专利名称：汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽车安全气囊静态展开过程的测试装置。更具体地说，本实用新型涉及一种记录和模拟汽车安全气囊动态展开时的速度及加速度评估汽车安全气囊相关性能的测试缓冲装置。
背景技术：
随着汽车数量的激增和车速的提高，交通事故变得频繁和严重，汽车的安全性日益被人们所重视。汽车安全气囊是补充约束系统与三点式安全带配套使用的安全系统。作用是减少撞车带来的巨大惯性力对司乘人员造成的二次碰撞伤害，缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量，保护司乘人员安全。汽车安全气囊又分为DAB、PAB、SAB、PAS、CAB、ECU等种·类。汽车安全气囊一般由传感器(sensor)、电控单元(ECU)、气囊袋(bag)、气体发生器(infla tor)、支架等组成。当汽车的碰撞使传感器受到的冲量超过规定值时，电控单元向气体发生器发出一个触发脉冲，触发气体发生器中的雷管，雷管爆炸击穿装气体发生器的燃料盒，将固定燃料点燃并产生高温高压气体(氮气)，高温高压气体快速通过过滤器，经过滤器过滤冷却后冲入气囊袋。气囊袋在20 50ms内迅速膨胀，冲开气囊盖板和仪表板展开，与安全带配合保护车内司乘人员安全。GB/T19949. 2 一 2005/IS012097-2:1996中的气囊静态展开试验是设计汽车安全气囊及验证汽车安全气囊性能不可缺少的实验。汽车安全气囊静态展开试验主要测量汽车安全气囊展开的初始速度和初始加速度，其目的是测试气囊袋的材料、折叠方法以及不同的气体发生器对气囊袋展开综合性能的影响，推算气囊袋展开的力度，验证汽车安全气囊是否合格。同时也为车身骨架和仪表板设计提供所需要的关键数据。综合GB/T19949. 2-2005/IS012097-2:1996提供汽车安全气囊静态展开试验方法及国内现有技术，气囊袋静态展开试验采用高速摄像机记录整个气囊袋展开的过程，通过图像处理法和有限元分析法来计算气囊袋展开的形状变化量、速度及加速度，通过这些数值计算测试汽车安全气囊需要的其他参数；此方法试验成本高昂、计算量大、过程繁琐、试验数值与真实值存在误差，不能应付种类繁多的汽车安全气囊的测试任务。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在试验成本高昂、计算量大、过程繁琐、试验数值与真实值存在误差，不能应付种类繁多的汽车安全气囊的测试任务的问题，提供了一种汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置。为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置由机械部分和控制部分组成。所述的机械部分包括2个结构相同的底端定位板、缓冲腔左侧板、旋转编码器、缓冲腔盖板、加强定位板、缓冲腔右侧板、转轴、加速度传感器、定位板、传感器支撑柱、联轴器、缓冲腔左侧轴承座、缓冲腔右侧轴承座、缓冲盖板、定位块、缓冲腔前板和节流阀。相互平行的缓冲腔左侧板与缓冲腔右侧板的一窄端面和缓冲腔盖板的内侧面螺钉连接，缓冲腔前板和相互平行的缓冲腔左侧板与缓冲腔右侧板的另一窄端面螺钉连接，缓冲腔盖板的内侧面上横置有加强定位板，缓冲盖板采用螺钉和销钉和转轴固定连接，转轴通过安装在缓冲腔左侧板与缓冲腔右侧板上的缓冲腔左侧轴承座、缓冲腔右侧轴承座和2个结构相同的滚动轴承安装在缓冲腔前板的顶端，转轴的左端安装有联轴器，缓冲腔前板上端的位于缓冲盖板下方的位置安装有定位块，缓冲腔左侧板的左侧与缓冲腔右侧板的右侧的底端采用螺栓安装有结构相同的底端定位板，旋转编码器安装在转轴左侧的采用传感器支撑柱安装在缓冲腔左侧板上的定位板上，旋转编码器的输入端和转轴左端的联轴器连 接，缓冲盖板上安装加速度传感器，节流阀安装在缓冲腔前板上。技术方案中所述的缓冲腔左侧板与缓冲腔右侧板为结构相同的板类结构件，缓冲腔左侧轴承座与缓冲腔右侧轴承座为结构相同的圆盘类结构件。技术方案中所述的转轴是一阶梯轴类结构件，转轴左端设置成和联轴器配装的联轴器轴，转轴右端设置成四方体或六方体，四方体或六方体与联轴器轴里侧分别设置有和2个结构相同的轴承配装的轴承轴，四方体或六方体的直径小于轴承轴的直径而大于联轴器轴的直径，两段轴承轴之间为安装缓冲盖板的缓冲盖板轴，缓冲盖板轴的直径大于轴承轴的直径，缓冲盖板轴和其两端相邻的轴承轴分别形成一个起定位作用的轴肩，缓冲盖板轴上从左至右沿轴向设置有U字形的凹槽，缓冲盖板轴由上至下均布有和U字形的凹槽的两个长槽壁垂直的沉头螺纹通孔与锥形销钉通孔。技术方案中所述的缓冲盖板采用螺钉和销钉和转轴固定连接是指缓冲盖板一端插入转轴上的U字形的凹槽中，采用销钉定位连接，采用螺钉固定连接。与现有技术相比本实用新型的有益效果是I.本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置可应用于汽车安全气囊的设计和测试，评估气囊袋的折叠方法和气体发生器对气囊袋展开的影响，并同时为汽车车身骨架、座椅、仪表板等提供重要的设计参数。2.本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置是用来测试气囊袋静态展开时气囊袋上关键点运动的初始速度及初始加速度。汽车安全气囊展开的初始速度及初始加速度传递到缓冲盖板上，转化为缓冲盖板翻转的角速度及加速度。3.本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置可实现两自由度调整，即汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置底端装有升降装置，可以根据实验要求调整缓冲盖板与汽车安全气囊上表面的距离；汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置能前后移动，用以调整缓冲盖板上加速度传感器与汽车安全气囊上表面测试点重合。使汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置适应不同类型和不同实验要求的汽车安全气囊测试实验。4.本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置设计有缓冲保护功能，吸收缓冲盖板在完成测试后的动能，保护缓冲盖板的完整性。装置中的缓冲盖板的初始位置平行于水平面，从安装旋转编码器的一端看逆时针旋转270°，有效测试范围为0° -120° , 120° -270° 为缓冲阶段。5.本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置中的缓冲盖板采用轻质且坚固的金属构成，设计重量一般在3. Okg/m2 4. 5kg/m2。当汽车安全气囊静态展开时，缓冲盖板与汽车安全气囊展开约束板相配合运动，用来模仿汽车仪表盘在汽车安全气囊展开时的约束过程。6.本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置中的缓冲腔前板加装节流阀，用于对缓冲腔内的气压起到调节，通过对气体流量的控制完成对缓冲盖板的缓冲保护作用。7.本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置采用高速同步数据采集卡作为数据采集处理部分的核心来完成对角速度和加速度传感器信号的同步采集，大大提高汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置的采样速度和精度，缩短了开发时间，降低了开发成本，提高了汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置的可靠性。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明图I为本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置的轴侧投影图；图2为本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置结构组成的主视图；图3为本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置结构组成的右视图上的全剖视图；图4为本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置与仪表板组合的轴测投影图；图5为本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置中控制部分的结构原理框图；图中1.底端定位板，2.缓冲腔左侧板，3.旋转编码器，4.缓冲腔盖板，5.腔内加强定位板，6.缓冲腔右侧板，7.转轴，8.加速度传感器，9.底板，10.定位板，11.传感器支撑柱，12.联轴器，13.缓冲腔左侧轴承座，14.缓冲腔右侧轴承座，15.缓冲盖板，16.盖板定位块，17.缓冲腔前板，18.节流阀。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细的描述本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置是用来测试汽车安全气囊静态展开时气囊袋上关键点运动的初始速度及初始加速度。汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置中设置有旋转编码器(角速度传感器)和加速度传感器8，用来测量汽车安全气囊展开的初始速度及初始加速度转换成缓冲盖板15翻转的初始角速度及初始加速度。本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置测量的初始角速度及初始加速度是评估气囊袋的折叠方法和气体发生器对气囊展开的影响，设计汽车安全气囊的机械结构以及汽车车身骨架、座椅、仪表板等的重要参数。所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置主要有两方面功能，一方面是在汽车安全气囊展开时，将汽车安全气囊展开的初始速度及初始加速度转化为缓冲盖板15翻转的初始角速度及初始加速度；另一方面是对缓冲盖板15起到缓冲保护功能，吸收缓冲盖板15在完成测试后的动能，保护缓冲盖板15的完整性，使实验具有重复可对比性。参阅图I至图3，本实用新型所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置由机械部分和控制部分组成。所述的机械部分包括缓冲腔(缓冲腔左侧板2、缓冲腔盖板
4、加强定位板5、缓冲腔右侧板6与缓冲腔前板17)、底端定位板I、旋转编码器(角速度传感器)3、转轴7、加速度传感器8、定位板10、传感器支撑柱11、联轴器12、缓冲腔左侧轴承座
13、缓冲腔右侧轴承座14、缓冲盖板15、定位块16和节流阀18。所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置中的缓冲腔结构坚固紧凑且密闭性良好。缓冲盖板15为矩形的板类结构件，缓冲盖板15 —长边处均布有锥形销钉 通孔与安装螺钉的通孔，缓冲盖板15的中心处设置有安装加速度传感器8的螺纹通孔，缓冲盖板15采用轻质且坚固的金属构成，用来仿真汽车仪表盘上的气囊盖板。设计重量一般在3. Okg/m2 4. 5kg/m2。推荐采用蜂窝招板。所述的缓冲腔左侧板2、缓冲腔盖板4、加强定位板5、缓冲腔右侧板6和缓冲腔前板17组成了汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置中的缓冲腔。确切地说，缓冲腔左侧板2与缓冲腔右侧板6为结构相同的板类结构件，相互平行设置的缓冲腔左侧板2与缓冲腔右侧板6的一窄端面和缓冲腔盖板4的内侧面螺钉连接，缓冲腔前板17和相互平行的缓冲腔左侧板2与缓冲腔右侧板6的另一窄端面螺钉连接，缓冲腔盖板4的内侧面上安装了加强定位板5，提高缓冲腔的强度和装配精度。螺钉和销钉将缓冲盖板15和转轴7连为一体。转轴7通过安装在缓冲腔左侧板2与缓冲腔右侧板6上的缓冲腔左侧轴承座13、缓冲腔右侧轴承座14和2个结构相同的滚动轴承固定安装在缓冲腔中缓冲腔前板17的顶端。其中缓冲腔左侧轴承座13与缓冲腔右侧轴承座14为结构相同的圆盘类结构件。采用滚动轴承减少了转轴7旋转产生的摩擦力，提高整个汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置的测试精度。转轴7上加工有沿轴向的长槽，垂直长槽的侧壁方向加工有沉头螺纹孔和锥形销钉孔，用来将转轴7与缓冲盖板15链接成一个整体。转轴7的一端(左)力口工成可以与联轴器12配合安装的联轴器轴，另一端加工成方头用来安装扳手，作用是转动缓冲盖板15复位。缓冲腔前板17上端的位于缓冲盖板15下方的位置安装定位块16，用来调整缓冲盖板15的初始位置，使其保持水平。缓冲腔左右两侧的底端即缓冲腔左侧板2的左侧与缓冲腔右侧板6的右侧的底端采用螺钉固定安装有底端定位板1，通过底端定位板I将汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置固定在升降装置中的底板9 (升降台面)上。底端定位板I上设置有长条通孔，使汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置可以沿X方向移动，调整缓冲盖板15上的加速度传感器8与汽车安全气囊上表面测试点重合。汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置底端安装在升降装置中的底板9 (升降台面)上，通过升降装置调整缓冲盖板15与汽车安全气囊上表面的距离。所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置中的旋转编码器(角速度传感器)3安装在位于缓冲腔左侧板2左侧的定位板10上，旋转编码器(角速度传感器)3的输入轴通过联轴器12与转轴7左端的联轴器轴相连，可以对缓冲盖板15旋转的角度及角速度进行测量。由于实验过程短，反应快，联轴器12—般采用刚性联轴器，保证旋转编码器(角速度传感器)3测试的同步性和快速性。定位板10通过螺钉固定在三个传感器支撑柱11的左端上。传感器支撑柱11 一端加工内螺纹，另一端加工外螺纹，三个传感器支撑柱11分布在以角速度传感器(旋转编码器)3的转轴中心为半径的外圆上，提高旋转编码器(角速度传感器)3与转轴7的同心度。传感器支撑柱11外螺纹一(右)端可代替螺钉将缓冲腔左侧轴承座13固定在缓冲腔左侧板2上，使旋转编码器(角速度传感器)3的输入轴与转轴7的旋转中心线重合。缓冲盖板15上安装加速度传感器8，用来测量缓冲盖板15的瞬时加速度。所述的转轴7是一阶梯轴类结构件，它由以下几部分构成转轴7左端设置成和联轴器12配装的联轴器轴，直径尺寸为最小，转轴7右端设置成四方体或六方体，便于和扳手配合。四方体或六方体与联轴器轴里侧分别设置有和结构相同的轴承配装的结构相同的轴承轴。四方体或六方体的直径小于轴承轴的直径而大于联轴器轴的直径。两段结构相同的轴承轴之间为安装缓冲盖板15的缓冲盖板轴，缓冲盖板轴直径为最大，即大于轴承轴的直径，缓冲盖板轴和其两端相邻的轴承轴分别形成一个起定位作用的轴肩，两个轴肩分别和结构相同的轴承内环端面接触连接实现轴向定位。联轴器轴的回转轴线、四方体或六方体 的对称轴线、2段轴承轴的回转轴线与缓冲盖板轴的回转轴线共线。缓冲盖板轴上从左至右沿轴向设置有U字形的凹槽，U字形的凹槽的两个长槽壁面相互平行并和槽底面垂直，凹槽的两个长槽壁面与槽底面和转轴7的回转轴线平行，U字形的凹槽的两个长槽壁面相对于转轴7的回转轴线对称设置。缓冲盖板轴由上至下均布有和U字形的凹槽的两个长槽壁面垂直的沉头螺纹通孔与锥形销钉通孔。缓冲盖板15 —端插入转轴7上的U字形的凹槽中，然后采用销钉与螺钉进行定位与固定。参阅图4，所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置中的缓冲盖板15上可与气囊展开的约束板组合，对汽车仪表板，座椅外表面进行仿真。当实验的目的是模仿汽车安全气囊冲破仪表板，推开汽车安全气囊盖板展开的过程，测试气囊盖板，仪表板等外部因素对汽车安全气囊展开的影响，为汽车安全气囊的总体设计提供参数。所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置的工作过程将缓冲盖板15转动到初始位置即缓冲盖板15打开到水平位置，调整汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置X方向的位置并固定在试验台升降机构中的底板9上，使缓冲盖板15上的加速度传感器8与汽车安全气囊上表面中心点重合。缓冲盖板15与汽车安全气囊上表面在Z方向上的间距可根据实验要求，通过试验台升降机构进行调整。当安全气囊展开的瞬间，缓冲盖板15受到气囊袋瞬间膨胀产生的冲击力，开始高速旋转。此时，加速度传感器8和旋转编码器(角速度传感器)3开始采集缓冲盖板15的加速度和角速度值。汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置中的缓冲盖板15的运动过程分为3个阶段即测试阶段、缓冲阶段和回收阶段。测试阶段范围在0° -120°，此阶段模仿汽车仪表盘在汽车安全气囊展开时气囊盖板的运动过程，测试汽车安全气囊静态展开时气囊袋上关键点运动的初速度及加速度和缓冲盖板15受气囊袋展开的冲击力后翻转的角速度及加速度。缓冲阶段在120° -180°，作用是吸收缓冲盖板15在完成测试后的动能，保护缓冲盖板15，利用腔内空气将缓冲盖板15的速度降低到零。回收阶段在180° -270°，缓冲盖板受重力自由旋转下落，转动到最终位置。缓冲腔前板17中心位置安装有节流阀18，作用是在缓冲阶段通过控制缓冲腔排除气体的流量，调节缓冲腔内和缓冲腔外的气压差值，达到对缓冲盖板15的缓冲保护功倉泛。缓冲腔中的缓冲腔盖板4的圆弧圆心与缓冲盖板15的旋转圆心不同心，使缓冲盖板15相对于缓冲腔中的缓冲腔盖板4偏心旋转。缓冲盖板15运动的圆弧轨迹相对于缓冲腔盖板4的圆弧圆心形成一条阿基米德螺线，即缓冲盖板15与缓冲腔盖板4的间隙随旋转角度增大逐渐变小，这样更好的增强缓冲效果。缓冲腔的设计尺寸、排气孔尺寸和间隙及内外平衡压力差可通过以下一组流体力学计算公式换算得出。缓冲盖板15在缓冲状态下旋转时，缓冲腔内气压的变化通过公式
权利要求1.一种汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置，包括机械部分，其特征在于，所述的机械部分包括2个结构相同的底端定位板(I)、缓冲腔左侧板(2)、旋转编码器(3)、缓冲腔盖板(4)、加强定位板(5)、缓冲腔右侧板(6)、转轴(7)、加速度传感器(8)、定位板(10)、传感器支撑柱(11)、联轴器(12)、缓冲腔左侧轴承座(13)、缓冲腔右侧轴承座(14)、缓冲盖板(15 )、定位块(16 )、缓冲腔前板(17 )和节流阀(18 ); 相互平行的缓冲腔左侧板(2)与缓冲腔右侧板(6)的一窄端面和缓冲腔盖板(4)的内侧面螺钉连接，缓冲腔前板(17)和相互平行的缓冲腔左侧板(2)与缓冲腔右侧板(6)的另一窄端面螺钉连接，缓冲腔盖板(4)的内侧面上横置有加强定位板(5)，缓冲盖板(15)采用螺钉和销钉和转轴(7)固定连接，转轴(7)通过安装在缓冲腔左侧板(2)与缓冲腔右侧板(6)上的缓冲腔左侧轴承座(13)、缓冲腔右侧轴承座(14)和2个结构相同的滚动轴承安装在缓冲腔前板(17)的顶端，转轴(7)的左端安装有联轴器(12)，缓冲腔前板(17)上端的位于缓冲盖板(15)下方的位置安装有定位块(16)，缓冲腔左侧板(2)的左侧与缓冲腔右侧板(6)的右侧的底端采用螺栓安装有结构相同的底端定位板(1)，旋转编码器(3)安装在转轴(7)左侧的采用传感器支撑柱(11)安装在缓冲腔左侧板(2)上的定位板(10)上，旋转编码器(3)的输入端和转轴(7)左端的联轴器(12)连接，缓冲盖板(15)上安装加速度传感器(8),节流阀(18)安装在缓冲腔前板(17)上。
2.按照权利要求I所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置，其特征在于，所述的缓冲腔左侧板(2 )与缓冲腔右侧板(6 )为结构相同的板类结构件，缓冲腔左侧轴承座(13)与缓冲腔右侧轴承座(14)为结构相同的圆盘类结构件。
3.按照权利要求I所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置，其特征在于，所述的转轴(7)是一阶梯轴类结构件，转轴(7)左端设置成和联轴器(12)配装的联轴器轴，转轴(7)右端设置成四方体或六方体，四方体或六方体与联轴器轴里侧分别设置有和2个结构相同的轴承配装的轴承轴，四方体或六方体的直径小于轴承轴的直径而大于联轴器轴的直径，两段轴承轴之间为安装缓冲盖板(15)的缓冲盖板轴，缓冲盖板轴的直径大于轴承轴的直径，缓冲盖板轴和其两端相邻的轴承轴分别形成一个起定位作用的轴肩，缓冲盖板轴上从左至右沿轴向设置有U字形的凹槽，缓冲盖板轴由上至下均布有和U字形的凹槽的两个长槽壁垂直的沉头螺纹通孔与锥形销钉通孔。
4.按照权利要求I所述的汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置，其特征在于，所述的缓冲盖板(15)采用螺钉和销钉和转轴(7)固定连接是指缓冲盖板(15)—端插入转轴(7)上的U字形的凹槽中，采用销钉定位连接，采用螺钉固定连接。
专利摘要本实用新型公开了汽车安全气囊展开速度及加速度测试缓冲装置，其包括缓冲腔左侧板、旋转编码器、缓冲腔盖板、缓冲腔右侧板、转轴、加速度传感器、联轴器、缓冲盖板、缓冲腔前板和节流阀。缓冲腔左侧板与缓冲腔右侧板的一窄边和缓冲腔盖板的内侧面螺钉连接，缓冲腔前板和缓冲腔左侧板与缓冲腔右侧板的另一窄边螺钉连接，缓冲盖板和转轴固定连接，转轴通过缓冲腔左侧轴承座、缓冲腔右侧轴承座和滚动轴承安装在缓冲腔前板的顶端，转轴的左端安装有联轴器，缓冲腔前板的上端安装有定位块，缓冲腔左侧板的左侧与缓冲腔右侧板的右侧的底端安装有底端定位板，旋转编码器的输入端和联轴器连接，缓冲盖板上安装有加速度传感器，节流阀安装在缓冲腔前板上。
文档编号G01M17/007GK202710316SQ201220392029
公开日2013年1月30日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者高印寒, 杨开宇, 张澧桐, 高乐, 顾军杰 申请人:吉林大学