一种儿童约束系统高速侧面碰撞试验装置及试验方法与流程

1.本发明涉及汽车被动安全试验技术领域，更具体地，涉及一种儿童约束系统高速侧面碰撞试验装置及一种儿童约束系统高速侧面碰撞试验方法。


背景技术：

2.儿童约束系统碰撞测试有正向、反向和侧面碰撞，其中侧面碰撞是近年来新增的碰撞测试项目，目前儿童约束系统侧面碰撞试验装置主要有两种，一种是基于加速台车的蜂窝铝波形实现方法的侧面碰撞试验装置；另一种是基于减速台车的pu棒波形实现方法的侧面碰撞试验装置。
3.譬如，专利(专利号：cn202021639498.3)提出了一种儿童约束系统侧面碰撞试验装置，该装置包括基座，滑台、竖直支架，吸能部件安装组件，在加速台车试验时，通过把蜂窝铝安装在吸能部件安装组件上控制滑台曲线。其不足之处是：蜂窝铝为耗材，碰撞后严重挤压变形，不能重复使用；该装置尾部的限位部件为工字钢橡胶缓冲块，其耐用性不好，长时间使用后会断裂失效，有致缓冲失效设备损坏的风险；该装置相机支架结构设计不合理，重心高，碰撞试验时会有明显晃动；该装置滑台不可旋转，只能进行90
°
方向碰撞，无法实现偏置侧面碰撞试验。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供了一种儿童约束系统高速侧面碰撞试验装置，结构简单、重量轻，在台车碰撞试验时可减轻空压机的产气压力，减小用气成本和试验时间；使用减震器实现波形发生，可重复使用，大大减少了试验成本。
5.作为本发明的第一个方面，提供一种儿童约束系统高速侧面碰撞试验装置，包括底板、导轨、滑台、座椅支架、竖直支架、门板、相机支架、油压缓冲器和减震器；
6.所述底板上铺设两条平行的导轨，所述导轨上安装所述滑台，所述滑台的上部设有所述座椅支架，所述座椅支架上安装座垫和座椅靠背；
7.所述底板的右侧安装有所述竖直支架，所述竖直支架上安装所述门板和相机支架，所述门板与所述座垫和座椅靠背之间的空间相对应，所述相机支架上安装高速相机；
8.所述滑台的左端设有所述油压缓冲器，所述滑台的底部中心设有用于调节所述滑台旋转角度的旋转轴，所述滑台的下端面设有所述减震器。
9.进一步地，所述底板的左侧安装有缓冲底座，所述油压缓冲器上设有螺纹，所述缓冲底座上设置有螺纹孔，所述油压缓冲器通过螺纹螺栓配合安装在所述缓冲底座上，通过旋转螺栓左右调节所述油压缓冲器的位置；
10.沿所述油压缓冲器中心对称两侧分别设有第二缓冲橡胶块，用于所述滑台向左极限碰撞失效时，保护所述油压缓冲器，防止压死所述油压缓冲器。
11.进一步地，所述减震器沿所述底板的中心线安装在所述滑台的底部，其中，所述减震器的左端连接所述滑台的左侧下端，所述减震器的右端连接减震器安装座，所述减震器
安装座安装在所述底板的右端。
12.进一步地，所述减震器为液压减震器，所述液压减震器包含储油室、节流孔、活塞、泄气管、氮气储藏室、活塞杆、氮气填充阀以及内腔；
13.所述减震器共分三个腔室，分别为所述内腔、储油室和氮气储藏室，所述活塞在所述内腔中左右移动，所述活塞连接于所述活塞杆的一端，所述活塞杆的另一端安装在所述减震器安装座上，所述内腔的腔壁上排列着所述节流孔，所述储油室存储有液压油，液压油上面充满氮气，氮气可通过所述泄气管流向所述氮气储藏室，所述氮气储藏室外端面上嵌有所述氮气填充阀，用于氮气补偿；
14.碰撞时，所述减震器执行压缩行程，随着所述活塞杆的压入，所述活塞压缩，所述内腔中的液压油通过所述节流孔流出至所述储油室，所述储油室内填充液压油，液压油上面的氮气被压缩，在整个压缩行程的最后，随着所述减震器载荷的撤离，被压缩的氮气在压力作用下会推动所述活塞杆复位。
15.进一步地，所述座椅靠背的后侧还设有上拉带固定架，用于安装儿童约束系统的上拉带。
16.进一步地，所述座椅支架的前端底部安装有支撑架，用于承托儿童约束系统的支撑脚。
17.进一步地，所述竖直支架的上部右侧通过下斜杆连接所述底板，所述竖直支架、下斜杆和底板构成三角形结构，通过填充加强筋钢板固定在所述底板上。
18.进一步地，所述竖直支架的上部通过向左延伸的水平杆连接所述门板和相机支架，所述相机支架的上部右侧通过上斜杆连接水平杆，所述相机支架、上斜杆和水平杆构成三组三角形结构。
19.进一步地，所述竖直支架的下端设有第一缓冲橡胶块。
20.作为本发明的第二个方面，提供一种儿童约束系统高速侧面碰撞试验方法，包括如下步骤：
21.步骤s1：根据侧面碰撞波形，得到减震器加速度a-时间t的能量吸收曲线，确定能量吸收量及液压油的流动容量q'，搭建流动容量q'、波形加速度a、节流孔径面积大小ak及节流孔数量n的数学模型；
22.步骤s2：对粘性液体，确定节流孔与压差δp之间的关系：
[0023][0024]
式中，q'为液压油流动容量；cd为液压油流量系数；ak为节流孔面积；δp 为节流孔上下压力差；ρ为液压油液体密度；
[0025]
步骤s3：在多个节流孔并联下，确定节流孔与压差δp之间的关系：
[0026][0027]
其中，液压油流动容量q'＝v1·
a0[0028]
式中，v1为滑台速度，a0为活塞面积；
[0029]
由v1＝a
·
t
[0030]
进一步，得q'＝a0·a·
t
[0031]
其中，油腔压力
[0032]
整合以上公式，得出所述滑台的加速度a与节流孔的面积ak及数量n的关系：
[0033][0034]
步骤s3：根据以上公式，通过设计所述节流孔的面积和数量，结合节流孔的位置布置调节，设计出满足侧面碰撞波形要求的减震器；
[0035]
步骤s4：最后，将按要求设计的减震器沿底板中心线安装在所述滑台下端面，进行碰撞试验。
[0036]
本发明提供的儿童约束系统高速侧面碰撞试验装置具有以下优点：该装置结构简单、重量轻，在台车碰撞试验时可减轻空压机的产气压力，减小用气成本和试验时间；使用减震器实现波形发生，可重复使用，大大减少了试验成本；座椅可旋转进行多角度偏置碰撞试验，可实现设备一台两用；本发明可优化国内现有的儿童约束系统侧面碰撞装置，减少设备使用成本，降低企业研发成本，更快更好的为儿童约束系统出口生产商提供技术支持。
附图说明
[0037]
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
[0038]
图1为本发明提供的儿童约束系统高速侧面碰撞试验装置的整体结构示意图。
[0039]
图2为图1的斜视图。
[0040]
图3为图2中减震器的结构示意图。
[0041]
图4为本发明提供的碰撞波形效果图。
[0042]
图中：1-底板；2-导轨；3-滑台；4-座椅支架；5-竖直支架；6-门板；7-相机支架；8-减震器安装座；9-座垫；10-座椅靠背；11-isofix接口；12-支撑架； 13-上拉带固定架；14-第一缓冲橡胶块；15-油压缓冲器；16-第二缓冲橡胶块； 17-缓冲底座；18-旋转轴；19-高速相机；20-减震器；201-储油室；202-节流孔； 203-活塞；204-泄气管；205-氮气储藏室；206-活塞杆；207-氮气填充阀；301
‑ꢀ
内腔。
具体实施方式
[0043]
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的儿童约束系统高速侧面碰撞试验装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
[0044]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用
的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0045]
在本发明的解释中，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，除非是特殊标明。例如，连接可以是固定连接，也可以是通过特殊的接口连接，也可以是中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0046]
在本实施例中提供了一种儿童约束系统高速侧面碰撞试验装置，如图1-2 所示，所述儿童约束系统高速侧面碰撞试验装置包括底板1、导轨2、滑台3、座椅支架4、竖直支架5、门板6、相机支架7、油压缓冲器15和减震器20；
[0047]
所述底板1上铺设两条平行的导轨2，所述导轨2上安装所述滑台3，所述滑台3的上部设有所述座椅支架4，所述座椅支架4上安装座垫9和座椅靠背 10；
[0048]
所述底板1的右侧安装有所述竖直支架5，所述竖直支架5上安装所述门板6和相机支架7，所述门板6与所述座垫9和座椅靠背10之间的空间相对应，所述相机支架7上安装高速相机19；
[0049]
所述滑台3的左端设有所述油压缓冲器15，所述滑台3的底部中心设有用于调节所述滑台3旋转角度的旋转轴18，所述滑台3的下端面设有所述减震器 20。
[0050]
在本实施例中，儿童约束系统为isofix类儿童安全座椅，isofix类儿童安全座椅放置在座椅支架4的座垫9和座椅靠背10上，与座垫9和座椅靠背10 自然接触。座椅靠背10底部装有固定不可调的isofix接口11，isofix接口 11上有6mm圆柱形棍棒，用于安装连接isofix类儿童安全座椅的isofix接口11。
[0051]
优选地，所述座椅支架4通过中心旋转轴18连接于所述滑台3，座椅支架 4可进行10
°
旋转并固定在滑台3上，模拟偏置碰撞的工况试验。
[0052]
优选地，所述底板1的左侧安装有缓冲底座17，所述油压缓冲器15上设有螺纹，所述缓冲底座17上设置有螺纹孔，所述油压缓冲器15通过螺纹螺栓配合安装在所述缓冲底座17上，通过旋转螺栓左右调节所述油压缓冲器15的位置；
[0053]
沿所述油压缓冲器15中心对称两侧分别设有第二缓冲橡胶块16，用于所述滑台3向左极限碰撞失效时，保护所述油压缓冲器15，防止压死所述油压缓冲器15。
[0054]
优选地，所述减震器20沿所述底板1的中心线安装在所述滑台3的底部，其中，所述减震器20的左端连接所述滑台3的左侧下端，所述减震器20的右端连接减震器安装座8，所述减震器安装座8安装在所述底板1的右端。
[0055]
优选地，如图3所示，所述减震器20为液压减震器，所述液压减震器包含储油室201、节流孔202、活塞203、泄气管204、氮气储藏室205、活塞杆206、氮气填充阀207以及内腔301；
[0056]
所述减震器20共分三个腔室，分别为所述内腔301、储油室201和氮气储藏室205，所述活塞203在所述内腔301中左右移动，所述活塞203连接于所述活塞杆206的一端，所述活塞杆206的另一端安装在所述减震器安装座8上，所述内腔301的腔壁上排列着所述节流孔202，所述储油室201存储有液压油，液压油上面充满氮气，氮气可通过所述泄气管204流
向所述氮气储藏室205，所述氮气储藏室205外端面上嵌有所述氮气填充阀207，用于氮气补偿；
[0057]
碰撞时，所述减震器20执行压缩行程，随着所述活塞杆206的压入，所述活塞203压缩，所述内腔301中的液压油通过所述节流孔202流出至所述储油室201，所述储油室201内填充液压油，液压油上面的氮气被压缩，在整个压缩行程的最后，随着所述减震器20载荷的撤离，被压缩的氮气在压力作用下会推动所述活塞杆206复位。
[0058]
优选地，所述座椅靠背10的后侧还设有上拉带固定架13，用于安装儿童约束系统的上拉带，实现儿童安全座椅的固定。
[0059]
在一些实施例中，isofix类儿童安全座椅配有上拉带，座椅支架4后方的上拉带固定架13可安装一个横杆，用于勾住上拉带，实现isofix类儿童安全座椅的固定。
[0060]
优选地，所述座椅支架4的前端底部安装有支撑架12，该支撑架12固定不可调，用于承托isofix类儿童安全座椅的支撑脚。
[0061]
在一些实施例中，isofix类儿童安全座椅配有支撑腿，支撑腿可伸长至所述座椅支架4前端底部的支撑架12上，实现isofix类儿童安全座椅的固定支撑。
[0062]
优选地，所述竖直支架5的上部右侧通过下斜杆连接所述底板1，所述竖直支架5、下斜杆和底板1构成三角形结构，通过填充加强筋钢板固定在所述底板 1上。
[0063]
优选地，所述竖直支架5的上部通过向左延伸的水平杆连接所述门板6和相机支架7，所述相机支架7的上部右侧通过上斜杆连接水平杆，所述相机支架 7、上斜杆和水平杆构成三组三角形结构。门板6上覆盖一种泡沫板，通过双面胶粘贴在门板6上，每次试验前均需更换新的泡沫门板。
[0064]
在本实施例中，高速相机19镜头俯视覆盖座椅9和座椅靠背10，记录试验过程中碰撞假人和isofix类儿童安全座椅的运动轨迹，和假人头部与门板的入侵情况。
[0065]
优选地，所述竖直支架5的下端设有第一缓冲橡胶块14，防止减震器20失效后，滑台3冲击竖直支架5至设备损坏。
[0066]
在进行isofix类儿童安全座椅碰撞试验时，将isofix类儿童安全座椅放置在座椅支架4上，底座放置在座椅9上，靠背与座椅靠背10自然接触，isofix 与isofix接口11连接，通过上拉带连接于座椅上拉带13横杆上；在一些实施例中，也可将支撑腿放置在座椅支架4前端底部的支撑架12上。
[0067]
把整个装置放置在台车台面上，通过底板1与台面螺栓连接，运动方向平行于导轨2布置方向。试验前把滑台3向左拉，直至油压缓冲器15的缓冲杆压缩至收紧静止状态，此位置为碰撞试验的初始位置。台车触发碰撞，滑台3沿滑轨2方向撞向门板6，滑台3与台车的速度差形成一个满足通道要求的波形，该波形是滑台3与台车相对运动时，通过减震器20的设计实现。
[0068]
本发明实施例提出的儿童约束系统高速侧面碰撞试验方法，通过设计节流孔的孔径大小、数量及位置分布，进一步实现碰撞波形，碰撞波形见图4，阴影部分为通道要求，碰撞波形需避开不规则四边形阴影通道，同时，波形的波峰需在矩形阴影通道内。基于此，设计一款满足要求的减震器，具体包括以下步骤：
[0069]
步骤s1：根据侧面碰撞波形，得到减震器20加速度a-时间t的能量吸收曲线，确定能量吸收量及液压油的流动容量q'，搭建流动容量q'、波形加速度a、节流孔202径面积大小ak
及节流孔数量n的数学模型；
[0070]
步骤s2：对粘性液体，确定节流孔202与压差δp之间的关系：
[0071][0072]
式(1)中，q'为液压油流动容量；cd为液压油流量系数；ak为节流孔面积；δp为节流孔上下压力差；ρ为液压油液体密度；
[0073]
步骤s3：在多个节流孔202并联下，确定节流孔202与压差δp之间的关系：
[0074][0075]
其中，液压油流动容量q'＝v1·
a0ꢀꢀꢀ
(3)
[0076]
式(3)中，v1为滑台速度，a0为活塞面积；
[0077]
由v1＝a
·
t
ꢀꢀꢀ
(4)
[0078]
进一步，得q'＝a0·a·
t
ꢀꢀꢀ
(5)
[0079]
其中，油腔压力
[0080]
整合以上公式，得出所述滑台(3)的加速度a与节流孔(202)的面积ak及数量n的关系：
[0081][0082]
步骤s3：根据以上公式，通过设计所述节流孔202的面积和数量，结合节流孔202的位置布置调节，设计出满足侧面碰撞波形要求的减震器20，如图3 所示；
[0083]
步骤s4：最后，将按要求设计的减震器20沿底板1中心线安装在所述滑台3 下端面，进行碰撞试验。
[0084]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。