WO2018163707A1 - 自動車衝突試験用サーボアクチュエータ及び自動車衝突模擬試験装置 - Google Patents

自動車衝突試験用サーボアクチュエータ及び自動車衝突模擬試験装置 Download PDF

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WO2018163707A1
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piston
accumulator
thread
automobile collision
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PCT/JP2018/004438
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Inventor
信一郎 西村
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三菱重工機械システム株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
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    • G01M17/0078—Shock-testing of vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/08—Shock-testing

Definitions

  • the present invention relates to a car crash simulation test apparatus that reproduces the acceleration generated in a passenger compartment at the time of a collision without destroying a car, and reproduces the degree of injury to the occupant due to a secondary collision.
  • Patent Document 1 As such a car crash simulation test apparatus, there is, for example, one described in Patent Document 1 below.
  • the piston of the hydraulic actuator is configured to be able to be ejected toward the thread on which the sample is mounted by the hydraulic oil accumulated and accumulated in the accumulator.
  • the meter-out circuit is configured by connecting an accumulator so that the hydraulic fluid directly flows into the hydraulic actuator and connecting a servo valve so as to control the hydraulic fluid flowing out of the hydraulic actuator.
  • Patent Document 2 a sled which is supported movably along a horizontal front-rear direction and on which a specimen can be mounted, a fluid cylinder which can eject a piston toward the sled, and a rear chamber of the fluid cylinder A launch start position for setting the launch start position of the piston based on an accumulator connected on the side, a servo valve provided on the discharge port formed on the front chamber side of the fluid cylinder, and data obtained in an actual vehicle collision test And a setting means for setting a car crash simulation test apparatus.
  • Reproducibility can be enhanced by setting the start position as in the device described in Patent Document 2, but it may take time to adjust the start position.
  • the present invention solves the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a servo actuator for automobile collision test and an automobile collision simulation test apparatus capable of improving reproducibility easily.
  • the present invention for achieving the above object is a servo actuator for automobile collision test which is movably supported along a horizontal front-rear direction and ejects a piston rod toward a thread capable of mounting a specimen,
  • a fluid cylinder having a piston rod inserted therein, an accumulator connected to the opposite side to the thread side of the fluid cylinder and accumulating hydraulic oil supplied to the fluid cylinder, and a discharge formed on the thread side of the fluid cylinder It abuts on a servo valve provided in the port and the end of the piston rod opposite to the thread side to restrict the movement to the accumulator side, and the end of the movement area on the accumulator side of the piston rod is And an adjustable position adjustment mechanism.
  • the pressure receiving area on the thread side of the piston rod is larger than the pressure receiving area on the side opposite to the thread side.
  • the position adjustment mechanism includes an abutment member in contact with the piston rod, and a ball screw mechanism for moving the abutment member in the moving direction of the piston rod.
  • the present invention is a car crash simulation test apparatus, the servo actuator for car crash test according to any one of the above, and a sled supported movably along a horizontal back and forth direction and capable of mounting a specimen And.
  • the launch start position of the piston is adjusted by the position adjustment mechanism in contact with the end of the piston, it is possible to adjust the launch start position of the piston while suppressing the movement of the piston to the side opposite to the thread. Can improve the repeatability of the test.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a car crash simulation test apparatus according to the present embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view for setting the launch start position of the piston in the automobile collision simulation test device of the present embodiment.
  • FIG. 3 is an operation diagram showing a test method by the automobile collision simulation test apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 4 is an operation diagram showing a test method by the car crash simulation test apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 5 is an operation diagram showing a test method by the automobile collision simulation test apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 6 is an operation diagram showing a test method by the automobile collision simulation test apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a car crash simulation test apparatus according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory view for setting a launch start position of a piston in the car crash simulation test apparatus of this embodiment
  • FIG. FIG. 6 to FIG. 6 are operation diagrams showing a test method by the car crash simulation test apparatus of the present embodiment.
  • the thread 11 is a frame material having a plate material having a predetermined thickness
  • the plan view is the front and back direction (in FIG. 1, the left and right direction).
  • the floor surface 12 is provided with a pair of left and right rails 13 along the front-rear direction with a predetermined interval, and the sled 11 is movable along the rails 13 via a slider 14 fixed to the lower surface. It is supported.
  • the thread 11 is capable of mounting the specimen 15 on the top surface.
  • the sample 15 is an automobile having only a skeleton, a so-called white body, to which accessories such as a seat 15a, a steering 15b, an airbag 15c, a seat belt 15d and the like are attached. Is attached.
  • the specimen 15 is placed at a predetermined position in the thread 11 and fixed by a fixing tool (not shown).
  • the test body 15 is a white body, and includes a seat 15a, a steering 15b, an airbag 15c, a seat belt 15d, a dummy 16e, etc.
  • the white body, the steering 15b, the airbag 15c, the seat belt 15d may be referred to as a single sample alone.
  • the specimen 15 is mounted on the thread 11, the front of the automobile (left direction in FIG. 1) which is the specimen 15 is the front of the sled 11, and the specimen is The rear of the automobile 15 (rightward in FIG. 1) will be described as the rear of the sled 11. Further, the side of the vehicle which is the specimen 15, that is, the left and right direction (vertical direction in FIG. 1) is described as the side of the sled 11, that is, the left and right direction.
  • the launcher 21 As an acceleration device for applying a backward acceleration to the sled 11 is installed.
  • the launcher 21 is capable of hydraulic control (or pneumatic control, friction control, etc.).
  • the launch device 21 includes a hydraulic cylinder (fluid cylinder) 22, an accumulator 23, a servo valve 24, a hydraulic pressure source 25, and a control device 26.
  • the launcher 21 (hydraulic cylinder 22) applies a backward acceleration to the sled 11
  • the sled 11 is located in front of the launcher 21 (in FIG. , And the opposite side to the sled 11 will be described as the rear of the launcher 21 (left direction in FIG. 1).
  • the hydraulic cylinder 22 includes a cylinder body 31 having a hollow cylindrical shape, and a piston 32 movably supported by the cylinder body 31.
  • the piston 32 includes a land 32a movably fitted to the inner peripheral portion of the cylinder body 31, and a piston rod 32b penetrating in the direction of the central axis of the cylinder body 31 and connected to the land 32a.
  • the rear end portion of the piston 32 protrudes from the cylinder body 31 to the outside.
  • the rear end portion of the piston 32 is in contact with the position adjustment mechanism 80.
  • the front end portion of the piston 32 protrudes from the cylinder body 31 to the outside, and extends to the thread 11 side.
  • the seal members 34 and 35 are mounted between the cylinder body 31 and the piston 32 (piston rod 32 b). As a result, the leakage of hydraulic fluid from between the piston 32 projecting from the cylinder body 31 and the piston 32 is suppressed.
  • the piston 32 (land 32a) divides the interior of the cylinder body 31 into front and rear chambers A and B, but a small gap is set between the outer peripheral surface of the land 32a and the inner peripheral surface of the cylinder body 31. It is possible to distribute hydraulic oil at a slight speed. Further, the outer diameter of the land 32a on the front room A side is set slightly smaller than the outer diameter of the land 32a on the rear room B, and the pressure receiving area on the front room A side of the land 32a is greater than the pressure receiving area on the rear room B side. large. Therefore, when the hydraulic pressure of the same pressure is supplied to the rooms A and B, the piston 32 (land 32a) is biased rearward (leftward in FIG. 1).
  • the accumulator 23 is composed of a hollow cylindrical housing 36 and a partition 37 movably supported by the housing 36, and its front end is fixed to the rear of the hydraulic cylinder 22.
  • the partition wall 37 divides the inside of the housing 36 into front and rear chambers C and D, and the front chamber C is in communication with the rear chamber B of the hydraulic cylinder 22 through the communication passage 38.
  • the rear room D is a sealed room, in which nitrogen gas as an inert gas is enclosed.
  • the hydraulic cylinder 22 is located in the rear communication passage 38, and has a supply port 39 that can supply hydraulic fluid from the outside. Therefore, by supplying the hydraulic oil from the supply port 39, the rear chamber B, the front chamber A and the front chamber C of the accumulator 23 can be filled with the hydraulic oil, and at this time, the partition 37 is retracted. Since the nitrogen gas in the rear chamber D is compressed, high pressure oil can be accumulated in the hydraulic cylinder 22 and the accumulator 23.
  • the servo valve 24 is an electromagnetic valve capable of adjusting the valve opening degree, and has a hollow casing 41, a valve body 42 movably supported in the casing 41, and a drive capable of moving the valve body 42. And a section 43.
  • the servo valve 24 is capable of communicating and blocking the discharge port 44 opened to the front chamber A of the hydraulic cylinder 22 and the discharge port 45 capable of supplying the hydraulic oil from the outside.
  • the discharge port 44 and the discharge port 45 can be shut off, and when the valve body 42 is moved to the open position by the drive unit 43, the discharge port 44 and the discharge port It can be communicated with the port 45, and at this time, the hydraulic oil filled in the front chamber A of the hydraulic cylinder 22 can be discharged from the discharge port 45 to the outside.
  • a flange 51 is integrally formed at the front end of the piston 32 projecting from the cylinder body 31.
  • the flange 51 abuts on the cylinder body 31 so that A retracted position is defined.
  • the hydraulic pressure source 25 includes a storage tank 61, a supply pump 62, a cooling device 63, and the like.
  • the storage tank 61 is connected to the discharge port 45 via the discharge pipe 64, and the hydraulic oil in the front chamber A of the hydraulic cylinder 22 can be recovered from the discharge port 45 through the discharge pipe 64.
  • the supply pump 62 is connected to the supply port 39 via the supply pipe 65, and can supply the hydraulic oil in the storage tank 61 from the supply pipe 65 to the hydraulic cylinder 22 and the accumulator 23 through the supply port 39.
  • the position adjustment mechanism 80 is disposed to face the rear end of the piston rod 32 and the end opposite to the thread 11 side.
  • the position adjustment mechanism 80 sets a test start position at the time of test execution.
  • the position adjustment mechanism 80 has a support base 82, a ball screw 84, and an abutment member 86.
  • the support 82 supports the ball screw 84 and is fixed to the base.
  • the support 82 includes a drive mechanism that rotates the ball screw 84.
  • the ball screw 84 is rotatably supported by the support 82 and extends in a direction parallel to the moving direction of the piston rod 32.
  • the ball screw 84 has an abutment member 86 at an end on the piston rod 32 side.
  • the ball screw 84 is rotated by a drive unit provided on the support base 82 to expand and contract the distance between the abutment portion 86 and the support base 82.
  • the abutment member 86 is fixed to the end of the ball screw 84 on the piston rod 32 side.
  • the abutment member 86 is made of a rigid body whose thickness does not change, so that the distance between the piston rod 32 and the ball screw 84 can be maintained within a predetermined range.
  • the control device 26 can control the servo valve 24 and receives an operation signal from the operation control device 27 to execute the opening / closing control of the servo valve 24 and the opening degree adjustment control.
  • the controller 26 controls the position of the abutment member 86 via the position adjustment mechanism 82 to control the position of the piston rod 32 at the start of the test.
  • the launch device 21 of the present embodiment supplies the hydraulic oil in the storage tank 61 from the supply pipe 65 by the supply pump 62 in a state where the servo valve 24 is closed and moved to the test start position by the position adjustment mechanism 80.
  • the ports A and B of the hydraulic cylinder 22 and the front chamber C of the accumulator 23 are supplied through the port 39. Then, the chambers A and B of the hydraulic cylinder 22 and the front chamber C of the accumulator 23 are pressurized, and when the predetermined high pressure state is reached, the operation of the supply pump 62 is stopped.
  • the ejection device 21 can give a backward impact force, that is, acceleration, to the sled 11 by striking out the piston 32 in a state where the tip end of the piston 32 contacts the front end of the sled 11. That is, applying backward acceleration to the sled 11 by the launcher 21 has a form similar to receiving forward acceleration when the specimen 15 on the sled 11 collides forward, and causes a car crash accident in a simulated manner. be able to.
  • a backward impact force that is, acceleration
  • the hydraulic cylinder 22 and the accumulator 23 are in a high pressure state, the servo valve 24 is opened, and the hydraulic oil in the front chamber A of the hydraulic cylinder 22 is discharged to eject the piston 32 , The rear acceleration is given to the thread 11, and a car crash accident is simulated.
  • the launch stroke of the piston 32 by the launcher 21 is set based on the data obtained in the actual vehicle collision test, but varies according to the mass of the specimen 15 and the like. For example, a test specimen 15 having a large mass has a long ejection stroke of the piston 32, and a specimen 15 having a small mass has a short ejection stroke of the piston 32.
  • the stroke L of the land 32a (piston 32) can be shortened to increase the oil column stiffness. Just do it. That is, in the hydraulic cylinder 22, the maximum stroke of the land 32a (piston 32) is set with respect to the specimen 15 having the largest mass capable of performing the collision simulation test. On the other hand, when the collision simulation test is performed, the launch stroke of the land 32a (piston 32) is shortened.
  • the launch stroke of the piston 32 is set based on the data obtained in the actual vehicle collision test, and the launch start position of the piston is set according to the launch stroke. Specifically, the piston 32 is moved forward from the initial position by the position adjustment mechanism 80 and stopped at the launch start position according to the launch stroke of the piston 32 set based on the data obtained in the actual vehicle collision test.
  • the collision simulation test is carried out from this advanced launch start position.
  • the stroke of the land 32a (the piston 32) described above is shortened because the launch stroke of the piston 32 is shortened, and the oil column stiffness K is increased, so that the specimen 15 with a small mass is used in the car crash simulation test. High repeatability can be ensured.
  • design data such as weight and center of gravity position
  • acceleration change with respect to the crash time obtained in the real car crash test are preliminarily obtained.
  • the launch start position (test start position) of the piston 32 of the hydraulic cylinder 22 in the launcher 21 the launch force of the piston 32, and the specimen 15 on the thread 11. The position is set to a predetermined value.
  • the launch start position of the piston 32 is set based on the data obtained in the vehicle collision test. In this embodiment, the launch start position of the piston 32 is calculated based on the acceleration data obtained in the actual vehicle collision test.
  • the launch stroke L 0 is set, first, FIG. 1, as shown in FIG. 3, the piston 32 of the hydraulic cylinder 22 in the launching device 21 flange portion 51 is a cylinder While stopping at the initial position in contact with the main body 31, the servo valve 24 is closed. In this state, the operator outputs an operation signal to the control device 26 by the operation control device 27 to operate the supply pump 62, and the hydraulic oil in the storage tank 61 is supplied from the supply port 39 through the supply pipe 65 to the hydraulic cylinder 22 and accumulator. Supply within 23.
  • the rear chamber B of the hydraulic cylinder 22 and the front chamber C of the accumulator 23 are pressurized by the supplied hydraulic oil, and the hydraulic oil of the rear chamber B of the hydraulic cylinder 22 is the front chamber. It transfers to A, and the room B is pressurized after this.
  • the nitrogen gas in the rear chamber D of the accumulator 23 is compressed by the hydraulic oil supplied to each of the chambers A, B and C, and when the hydraulic oil in each of the chambers A, B and C reaches a predetermined high pressure state, The operation of the feed pump 62 is stopped. At this time, since the pressure in the room A and the room B becomes the same, the piston 32 is biased toward the position adjustment mechanism 80 side.
  • the operator outputs an operation signal to the control device 26 by the operation control device 27, and moves the position of the abutment portion 86 by the position adjustment mechanism 80.
  • the piston 32 is moved to the thread 11 side.
  • the piston 32 is moved to the test start position based on the set preparation stroke L 1 (launch stroke L 0 ) of the piston 32.
  • the control device 26 opens the servo valve 24 at a predetermined opening degree as shown in FIG. All the hydraulic oil in the room A is discharged from the discharge port 45 through the discharge pipe 64 and collected into the storage tank 61.
  • the hydraulic cylinder 22 strikes the piston 32 forward, applies a target longitudinal acceleration (a backward acceleration of the thread 11 and the specimen 15) to the thread 11, and applies an acceleration simulating a collision to the specimen 15. Then, the thread 11 moves rearward by a predetermined distance with the given target longitudinal acceleration. At this time, as the piston 32 advances at high speed, the predetermined distance (the striking stroke L 0 ) increases, and the thread 11 is retracted at high speed. Here, the speed V of the thread 11 is increased at high speed, and the acceleration G is increased at high speed.
  • the automobile collision simulation test apparatus supports the sled 11 on which the specimen 15 can be mounted so as to be movable along the horizontal front-rear direction, and a launcher capable of applying acceleration to the sled 11 21, the hydraulic cylinder 22 capable of striking out the piston 32 toward the thread 11, the accumulator 23 connected to the rear chamber B side of the hydraulic cylinder 22, and the discharge port 45 formed in the front chamber A of the hydraulic cylinder 22. It abuts against the provided servo valve 24 and the end of the piston rod on the side opposite to the thread side (rear chamber B), restricts the movement to the accumulator side, and adjusts the end of the movement area on the accumulator side of the piston rod And a possible position adjustment mechanism.
  • the automobile collision simulation test apparatus can accurately move the piston to the launch position by moving the piston rod 32 toward the thread 11 with the position adjustment mechanism 80. Specifically, the piston rod 32 is prevented from moving toward the position adjustment mechanism 80 side relative to the abutment member 86 of the position adjustment mechanism 80 by pressing the piston rod 32 to the position adjustment mechanism 80 side. It can be specified at a predetermined position with high accuracy. In addition, since striking can be started in a state where the piston rod 32 is physically moved by the position adjusting mechanism 80, accuracy is better than a method of moving the piston rod 32 to a predetermined striking position by opening control of the servo valve. It can be raised.
  • the position adjustment mechanism 80 may be adjusted at any timing by adjusting the position in a state in which the position adjustment mechanism 80 abuts on the end of the piston rod on the side opposite to the thread side (rear chamber B). it can. Specifically, since the piston rod is pushed toward the abutment member, the piston rod can be moved according to the movement of the abutment member. For example, when a member is sandwiched between the flange portion 51 and the cylinder main body 31, the installation timing is limited, and fine adjustment is difficult, but the position adjustment mechanism 80 of this embodiment is driven by the ball screw 82. The position of the piston rod can be adjusted at any timing by performing the process with high accuracy.
  • the position adjustment mechanism 80 adjusts the position of the piston rod.
  • the operation is performed.
  • the oil may be in a high pressure state.
  • the piston 32 can be obtained by using the test object 15 having a short launch stroke.
  • the launch start position of can be set on the front side, and the launch distance of the piston 32 can be shortened to increase the rigidity of the oil column, and the repeatability in the car crash simulation test can be improved.
  • control device 26 calculates the launch start position of the piston 32 based on the data obtained in the real car crash test. Therefore, the reproducibility in the car crash simulation test can be improved.
  • the apparatus when moving the piston 32 of the launcher 21 to the striking start position, the hydraulic oil is supplied to the hydraulic cylinder 22 and the accumulator 23, but the piston 32 is moved separately.
  • the apparatus may be provided by this apparatus.
  • the position adjustment mechanism 80 may be provided with a position sensor, and the position may be controlled based on the detection result of the position sensor.
  • Ball screw mechanism It is not limited to.

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Abstract

自動車衝突模擬試験装置において再現性を向上可能とする。水平な前後方向に沿って移動自在に支持されて供試体を搭載可能なスレッドに向けてピストンロッドを打ち出す自動車衝突試験用サーボアクチュエータであって、ピストンロッドが挿入された流体シリンダと、該流体シリンダのスレッド側と反対側に接続され、油圧アクチュエータに供給する作動油を蓄圧するアキュムレータと、流体シリンダのスレッド側に形成された排出ポートに設けられるサーボ弁と、ピストンロッドのスレッド側と反対側の端部に突き当てられ、アキュムレータ側への移動を規制し、ピストンロッドのアキュムレータ側の移動領域の端部を調整可能な位置調整機構と、を備える。

Description

自動車衝突試験用サーボアクチュエータ及び自動車衝突模擬試験装置
　本発明は、自動車を破壊することなく衝突時に客室に発生する加速度を再現し、二次衝突による乗員の傷害度合いを再現する自動車衝突模擬試験装置に関する。
　一般に、自動車の衝突試験は、クラッシュ量や客室の残存空間量などの物理量と乗員傷害値とを評価するための実車衝突試験があるが、実車にダミーを乗せて所定速度でバリヤに衝突させる方法は破壊試験であり、非常にコストを要する。そのため、ダミーやエアバッグ等を搭載したホワイトボディ、模擬車体等を台車上に取付け、この台車に対して実車衝突時とほぼ同様の加速度を与えることで、供試体に作用する衝撃度を非破壊的に再現して乗員傷害値を評価し、エアバッグなどの安全装置を開発するための自動車衝突模擬試験が行われる。
　このような自動車衝突模擬試験装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された自動車衝突シミュレータにおけるサーボアクチュエータ装置では、アキュムレータに蓄積・蓄圧された作動油により、油圧アクチュエータのピストンを供試体が搭載されるスレッドに向けて打ち出し可能に構成し、この油圧アクチュエータに作動油が直接流入するようにアキュムレータを接続し、油圧アクチュエータから流出する作動油を制御するようにサーボ弁を接続することでメータアウト回路を構成している。
　また、特許文献２には、水平な前後方向に沿って移動自在に支持されて供試体を搭載可能なスレッドと、該スレッドに向けてピストンを打ち出し可能な流体シリンダと、該流体シリンダの後室側に接続されるアキュムレータと、流体シリンダの前室側に形成された排出ポートに設けられるサーボ弁と、実車衝突試験で得られたデータに基づいて前記ピストンの打ち出し開始位置を設定する打ち出し開始位置設定手段と、を備える自動車衝突模擬試験装置が記載されている。
特開２００２－１６２３１３号公報 特開２０１２－２６９９号公報
　特許文献２に記載の装置のように開始位置を設定することで、再現性を高くすることができるが、開始位置の調整に手間がかかる場合がある。
　本発明は上述した課題を解決するものであり、再現性をより簡単に向上できる自動車衝突試験用サーボアクチュエータ及び自動車衝突模擬試験装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するための本発明は、水平な前後方向に沿って移動自在に支持されて供試体を搭載可能なスレッドに向けてピストンロッドを打ち出す自動車衝突試験用サーボアクチュエータであって、前記ピストンロッドが挿入された流体シリンダと、該流体シリンダの前記スレッド側と反対側に接続され、前記流体シリンダに供給する作動油を蓄圧するアキュムレータと、前記流体シリンダの前記スレッド側に形成された排出ポートに設けられるサーボ弁と、前記ピストンロッドの前記スレッド側と反対側の端部に突き当てられ、前記アキュムレータ側への移動を規制し、前記ピストンロッドの前記アキュムレータ側の移動領域の端部を調整可能な位置調整機構と、を備えることを特徴とする。
　ここで、前記ピストンロッドは、前記スレッド側の受圧面積が、前記スレッド側とは反対側の受圧面積よりも大きいことが好ましい。
　また、前記位置調整機構は、前記ピストンロッドとの接触する突き当て部材と、前記突き当て部材を前記ピストンロッドの移動方向に移動させるボールねじ機構と、を有することが好ましい。
　また、本発明は、自動車衝突模擬試験装置であって、上記のいずれかに記載の自動車衝突試験用サーボアクチュエータと、水平な前後方向に沿って移動自在に支持されて供試体を搭載可能なスレッドと、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、ピストンの端部と接する位置調整機構でピストンの打ち出し開始位置を調整するので、ピストンのスレッドとは反対側への移動を抑制しつつ、ピストンの打ち出し開始位置を調整することができるので、試験の再現性を向上することができる。
図１は、本発明の本実施形態に係る自動車衝突模擬試験装置を表す概略構成図である。 図２は、本実施形態の自動車衝突模擬試験装置におけるピストンの打ち出し開始位置を設定する説明図である。 図３は、本実施形態の自動車衝突模擬試験装置による試験方法を表す動作図である。 図４は、本実施形態の自動車衝突模擬試験装置による試験方法を表す動作図である。 図５は、本実施形態の自動車衝突模擬試験装置による試験方法を表す動作図である。 図６は、本実施形態の自動車衝突模擬試験装置による試験方法を表す動作図である。
　以下に添付図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
　図１は、本発明の本実施形態に係る自動車衝突模擬試験装置を表す概略構成図、図２は、本実施形態の自動車衝突模擬試験装置におけるピストンの打ち出し開始位置を設定する説明図、図３から図６は、本実施形態の自動車衝突模擬試験装置による試験方法を表す動作図である。
　本実施形態の自動車衝突模擬試験装置において、図１に示すように、スレッド１１は、所定厚さを有する板材を有する骨組材であって、平面視が前後方向（図１にて、左右方向）に長い矩形状をなしている。床面１２には、所定間隔を有して左右一対のレール１３が前後方向に沿って付設されており、スレッド１１が下面に固定されたスライダ１４を介してこのレール１３に沿って移動自在に支持されている。
　このスレッド１１は、上面に供試体１５を搭載可能となっている。この供試体１５は、本実施例では、骨格のみを有する自動車、所謂、ホワイトボディであって、シート１５ａ、ステアリング１５ｂ、エアバッグ１５ｃ、シートベルト１５ｄなどの装備品が装着されると共に、ダミー１５ｅが装着されている。この供試体１５は、スレッド１１における所定の位置に載置され、図示しない固定具により固定される。
　なお、ここで、供試体１５は、ホワイトボディであり、シート１５ａ、ステアリング１５ｂ、エアバッグ１５ｃ、シートベルト１５ｄ、ダミー１６ｅなどを含むものであるが、ホワイトボディ、ステアリング１５ｂ、エアバッグ１５ｃ、シートベルト１５ｄ、ダミー１６ｅを単体で供試体と称する場合もある。
　また、本実施例にて、供試体１５は、スレッド１１上に搭載されることから、この供試体１５である自動車の前方（図１にて、左方向）をスレッド１１の前方とし、供試体１５である自動車の後方（図１にて、右方向）をスレッド１１の後方として説明する。また、供試体１５である自動車の側方、つまり、左右方向（図１にて、上下方向）をスレッド１１の側方、つまり、左右方向として説明する。
　スレッド１１の前方側の床面１２には、スレッド１１に対して後方加速度を付与する加速度装置としての発射装置２１が設置されている。この発射装置２１は、油圧制御（または、空圧制御、摩擦制御など）可能となっている。この発射装置２１は、油圧シリンダ（流体シリンダ）２２と、アキュムレータ２３と、サーボ弁２４と、油圧源２５と、制御装置２６とを有している。
　なお、本実施例にて、発射装置２１（油圧シリンダ２２）は、スレッド１１上に対して後方加速度を付与することから、このスレッド１１側を発射装置２１の前方（図１にて、右方向）とし、スレッド１１との反対側を発射装置２１の後方（図１にて、左方向）として説明する。
　即ち、スレッド１１の前方側の床面１２は、段差により低くなっており、この低い床面１２に油圧シリンダ２２が設置されている。油圧シリンダ２２は、中空円筒形状をなすシリンダ本体３１と、このシリンダ本体３１に移動自在に支持されるピストン３２とから構成されている。なお、ピストン３２は、シリンダ本体３１の内周部に移動自在に嵌合するランド３２ａと、シリンダ本体３１の中心軸心方向に貫通すると共にランド３２ａに接続されるピストンロッド３２ｂとから構成されている。この場合、ピストン３２（ピストンロッド３２ｂ）は、後端部がシリンダ本体３１から外部に突出している。ピストン３２の後端部は、位置調整機構８０と接している。また、ピストン３２（ピストンロッド３２ｂ）は、前端部がシリンダ本体３１から外部に突出し、スレッド１１側に延出している。そして、シリンダ本体３１とピストン３２（ピストンロッド３２ｂ）との間には、シール部材３４，３５が装着されている。これにより、シリンダ本体３１から突出しているピストン３２との間から作動油の漏えいが抑制される。
　また、ピストン３２（ランド３２ａ）は、シリンダ本体３１内を前後の部屋Ａ，Ｂに区画しているが、ランド３２ａの外周面とシリンダ本体３１の内周面との間に微小隙間が設定されており、微速での作動油の流通が可能となっている。また、前部屋Ａ側のランド３２ａの外径が、後部屋Ｂのランド３２ａの外径より若干小さく設定されており、ランド３２ａは前部屋Ａ側の受圧面積が後部屋Ｂ側の受圧面積より大きい。そのため、部屋Ａ，Ｂに同圧の油圧が供給されているとき、ピストン３２（ランド３２ａ）は、後方（図１にて左方）側に付勢されている。
　アキュムレータ２３は、図１の図示では１つであるが、油圧シリンダ２２の周囲に複数配置されている。このアキュムレータ２３は、中空円筒形状をなすハウジング３６と、このハウジング３６に移動自在に支持される隔壁３７とから構成されており、前端部が油圧シリンダ２２の後部に固定されている。隔壁３７は、ハウジング３６内を前後の部屋Ｃ，Ｄに区画しており、前部屋Ｃが連通路３８を通して油圧シリンダ２２の後部屋Ｂに連通されている。また、後部屋Ｄは、密閉された部屋であり、不活性ガスとしての窒素ガスが封入されている。
　油圧シリンダ２２は、後部の連通路３８に位置して、外部から作動油を供給可能な供給ポート３９が形成されている。従って、供給ポート３９から作動油を供給することで、油圧シリンダ２２の後部屋Ｂ、前部屋Ａ及びアキュムレータ２３の前部屋Ｃに作動油を充填可能であり、このときに、隔壁３７が後退して後部屋Ｄの窒素ガスが圧縮されることで、油圧シリンダ２２及びアキュムレータ２３の内部に高圧油を蓄圧可能となる。
　また、油圧シリンダ２２は、図１の図示では１つであるが、前部に複数のサーボ弁２４が装着されている。このサーボ弁２４は、弁開度を調整可能な電磁弁であって、中空のケーシング４１と、このケーシング４１内に移動自在に支持された弁体４２と、この弁体４２を移動可能な駆動部４３とから構成されている。サーボ弁２４は、油圧シリンダ２２の前部屋Ａに開口する排出口４４と、外部から作動油を供給可能な排出ポート４５とを連通・遮断可能となっている。従って、駆動部４３により弁体４２を閉止位置に移動すると、排出口４４と排出ポート４５とを遮断することができ、駆動部４３により弁体４２を開放位置に移動すると、排出口４４と排出ポート４５とを連通することができ、このとき、油圧シリンダ２２の前部屋Ａに充填されている作動油を排出ポート４５から外部に排出することができる。
　なお、油圧シリンダ２２にて、ピストン３２におけるシリンダ本体３１から突出した前端部には、フランジ部５１が一体に形成されており、このフランジ部５１がシリンダ本体３１に当接することで、ピストン３２の後退位置が規定されている。
　油圧源２５は、収容タンク６１、供給ポンプ６２、冷却装置６３等から構成されている。収容タンク６１は、排出配管６４を介して排出ポート４５に連結されており、油圧シリンダ２２の前部屋Ａ内の作動油を排出ポート４５から排出配管６４を通して回収可能である。供給ポンプ６２は、供給配管６５を介して供給ポート３９に連結されており、収容タンク６１内の作動油を供給配管６５から供給ポート３９を通して油圧シリンダ２２及びアキュムレータ２３内に供給可能である。
　位置調整機構８０は、ピストンロッド３２の後端、スレッド１１側とは反対側の端部と対面して配置されている。位置調整機構８０は、試験実行時の試験開始位置を設定する。位置調整機構８０は、支持台８２と、ボールねじ８４と、突き当て部材８６と、を有する。支持台８２は、ボールねじ８４を支持し、土台に固定されている。支持台８２は、ボールねじ８４を回転する駆動機構を備えている。ボールねじ８４は、支持台８２に回転自在に支持され、ピストンロッド３２の移動方向の平行な方向に延びている。ボールねじ８４は、ピストンロッド３２側の端部に突き当て部材８６が配置されている。ボールねじ８４は、支持台８２に設けられた駆動部により回転されることで、突き当て部８６と支持台８２との距離を伸縮させる。突き当て部材８６は、ボールねじ８４のピストンロッド３２側の端部に固定されている。突き当て部材８６は、厚さが変化しない剛体で作製されていることで、ピストンロッド３２とボールねじ８４との間の距離を所定の範囲で維持することができる。
　制御装置２６は、サーボ弁２４を制御可能となっており、運転操作装置２７からの操作信号を受けてサーボ弁２４の開閉制御、開度調整制御を実行する。また、制御装置２６は位置調整機構８２を介して、突き当て部材８６の位置を制御することで、試験開始時のピストンロッド３２の位置を制御する。
　本実施形態の発射装置２１は、サーボ弁２４を閉止し、且つ、位置調整機構８０で試験開始位置に移動させた状態で、供給ポンプ６２により収容タンク６１内の作動油を供給配管６５から供給ポート３９を通して油圧シリンダ２２の各部屋Ａ，Ｂ及びアキュムレータ２３の前部屋Ｃに供給する。すると、この油圧シリンダ２２の各部屋Ａ，Ｂ及びアキュムレータ２３の前部屋Ｃが加圧され、所定の高圧状態となると、供給ポンプ６２の作動を停止する。そして、この高圧状態で、サーボ弁２４を開放すると、油圧シリンダ２２の前部屋Ａの作動油が排出ポート４５から排出配管６４を通して収容タンク６１に回収されることで、油圧シリンダ２２のピストン３２は、油圧シリンダ２２の後部屋Ｂ及びアキュムレータ２３の前部屋Ｃの圧力により前方（スレッド１１側）に打ち出すことができる。
　そのため、発射装置２１は、ピストン３２の先端がスレッド１１の前端に接触した状態で、ピストン３２を打ち出すことで、このスレッド１１に対して後方への衝撃力、つまり、加速度を与えることができる。即ち、発射装置２１によりスレッド１１に後方加速度を付与することは、スレッド１１上の供試体１５が前方衝突したときに前方加速度を受けることと同様の形態となり、模擬的に自動車衝突事故を発生させることができる。
　自動車衝突模擬試験では、上述したように、油圧シリンダ２２及びアキュムレータ２３内を高圧状態とし、サーボ弁２４を開放して油圧シリンダ２２の前部屋Ａの作動油を排出することで、ピストン３２を打ち出し、スレッド１１に対して後方加速度を与え、模擬的に自動車衝突事故を発生させる。この場合、発射装置２１によるピストン３２の打ち出しストロークは、実車衝突試験で得られたデータに基づいて設定されるが、供試体１５の質量などに応じて変動する。例えば、質量の大きい供試体１５はピストン３２の打ち出しストロークが長く、質量の小さい供試体１５はピストン３２の打ち出しストロークが短い。
　一方で、自動車衝突模擬試験にて、実車衝突試験に近い高い再現性を確保するには、油圧シリンダ２２の前部屋Ａに充填される作動油の油柱剛性を高くする必要があり、この油柱剛性は、ランド３２ａの受圧面積、ランド３２ａ（ピストン３２）のストロークに起因しており、下記数式により求めることができる。ここで、Ｋは油柱剛性、Ａは受圧面積、Ｌはストローク、βは作動油の物性地（体積弾性係数）である。
　　Ｋ＝（Ａ／Ｌ）β
　この場合、ランド３２ａの受圧面積Ａ、作動油の物性地（体積弾性係数）βが一定値であることから、油柱剛性を高くするには、ランド３２ａ（ピストン３２）のストロークＬを小さくすればよい。即ち、油圧シリンダ２２にて、ランド３２ａ（ピストン３２）の最大ストロークは、衝突模擬試験を実施可能な最も質量の大きい供試体１５に対して設定されていることから、質量の小さい供試体１５に対して衝突模擬試験を実施する場合には、ランド３２ａ（ピストン３２）の打ち出しストロークは短くなる。
　そこで、本実施形態では、実車衝突試験で得られたデータに基づいてピストン３２の打ち出しストロークを設定し、この打ち出しストロークに応じてピストンの打ち出し開始位置を設定する。具体的には、実車衝突試験で得られたデータに基づいて設定されたピストン３２の打ち出しストロークに応じて、位置調整機構８０でピストン３２を初期位置から前進側に移動して打ち出し開始位置に停止させ、この前進した打ち出し開始位置から衝突模擬試験を実施するようにしている。この場合、質量の小さい供試体１５は、ピストン３２の打ち出しストロークが短くなることから、上述したランド３２ａ（ピストン３２）のストロークが短縮され、油柱剛性Ｋが高くなって、自動車衝突模擬試験における高い再現性を確保することができる。
　上述した本実施形態の自動車衝突模擬試験装置による自動車衝突模擬試験方法について説明する。
　本実施形態の自動車衝突模擬試験装置により自動車衝突試験を実施する場合、事前に、スレッド１１の設計データ（重量や重心位置など）、実車衝突試験で得られた衝突時間に対する加速度変化の各データから、この加速度の時間的変化（波形）を再現できるように、発射装置２１における油圧シリンダ２２のピストン３２の打ち出し開始位置（試験開始位置）、ピストン３２の打ち出し力、スレッド１１上の供試体１５の位置を所定値に設定しておく。
　この場合、実車衝突試験で得られたデータに基づいてピストン３２の打ち出し開始位置を設定する。この実施例では、実車衝突試験で得られた加速度データに基づいてピストン３２の打ち出し開始位置を算出する。
　即ち、図２に示すように、実車衝突試験で得られた時間に対する加速度Ｇのデータが与えられると、この加速度Ｇのデータを積分することで速度Ｖのデータを算出し、この速度Ｖのデータ更に積分することで距離Ｌのデータを算出する。ここで、加速度Ｇのデータにて、時間ｔ０にて、加速度Ｇ＝０となるため、この時間ｔ０に対応する距離Ｌ０が油圧シリンダ２２におけるピストン３２の打ち出し距離（ストローク）となる。この場合、図１に示すように、油圧シリンダ２２は、ピストン３２の初期位置から停止位置までの最大打ち出しストロークＬａが設定されていることから、ピストン３２の打ち出し開始位置から停止位置までの打ち出しストロークＬ０が設定されると、ピストン３２の初期位置からピストン３２の打ち出し開始位置までの準備ストロークＬ１が設定される。
　このようにピストン３２の準備ストロークＬ１と、打ち出しストロークＬ０が設定されると、まず、図１、図３に示すように、発射装置２１における油圧シリンダ２２のピストン３２をフランジ部５１がシリンダ本体３１に当接する初期位置に停止させると共に、サーボ弁２４を閉止状態とする。この状態で、オペレータは、運転操作装置２７により制御装置２６に運転信号を出力し、供給ポンプ６２を作動し、収容タンク６１内の作動油を供給配管６５を通して供給ポート３９から油圧シリンダ２２及びアキュムレータ２３内に供給する。
　すると、図４に示すように、供給された作動油により、油圧シリンダ２２の後部屋Ｂとアキュムレータ２３の前部屋Ｃが加圧され、また、油圧シリンダ２２の後部屋Ｂの作動油が前部屋Ａに移送し、この後部屋Ｂも加圧される。そして、アキュムレータ２３の後部屋Ｄ内の窒素ガスは、各部屋Ａ，Ｂ，Ｃに供給された作動油により圧縮され、この各部屋Ａ，Ｂ，Ｃの作動油が所定の高圧状態となると、供給ポンプ６２の作動を停止する。この時、ピストン３２は、部屋Ａと部屋Ｂの圧力が同じとなるので、位置調整機構８０側に付勢される。
　次に、この状態から、図１、図４に示すように、オペレータは、運転操作装置２７により制御装置２６に運転信号を出力し、位置調整機構８０により、突き当て部８６の位置を移動させ、図５に示すように、ピストン３２をスレッド１１側に移動させる。設定されたピストン３２の準備ストロークＬ１（打ち出しストロークＬ０）に基づいて、試験開始位置まで、ピストン３２を移動させる。
　そして、制御装置２６は、ピストン３２を所定の打ち出し開始位置（試験開始位置）に移動させた後、図６に示すように、サーボ弁２４を所定の開度で開放し、油圧シリンダ２２の前部屋Ａ内の作動油を排出ポート４５から排出配管６４を通して収容タンク６１に全て排出回収する。
　すると、油圧シリンダ２２は、ピストン３２を前方に打ち出し、スレッド１１に対して目標前後加速度（スレッド１１、供試体１５における後方加速度）を与え、衝突時を模擬する加速度を供試体１５に与える。すると、スレッド１１は、与えられた目標前後加速度に伴って所定距離だけ後方に移動する。このとき、ピストン３２が高速で前進することで所定距離（打ち出しストロークＬ０）が増加し、スレッド１１を高速で後退させる。ここで、スレッド１１の速度Ｖが高速で上昇すると共に、加速度Ｇが高速で上昇することとなる。
　このように本実施形態の自動車衝突模擬試験装置は、供試体１５を搭載可能なスレッド１１を水平な前後方向に沿って移動自在に支持し、このスレッド１１に対して加速度を付与可能な発射装置２１として、スレッド１１に向けてピストン３２を打ち出し可能な油圧シリンダ２２と、油圧シリンダ２２の後部屋Ｂ側に接続されるアキュムレータ２３と、油圧シリンダ２２の前部屋Ａに形成された排出ポート４５に設けられるサーボ弁２４と、ピストンロッドのスレッド側と反対側（後部屋Ｂ）の端部に突き当てられ、アキュムレータ側への移動を規制し、ピストンロッドのアキュムレータ側の移動領域の端部を調整可能な位置調整機構と、を備えている。
　自動車衝突模擬試験装置は、位置調整機構８０で、ピストンロッド３２をスレッド１１側に移動させることで、打ち出し位置にピストンを正確に移動させることができる。具体的には、位置調整機構８０側に押されるピストンロッド３２が、位置調整機構８０の突き当て部材８６よりも位置調整機構８０側に移動することを防止することで、ピストンロッド３２の位置を高い精度で、所定の位置に指定することができる。また、位置調整機構８０で物理的にピストンロッド３２を移動させた状態で、打ち出しを開始できるため、サーボ弁の開度制御によりピストンロッド３２を所定の打出し位置まで移動させる方法よりも精度を高くすることができる。
　また、位置調整機構８０を、ピストンロッドのスレッド側と反対側（後部屋Ｂ）の端部に突き当てた状態で位置を調整する機構とすることで、任意のタイミングで位置を調整することができる。具体的には、突き当て部材に向けてピストンロッドが押されているため、突き当て部材の移動に合わせてピストンロッドを移動させることができる。例えば、フランジ部５１とシリンダ本体３１との間に部材を挟む場合は、設置するタイミングが制限され、かつ、微調整が難しいが、本実施形態の位置調整機構８０は、ボールねじ８２での駆動を高い精度で行うことで、任意のタイミングで、ピストンロッドの位置を調整することができる。なお、本実施形態では、作動油を高圧の状態にした後、位置調整機構８０でピストンロッドの位置の調整を行ったが、位置調整機構８０でピストンロッドの位置の調整を行った後に、作動油を高圧の状態にしてもよい。
　また、自動車衝突模擬試験装置は、実車衝突試験で得られたデータに基づいてピストン３２の打ち出し開始位置が設定されることで、ピストン３２の打ち出しストロークが短い供試体１５にあっては、ピストン３２の打ち出し開始位置を前方側に設定することができ、ピストン３２の打ち出し距離を短くして油柱剛性を高めることができ、自動車衝突模擬試験における再現性を向上することができる。
　また、本実施例の自動車衝突模擬試験装置では、制御装置２６は、実車衝突試験で得られたデータに基づいてピストン３２の打ち出し開始位置を算出している。従って、自動車衝突模擬試験における再現性を向上することができる。
　なお、上述したこの実施例にて、発射装置２１のピストン３２を打ち出し開始位置に移動するとき、油圧シリンダ２２及びアキュムレータ２３に作動油を供給して行ったが、別途、ピストン３２を移動するための装置を設け、この装置により行ってもよい。また、位置調整機構８０に位置センサを設け、位置センサの検出結果に基づいて、位置を制御してもよい。
　また、上記実施形態の自動車衝突模擬試験装置では、位置調整機構８０として、ボールねじを使用した機構を用いたが、直動方向に移動させることができる機械的機構であればよく、ボールねじ機構に限定されない。
　１１　スレッド
　１５　供試体
　２１　発射装置（スレッド加速度装置）
　２２　油圧シリンダ
　２３　アキュムレータ
　２４　サーボ弁
　２５　油圧源
　２６　制御装置
　２７　運転操作装置
　３２　ピストン
　８０　位置調整機構

Claims (4)

  1. 　水平な前後方向に沿って移動自在に支持されて供試体を搭載可能なスレッドに向けてピストンロッドを打ち出す自動車衝突試験用サーボアクチュエータであって、
    　前記ピストンロッドが挿入された流体シリンダと、
    　該流体シリンダの前記スレッド側と反対側に接続され、前記流体シリンダに供給する作動油を蓄圧するアキュムレータと、
    　前記流体シリンダの前記スレッド側に形成された排出ポートに設けられるサーボ弁と、
    　前記ピストンロッドの前記スレッド側と反対側の端部に突き当てられ、前記アキュムレータ側への移動を規制し、前記ピストンロッドの前記アキュムレータ側の移動領域の端部を調整可能な位置調整機構と、を備えることを特徴とする自動車衝突試験用サーボアクチュエータ。
  2. 　前記ピストンロッドは、前記スレッド側の受圧面積が、前記スレッド側とは反対側の受圧面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の自動車衝突試験用サーボアクチュエータ。
  3. 　前記位置調整機構は、前記ピストンロッドとの接触する突き当て部材と、前記突き当て部材を前記ピストンロッドの移動方向に移動させるボールねじ機構と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車衝突試験用サーボアクチュエータ。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の自動車衝突試験用サーボアクチュエータと、
    　水平な前後方向に沿って移動自在に支持されて供試体を搭載可能なスレッドと、を有することを特徴とする自動車衝突模擬試験装置。
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