一种车辆侧面模拟碰撞试验装置及试验方法与流程

1.本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种车辆侧面模拟碰撞试验装置及试验方法。


背景技术：

2.据统计，在车辆碰撞导致的各类交通事故中，侧面碰撞以30％的发生概率居于第二位，仅次于正面碰撞。由于汽车侧面结构的刚度、吸能空间相比前部和尾部结构更小，从而侧面碰撞对乘员造成的伤害会比其他形式的碰撞造成的伤害更大。世界范围内各个国家与地区对汽车侧面碰撞安全性都有明确要求并将其纳入碰撞安全法规中，汽车侧面碰撞研究对于保护人民的生命财产具有十分重要的意义。由于实车侧面碰撞试验需要耗费较多的时间和费用，而可以复现整车试验过程的侧面模拟碰撞试验具有成本低、重复性好、用时短等优点，因此侧面模拟碰撞试验在整车开发过程中具有重要作用。
3.车辆侧面模拟碰撞试验装置和方法是整车和零部件开发过程中必不可少的开发手段，能够用于验证车门、座椅、安全气囊、内饰件等零件组成的侧面约束系统性能。目前国内各大检测机构及主机厂采用的侧面模拟碰撞试验方法类似，主要用可移动台车去撞击固定在另外一个可移动平台上面的车门，而这种方法由钢丝绳牵引移动台车撞击车门，试验精度较差，试验成本较高。
4.因此，亟需一种新型的车辆侧面模拟碰撞试验装置以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种车辆侧面模拟碰撞试验装置，能够准确地模拟整车侧面碰撞试验中假人的伤害值，提高模拟精度，降低试验成本；本发明的另外成的目的还在于提供一种车辆侧面模拟碰撞试验方法。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种车辆侧面模拟碰撞试验装置，包括：
7.底板(1)；
8.车门固定机构(2)，包括基座(21)、安装架(22)和支撑件(23)，所述基座(21)安装在所述底板(1)上，所述安装架(22)安装在所述基座(21)的安装面上，车门(100)安装在所述安装架(22)上，所述支撑件(23)设置在所述安装架(22)和所述车门(100)之间，且所述支撑件(23)与所述车门(100)的相对位置与整车试验中台车支撑件与车门的相对位置一致；
9.座椅运动机构(3)，座椅(200)安装在所述座椅运动机构(3) 上，所述座椅运动机构(3)用于带动所述座椅(200)相对所述车门 (100)运动；
10.所述车门固定机构(2)还包括吸能组件，所述吸能组件用于限制所述座椅(200)与所述车门(100)发生刚性碰撞。
11.作为优选方案，所述支撑件(23)为蜂窝铝。
12.作为优选方案，所述吸能组件包括吸能座(24)和吸能管，所述吸能座(24)安装在所述安装架(22)的下部，所述吸能管可替换地安装在所述吸能座(24)上，所述吸能管向靠
近所述座椅(200)的方向延伸。
13.作为优选方案，所述座椅运动机构(3)包括导轨(31)和滑台(32)，所述导轨(31)安装在所述底板(1)上，且所述导轨(31)的延伸方向与所述基座(21)的安装面垂直，所述滑台(32)可滑动地安装在所述导轨(31)上，所述座椅(200)安装在所述滑台(32)上。
14.作为优选方案，所述座椅运动机构(3)还包括缓冲组件，所述缓冲组件安装在所述底板(1)上且靠近所述车门(100)设置，所述滑台(32)能够与所述缓冲组件的缓冲端抵接。
15.作为优选方案，所述缓冲组件包括缓冲座(33)和弹性件(34)，所述缓冲座(33)安装在所述底板(1)上且靠近所述车门(100)设置，所述弹性件(34)的一端安装在所述缓冲座(33)中，所述滑台 (32)能够与所述弹性件(34)的另一端抵接。
16.作为优选方案，所述座椅运动机构(3)还包括缓冲块(35)，所述导轨(31)的两端均设置有所述缓冲块(35)。
17.作为优选方案，所述滑台(32)包括滑块(321)、安装板(322) 和底座(323)，所述滑块(321)可滑动地安装在所述导轨(31)上，所述安装板(322)安装在所述滑块(321)上，所述底座(323)安装在所述安装板(322)上，所述座椅(200)安装在所述底座(323)上。
18.作为优选方案，所述安装架(22)包括框架(221)和支座(222)，所述框架(221)安装在所述基座(21)的安装面上，所述支座(222) 的一端与所述框架(221)可拆卸连接，另一端与所述车门(100)固定连接。
19.一种车辆侧面模拟碰撞试验方法，包括步骤：
20.s1，从整车侧面碰撞试验中获取车门上对应的假人损伤最大的位置的加速度波形；
21.s2，将该加速度波形简化处理；
22.s21，利用梯形法数值积分的基本原理计算加速度的波形的速度波形并进行初次等效简化处理；
23.s22，将该初次等效简化处理后的速度波形进行滤波处理后微分形成新的加速度波形；
24.s23，对新的加速度波形再次简化处理形成最终的加速度波形；
25.s3，将最终的加速度波形输入加速度台车系统的控制台中，控制台控制车辆侧面模拟碰撞试验装置执行碰撞，以准确模拟整车实验中人的损伤。
26.作为优选方案，所述步骤s1中，所述车门上对应的人损伤最大的位置的加速度波形包括：t＝t1ms～t
12
ms时胸部上肋骨位置的加速度波形；t＝t1ms时，侧面气囊和假人碰撞的位移。
27.作为优选方案，所述步骤s21中，利用梯形法数值积分的基本原理计算加速度的波形的速度波形的步骤包括：
28.将梯形法数值积分的基本原理
[0029][0030]
简化为
[0031][0032]
其中，vn为第n时刻的速度，an为第n时刻的加速度值；
[0033]
利用公式(2)计算出加速度波形的速度波形。
[0034]
作为优选方案，所述步骤s21中初次等效简化处理的步骤包含侧面气囊与假人作用起始时刻t1ms前0～t1ms时间段的简化和侧面气囊与假人作用时间段t1ms～t2ms的简化，其中，
[0035]
0～t1ms时间段的简化步骤为：利用所述速度波形计算t＝t1ms时的位移，计算方法为：
[0036][0037][0038]
使所述速度波形t＝0～t1ms时间段波形与x轴围成的面积与计算的 t1ms时刻的位移相等，根据公式(4)求出t1ms时刻的速度，以将速度波形0～t1ms时间段等效成线性；
[0039]
t1ms～t2ms时间段等效方法：根据公式(2)求出t＝t2ms时刻的速度，将t1ms～t2ms时间段的速度简化成线性波形。
[0040]
作为优选方案，所述步骤s23中对新的加速度波形再次等效简化的步骤包括：
[0041]
取新的加速度波形的第一个拐点坐标为(t1’,c)，c为常数，将 (0,t1’)区间内的波形等效成抛物线形成二次函数，且利用等效后形成的波形与原波形所围成的面积差的绝对值最小，以得到二次函数的三个系数，将系数带入二次函数计算，以进一步简化将新的加速度波形。
[0042]
作为优选方案，所述步骤s23中，取新的加速度波形的第一个拐点其坐标为(t1’,c)，将(0,t1’)区间内的波形等效成抛物线形成二次函数，等效原则为：在(0,t1’)区间内找到点t2’，令t1’＝αt2’，抛物线通过坐标原点与点(t1’,c)，得到
[0043][0044]
等效后的波形与原波形所围成的面积分别为s1、s2，令i＝|s1-s2|
[0045][0046][0047]
t
′1＝αt
′2[0048]
当i最小时，确定系数α，α确定后，则可以确定二次函数的三个系数。
[0049]
本发明提供的车辆侧面模拟碰撞试验装置与现有技术相比，其有益效果在于：
[0050]
本发明提供的车辆侧面模拟碰撞试验装置，通过在安装架和车门之间设置支撑件，并使支撑件与车门的相对位置与整车试验中台车支撑件与车门的相对位置一致，可以还原车门的支撑刚度，从而实现了假人伤害值的复现，能够较准确地模拟整车侧面碰撞试验中假人的伤害值，提高模拟精度，同时，本发明提供的车辆侧面模拟碰撞试验装置，结构简单，原理可靠，使用方便，试验成本低，同时可以极大地辅助降低侧面约束系统的开发成本和周期。
[0051]
本发明提供的车辆侧面模拟碰撞试验方法既能满足设备性能要求，又能满足车辆侧面模拟碰撞试验装置试验需求，通用性强，可用于别的项目开发。
附图说明
[0052]
图1是本发明实施例提供的车辆侧面模拟碰撞试验装置的结构示意图；
[0053]
图2是本发明实施例提供的车门固定机构的结构示意图；
[0054]
图3是本发明实施例提供的座椅运动机构的结构示意图；
[0055]
图4为原始的侧面加速度波形；
[0056]
图5为原始的侧面加速度波形的速度波形；
[0057]
图6为简化后的速度波形；
[0058]
图7对简化后速度波形之后并进行滤波处理的波形；
[0059]
图8为最终的加速度波形。
[0060]
图中：
[0061]
100-车门；200-座椅；
[0062]
1-底板；
[0063]
2-车门固定机构；21-基座；211-安装孔；22-安装架；221-框架； 222-支座；23-支撑件；24-吸能座；
[0064]
3-座椅运动机构；31-导轨；32-滑台；321-滑块；322-安装板； 323-底座；33-缓冲座；34-弹性件；35-缓冲块。
具体实施方式
[0065]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0066]
如图1-图3所示，本实施例提供一种车辆侧面模拟碰撞试验装置，包括底板1、车门固定机构2和座椅运动机构3。车门固定机构2包括基座21、安装架22和支撑件23，基座21安装在底板1上，安装架22 安装在基座21的安装面上，车门100安装在安装架22上，支撑件23 设置在安装架22和车门100之间，且支撑件23与车门100的相对位置与整车试验中台车支撑件与车门的相对位置一致。座椅运动机构3 座椅200安装在座椅运动机构3上，座椅运动机构3用于带动座椅200 相对车门100运动，车门固定机构2还包括吸能组件，吸能组件用于限制座椅200与车门100发生刚性碰撞。
[0067]
由于整车试验中台车支撑件为蜂窝铝，所以在本实施例中，支撑件23也为蜂窝铝。
[0068]
根据假人伤害值主要是受侧气囊受车门挤压决定，因此核心内容为确保侧气囊与假人作用时车门100与座椅200的相对位置、作用时间段内车门100的速度曲线均与整车试验一致。首先以上述核心内容为目标进行加速度波形调试并将调试结果与整车试验进行对比，进而根据对比结果调整座椅200和车门100的相对位置。
[0069]
本实施例提供的车辆侧面模拟碰撞试验装置的工作过程主要包括加速度波形调试阶段和试验装置准备阶段，具体过程如下：
[0070]
(1)进行加速度波形调试：从整车侧面碰撞试验中分别获取车门上对应假人损伤最大位置的加速度波形(一般为胸部上肋骨位置)、侧面气囊与假人作用时间段(一般为20ms～40ms，其他时间段假人与侧气囊分离，不会对假人造成损伤)。将获取的加速度波形导入现有的加速台车试验系统中调试，直到满足如下条件：
①
侧面气囊和假人作用时间段内的车门速度曲线与整车试验基本一致；
②
侧面气囊和假人作用起始时刻车门和座椅的相对位置与整车试验一致。如果速度曲线和位置无法同时保证满足要求，则优先满足速度曲线条件，然后根据车门位移差值在试验初始位置设定时进行调整补偿，如整车试验中20ms 时车门运动位移为35mmm(相对假人侵入大)，加速度波形调试完毕后 20ms时车门位移为30mm(侵入偏小)，则将座椅与车门在整车试验中沿导轨方向的间隔缩小5mm，从而补偿波形调试中位移的差值。
[0071]
(2)进行试验装置准备：将底板1固定于现有加速台车试验系统平台上，接着将基座21固定在底板1上，根据整车试验中台车蜂窝铝与车门的相对位置调整本装置中支撑件23的位置，将车门100(含b 柱)、支撑件23和安装架22固定成一体。接着根据整车试验中车门与座椅在x、z向的相对位置关系分别将安装架22与基座21固定，座椅运动机构3与底板1固定牢固。在座椅运动机构3上安装座椅200，再根据整车中座椅与车门在y向的相对位置、加速度调试结果中车门位移和整车试验中车门位移差值，调整装置中车门100与座椅200的相对位置。接着在b柱上安装安全带、座椅200上摆放、调整假人，最后利用现有的加速台车试验系统开始试验，使得车门100连同安装架 22、基座21、底板1等严格按照调试后的加速度波形运动，座椅200 通过座椅运动机构3可以在底板1上运动，从而准确地模拟出整车试验中假人损伤。
[0072]
本实施例提供的车辆侧面模拟碰撞试验装置，通过在安装架22和车门100之间设置支撑件23，并使支撑件23与车门100之间的相对位置与整车试验中台车支撑件与车门的相对位置一致，可以还原车门100 的支撑刚度，从而实现了假人伤害值的复现，能够较准确地模拟整车侧面碰撞试验中假人的伤害值，提高模拟精度；同时通过设置吸能组件能够缓冲试验过程中座椅200的运动，防止座椅200与车门100发生硬性碰撞。本发明提供的车辆侧面模拟碰撞试验装置，结构简单，原理可靠，使用方便，试验成本低，同时可以极大地辅助降低侧面约束系统的开发成本和周期。
[0073]
本实施例提供的车辆侧面模拟碰撞试验装置，每次试验中底板1、基座21、安装架22和车门100等部件都是按照调试后的加速度波形运动，保证了车门100等运动状态的一致性，从而保证了试验具有较高的重复性；另外，该装置适用于不同的车型，当切换车型时，只需要更换加速度波形和车门100，因此具有较高的通过性。
[0074]
在本实施例中，底板1呈矩形。底板1由7075高强度铝合金支撑，确保底板1具有较高的强度。
[0075]
可选地，基座21呈四分之一圆柱体状，其中一个矩形平面作为安装架22的安装面，另一个矩形平面作为与底板1的贴合面。按照此种方式设计，不仅有利于保证基座21自身安装的稳定性，而且有利于保证基座21对安装架22支撑的稳定性。进一步地，基座21与底板1之间通过螺栓固定连接。
[0076]
具体地，安装架22包括框架221和支座222，框架221安装在基座21的安装面上，支座222的一端与框架221可拆卸连接，另一端与车门100固定连接。进一步地，支座222与框架
221之间通过螺栓连接固定。支座222与车门100之间通过焊接固定。当更换不同车型的车门100时，只需要将支座222与框架221之间的螺栓拆除。
[0077]
优选地，基座21的安装面和框架221的背面上均设置有多个供紧固件选择性穿过的安装孔211，以调节框架221在基座21上的安装位置。根据不同的车型可以调整框架221在基座21上的安装位置，以便满足不同的试验要求，扩大装置的适用范围。
[0078]
具体地，基座21安装面上的安装孔211呈矩形阵列，且安装孔211 按照30mm
×
30mm的间距设置。
[0079]
在本实施例中，框架221呈π形。框架221由高强度钢材制成。
[0080]
可选地，吸能组件包括吸能座24和吸能管，吸能座24安装在安装架22的下部，吸能管可替换地安装在吸能座24上，吸能管向靠近座椅200的方向延伸。碰撞试验后，如果吸能管发生损坏则可以将新的吸能管替换安装到吸能座24上。
[0081]
优选地，多个吸能座24沿车门100的宽度方向间隔排列。
[0082]
具体地，在本实施例中，吸能座24通过螺栓固定在框架221的下部。
[0083]
如图3所示，座椅运动机构3包括导轨31和滑台32，导轨31安装在底板1上，且导轨31的延伸方向与基座21的安装面垂直，滑台 32可滑动地安装在导轨31上，座椅200安装在滑台32上。通过滑台 32在导轨31上滑动，进而带动座椅200相对车门100运动。
[0084]
为保证滑台32和座椅200滑动的稳定性，两根导轨31间隔且平行设置在底板1上，滑台32可滑动地架设在两根导轨31上。进一步地，导轨31通过螺栓与底板1连接固定。
[0085]
优选地，导轨31采用高强度不锈钢材料制成，确保具有较高强度从而试验中不会变形。
[0086]
可选地，滑台32包括滑块321、安装板322和底座323，滑块321 可滑动地安装在导轨31上，安装板322安装在滑块321上，底座323 安装在安装板322上，座椅200安装在底座323上。本实施例提供的安装板322呈矩形。底座323通过螺栓固定在安装板322上。
[0087]
具体地，在本实施例中，底座323包括四个支腿和四根连接杆，四个支腿分别位于安装板322的四个角部，位于安装板322同一边缘的两个支腿之间用一根连接杆连接，以保证底座323的结构稳定性。进一步地，支腿的顶部设置有固定孔，用于固定座椅200。优选地，底座323根据整车试验中座椅200与车门100的z向(竖直方向)相对位置设计，采用方管焊接，其作用是既能固定座椅200，又能通过与滑台32配合使座椅200在导轨31上稳定自由移动。
[0088]
优选地，座椅运动机构3还包括缓冲组件，缓冲组件安装在底板1 上且靠近车门100设置，滑台32能够与缓冲组件的缓冲端抵接，以缓冲滑台32的运动。
[0089]
可选地，缓冲组件包括缓冲座33和弹性件34，缓冲座33安装在底板1上且靠近车门100设置，弹性件34的一端安装在缓冲座33中，滑台32能够与弹性件34的另一端抵接。在本实施例中，安装板322 的底部设置有挡块，通过挡块与弹性件34抵接，使弹性件34压缩，进而起到对滑台32的缓冲作用。具体地，弹性件34为弹簧。
[0090]
优选地，座椅运动机构3还包括缓冲块35，导轨31的两端均设置有缓冲块35。缓冲块35可以进一步起到对滑台32的缓冲作用。在本实施例中，两根导轨31的两端均设置有缓冲块35。可选地，缓冲块 35为聚氨酯块。
[0091]
一种车辆侧面模拟碰撞试验方法的实施例，包括步骤：
[0092]
s1，从整车侧面碰撞试验中获取车门上对应的假人损伤最大的位置的加速度的波形。
[0093]
车门上对应的假人损伤最大的位置的加速度波形包括：在 t＝t1ms～t2ms时间段时，胸部上肋骨位置的加速度波形，本技术的实施例中，t1ms为20ms，t2为40ms，侧面加速度加速度波形如图4所示，在其他时间段假人与侧气囊分离，不会对假人造成损伤；t＝t1ms时即 t＝20ms，侧面气囊和假人碰撞的位移。
[0094]
s2，将该加速度的波形简化处理。
[0095]
s21，利用梯形法数值积分的基本原理计算加速度的波形的速度波形并进行初次等效简化处理。
[0096]
根据能量守恒的基本原理，位移类伤害产生的原因主要与冲击速度有关，因此简化后波形需满足：侧面模拟碰撞试验中侧面气囊与假人作用时间段(20ms～40ms)的平均速度与整车试验接近；侧面气囊和假人作用起始时刻(20ms)位移与整车试验一致。
[0097]
具体的，将加速度的波形简化处理步骤包括：
[0098]
s21，将梯形法数值积分的基本原理
[0099][0100]
简化为
[0101][0102]
其中，vn为第n时刻的速度，an为第n时刻的加速度值；利用公式(2)计算出加速度波形的速度波形，如图5所示。
[0103]
利用所述速度波形计算t＝20ms时的位移，计算方法为：
[0104][0105][0106]
利用波形等效方法，以将所述速度波形除此等效简化。
[0107]
具体的，波形等效方法包括：使所述速度波形t＝0～t1ms时间段波形与x轴围成的面积与计算的t1ms时刻的位移相等，根据公式(4)求出t1ms时刻的速度，以将速度波形0～t1ms时间段等效成线性；具体的，即0～20ms时间段速度波形等效方法：使所述速度波形t＝0～20ms 时间段波形与x轴围成的面积与20ms时刻的位移相等，根据公式(4) 求出20ms时刻的速度，以将速度波形0～20ms时间段等效成线性；
[0108]
t1ms～t2ms时间段等效方法：根据公式(2)求出t＝t2ms时刻的速度，将t1ms～t2ms时间段的速度简化成线性波形。具体的，即20ms～40ms 时间段等效方法：求出t＝40ms时刻的速度，将t＝20ms～40ms时间段的速度简化成线性波形，并计算t＝20ms～40ms时间段简化后波形的平均速度与原波形平均速度的差，以对速度波形简化，简化后的速度波形如图6所示。
[0109]
s22，对简化后速度波形之后并进行滤波处理，如图7所示，然后将滤波后的速度波形性微分形成新的加速度波形；
[0110]
s23，对新的加速度波形再次简化处理形成最终的加速度波形；
[0111]
取新的加速度波形的第一个拐点其坐标为(t1’,c)，c为常数，将 (0,t1’)区间内
的波形等效成抛物线形成二次函数，且利用等效后的波形与原波形所围成的面积差的绝对值最小，以得到二次函数的三个系数，将系数带入二次函数计算，以进一步简化将新的加速度波形。
[0112]
具体的，取新的加速度波形的第一个拐点其坐标为(t1’,c)，将 (0,t1’)区间内的波形等效成抛物线形成二次函数，等效原则为：在 (0,t1’)区间内找到点t2’，令t1’＝αt2’，抛物线通过坐标原点与点(t1’,c)，得到
[0113][0114]
等效后的波形与原波形所围成的面积分别为s1、s2，令i＝|s1-s2|
[0115][0116][0117]
t
′1＝αt
′2[0118]
当i最小时，确定系数α，α确定后，则可以确定二次函数的三个系数，已得到最终的简化处理后的加速度波形，如图8所示。
[0119]
s3，将最终的加速度波形输入加速度台车系统的控制台中，控制台控制车辆侧面模拟碰撞试验装置执行碰撞，以准确模拟整车实验中假人的损伤。具体的，将底板1固定于现有加速台车试验系统平台上，接着将基座21与底板1固定。根据整车试验中mdb/aemdb台车蜂窝铝与车门的相对位置调整本装置中支撑件23的位置，将车门(含b柱) 与安装架22固定成一体。接着根据整车试验中车门与座椅在x、z向的相对位置关系分别将安装架22(包含车门、b柱)与基座21、座椅运动机构3与底板1固定牢固。然后在吸能座24上插入长度合适的吸能管、底座323上安装座椅200，再根据整车中座椅与车门在y向的相对位置、加速度调试结果中车门位移和整车试验中车门位移差值，调整装置中车门、座椅200的相对位置。接着在b柱上安装安全带、座椅上摆放、调整假人，最后利用现有的加速台车试验系统开始试验，使得车门连同框架221、基座21、底板1等严格按照调试后的加速度波形运动，座椅200可以在导轨上自由运动，从而准确地模拟出整车试验中假人损伤。
[0120]
本发明的车辆侧面模拟碰撞试验方法主要用于在碰撞试验中模拟侧面碰撞试验，通过对加速度波形处理来复现侧气囊与假人作用时车门与座椅的相对位置、作用时间段内车门的速度均与整车试验一致，进而来确保具有较高的模拟精度，辅助整车开发过程中侧面约束系统的开发。原理可靠、重复性好，机械装置结构简单、操作便捷、成本低、适用范围广，可以极大地辅助降低侧面约束系统开发成本和周期，且能够推广到其他整车侧面系统中。
[0121]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。