装配块。

进一步地，底座下端固定于台架上，底座右侧通过螺栓与安装架左侧连接；

安装架右侧通过前端销轴与旋转框架连接；

丝杠穿设于安装架上、下侧开设的方形槽中，且安装架下侧开设的方形槽，允许旋转框架穿过，安装架上侧焊有开设通孔的吊耳，用于穿设安装配块；

旋转把手、锁死块、下安装块均与丝杠连接；

旋转框架下端开有通孔，可通过下端销轴与下安装块连接。

进一步地，安装平板包括上、下设置的两部分，每部分均开设通孔，并通过螺栓与所旋转框架连接，且每部分均开设通槽，用于放置滑块；滑块上开设有通孔，通过螺栓与转向机构中的转向机连接。

进一步地，底座右侧开设有腰型槽，通过螺栓与安装架左侧连接，用于调节安装架的高度并进行固定。

进一步地，旋转把手和锁死块的形状均为开有通孔的圆柱体，丝杠穿设在旋转把手和锁死块的通孔中，旋转把手用于调节旋转框架的角度达到测试需求，锁死块用于与安装配块接触，固定旋转框架的角度。

进一步地，头型发射系统包括伸缩发射缸、移动缸和控制柜，其中，伸缩发射缸用于连接并发射人体头型模型，从而协助定位转向机构的撞击点；移动缸用于带动伸缩发射缸进行移动；控制柜用于为测试系统供电。

进一步地，人体头型模型为中空半球状，其内部均匀分布有加强肋，相邻加强肋之间夹角为度；加强肋的边缘处开设螺纹孔，用于与伸缩发射缸固定连接。

进一步地，加速度传感器Ⅰ和加速度传感器Ⅱ的固定位置为人体头型模型的半球状内部球顶处的传感器安装平台上，且呈对称分布；加速度传感器Ⅰ和加速度传感器Ⅱ均为单向加速度传感器，数据采集方向为人体头型模型撞击转向机构的撞击方向。

本发明实施例具有以下技术效果：

本发明设置了可调整高度和角度的测试平台，同时，还进一步设置了头型发射系统用于连接人体头型模型与数据处理系统，能够调节人体头型模型的发射角度与转向机构的撞击位置，实现了不同类型的转向机构在测试过程中的高度调节与角度调节，保证了转向机构更加贴近实际安装的测试状态，增加了转向机构与测试系统的高匹配性，并进一步提升了测试系统的通用性，能够满足转向机构与测试工装之间在任意方向上的最小空间为100mm的要求。

同时，利用头型发射系统中的伸缩发射缸和移动缸，实现了人体头型模型在转向机构上撞击点的精准定位，并通过在人体头型模型内部球顶处对称分布设置的两个加速度传感器进行短间隔的数据收集，提高了试验结果真实性、可靠性，依托采集的大量试验数据，实现了伤害指标的高精度计算与曲线可视化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种转向机构防伤害测试系统的整体结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种转向机构防伤害测试系统的左视图。

图3为测试工装的示意图；

图4为测试工装中安装架、安装配块、丝杠的示意图；

图5为测试工装与转向机构安装示意图；

图6为头型发射系统示意图；

图7为人体头型模型结构左视图；

图8为数据收集系统示意图。

图中各附图标记所代表的组件为：

100、测试工装，200、转向机构，300、头型发射系统，400、数据处理系统，500、台架，101、底座，102、旋转把手，103、丝杠，104、前端销轴，105、旋转框架，106、下安装块，107、下端销轴，108、锁死块，109、安装配块，110、安装架，111、滑块，112、安装平板，201、转向盘，202、转向机，203、转向管柱，301、人体头型模型，302、加速度传感器Ⅰ，303、加速度传感器Ⅱ，304、伸缩发射缸，305、移动缸，306、控制柜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种转向机构防伤害测试系统，包括测试平台、数据收集系统、头型发射系统300、数据处理系统400，用于对转向机构200的伤害指标进行测试，如图图1-2是本发明提供的一种转向机构防伤害测试系统的整体结构示意图和左视图。其中，转向机构200包括转向盘201、转向机202和转向管柱203，如图5为测试工装与转向机构安装示意图；

测试平台用于安装所述转向机构200，具体包括台架500和测试工装100，其中，台架500用于安装测试工装100及头型发射系统300，如图3为测试工装100的示意图，测试工装100包括底座101、工装本体、角度调节机构，底座101用于连接台架500与工装本体，工装本体右侧连接角度调节机构并对其进行上、下调节，角度调节机构用于连接转向机构200，并调节其安装角度，其中，工装本体包括安装架110、滑块111、安装平板112；角度调节机构包括旋转把手102、丝杠103、前端销轴104、旋转框架105、下安装块106、下端销轴107、锁死块108、安装配块109。

底座101下端固定于台架500上，底座101底部开有通孔，通过螺栓与台架500连接，底座101右侧开设有腰型槽，通过螺栓与左侧开有通孔的安装架110连接，用于调节安装架110的高度并进行固定；

安装架110右侧开设通孔，通过前端销轴104与旋转框架105连接；通过前端销轴104与旋转框架105连接；丝杠103穿设于安装架110上、下侧开设的方形槽中，能够有效降低工装质量，并且，安装架110上侧开设的方形槽，允许丝杠103和旋转把手102穿过；安装架110下侧开设的方形槽，允许旋转框架105穿过，安装架110上侧焊有开设通孔的吊耳，用于穿设安装配块109，如图4为测试工装100中安装架110、安装配块109、丝杠103的示意图；旋转框架105下端开有通孔，可通过下端销轴107与下安装块106连接。安装平板112包括上、下设置的两部分，每部分均开设通孔，并通过螺栓与所旋转框架105连接，且每部分均开设通槽，用于放置滑块111。滑块111上开设有通孔，通过螺栓与转向机构200中的转向机202连接，可移动的滑块111能够保证安装平板112与待测的转向机构200尺寸匹配。

旋转把手102、锁死块108、下安装块106均与丝杠103连接；旋转把手102和锁死块108的形状均为开有通孔的圆柱体，丝杠103穿设在旋转把手102和锁死块108的通孔中，旋转把手102用于调节旋转框架105的角度达到测试需求，锁死块108用于与安装配块109接触，固定旋转框架105的角度。锁死块108的上端为平面，与安装配块109下端平面接触，实现锁死功能。安装配块109上开设有通孔，用于穿设丝杠103，且安装配块109的左、右两端均有圆柱形销轴，用于与安装架110连接，实现了丝杠103能够绕圆柱形销轴的中轴旋转。

下安装块106上开设有通孔与盲孔，分别用于穿设下端销轴107和连接丝杠103，可实现丝杠103带动待测的转向机构200调节安装角度。

更进一步地，本发明实施例中，旋转框架105开有方形减重槽和腰型通槽，其中，设置螺栓通过腰型通槽将旋转框架105与安装平板112连接，可实现安装平板112两部分间距调节。旋转框架105的上、下端部分别设置吊耳，其中，旋转框架105的上端吊耳通过前端销轴104与安装架110连接；旋转框架105的下端吊耳通过下端销轴107与下安装块106连接，上述结构可实现旋转框架105绕前端销轴104转动。

数据收集系统用于采集人体头型模型301撞击转向机构200时的加速度，具体包括人体头型模型301、加速度传感器Ⅰ302、加速度传感器Ⅱ303，其中，人体头型模型301连接头型发射系统300，用于使人体头型模型301以指定速度撞击转向机构200，加速度传感器Ⅰ302、加速度传感器Ⅱ303分别固定于人体头型模型301内部，用于读取人体头型模型301撞击转向机构200时的加速度，并发送到数据处理系统400。

头型发射系统300用于连接人体头型模型301与数据处理系统400，能够调节人体头型模型301的发射角度与转向机构200的撞击位置，根据控制指令发射人体头型模型301，如图7为人体头型模型结构左视图；

头型发射系统300具体包括伸缩发射缸304、移动缸305和控制柜306，其中，移动缸305用于带动伸缩发射缸304进行移动，伸缩发射缸304用于连接并发射人体头型模型301，从而协助定位转向机构200的撞击点；控制柜306用于为测试系统供电，如图6为头型发射系统示意图；

具体地，人体头型模型301为中空半球状，其内部均匀分布有加强肋，相邻加强肋之间夹角为60度；加强肋的边缘处开设螺纹孔，用于与伸缩发射缸304固定连接。

移动缸305带动伸缩发射缸304与转向管柱203平行，保证人体头型模型301的中空半球状顶部与转向盘201撞击点为同一轴线。

如图8为数据收集系统示意图，加速度传感器Ⅰ302和加速度传感器Ⅱ303的固定位置为人体头型模型301的半球状内部球顶处的传感器安装平台上，呈对称分布，并通过螺纹方式进行固定。其中，人体头型模型301通过螺钉固定于伸缩发射缸304前端。

数据收集系统的加速度传感器Ⅰ302和加速度传感器Ⅱ303均为单向加速度传感器，数据采集方向为人体头型模型301撞击转向机构200的撞击方向。加速度传感器Ⅰ302和加速度传感器Ⅱ303的记录间隔不超过1ms，其滤波模式为CFC600。

数据处理系统400用于根据记录的加速度，计算伤害指标。

本发明测试系统在测试过程中，工装的底座101下端固定在台架500，防止冲击测试过程中工装产生位移影响测试结果。将滑块111与转向机202通过螺栓连接，之后，滑块111放入安装平板112通槽内。安装平板112上、下两部分距离与待测转向机构200匹配，后将转向盘201插入转向管柱203内。通过旋转把手102调节旋转框架105的角度达到测试需求，角度测量工具为角度尺。调节锁死块108，使其与安装配块109接触，固定工装旋转框架105角度。

本发明进一步提出了一种基于上述转向机构防伤害测试系统进行转向机构测试的测试方法，包括以下步骤：

1、安装转向机202与转向管柱203，将转向机202与滑块111通过螺栓连接，将带有滑块111的转向机构200滑入安装平板112，后将转向盘201安装至转向机202，形成完整的待测试的转向机构200；

2、调节安装架110高度，保证转向机构200的转向管柱203不与台架500接触；

3、通过旋转把手102与锁死块108调节和固定旋转框架105，使转向机构200的角度为实际安装角度；

4、开启控制柜306电源，调节头型发射系统300的伸缩发射缸304及移动缸305，直至伸缩发射缸304与转向管柱203平行；保证转向机构200与测试工装100之间在任意方向上的最小空间为100mm；其中，调节伸缩发射缸304与移动缸305，使得伸缩发射缸304与转向管柱203平行，保证人体头型模型301球顶与转向盘201撞击点为同一轴线；

5、在转向盘201上选取3个撞击点，撞击点分别为：转向盘201中心点、转向盘201轮缘上刚度最大的点、转向盘201轮缘上刚度最小的点，当转向机构200具有气囊时，撞击转向盘201中心点时应引爆气囊；

6、保持伸缩发射缸304角度不变，调节伸缩发射缸304使得人体头型模型301的半球状内部球顶处与转向机构200撞击点重合；

7、控制人体头型模型301以指定速度撞击转向机构200，数据处理系统400读取加速度，并计算3ms内平均减速度a_ave、3ms内最大减速度a_max、人体头型模型301伤害值HIC；绘制加速度曲线，以及位移、速度、加速度合成曲线；其中，3ms内平均减速度a_ave、3ms内最大减速度a_max、人体头型模型301伤害值HIC的计算公式如下：

在一个示例中，该测试系统还可以包括：输入装置和输出装置，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构互连。该输入装置可以包括例如键盘、鼠标等等。该输出装置可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

除了上述系统和方法以外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令使计算机执行本申请任意实施例所提供的转向机构防伤害测试系统的测试方法的步骤。

所述计算机程序指令可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

需要说明的是，本申请所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本申请范围。如本申请说明书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。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、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于，所述测试系统包括测试平台、数据收集系统、头型发射系统（300）、数据处理系统（400），所述测试系统用于对转向机构（200）的伤害指标进行测试，其中，所述转向机构（200）包括转向盘（201）、转向机（202）和转向管柱（203）；

所述测试平台用于安装所述转向机构（200），所述测试平台包括台架（500）和测试工装（100），所述台架（500）上方固定连接测试工装（100），所述测试工装（100）与所述转向机构（200）活动连接，用于调节所述转向机构（200）的安装角度；

所述数据收集系统用于采集人体头型模型（301）撞击所述转向机构（200）时的加速度，所述数据收集系统包括人体头型模型（301）、加速度传感器Ⅰ（302）、加速度传感器Ⅱ（303），其中，所述人体头型模型（301）连接头型发射系统（300），用于使所述人体头型模型（301）以指定速度撞击所述转向机构（200），所述加速度传感器Ⅰ（302）、加速度传感器Ⅱ（303）用于测量所述人体头型模型（301）撞击所述转向机构（200）时的加速度，并发送到所述数据处理系统（400）；

所述头型发射系统（300）用于连接所述人体头型模型（301）与所述数据处理系统（400），能够调节所述人体头型模型（301）的发射角度与所述转向机构（200）的撞击位置，根据控制指令发射所述人体头型模型（301）；

所述数据处理系统（400）用于根据记录的所述加速度，计算伤害指标。

2.根据权利要求1所述的一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于：

所述测试工装（100）包括底座（101）、工装本体、角度调节机构，所述底座（101）用于连接所述台架（500）与所述工装本体，所述工装本体连接所述角度调节机构并对其进行上、下调节，所述角度调节机构用于连接转向机构（200），并调节其安装角度。

3.根据权利要求2所述的一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于：

所述工装本体包括安装架（110）、滑块（111）、安装平板（112）；

所述角度调节机构包括旋转把手（102）、丝杠（103）、前端销轴（104）、旋转框架（105）、下安装块（106）、下端销轴（107）、锁死块（108）、安装配块（109）。

4.根据权利要求3所述的一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于：

所述底座（101）下端固定于所述台架（500）上，所述底座（101）右侧通过螺栓与所述安装架（110）左侧连接；

所述安装架（110）右侧通过所述前端销轴（104）与所述旋转框架（105）连接；

所述丝杠（103）穿设于所述安装架（110）上、下侧开设的方形槽中，且所述安装架（110）下侧开设的方形槽，允许所述旋转框架（105）穿过，所述安装架（110）上侧焊有开设通孔的吊耳，用于穿设所述安装配块（109）；

所述旋转把手（102）、锁死块（108）、下安装块（106）均与所述丝杠（103）连接；

所述旋转框架（105）下端开有通孔，可通过所述下端销轴（107）与所述下安装块（106）连接。

5.根据权利要求3所述的一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于：

所述安装平板（112）包括上、下设置的两部分，每部分均开设通孔，并通过螺栓与所旋转框架（105）连接，且每部分均开设通槽，用于放置所述滑块（111）；所述滑块（111）上开设有通孔，通过螺栓与所述转向机构（200）中的所述转向机（202）连接。

6.根据权利要求3所述的一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于：

所述底座（101）右侧开设有腰型槽，通过螺栓与所述安装架（110）左侧连接，用于调节所述安装架（110）的高度并进行固定。

7.根据权利要求3所述的一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于：

所述旋转把手（102）和所述锁死块（108）的形状均为开有通孔的圆柱体，丝杠（103）穿设在所述旋转把手（102）和所述锁死块（108）的通孔中，所述旋转把手（102）用于调节所述旋转框架（105）的角度达到测试需求，所述锁死块（108）用于与所述安装配块（109）接触，固定所述旋转框架（105）的角度。

8.根据权利要求1所述的一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于：

所述头型发射系统（300）包括伸缩发射缸（304）、移动缸（305）和控制柜（306），其中，所述伸缩发射缸（304）用于连接并发射所述人体头型模型（301），从而协助定位所述转向机构（200）的撞击点；所述移动缸（305）用于带动所述伸缩发射缸（304）进行移动；所述控制柜（306）用于为所述测试系统供电。

9.根据权利要求8所述的一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于：

所述人体头型模型（301）为中空半球状，其内部均匀分布有加强肋，相邻加强肋之间夹角为60度；所述加强肋的边缘处开设螺纹孔，用于与所述伸缩发射缸（304）固定连接；

所述移动缸（305）带动所述伸缩发射缸（304）与所述转向管柱（203）平行，保证所述人体头型模型（301）的中空半球状顶部与所述转向盘（201）撞击点为同一轴线。

10.根据权利要求9所述的一种转向机构防伤害测试系统，其特征在于：

所述加速度传感器Ⅰ（302）和加速度传感器Ⅱ（303）的固定位置为所述人体头型模型（301）的半球状内部球顶处的传感器安装平台上，且呈对称分布；所述加速度传感器Ⅰ（302）和加速度传感器Ⅱ（303）均为单向加速度传感器，数据采集方向为所述人体头型模型（301）撞击所述转向机构（200）的撞击方向。