专利名称：具有动态运动模拟的车辆碰撞模拟器的制作方法
背景技术：
车辆碰撞模拟器模拟碰撞动力学，以评价碰撞事件过程中车辆乘员安全性和状态。碰撞模拟器利用来自实际试验碰撞或计算机模型的数据，在物理上模拟碰撞期间车辆的运动，以进行评价。在模拟碰撞期间，将速率或加速率施加给载有样品的平台，以模拟碰撞期间车辆加速度。固定支架或者装载于模拟设备或样品上的传感器和仪器，收集试验数据以进行评价。
在正面冲击碰撞过程中，车辆将经历水平加速、颠簸、起伏、弹跳和/或其他运动。对水平加速待试验物进行颠簸、起伏、弹跳和其他运动的模拟，增强碰撞或正面冲击的试验模拟。本发明致力于这些和其他方面，并提供以前未考虑到的解决方案。
发明内容
本发明涉及一种包括运动或受力模拟的车辆碰撞模拟器。车辆碰撞模拟器包括支撑待分析的试验样品或车辆的模拟平台。将平台加速，将力施加给平台，模拟碰撞脉冲或事件。由“装载于”或连接至模拟平台的多个传动器将力施加给模拟平台，提供动态运动模拟。施加多轴力来模拟复杂的碰撞运动或力，进行更真实的碰撞试验。
图1为车辆碰撞模拟器的一个实施例的示意图，它包含动态运动模拟；图2-3为车辆碰撞模拟器实施例的示意图，包含多个用于动态运动模拟的“装载”传动器；图4-9示意地表示车辆碰撞模拟器或系统的实施例，包含多个传动器，用以提供多轴平移和旋转运动，用于动态运动模拟；
图10-11示意地表示车辆碰撞模拟器的一个实施例，包含多个传动器，用以模拟加速度和其他碰撞运动；图12为用于模拟控制的视频系统反馈的示意图。
具体实施例方式
本发明涉及一种包括模拟平台102的车辆碰撞模拟器或系统100。将碰撞运动或加速度施加给模拟平台102，以模拟碰撞脉冲或事件。为了进行试验操作，将试验样品106，如车架、车身、车辆仪表板、座椅，支撑在模拟平台102上。可以将传感器、仪器或探测器安装到模拟平台102上，或者作为选择，使样品106“非装载”，与模拟平台102分离，以采集模拟碰撞事件期间的碰撞数据。使用碰撞数据分析车辆(如车架、车身、仪表板或座椅)或乘员对模拟碰撞事件的反应及相互作用。
有如图1中示意地表示的那样，系统100包括速度产生器110，其沿水平加速轨迹(即对于所示的x，y和z坐标系统114沿着x-轴112)向模拟平台102输送碰撞加速度或脉冲。由系统控制器118的加速度控制器116操纵速度产生器110。加速度控制器116用于向速度产生器110提供控制信号或输入，以根据实际碰撞加速度数据或模型加速度分布来操纵或控制速度产生器110。
碰撞模拟系统100还包括与模拟平台102连接的运动产生系统，以模拟除沿x-轴轨迹的运动之外的碰撞运动或力。在图1所示的实施例中，所述运动产生系统包括可平移地固定到模拟平台102上并且可随平台102运动的多个传动器120-1、120-2，以施加附加的碰撞运动或力。由系统控制器118的运动控制器124操纵所述多个传动器120-1、120-2，以模拟碰撞事件的运动或力。
在图1所示的实施例中，为传动器120-1、120-2供电，相对于箭头132所示的z-轴130方向施加力Fz或运动。使用所加给的力Fz模拟弹跳或起伏，进行碰撞模拟。在平台102的纵向长度(沿x-轴112)方向上，传动器120-1、120-2分隔开，向模拟平台102施加颠簸运动。特别是，操纵传动器120-1、120-2，在纵向分隔的传动器120-1、120-2间提供不同幅值的力Fz，相对于y-轴140施加如箭头138所示的颠簸运动。颠簸角度或幅值是传动器120-1与120-2之间的振幅差的函数。
如上所述，传动器120-1、120-2相对于平台102平移地固定，且可随平台102运动，向处于固定位置的平台102施加碰撞运动和力，与平台102的加速度无关。在所示实施例中，如图所示，传动器120-1、120-2“未装载”且枢轴式地连接底座或固定装置，不过，本申请并不限于图1中所示的特定实施例。尽管示出两个传动器120-1、120-2，但并不限于对所示的两个传动器120-1、120-2进行模拟。
图2表示一个“装载于”底部滑板150上并且可随底部滑板150运动的模拟平台102的实施例，模拟平台102沿轨道152运动。通过受系统控制器118的加速度控制器116控制或操纵的速度产生器110-1，底部滑板150沿轨道152加速。“装载“平台102由底部滑板150加速，以模拟平台102(及样品106)的运动和加速度。
在所示实施例中，模拟器包含减速产生器110-2，以便在碰撞脉冲或模拟之后，减慢或者减速模拟平台102。包含减速产生器110-2，可以减小试验模拟所需的系统尺寸或长度(如轨道长度152)。尽管图2所示的实施例包含减速产生器110-2，但本申请并不限于图2所示的包含加速产生器110-1和减速产生器110-2的特定实施例。
在所示实施例中，平台102通过传动器120-1、120-2与底部滑板150相连，将碰撞运动或力施加给加速平台102。如图所示，传动器120-1、120-2“装载于”底部滑板150上，且可随之运动，以便当平台102在加速撞击时和之后运动或加速时，将碰撞运动或力(力Fz)施加给加速平台102。通过运动控制器124独立地激励传动器120-1，120-2，以施加所需的碰撞运动或力。
图3表示的实施例包含可沿轨道或钢轨154，156运动的多个“装载”传动器120-1、120-2、120-3、120-4的碰撞模拟器或系统100-3，其中用相同附图标记表示前面附图中的相同部件。对传动器120-1、120-2、120-3、120-4加给能量，施加力Fz，模拟沿z-轴130方向的平移运动，如起伏和弹跳，并通过图中所示纵向间隔(即相对于x-轴纵向分隔)的传动器120-1、120-2、120-3、120-4施加相对于y-轴140的旋转或颠簸运动。
在所示的实施例中，模拟平台102通过传动器120-1、120-2、120-3、120-4和连接组件160可移动地连接底部滑板150。如图所示，连接组件160包括通过托架164可旋转地连接于底部滑板150的连杆臂162，并通过托架166可旋转地连接于模拟平台102，使模拟平台102能旋转运动(相对于y-轴140)和平移运动(沿z-轴130)。
在所示的实施例中，各传动器包含可相对于传动汽缸运动的活塞，以便将力或运动施加给平台102。传动器可通过空气作用、液压或使用其它方法(如电力传动器)输送力和速度，激励平台102，模拟碰撞运动。在所示实施例中，传动器部件的电能存储或高压蓄电槽，压力线和泵可装载于底部滑板150上；不过，本申请并不限于此。
图4-5表示碰撞模拟系统100-4的一个实施例，它包括可关于多个自由度运动的模拟平台102，以模拟复杂的碰撞运动。模拟平台102与可沿轨道或钢轨154、156移动的底部滑板150相连，向平台102施加加速度脉冲，如前面实施例中所述那样。运动产生器包括多个“装载”的传动器180-1、180-2、180-3、180-4。使运动控制器124-4与传动器180-1、180-2、180-3、180-4连接，独立地激励多个传动器180-1，180-2，180-3，180-4，模拟特定碰撞运动或力。
在所示的实施例中，运动控制器124-4通过比如对于液压系统或者其他系统等气门组件184的操作，单独激励多个传动器180-1、180-2、180-3、180-4，用以单独激励多个传动器180-1、180-2、180-3、180-4。本申请并不限于特定实施例。
如图4-5中所示，传动器180-1和180-2以及传动器180-3和180-4相对于模拟平台102的横向宽度(y-轴140)分隔开。传动器180-1、180-2、180-3和180-4在底部滑板150与平台102之间倾斜，从而传动器180-1、180-2、180-3、180-4施加包含沿z-轴130的Fz力分量和沿y-轴140的Fy力分量的合力Fr。
平台102通过传动器180-1、180-2、180-3、180-4与底部滑板150连接。传动器180-1、180-2、180-3、180-4可移动地连接至平台102和底部滑板150，以多个自由度地支撑平台102，提供多轴平移和旋转运动。通过运动控制器124-4为传动器180-1、180-2、180-3、180-4提供能量，施加多轴平移运动或力Fz和Fy，以及由力的分量Fy和Fz所产生的多轴旋转运动。
尽管图4-5表示一种特定的“装载”实施例，不过，本申请并不限于此，对于“无滑板”系统，可将传动器180-1、180-2、180-3、180-4平移地固定到模拟平台上，并枢轴式地连接底座或固定设备，向模拟平台102提供多轴力Fx和Fz。
图6表示碰撞模拟系统100-6的一种实施例，它包含模拟平台102。其中，模拟平台102以六个自由度被浮动支撑，这六个自由度包括沿x、y、z轴112、140、130的多轴平移运动或力Fx、Fy、Fz，以及围绕x、y、z轴的旋转运动(例如摇摆(x)、颠簸(y)和侧滑(z))。有如图中所示意表示的那样，运动控制器124-6与模拟平台102连接，模拟对于六个自由度的运动或力，包括比如围绕y-轴的颠簸、沿z-轴的起伏和弹跳、沿y-轴的横向运动、围绕z-轴的侧滑和围绕x-轴的摇摆，以及沿x-轴的纵向或其他运动，进行碰撞模拟。当平台102被加速以模拟碰撞事件时，运动控制器124-6控制方框188所示的运动产生器或传动器。
图7-9表示一种模拟系统100-7的实施例，它包括对六个自由度进行多轴运动模拟，与前面附图中相同的部件使用相同附图标记。如图所示，该系统包括多个传动器200-1、200-2、200-3、200-4、200-5、200-6、如图8-9中所示，它们“装载于”底部滑板150上，相对于底部滑板150连接或支撑平台102。
如图7-8中所示，在平台102与底部滑板150之间，传动器200-1、200-2、200-3、200-4、200-5、200-6相对于x-轴倾斜，提供包括Fz分量和Fx分量的合力Fr，形成相对于x轴112和z轴130的平移运动。如图所示，传动器200-1、200-2、200-3、200-4、200-5、200-6的底端204与传动器200-1、200-2、200-3、200-4、200-5、200-6的平台底部206纵向(相对于x-轴)偏离，施加Fz力分量。
如图7和9所示，传动器200-1、200-2、200-3、200-4、200-5、200-6的底端204还相对于y-轴134偏离平台端部206，以产生Fy力分量。Fy、Fx、Fz力分量产生关于六个自由度的多轴平移运动或力(比如相对于x、y、z轴)和旋转运动(翻滚、颠簸和侧滑)。传动器200-1、200-2、200-3、200-4、200-5、200-6的端部204和206通过球形连接件与底部滑板150和平台102连接，使平台102能够相对于六个自由度多轴运动。
图10-11表示模拟器系统100-10的另一种“非装载或无滑板”实施例，其中，用相同附图标记表示与前面附图中相同的部件。如图所示，模拟器系统100-10包括载有样品或检验车辆(未示出)的浮动模拟平台102。多个活塞/汽缸传动器210与平台102连接，用于模拟加速和其他碰撞运动。
如图所示，该系统包括多个水平取向(即x-轴)的传动器210-1、210-2，将其取向为在运动控制器212的控制下提供沿x-轴方向的运动/加速度或力Fx，以模拟碰撞加速度。如图所示，在运动控制器212的控制下，通过多个垂直取向的传动器210-3、210-4、210-5、210-6向平台102施加沿z-轴方向的运动或力Fz，通过多个横向支撑的传动器210-7、210-8、210-9、210-10向平台施加运动或力Fy。
如图所示，平台102通过多个传动器210-1到210-10相对于底座或者固定支架222和固定支架或壁224、226、228、230被浮动地支撑。传动器210-1和210-2通过球形连接件连接在平台的相对端部232、234与固定支架224、226之间，施加力Fx以模拟运动。传动器210-3、210-4、210-5、210-6与底座或支架222相连，向平台102的表面施加力Fz。传动器210-7、210-8、210-9、210-10在平台102的相对侧236、238与固定支架228、230之间延伸，根据运动控制器212的输入施加运动和/或力Fy，以模拟碰撞加速度和力。
传动器210-1到210-10通过球形连接件与平台102和支架224、226、228、230连接，通过基于所需的碰撞分布伸长或缩回所选择的活塞，施加复杂运动和力。尽管表示出特定的传动器类型和传动器数量或取向，不过“无滑板”系统不限于特定类型、数量或取向的传动器210-1到210-10。
于是，有如所述者，本申请包括图4-5或者图7-9中所示的滑板型系统，通过多个“装载”传动器提供力Fx、Fy或Fz，或者为通过传动器210-1和210-2加速和减速的“无滑板”系统。或者作为选择，可以通过“装载于”底部滑板上的传动器与通过底部滑板150向模拟平台提供力的传动器的组合，向模拟平台102提供多轴力。例如，可通过“装载于”底部滑板150上的传动器输送多轴力Fx、Fy或Fz，由“非装载”传动器通过底部滑板150向平台102提供力Fx、Fy或Fx以及加速度。
如上所述，碰撞模拟系统模拟碰撞加速度和运动，分析车辆反应和乘员安全性。如图12中所示，系统基于方框240所示的实际碰撞数据或者模型模拟，使用加速度/运动控制器124、212向样品施加运动和加速度。本发明从试验模拟提供反馈、校正或调节控制参数，从而使模拟器精确地模拟实际或模型碰撞运动或加速度。如图12中所示，由视频成像系统244提供运动和加速度反馈242。
视频成像系统244使用数字成像器或CCD(电荷耦合装置)获取平台102、乘员或碰撞模拟随时间而变的图象246。图象处理器248对图象246进行处理，提取出平台102或样品106或乘员随时间的加速度和/或运动分布250-1、250-2，向运动控制器116、124、212提供运动反馈242，根据反馈242调节模拟器的工作参数。
可将视频成像系统242设置成“装载于”系统或平台102上，和/或并非装载于系统或平台102上。可以在线地向图象处理器248或模拟器116、124、212提供反馈或图象数据，以提供动态模拟控制，或者离线地模拟多次模拟或试验，以针对实际或模型碰撞数据240调节试验参数。按照一种实施例，视频成像系统242与假人或乘员相连，采集损伤数据，并根据针对试验模拟所需的损伤标准或分布处理的损伤数据，调节模拟器的试验参数或力。
虽然参照优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明精神和范围的条件下，可对形式和细节作出改变。
权利要求
1.一种车辆碰撞模拟器，包括模拟平台；运动产生器，它具有平移地固定于模拟平台上的多个传动器；以及运动控制器，用于操纵多个传动器，向模拟平台施加模拟碰撞运动或力。
2.如权利要求1所述的车辆碰撞模拟器，其中，还包括与所述运动控制器相连的速度产生器，操纵速度产生器，以向模拟平台施加碰撞加速度。
3.如权利要求2所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述模拟平台装载于底部滑板上，并且所述速度产生器与底部滑板相连，加速或移动底部滑板，以向所述模拟平台施加碰撞加速度。
4.如权利要求3所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述多个传动器装载于底部滑板上，并且可沿着加速撞击方向随底部滑板运动。
5.如权利要求3所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述底部滑板可沿由相对间隔开的钢轨构成的轨道运动。
6.如权利要求1所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述多个传动器与所述模拟平台相连，用以施加沿模拟平台的z-轴方向的力和运动Fz，并且沿平台的x或y轴的力和运动Fy或者力和运动Fx。
7.如权利要求1所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述多个传送器与模拟平台相连，用以施加具有多轴力分量的合力Fr或运动。
8.如权利要求1所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述多个传动器与模拟平台的相对端相连，并且可通过运动控制器操纵，施加模拟碰撞加速度。
9.如权利要求1所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述模拟器包括多个传送器，这些传送器与所述模拟平台的相对侧相连，以模拟沿y-轴方向的力Fy；还包括多个传送器，这些传送器与所述模拟平台相连，以模拟沿z-轴方向的力Fz。
10.一种车辆碰撞模拟器，包括模拟平台；运动产生器，具有与所述模拟平台可操作地连接的多个传动器，以便向模拟平台施加多个多轴力即沿z-轴的力Fz、沿x-轴的力Fx或沿y-轴的力Fy；以及运动控制器，用于操纵所述多个传动器，以施加所述多个多轴力。
11.如权利要求10所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述多个传送器装载于底部滑板上，并可沿轨道随底部滑板运动，以模拟碰撞加速度。
12.如权利要求11所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述多个传送器在底部滑板与平台之间是倾斜的，以便施加包括Fz力分量和力Fx或力Fy分量的合力Fr。
13.如权利要求10所述的车辆碰撞模拟器，其中，操纵所述多个传送器，以施加相对于x、y和z轴的力Fz、力Fy和力Fx。
14.如权利要求11所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述模拟器包括速度产生器，向所述底部滑板施加碰撞加速度脉冲。
15.如权利要求11所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述模拟平台通过多个传送器与所述底部滑板相连。
16.如权利要求10所述的车辆碰撞模拟器，其中，所述多个传送器施加沿x-轴方向的力Fx，以模拟碰撞加速度；施加力Fz和力Fy，以模拟碰撞运动。
17.一种车辆碰撞模拟器，包括模拟平台；模拟器，用于向所述碰撞平台施加加速度或力，以模拟碰撞加速度或运动；以及带有摄像机的视频成像系统，获取模拟碰撞事件的图象，以控制模拟器的操作。
18.如权利要求17所述的碰撞模拟器，其中，所述视频成像系统包括图象处理器，向所述模拟器提供加速度或运动反馈。
19.一种车辆碰撞模拟方法，包括以下步骤通过将底部滑板加速而模拟碰撞加速度脉冲，其中平台装载于所述底部滑板上；和通过装载于所述底部滑板上的多个传送器模拟碰撞力或运动。
20.如权利要求19所述的方法，其中，根据来自视频成像系统的反馈模拟碰撞加速度和碰撞力或运动，控制所述多个传送器。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述模拟碰撞力或运动的步骤模拟关于六个自由度的运动。
22.一种车辆碰撞模拟方法，包括以下步骤控制与模拟平台相连的多个传送器，沿多个轴x、y或z向模拟平台施加力，以模拟碰撞加速度或运动。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述模拟碰撞加速度或运动的步骤包括激励所述多个传送器，向所述模拟平台施加多个力力Fz、力Fx或力Fy。
24.如权利要求22所述的方法，其中，所述模拟碰撞力或运动的步骤，模拟车辆碰撞的颠簸、侧滑和翻滚运动。
25.如权利要求22所述的方法，其中，还包括将载有所述模拟平台的底部滑板加速，模拟碰撞加速度的步骤。
26.如权利要求22所述的方法，其中，所述控制多个传送器的步骤，提供力Fx，以模拟碰撞加速度。
全文摘要
一种车辆碰撞模拟器(100)，采用多个传送器(120、180、200、210)以模拟碰撞事件的运动或力。所述车辆碰撞模拟器包括支撑待分析试验样品或车辆(106)的模拟平台(102)。沿碰撞加速轨迹将平台(102)加速，将力施加给该平台，以模拟碰撞脉冲或事件。力通过多个“装载于”或连接到模拟平台(102)上的传送器施加给模拟平台(102)，进行动态运动模拟。施加多轴力F
文档编号G01M15/00GK1771433SQ200480007534
公开日2006年5月10日 申请日期2004年3月26日 优先权日2003年3月28日
发明者拜伦·J·萨里, 克雷格·L·坎贝尔, 迈伦·F·米勒, 保罗·J·莱斯卡, 理查德·C·斯特兰德, 理查德·E·比尔登 申请人:Mts系统公司