專利名稱：節(jié)制桿式模擬汽車碰撞試驗裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明是一種用于汽車安全帶、安全座椅和安全氣囊以及汽車內(nèi)飾物的模擬碰撞環(huán)境實驗的節(jié)制桿式模擬汽車碰撞吸能器。
在汽車設計中，實車碰撞是檢驗車輛安全性能的重要手段，但實車碰撞實驗費用很高，特別是對安全氣囊、安全座椅、安全帶等汽車零部件的設計和質量檢驗，由于需要真實的碰撞過程，其關鍵是必須能夠模擬汽車碰撞中的吸能過程，以保證滑車上所測定的減速度波形與實車相應的加速度吻合，模擬實驗才算成功。
現(xiàn)有技術中，汽車模擬碰撞吸能器主要有MTS公司用橡膠和氣胎組成的彈性吸能墊，通過調節(jié)橡膠墊的厚度來調節(jié)其吸能過程該技術只能模擬半正弦波；SEATTLE SAFETY公司采用滑車切割纏繞成一定長度和高度的鋼絲層來模擬實車的碰撞吸能過程，該技術調試復雜，不易精確控制；MGA公司采用針閥調控汽缸中氣體壓力，控制作用在滑車上的作用力，產(chǎn)生相應的減速度波形；HYGE公司和BSRS公司則采用計算機伺服系統(tǒng)控制氣閥推動滑車產(chǎn)生類似于碰撞過程實車的減加速度波形，它采用以發(fā)射的方式，成本高，限制了這些產(chǎn)品在我國的推廣。
國內(nèi)主要是利用笛形阻尼孔緩沖滑車產(chǎn)生相應的減速度波形，該技術是在外筒上開一系列孔根據(jù)不同的波形，決定堵孔的數(shù)量，缺點是模擬難度大，精度低，設備成本高。
本發(fā)明的目的是提供了一種根據(jù)不同的車型和碰撞速度，設計不同的變截面節(jié)制桿，使模擬滑車產(chǎn)生與實車相同的減加速度波形的節(jié)制桿式模擬汽車碰撞裝置。
本發(fā)明是通過下列方案實現(xiàn)的，節(jié)制桿式模擬汽車碰撞試驗裝置，其特征是裝有變截面節(jié)制桿的撞擊活塞桿裝在外筒內(nèi)，變截面節(jié)制桿與底座相連，節(jié)制環(huán)裝在活塞端部，節(jié)制環(huán)與變截面節(jié)制桿之間留有間隙。節(jié)制環(huán)與變截面節(jié)制桿之間留有的間隙是根據(jù)不同的車型和碰撞速度，設計不同的變截面節(jié)制桿而實現(xiàn)的，通過設計不同的變截面節(jié)制桿，達到模擬滑車產(chǎn)生與實車相同的減加速度波形的目的。
本發(fā)明所述的節(jié)制環(huán)與變截面節(jié)制桿之間的間隙面積為；ax=k1v2γ2g(Ma+Fc)·A3]]>其中ax間隙面積k1液體在該間隙面積流動的液壓阻力系數(shù)v實測車速度r液體的密度g重力加速度M滑車質量a實測車碰撞中的減加速度Fc滑車和碰撞活塞桿的摩擦力A活塞有效面積本發(fā)明的變截面節(jié)制桿可在等直徑節(jié)制桿上設置變尺寸溝槽。變截面節(jié)制桿也可在等直徑節(jié)制桿上設置變尺寸溝槽，同樣也可改變節(jié)制環(huán)與節(jié)制桿之間的間隙面積，以控制液體的壓力阻力。
一種使用節(jié)制桿式模擬汽車碰撞試驗裝置的方法，其特征是用模擬滑車碰撞裝在外筒內(nèi)的撞擊活塞桿，撞擊活塞桿的活塞端部擠壓高壓腔內(nèi)的液體，液體經(jīng)活塞端部的節(jié)制環(huán)與變截面節(jié)制桿間的間隙流入低壓腔，改變節(jié)制環(huán)與變截面節(jié)制桿之間的間隙面積，控制高壓腔內(nèi)的液體壓力來調節(jié)撞擊活塞桿對滑車產(chǎn)生的阻力，得到滑車模擬汽車碰撞的減加速度曲線。


圖1為節(jié)制桿式模擬汽車碰撞裝置的結構2為圖1的A-A剖視3為等直徑節(jié)制桿上設置溝槽的結構中1、撞擊活塞桿 2、緊固件 3、導向套 4、7、10密封圈 5、外筒 6、排液孔 8、節(jié)制環(huán) 9、測壓孔 11、底座 12進液口 13、節(jié)制環(huán) 14、溝槽 A、高壓腔 B、過渡腔 C、低壓腔在汽車設計中，實車碰撞是檢驗車輛安全性能的重要手段。但實車碰撞實驗，由于費用高，將使局部零部件的檢驗費用加大。對于安全氣囊、安全帶、座椅等零部件需要不斷在真實碰撞環(huán)境下，反復試驗檢驗和修改產(chǎn)品以及相關生物力學的研究是不合算的。這也不利于獲取某一產(chǎn)品的可靠性和動態(tài)力學參數(shù)。采用滑車模擬實車碰撞，再現(xiàn)真實碰撞動力過程，實驗費用便宜。它對于這些產(chǎn)品的設計和檢驗是非常有利的。以紅旗“世紀新”碰撞模擬為例，通過實車碰撞試驗，可以獲得實車碰撞的加速度、速度—時間、位移曲線，經(jīng)過慣性力換算，可得到滑車及吸能器對應的阻力—位移曲線，與實車比較確定滑車質量1500kg，通過強度分析和計算，根據(jù)液壓技術水平，確定活塞的直徑190mm，確定外筒的內(nèi)徑190mm，外徑210mm。由最大撞擊力確定撞擊桿的材料40Cr，內(nèi)徑80mm和外徑100mm。由撞擊桿的內(nèi)徑直接確定節(jié)制環(huán)的內(nèi)徑80mm。
根據(jù)本發(fā)明的間隙面積計算公式設計計算節(jié)制桿，其設計過程如下獲取實車碰撞數(shù)據(jù)(速度、加速度、位移波形)→進行滑車和節(jié)能器受力分析→吸能器正面計算數(shù)學模型→節(jié)能桿外形計算→節(jié)能桿外形調整→液壓系數(shù)實驗擬合→吸能器反面計算數(shù)學模型→計算滑車波形→最后加工成產(chǎn)品。
根據(jù)反復設計計算和試驗，確定系統(tǒng)的液流系數(shù)K1=1.34，確定節(jié)制桿的尺寸。按節(jié)制桿輪廓尺寸加工節(jié)制桿。設計和制造相關的連接與密封的部件，完成吸能器的總成。根據(jù)用戶的需要，對不同碰撞速度和碰撞質量，設計不同的節(jié)制桿。根據(jù)客戶的試驗場地和滑車的實際情況設計不同的連接架體。
通過試驗，將滑車加速到指定的速度撞擊(在兩者之間加入足夠的緩沖材料)，近似再現(xiàn)汽車碰撞的慣性受力過程。該設備為安全氣囊、安全帶、座椅等不受車輛碰撞變形影響的設施提供了一個再現(xiàn)車輛碰撞的動力過程。
節(jié)制桿式模擬汽車碰撞裝置是與模擬滑車配套使用的，用來模擬汽車碰撞的減加速度，使滑車產(chǎn)生與實車相同的減加速度波形，由外筒5、撞擊活塞桿1、節(jié)制桿8等組成，撞擊活塞桿1裝在外筒5內(nèi)，變截面節(jié)制桿8與底座11相連，并裝在撞擊活塞桿1內(nèi)，頭部裝有密封圈7，外簡5的頂部裝有用銅材制成的導向圈3和密封圈4，而后用緊固件2固定。根據(jù)試驗要求設計出變截面節(jié)制桿1，因節(jié)制環(huán)13的直徑是不變的所以改變節(jié)制桿的截面積即可改變節(jié)制環(huán)與節(jié)制桿之間的間隙面積，控制液體阻力，試驗時，將撞擊活塞桿1拉到指定位置，左端承受來自滑車的沖擊，右端活塞端部擠壓高壓腔A空間內(nèi)充滿的液體經(jīng)活塞中間的節(jié)制環(huán)與節(jié)制桿之間的間隙流入過渡腔B，再由液流孔流入低壓腔C，多余液體從排液孔6排出。試驗前，從進液閥12注入液體，調試過程中在測壓孔9上安裝壓電傳感器用來監(jiān)視外筒5內(nèi)的壓力變化。
經(jīng)節(jié)制桿式模擬汽車碰撞試驗，從而在滑車上再現(xiàn)該實車的碰撞動力學過程，獲取滑車模擬汽車的減加速度曲線。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點1)能夠模擬不同車型的碰撞減加速度波形，而且重復性很好，精度高；2)設計程序簡單，易于操作?？煽啃愿?，安全性好；3)裝置結構緊湊，體積小，安裝調試簡單，易于維修保養(yǎng)；4)試驗和設備成本低。
權利要求
1.一種節(jié)制桿式模擬汽車碰撞試驗裝置，其特征是裝有變截面節(jié)制桿(8)的撞擊活塞桿(1)裝在外筒(5)內(nèi)，變截面節(jié)制桿(8)與底座(11)相連，節(jié)制環(huán)(13)裝在活塞端部，節(jié)制環(huán)(13)與變截面節(jié)制桿(8)之間留有間隙。
2.根據(jù)權利要求1所述節(jié)制桿式模擬汽車碰撞試驗方法，其特征在于節(jié)制環(huán)與變截面節(jié)制桿之間的間隙面積為αx=k1ν2γ2g(Ma+Fc)·A3]]>
3.根據(jù)權利要求1所述的節(jié)制桿式模擬汽車碰撞測試裝置，其特征在于所述的變截面節(jié)制桿(8)可在等直徑節(jié)制桿上設置變尺寸溝槽(14)。
4.一種使用節(jié)制桿式模擬汽車碰撞試驗裝置的方法，其特征是用模擬滑車碰撞裝在外筒內(nèi)的撞擊活塞桿，撞擊活塞桿的活塞端部擠壓高壓腔內(nèi)的液體，液體經(jīng)活塞端部的節(jié)制環(huán)與變截面節(jié)制桿間的間隙流入低壓腔，改變節(jié)制環(huán)與變截面節(jié)制桿之間的間隙面積，控制高壓腔內(nèi)的液體壓力來調節(jié)撞擊活塞桿對滑車產(chǎn)生的阻力，得到滑車模擬汽車碰撞的減加速度曲線。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于汽車臺車、安全帶、安全座椅和安全氣囊以及汽車內(nèi)飾物的模擬碰撞環(huán)境實驗,其特征是裝有變截面節(jié)制桿的撞擊活塞桿裝在外筒內(nèi),變截面節(jié)制桿與底座相連,裝在活塞頂部的節(jié)制環(huán)與變截面節(jié)制桿之間留有間隙,通過設計不同的變截面節(jié)制桿,達到模擬滑車產(chǎn)生與實車相同的減加速度波形。與現(xiàn)有技術相比具有模擬精度高,設計程序簡單,裝置結構緊湊,體積小,易于操作等優(yōu)點。
文檔編號B60K31/00GK1302743SQ0110190
公開日2001年7月11日 申請日期2001年1月18日 優(yōu)先權日2001年1月18日
發(fā)明者楊臻, 李強, 薄玉成 申請人:華北工學院