一种安全带试验用假人重心测量装置的制作方法

本实用新型涉及汽车安全检测领域，尤其涉及一种安全带试验用假人重心测量装置。

背景技术：

在汽车安全检测领域，安全带试验用假人是最常用的假人之一，其中最为常见的是tno-10假人，主要用于汽车碰撞模拟实验中安全带动态测试及其研发试验，其物理质量与外形尺寸是按照50％的人体分布设计的。该假人在碰撞试验中为适用配重，设计中去除了前臂，并仅有一只小腿。

标准gb14166-2013附录d中对安全带试验用假人坐姿时重心的空间位置做出了规定，并且，在标准的不断修改完善过程中，假人重心的高度也有一系列变化，重心高从77版、82版的464±4mm变为464±10mm，到2000年变为454±10mm，一直沿用到现在。这些数据的变化对我们假人的生产制造就会产生一定的影响。

在安全带动态测试试验中，通过调整假人配重的位置，改变假人重心进行安全带动态测试时，试验数据会有明显差异。假人重心位置的改变，会对安全带动态测试所得到的胸部位移和臀部位移产生影响，从而影响安全带的测试结论，由此说明，假人重心的位置对安全带性能的判定是有较大影响的。

法规中虽然对安全带试验用假人的重心做出了要求，试验中也发现假人重心对安全带测试结果有影响，但目前国内还没有合适的方法和装置对假人重心进行测量，评判其是否在法规要求的范围内。因此，迫切需要一种安全带试验用假人重心的测量技术。

技术实现要素：

针对目前匮乏安全带试验用假人重心测量技术的技术缺陷，本实用新型提供一种安全带试验用假人重心测量装置及测量方法，利用本实用新型可以检测出假人重心的空间位置，评判其是否满足法规要求，同时用于指导假人的生产；并且，利用该测量装置和方法测出的数据可以为安全带测试及其研究试验提供参考。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

本实用新型提供一种安全带试验用假人重心测量装置，其包括：

座椅、轴承组件、支架、力传感器及被测假人；

所述座椅包括椅面、靠背和椅踏板，所述椅面与水平呈一定夹角，所述靠背与椅面垂直；所述被测假人的臀部放置在座椅的椅面上，背靠贴合靠背；所述椅踏板设置在椅腿下方，所述被测假人的脚搭载在所述椅踏板上；所述座椅的重心位于法规所要求的标准假人理论重心位置；

所述座椅通过两套所述轴承组件与支架相连，座椅能绕轴承组件的轴线在一定范围内旋转；两套所述轴承座组的轴线共线且穿过所述座椅重心；

所述力传感器设置在所述支架下方四个角位置。

更优选地，所述座椅还包括：

更优选地，所述测量装置还包括：

角度调节尺；

所述角度调节尺固定在支架上，其中间有一段弧形槽孔，所述弧形槽孔所对应的中心与座椅重心在一条直线上。

更优选地，

所述轴承组件包括轴承座组和转轴，所述轴承座组安装于支架的立柱上，并通过转轴与所述假人座椅上设置一端带有轴套的连杆相连。

更优选地，所述椅面与水平之间的夹角为10°。

由上述本实用新型的技术方案可以看出，本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型提供的测量装置结构简单，易于实现，制造成本较低；

2.本实用新型中设计的座椅重心与被测假人的理论重心重合，结构与法规要求一致，通过测量旋转座椅前后的两组数据即可得出被测假人的真实重心，因此能够在测量实验过程中减少测量中的变量，得出的结果更具说服力；

3.本实用新型既可用于检测安全带试验用假人是否合格，又可为研究假人重心对安全带试验的影响提供数据依据。

附图说明

图1为本实用新型的安全带试验用假人重心测量装置的主视图；

图2为本实用新型的安全带试验用假人重心测量装置的轴测图；

图3为本实用新型中的传感器分布示意图；

图4为本实用新型中的座椅旋转α角时坐标系变化示意图；

图5为标准gb14166-2013中对安全带试验用假人重心要求示意图；

附图中：

1-假人座椅、2-轴承组件、3-支架、4-角度调节尺、5-力传感器、6-脚撑、7-被测假人；1.1-椅面、1.2-靠背、1.3-脚垫；2.1-轴承座、2.2-轴承；3.1-立柱、3.2-横撑；5.1-s1力传感器、5.2-s2力传感器、5.3-s3力传感器、5.4-s4力传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

本实用新型提供一种安全带试验用假人重心测量装置，其结构如图1、图2、图4所示，包括：座椅1、轴承组件2、支架3、角度调节尺4、力传感器5、脚撑6及被测假人7。

上述座椅1通过轴承组件2与支架3相连，座椅1可绕轴承组件2的轴线在一定范围内旋转，改变被测假人7的坐姿，以此来获得多组测量数据。

上述安全带试验用假人重心测量装置中的各个零部件的功能和结构具体如下：

座椅1：

座椅1是按照gb14166-2013附录d中安全带试验中假人坐姿要求设计，其包括椅面1.1、靠背1.2、椅腿、椅踏板和脚垫1.3，椅面1.1平面与靠背1.2平面相互平垂直，椅面1.1与水平面的夹角为10°；椅腿位于椅面1.1的四个角的下方，下端与椅踏板相连，该椅踏板用于搭载被测假人的脚部；为了更稳定地固定好被测假人，该椅踏板上倾斜连接有脚垫1.3，被测假人的脚贴合在该脚垫1.3上；为了适合不同的假人，该脚垫1.3的水平位置可调，如通过丝杆螺母方式调节、或者通过滑道滑块组合方式调节脚垫的位置。该假人座椅1还包括一端带有轴套、另一端连接在椅面两侧的连杆。被测假人7臀部放置在椅面1.1上，背部贴合靠背1.2，座椅1的重心(图中的g点)位于法规中所要求的标准假人理论重心位置。

支架3：

支架3由两个倒t字型组件组成，每个倒t字型组件包括立柱3.1和横撑3.2，分别位于座椅1两侧，用于支撑座椅1。

轴承组件2：

轴承组件2有两套，每一套均包括轴承座组2.1和转轴2.2，轴承座组2.1安装于支架3的立柱3.1上，并通过转轴2.2与座椅1上的连杆的轴套相连；两个轴承座组2.1的轴线共线且穿过座椅1重心(图1中的g点)；假人座椅1可绕其轴承座组2.1的轴线进行旋转；

角度调节尺4：

角度调节尺4为一段弧形板材，中间是一段弧形槽孔，用于调节和固定假人座椅1的位置，改变被测假人7的坐姿；该角度调节尺4固定在支架3上，其弧形槽孔所对应的中心与假人座椅1重心在一条直线上；该角度调节尺4上标有角度刻度。调节被测假人7坐姿时，安装于假人座椅1上的锁紧螺栓随座椅1沿角度调节尺4的弧形槽孔移动，到指定角度时拧紧锁紧螺栓，固定假人座椅1；

力传感器5：

力传感器5共有四个，分别对称安装于支架3的四角的下部，用以测量被测假人7不同坐姿时对支架3四角的压力；

脚撑6：

脚撑6共有四个，用于支撑整个装置，其设置在支架3的横撑3.2底部四个角位置。通过调节该脚撑6的高度可调节支架3的高度，以便用于调平支架3。该脚撑6分别与力传感器5相连，通过力传感器5能够测量

在利用上述安全带试验用假人重心测量装置来实施测量时，需要在所述重心测量装置中建立两个笛卡尔坐标系，如图3中的绝对坐标系(o-xyz)和工件坐标系(o0-x0y0z0)。绝对坐标系o-xyz位于支架上，相对地面保持不动；工件坐标系o0-x0y0z0位于假人座椅1上，随假人座椅1转动，即被测假人7在工件坐标系中的坐标g0(x0，y0，z0)是不变的；如图2所示，工件坐标系是由绝对坐标系绕x轴旋转一固定角度α得到的，两坐标系原点o与o0为空间内同一点，即假人座椅1的重心g点；绝对坐标系的x轴与工件坐标系的x0轴为空间内同一直线，即假人座椅1的旋转轴线。

如图3所示，在上述重心测量装置中，测量得到四个力传感器5(分别标记为：s1力传感器5.1、s2力传感器5.2、s3力传感器5.3、s4力传感器5.4)在x方向的距离为l1，在y方向的距离为l2；四个传感器的中心在xoy平面的投影与原点o重合。

建立好上述两个坐标系后，可以利用本实用新型中的测量装置结合上述坐标系得到被测假人重心在工件坐标中的坐标值g0(x0，y0，z0)。

实施例一的工件原理具体如下：

当座椅1处于初始位置时，即使椅面1.1与水平面所成夹角θ0＝10°，此时被测假人的绝对坐标系与工件坐标系重合，被人假人的绝对坐标g(x，y，z)与工件坐标g0(x0，y0，z0)有如下关系：

当座椅绕x轴旋转一定角度α后，结合如下圆心过原点圆的参数方程

其中，r为圆的半径；x，y分别表示圆上的点在x轴和y轴上的坐标值；θ为参数，即圆上点和圆心的连线与x轴所形成的的夹角。

可以推导得出当座椅1绕x轴旋转一定角度α后，此时的被测假人绝对坐标g'(x'，y'，z')与工件坐标g0(x0，y0，z0)有如下关系：

此时，以被测假人为研究对象，分别对x轴和y轴列力矩平衡方程：

式中：

l1、l2—力传感器在绝对坐标系中x轴和y轴方向对应的距离；

f1、f2、f3、f4—座椅在初始位置时，四个力传感器s1、s2、s3、s4

对应的示数；

g0—假人总重力；

f1'、f2'、f3'、f4'—座椅转动α角后，四个力传感器s1、s2、s3、s4

对应的示数。

由此算得：

其中的参数含义与公式4中的相同，这里不再描述。

此时，以被测假人为研究对象，同理可得：

其中的l1、l2参数的含义与公式(4)中的相同，这里不再描述。

f1'、f2'、f3'、f4'—座椅1转动α角时，四个力传感器s1、s2、s3、s4对应的示数。

综合(3)(5)(6)式，可求得被测假人重心在工件坐标中的坐标值g0(x0，y0，z0)：

其中的参数与上述公式中的相同，这里不再详细描述。

由此可以推导出，只要测量出假人座椅1在初始位置时的四个力传感器的数据，以及假人座椅1旋转一定角度α后的四个传感器的数据，即可计算出被测假人重心在工件坐标中的坐标值g0(x0，y0，z0)。

由此测量计算出的被测假人7重心在工件坐标中的坐标值g0(x0，y0，z0)即为被测假人的理论重心相对坐标，将其与法规要求范围(如图5所示的尺寸和参数，其中的g点为人体模型的重心；t点为人体模型的躯干参考点，其位于人体模型中心线后方；p点为人体模型骨盆参考点，其位于人体模型中心线后方，该p点位移的测量不包括绕臀部轴和垂直轴的旋转部分；图5中的尺寸单位为毫米)进行对比，即可求得被测假人在法规要求的坐姿时对应重心的真实坐标(xg，yg，zg):

根据求得的被测假人在法规要求的坐姿时对应重心的真实坐标(xg，yg，zg)值，判断假人重心是否满足法规要求，即yg在396±10mm范围内，同时zg在454±10mm范围内，则说明被测假人7的重心满足要求，否则不满足。

总而言之，利用本实用新型可以有效测出安全带试验用假人按照法规gb14166-2013要求的坐姿时的重心。同时，利用该测量方法，通过改变座椅结构，还可以用于测量其他假人相应坐姿时的重心位置，为汽车安全碰撞模拟试验提供更多的数据参考。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。