车辆翻滚测试固定装置的制作方法

专利名称：车辆翻滚测试固定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机动车辆测试固定装置。明确地说，本发明特别涉及用以对实物车辆及代表物两者进行动态可重复的受控破坏性翻滚撞击测试以评估车辆车顶及其它车辆组件的强度和乘员保护特性的固定装置。本发明提供对初始测试参数的精密控制，所述测试参数包括降落高度、接触侧倾速率、接触侧倾角、俯仰角、横摆角、自由落体后接触高度、车辆惯性矩、包括摩擦和撞击障碍的路面表面条件。另外，本发明能够测量车辆与路基之间动态力和定向且能够在隔离的单个逐侧倾基础上进行并评估多个测试。
背景技术：
翻滚已经成为并将继续成为乘员死亡和严重伤害的重要原因。至今，确定车辆性能的实验已经因不可重复且因此不适合于车辆或组件设计以及测试及/或一致性类型测试而备受批评。虽然已开发出解决这些问题中的一些问题的各种其它测试固定装置，但所述测试固定装置需要大的基础设施来运行且在第一次撞击之后以及在测试期间对车辆进行完全控制(参照美国专利号6， 651， 482)。另一装置(参照美国专利号6， 256， 601)关节连接在枢轴周围，但不能提供全翻滚能力，所述装置也不能提供用以模拟围绕车辆的真实侧倾轴的侧倾的构件。另外，所述其它测试方法中没有一种方法允许直接测量施加到车辆的负载，所述负载对评估和了解翻滚事件的动力学是重要的。本发明以将允许有效的可重复车辆测试的方式解决了这些问题。翻滚状况的车辆测试对了解乘员与车辆的结构、乘员保护装置、玻璃材料等之间的相互作用至关重要。较好地了解这些参数将允许改进的车辆设计以及较安全的车辆疾驶。 在翻滚条件下确定车辆性能以及车辆与乘员相互作用的先前测试使用各种类型的测试，包括降落旋转车辆、从平台启动车辆、从斜坡启动车辆或以其它方式松脱车辆以起始侧倾。这些测试的主要缺陷是测试的不可重复性质。尽管这些测试将允许了解车辆性能，但所述测试不允许在可准确地重复以通过重复测试来确定车辆结构或几何形状的改变的撞击期间研究车辆及组件性能。明确地说，较早的测试方法不能产生一致撞击，因为在车顶结构相互作用之前轮胎与平台或轮胎与道路的撞击发生变化或在车顶撞击之后不被控制。通过既在车顶撞击之前也在车顶撞击之后控制车辆，可详细地隔离并检验撞击期间的性能。 美国专利号6， 651， 482描述翻滚测试的替代方法。所述专利中描述的方法与本文中论述的发明有很大的不同。这些差异导致先前方法中的数个缺点，包括不能测量车辆的
车顶上的直接力，不能在所要的车顶撞击之后控制车辆、不能仿真定位拟人的碰撞测试人
体模型(如果包括的话)，不能在每一侧倾及/或积累侧倾基础上评估损坏。 美国专利号6， 256， 601描述经设计以模拟翻滚事故中车辆乘员与安全系统的行
为的翻滚测试滑车。所描述的方法明显不同于本文所呈现的发明，因为所述测试不提供用
以围绕侧倾轴旋转测试车辆或人体模型的构件。所描述的固定装置也不提供用以出于测量
并评估车辆结构完整性目的而旋转测试车辆的构件。 现有技术系统当前不能在测试序列起始时及在测试序列期间提供对车辆的俯仰及横摆控制。 与本申请案具有共同发明人的标题为车辆翻滚碰撞测试固定装置(VehicleRollover Crash Test Fixture)的序号为11/380， 862的共同待决美国申请案(现在为美国专利号7， 373， 801)提供一种用于可重复动态车辆翻滚测试的测试固定装置。本文所揭示的发明提供具有模拟路面或其它适合媒介的接触表面的移动滑车。配备用以悬挂测试车辆的摇架以旋转所述车辆并将其释放到接触表面上以可重复地模拟翻滚条件。尽管在撞击之前耦合滑车的运动与车辆的旋转以高度准确模拟提供可重复测试结果，但创建及协调移动滑车接触区的结构和系统要求复杂且昂贵。因此，需要提供具有现有技术系统的能力但经简化以减少成本、复杂度和模拟错误以及易于建立且保障操作人员安全的翻滚测试固定装置。 本发明解决这些问题并提供经简化和改进的动态可重复车辆翻滚测试固定装置。

发明内容
—种用于对测试车辆进行翻滚碰撞测试的测试固定装置并入有用以支撑并旋转
测试车辆的摇架。所述摇架由用以定位并以可释放方式固持所述摇架的结构承载。具有模拟路面的接触表面的滑车承载于在所述结构和摇架固定装置下方延伸的轴承组合件上。所述摇架与所支撑的车辆一起以预定速率旋转以模拟翻滚事件的初始接触速度并响应于传感器而从所述结构释放以接触到所述接触表面上的降落撞击区上。轴承支撑的滑车对撞击车辆起反应并沿轴承组合件移位。在事件完成时阻止所述摇架的垂直运动以避免对轴承和滑车系统的损坏以及限制对测试车辆的进一步损坏。


根据本文的详细描述以及以下图式进一步描述本发明的元件和特征，图式中
图1是显示主要组件的翻滚固定装置的正视 图2是图1的翻滚固定装置的侧视图； 图3用图表示用以手动起动翻滚测试过程并启用车辆降落的致动的电控制系统的实施例； 图4用图表示用以监测及记录车辆、路面和车辆内的人体模型的动态物理响应的数据获取系统的实施例； 图5是具有四立柱支撑结构的本发明的替代实施例的正视等距图； 图6A是在正方形定向中所述替代实施例的实施方案的结构细节的等距 图6B是图6A的结构的侧视 图6C是图6A的结构的端视图； 图7A是在头部朝下及横摆定向中所述替代实施例的实施方案的等距图结构细节； 图7B是图7A的结构的侧视 图7C是图7A的结构的端视图；及， 图8是添加到图6A的实施例的龙门吊架能力的等距图。
具体实施例方式
图1和图2中图解说明本发明的结构的示范性实施例。测试固定装置100并入有用于所示实施例的滑车110，所述滑车110由具有导轨114和隔圈式滚柱轴承116的轴承系统112支撑。降落塔组合件118包括通过横梁124架空连接的前降落柱120和后降落柱122。降落塔组合件118骑跨滑车导轨114且所述降落柱安装到以枢转方式紧固到测试区域的地面102的横摆调整导板126。因此，降落塔组合件相对于滑车导轨的角定向设定测试车辆的横摆位置。降落柱120和122各自支撑垂直导向轴承128。支撑并耦合到车辆摇架132的滑道组合件130骑坐在导向轴承上以使摇架垂直运动。车辆摇架装配有各种托架以促进安装全尺寸测试车辆104的各种模型或测试模型架(test bucks)。对于此实施例中所示的示范性摇架，车辆到摇架的附接是通过移除车辆的保险杠并将摇架十字形部件附接到车辆上的保险杆附接结构实现的。摇架压载配重134还可附加到车辆或摇架以补偿或调整车辆惯性矩。 作为对车辆撞击的反应，滑车可沿导轨在轴承系统上移动。对于所述图式中所示的实施例，路面表面136安装到滑车的向上面以模拟与车辆撞击的道路条件。采用各种道路表面材料来模拟各种真实的道路条件，包括柏油碎石路和混凝土路。在替代实施例中，各种其它表面特征安装到滑车结构以用于撞击研究，例如，图2中所示的边石元件137。
借助模拟用于车辆撞击的路面的滑车，车辆摇架的旋转建立用于垂直下降车辆与路面的撞击的模拟参数。邻近前降落柱设置的旋转驱动组合件138提供支撑旋转驱动齿轮电机142的旋转驱动电机支撑框架140。旋转驱动支撑轴144耦合旋转驱动电机与车辆摇架。所述驱动支撑轴并入有提供驱动电机与车辆摇架之间的角对准的万向接头146。滑杆148将车辆摇架耦合到滑道组合件。将齿轮电机连接到驱动支撑轴的离合器组合件150允许在撞击序列期间使电机脱离。所述滑车对旋转车辆的撞击起反应，沿轴承组合件移动以允许车辆的侧倾运动继续同时保持由垂直柱上的摇架支撑。 对于所示的实施例，提供设置在滑车导轨114末端的滑车减速器152以有益地以受控方式使滑车减速并作为对撞击车辆的旋转惯性的反应使所述滑车在其行程结束时停止。 在翻滚撞击事件完成时，阻止车体或模型架以防止因不当接触而对固定装置或滑车或驱动系统的支撑元件造成损坏。为适应此要求，提供垂直制动器组合件154(如图1的最佳所见)作为垂直滑道组合件的一部分。垂直制动器啮合固定装置每一侧上的降落塔上的轨道元件156。对于图式中所示的实施例，垂直制动器为作用于轨道上的盘式制动器组合件。所述制动器由感测元件致动。在示范性实施例中，导轨上的接触开关158感测滑车的
6运动并致动所述制动器。或者，事件完成由受测试车辆的旋转角度或预定定时确定，且已完成事件的感测基于支撑轴元件在垂直滑道组合件中的旋转角度实现。采用滑杆上的分度销作为事件完成传感器，在旋转穿过预定弧线或轴上的角旋转传感器或旋转驱动滑轮之后，所述分度销啮合微动开关。 图3是经简化的电控制系统的图示。由于在进行车辆测试时人的安全是最应关注的问题，因此通过键开关160来启用系统供电。起动开关162经手动致动以起始测试序列，此导致控制继电器164闭合且借此在电机控制电路166的控制下激励电机142。在激励电机控制继电器之后，起始摇架的旋转。控制电路166控制齿轮电机的电流以实现在降落的预定旋转角度内的所要旋转速度。随着摇架通过旋转角度传感器168，前降落致动器170及后降落致动器172被激励以释放，借此允许车辆摇架132及其所含有的标的测试车辆104降落。在所示实施例中，通过复位(断开)电机电力继电器而响应于旋转角度传感器从齿轮电机移除电力。在致动事件完成开关158之后，垂直制动器组合件154启动且旋转制动器174启动以停止摇架的旋转。如图3中所示，通过设置于操作员控制机构上的开关180来控制额外的测试装备特征，例如用于相机178的照明灯176。 如图4中所示，并入有一套测试仪器传感器以测量并记录车辆在测试期间的动态物理响应。本发明的优选实施例中包括的传感器为分别安装到前降落柱120和后降落柱122用于记录摇架及所支撑车辆的垂直运动的编码器182和183 ;用于监测X轴线性位置以得出滑车110的速度和加速度的编码器184 ;布置于路面表面与滑车之间以监测由测试车辆施加的Z轴撞击力的负载传感器193 ;布置于路面表面与滑车以监测由测试车辆施加的X轴撞击力的负载传感器185 ;用以监测测试车辆的侧倾定向的编码器186 ;用以监测施加于
测试人体模型上的撞击力的加速度计187 ;用以监测在测试期间施加于测试人体模型上的移位的传感器188 ;用以监测施加于测试车辆上的撞击力的加速度计189 ;用以测量施加于测试车辆上的移位的传感器190 ;安装在翻滚设备周围以监测测试车辆的各种外部方面的相机182 ;及安装在测试车辆内以监测测试期间的包括车顶压入及人体模型位置的各种内
部方面的相机183。 如图4中所示，先前描述的所述套的传感器优选地输入到信号调节电子器件191且经数字化用于输入到数据获取计算机192。 一旦经数字化，便保存、分析及格式化所收集的数据以用于各种研究和报告。 图5中显示本发明的替代实施例，所述替代实施例在定位车辆以在测试中进行俯仰及横摆控制中采用四立柱结构支撑布置来实现系统的简化操作，且图6A到图7C中显示示范性实施例的结构细节。具有垂直支撑件502a到502d(上面安装有水平支撑梁504a和504b)的四立柱结构提供定位悬挂梁506(测试车辆104借助摇架508悬挂在所述悬挂梁506上)的灵活性，如将根据图6A到图6C更详细的描述。通过调整垂直支撑件的高程，水平支撑梁提供悬挂梁的倾斜安装以形成安装于摇架中的车辆的所要俯仰角。另外，沿水平支撑梁安装的悬挂梁的移动形成车辆的可调整横摆角。具有延伸以啮合摇架的对置控制臂512a和512b的控制梁510维持摇架和所支撑车辆在降落期间的横摆角，如将根据图7A到图7C的更详细描述。 图6A到图6C中显示图5的结构的详细实施方案。车辆摇架508借助降落杆514a和514b悬挂在悬挂梁506上，所述降落杆514a和514b在摇架的对置末端处附接到旋转支撑毂516a和516b。摇架在支撑毂之间旋转以针对先前描述的适合测试协议定位车辆且引起车辆的角旋转。降落杆延伸穿过致动组合件518a和518b中的滑动轴承，其以类似于降落柱上的导向轴承的方式起作用，如根据第一实施例的描述。所述致动组合件另外包括制动器以在结束测试时捕获降落杆进而垂直捕获摇架和车辆，以如先前所描述阻止进一步的垂直运动。 控制梁510由结构支撑件520a和520b承载，而所述结构支撑件520a和520b又承载于水平梁元件522a和522b上。对于所示的实施例，所述水平梁元件附接到辅助垂直支撑件524a、524b、524c和524d。结构支撑件520a和520b可以可移动方式定位于水平梁元件上以允许将控制梁定位成匹配悬挂梁的横摆角，借此维持控制梁相对于车辆摇架的几何关系，从而控制车辆降落和阻止期间的横向运动。 对于所示的实施例，垂直支撑件502a到502d并入有用于垂直调整水平支撑梁504a和504b的伸縮调整元件526a到526d。类似地，辅助垂直支撑件524a到524d可并入有伸縮元件以垂直定位水平梁元件和相关联的结构支撑件520a和520b以便匹配控制梁和悬挂梁的俯仰角。 车辆摇架508提供附接板530，用于直接啮合车辆通孔532上的车轮附接螺栓。通过移除车轮并啮合附接板，在不修改车辆的情况下由摇架直接支撑所述车辆。另外，以此方式由摇架来啮合避免车辆的任何非故意的结构加强，而结构加强可因摇架与车辆车体或车架的结构元件直接啮合而发生。然而，在需要确保悬挂一致性不影响车辆上的输入力的情况下，采用固定车辆悬挂的锁定结构。 图7A到图7C提供第二实施例的等距侧视图和等距端视图，其中从正交设定修改了车辆摇架的俯仰和横摆。在所示视图中，通过延伸伸縮调整元件526c和526d以提升支撑梁504b并降低伸縮调整元件526a和526b以降低支撑梁504a来使摇架尾部朝下(与图5中所示头部朝下相反)进行俯仰运动。此支撑布置将悬挂梁506置于相对于滑车的平面的第一俯仰角以供撞击。类似地，通过在相反方向上(沿支撑梁504a向前及沿支撑梁504b向后)滑动悬挂梁506的末端来引起横摆角。此将摇架置于相对于滑车的定向轴的横摆位置中。类似地，通过沿第二水平支撑梁522a和522b移动支撑件520a和520b来使控制梁横摆。控制梁的角度定位控制臂512a和512b以维持摇架在降落期间的横摆角，其中滑杆514a和514b滑动穿过致动组合件518a和518b。 图8显示本发明的额外特征，其中垂直支撑件502a到502d各自并入有邻近支撑件的支脚的支撑块560。可縮回轮562由所述块支撑以提供整个摇架支撑组合件的横向运动，以在龙门吊架允许以与滑车轨道分离的位置将测试车辆装载到摇架中时沿轨道564进行横向运动。此为操作系统的人员提供额外安全性且简化测试前支撑和测试后支撑。
对于图5中所示的实施例，滑车并入有三个可分离的结构中心110a、右翼110b和左翼110c。可借助互连的所有三个元件来操作滑车以获得所有可能接触点(即，车顶和支撑支柱、前罩/挡泥板以及后接触)的数据。在(例如)未连接左翼和右翼且因此未提供用于测试车辆的头部和尾部的任何接触表面的情况下，所述中心的操作仅允许采集仅关于车顶和支撑支柱的强度的数据。所述中心与所述翼中的一者或另一者的操作允许采集头部结构和尾部结构的数据。 在替代实施例中，使用如先前所描述安装于所述旋转支撑毂中的一者或两者中的齿轮电机或类似驱动元件来赋予摇架动力。或者，电机驱动的驱动滑轮546在控制臂附接到安装于旋转支撑毂上的反作用滑轮552a和552b时啮合将控制梁上的旋转套运行到滑轮550a和550b的钢索548。 或者，经提供用于滑轮的钢索可互连到滑车且提供气动动力以用于驱动滑车的运动。滑车的运动借此将旋转运动赋予摇架。通过使用捕获于滑轮壁中的凹槽中的端缘将钢索附接到滑轮552a和552b，可在所要旋转时从滑轮释放所述钢索，从而提供摇架在实际撞击时的自由旋转。 现已根据专利法规的要求详细地描述了本发明，所属领域的技术人员将认识到对本文所揭示特定实施例的修改形式及替代形式。此种修改形式仍属于在所附权利要求中所界定的本发明范围及意图内。
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权利要求
一种用于对碰撞到移动表面上的测试车辆进行翻滚碰撞测试的测试固定装置，所述固定装置包含摇架(132)，其用以支撑并旋转测试车辆(104)；结构(118)，其用以定位并以可释放方式固持所述摇架；滑车(110)，其具有接触表面(136)且由在所述结构和所述摇架下方延伸的导向件(114)上的轴承(116)承载；用于旋转所述摇架的构件(138)；用于响应于感测构件(168)而从所述结构释放所述摇架和测试车辆以接触在所述滑车的所述接触表面上的降落撞击区内的构件(170、172)；及用于阻止所述摇架的垂直运动的构件(154、156)。
2. 根据权利要求l所述的设备，其进一步包含用于检测事件完成的构件(158)，所述阻 止构件响应于所述检测构件，安装于所述摇架中的所述测试车辆在所要一撞击或若干撞击 之后与额外撞击隔离。
3. 根据权利要求l所述的设备，其中所述用于旋转所述摇架的构件包括齿轮电机 (142)。
4. 根据权利要求1所述的设备，其进一步包含针对所述接触表面上的撞击选择性地设 定俯仰角的构件(526a到526d)、选择性地设定横摆角的构件(504a、504b、506)、选择性地 设定侧倾角和侧倾速率的构件(166)以及选择性地设定降落高度的构件(506)。
5. 根据权利要求1所述的设备，其进一步包含可附接到所述摇架以设定所述测试车辆 的重量的压载配重(134)。
6. 根据权利要求1所述的设备，其进一步包含可附接到所述摇架以设定所述测试车辆 的侧倾惯性矩的压载配重。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中所述滑车配备有用以测量由来自所述测试车辆的 所述降落的撞击导致的施加于所述接触表面上的力和加速度的测量仪器。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中所述车辆配备有撞击测量仪器。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中各种类型的材料可附接到所述接触表面以实现并 模拟不同的路面摩擦条件。
10. 根据权利要求1所述的设备，其中各种类型的材料可附接到所述接触表面以实现 并模拟不同的路面障碍物和条件。
11. 根据权利要求1所述的设备，其中所述用于旋转所述摇架的构件进一步包括一组 耦合接头(146)以允许所述齿轮电机与所述测试车辆摇架之间的角度及平移一致性。
12. 根据权利要求1所述的设备，其中所述滑车并入有用于作为单元共同操作及个别 操作以接触所述车辆的特定表面的多个组件(136a、136b和136c)。
13. 根据权利要求1所述的设备，所述结构可横向移动以使所述摇架从所述滑车的所 述导向件移位。
14. 一种用于对碰撞到移动表面上的测试车辆或其代表物进行碰撞测试的方法，所述 方法包含以下步骤提供用以将测试车辆组件支撑且定位于滑车路径上方的结构；与撞击区内的模拟路面障碍物同步协调地在所述路径上提供所述测试车辆所降落到的滑车；旋转所述支撑结构以建立预定角动量并定位所述测试车辆以撞击到所述滑车上的所 述撞击区；在相对于所述测试车辆的角位置的特定时间触发所述测试车辆的所述降落；及， 在所要一撞击或若干撞击之后，使所述测试车辆与额外撞击隔离。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中由齿轮电机提供所述旋转所述支撑结构的步骤 中的动力。
16. 根据权利要求14所述的方法，其进一步包含选择性地设定所述测试车辆的位置参 数的步骤，所述位置参数包括俯仰角、横摆角、侧倾角、侧倾速率、降落高度以及所述接触表 面上的撞击位置。
17. 根据权利要求14所述的方法，其进一步包含借助调整对车辆支撑摇架或测试车辆 的压载配重来设定所述测试车辆的强度与重量比的步骤。
18. 根据权利要求14所述的方法，其进一步包含借助调整对所述车辆支撑摇架或对所 述测试车辆的压载配重来设定所述测试车辆的惯性矩的步骤。
19. 根据权利要求14所述的方法，其中给所述接触表面配备测量仪器且所述方法进一 步包含测量由与所述测试车辆的撞击导致的施加于所述接触表面上的力和加速度的步骤。
20. 根据权利要求14所述的方法，其中给所述车辆配备撞击测量仪器。
21. 根据权利要求14所述的方法，其中所述提供滑车的步骤包括将各种类型的材料附 接到所述接触表面以实现并模拟不同的路面表面摩擦条件。
22. 根据权利要求14所述的方法，其中所述提供滑车的步骤包括将各种类型的材料附 接到所述接触表面以实现并模拟不同的路面障碍物和条件。
23. 根据权利要求14所述的方法，其中所述提供滑车的步骤包括提供用于仅接触所述 车辆上的所要结构元件的可分离滑车元件。
24. 根据权利要求14所述的方法，其中所述提供支撑结构的步骤进一步包含给所述支 撑结构安装若干轮且从所述滑车路径横向移动所述支撑结构以将测试车辆装载到所述结 构上的步骤。
25. 根据权利要求14所述的方法，其中所述提供滑车的步骤进一步包括为所述滑车沿 所述路径的运动提供气动动力的步骤且所述旋转所述支撑结构的步骤包含将钢索从所述 滑车互连到滑轮以与所述滑车的运动同时地旋转所述支撑结构的步骤。
全文摘要
本发明揭示一种用于对碰撞到移动表面上的测试车辆进行翻滚碰撞测试的测试固定装置，其采用摇架(132)来支撑并旋转所述测试车辆(104)。垂直支撑结构(118)用以定位并以可释放方式固持所述摇架。移动滑车(110)具有接触表面(136)且由在所述结构和摇架固定装置下方延伸的导向件(114)承载。所述摇架旋转且响应于传感器而从所述结构释放以接触在所述移动滑车的所述接触表面上的降落撞击区内。接着，阻止所述摇架的垂直运动以防止对所述测试车辆或所述测试结构的进一步损坏。
文档编号G01N3/00GK101743464SQ200880019295
公开日2010年6月16日 申请日期2008年6月11日 优先权日2007年6月12日
发明者唐纳德·弗里德曼, 阿森·乔丹 申请人:安全测试国际公司