一种行人保护头部模块碰撞试验的发射装置的制作方法

本发明涉及行人保护头部模块碰撞试验的发射装置，具体为一种能按照汽车行人保护法规试验要求的行人保护头部模块碰撞试验发射装置。

背景技术：

据统计资料显示，2015年我国道路交通死亡人数约为4.2万人，其中大约有60%为行人等弱势道路使用者，行人等弱势群体的高伤亡比例促使各国都加强了汽车行人保护的研究和立法工作。研究表明，头部是行人最容易受到致命伤害的部位，是造成交通事故人员伤亡的重大诱因。

目前，世界各国用于开展行人保护研究的试验装置基本由国外制造商垄断，其产品多采用闭环控制的气压或液压发射系统，大多为通用型设备，能适用于行人保护法规中所有子系统的试验，该类设备体积庞大、系统复杂、价格昂贵，对于研究行人头部保护碰撞成本太高。

本发明涉及的一种行人保护头部模块碰撞试验的发射装置，基于欧洲Euro-NCAP和日本J-NCAP规定的行人头部模块冲击试验标准，可以低成本地实现-20°~90°发射角度的调整，头部模块为4.5kg时实现11.5m/s最大发射速度，而且还具有设计紧凑、结构简单、成本低廉、制造维护方便的优点。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种行人保护头部模块碰撞试验的发射装置，该装置基于欧洲Euro-NCAP和日本J-NCAP规定的行人头部模块冲击试验标准，低成本地实现行人头部模块的发射。

本发明采用如下技术方案实现：

一种行人保护头部模块碰撞试验的发射装置，包括支撑机构、角度调整机构和发射装置主体，

所述发射装置主体后端两侧活动铰接在支撑机构上，包括支撑箱体、固定在支撑箱体内的导向机构、由前向后依次连接设置在支撑箱体上且与所述导向机构滑动配合的连接释放机构、蓄能机构、脱钩机构和牵引机构； 所述牵引机构拉伸蓄能机构蓄能，达到预定行程后，脱钩机构断开牵引机构和蓄能机构，头部模块被推进加速，连接释放机构释放头部模块以11.5m/s的最大发射速度撞向测试点；

所述的角度调整机构分别与支撑机构和发射装置主体活动铰接，用于实现发射装置主体发射角度的调整，所述的发射角度为-20°~90°。

进一步地，所述的支撑机构采用角钢焊接，与发射装置主体的左、右两侧通过螺栓活动铰接，所述支撑机构底部角钢与钢板焊接后用螺栓将钢板固定在地板上。

进一步地，所述的角度调整机构包括活动铰接在支撑机构上的减速器、驱动连接所述减速器的第二步进电机、调节螺杆，所述的减速器包括主动齿轮和从动齿轮，所述从动齿轮中心设有与所述调节螺杆的外螺纹相配合的螺纹孔，所述调节螺杆末端与发射装置主体铰接形成转动副，通过控制第二步进电机的转角和转动方向调整发射装置主体的发射角度。

进一步地，所述的牵引机构包括第一步进电机、牵引螺杆、滑动平台，所述的第一步进电机固定在支撑箱体后端，其输出轴与牵引螺杆通过刚性联轴器连接，所述牵引螺杆由圆锥滚子轴承、套筒轴向定位，所述圆锥滚子轴承安装于轴承座内，所述轴承座由螺栓固定在支撑箱体的底板上；所述滑动平台下部设置有内螺纹孔与牵引螺杆配合形成螺旋传动副，同时所述滑动平台与导向机构滑动配合。

进一步地，所述的蓄能机构包括一对平行设置的拉伸弹簧、与所述导向机构滑动配合的滑块，两个拉伸弹簧轴线位于滑块的上下对称面，并关于滑块左右对称面对称，所述拉伸弹簧端部为螺纹结构，两端使用螺母分别固定在支撑箱体的前挡板和滑块上，所述滑块的后端设置有连接脱钩机构的T型伸出槽。

进一步地，所述的脱钩机构包括气缸、楔形块、两个夹紧臂、两压片弹簧，所述气缸由螺栓固定在气缸座上，气缸座由螺栓固定在所述滑动平台上，两夹紧臂由止动螺栓可开合地铰接在滑动平台上，夹紧臂末端安装滚子螺栓和螺母，滚子螺栓的滚子与安装在气缸活塞头上的楔形块的楔形面相切，两压片弹簧由螺栓对称固定在滑动平台上并压紧在两个夹紧臂末端两侧，两个夹紧臂的前端可开合的连接蓄能机构。

进一步地，所述的连接释放机构包括伸缩杆、头部连接圆盘，所述伸缩杆的前、后端分别通过外螺纹连接蓄能机构和头部连接圆盘后端面的凸台螺纹孔，所述头部连接圆盘前端面居中设置有作为行人头部模块的定位基准定位凸肩，后端面沿周向均匀设置有用于吸附行人头部模块的纽扣磁铁。

进一步地，所述的导向机构包括若干对称设置的导向杆、导向套筒，所述的导向杆两端加工有外螺纹，并分别用螺母平行固定于支撑箱体的前挡板、后挡板上，所述导向套筒安装在所述前挡板上，并与所述的连接释放机构滑动配合。

进一步地，所述发射装置主体还包括对发射装置缓冲减速的缓冲机构，所述缓冲机构包括镜像设置在所述滑块两侧的楔形面、分别固定在支撑箱体两侧的左侧板和右侧板上的橡胶头螺栓，所述滑块趋于终止位置过程中，楔形面与橡胶头螺栓的间距逐渐减小，摩擦力逐渐增大。

进一步地，所述的楔形面的倾角为4°，所述橡胶头螺栓的位置可伸缩调整。

相比现有技术，本发明可以低成本地实现-20°~90°头部模块发射角度的调整，头部模块为4.5kg时，发射装置可以实现11.5m/s最大发射速度；可用于行人头部模块与汽车前挡风玻璃碰撞受力分析及挡风玻璃破坏机理研究；试验碰撞结果，可以用以评价车辆的行人保护安全性，具有设计紧凑、结构简单、成本低廉、制造维护方便的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例的角度调整机构及发射装置主体的俯视示意图。

图3为本发明实施例的角度调整机构及发射装置主体的主视示意图。

图4为本发明实施例的发射装置主体的轴测图。

图5为本发明实施例的发射装置主体的脱钩机构示意图。

图6为本发明实施例的头部连接圆盘的轴测图。

图7为本发明实施例的头部连接圆盘的另一视角轴测图。

图8为本发明实施例的发射装置主体的缓冲机构结构示意图。

图9为本发明实施例的支撑机构结构示意图。

图中所示：1-牵引螺杆；2-第一步进电机；3-刚性联轴器；4-底板；5-后挡板；6-右固定板；7-气缸；8-铰接法兰；9-气缸座；10-楔形块；11-滚子螺栓；12-压片弹簧；13-滑动平台；14-止动螺栓；15-夹紧臂；16-滑块；17-橡胶头螺栓；18-右侧板；19-拉伸弹簧；20-伸缩杆；21-头部连接圆盘；22-导向套筒；23-前挡板；24-左侧板；25-减速器底壳；26-主动齿轮；27-第一键；28-从动齿轮；29-第二步进电机；30-油封；31-角接触轴承；32-端盖；33-端盖密封圈；34-减速器盖；35-主密封圈；36-左固定板；37-导向杆；38-圆锥滚子轴承；39-第二键；40-套筒；41-轴承座；42-调节螺杆；43-定位凸肩；44-纽扣磁铁；45-凸台螺纹孔；46-楔形面。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1至图9所示，一种行人保护头部模块碰撞试验的发射装置，包括支撑机构、角度调整机构和发射装置主体，

所述发射装置主体后端两侧通过铰接法兰8活动铰接在支撑机构上，包括支撑箱体、固定在支撑箱体内的导向机构、由前向后依次连接设置在支撑箱体上且与所述导向机构滑动配合的连接释放机构、蓄能机构、脱钩机构和牵引机构； 所述牵引机构拉伸蓄能机构蓄能，达到预定行程后，脱钩机构断开牵引机构和蓄能机构，头部模块被推进加速，连接释放机构释放头部模块以11.5m/s的最大发射速度撞向测试点；

所述的角度调整机构分别与支撑机构和发射装置主体活动铰接，用于实现发射装置主体发射角度的调整，所述的发射角度为-20°~90°。

所述的支撑机构采用63×63角钢焊接，其前立面对称设置有左固定板36和右固定板6，所述的左固定板36和右固定板6分别与发射装置主体左、右两侧的左侧板24和右侧板18通过M12螺栓活动铰接，使发射装置主体可以上下摇摆；所述支撑机构底部角钢与20mm厚钢板焊接后用地脚螺栓将钢板固定在地板上，保持整个装置的稳定。

如图3所示，所述的角度调整机构包括活动铰接在支撑机构左固定板36上的减速器、驱动连接所述减速器的第二步进电机29、调节螺杆42，所述的减速器包括主动齿轮26和从动齿轮28，所述从动齿轮28中心设有与所述调节螺杆42的外螺纹相配合的螺纹孔，所述调节螺杆42末端与发射装置主体铰接形成转动副，通过控制第二步进电机29的转角和转动方向调整发射装置主体的发射角度。所述减速器的壳体包括通过螺钉依次连接形成齿轮腔室的减速器底壳25、主密封圈35、减速器盖34、端盖密封圈33、端盖32，从动齿轮28两侧通过角接触轴承31主动设置在所述减速器的齿轮腔室内，第二步进电机29偏置地固定在减速器盖34上，其输出轴通过第一键27与主动齿轮26驱动连接，所述减速器底壳25及端盖32的中心设置有供调节螺杆42穿过的通孔，所述通孔内均设置有油封30。

所述的角度调整机构通过控制第二步进电机29的转角和转动方向调整发射装置主体的发射角度，此时从动齿轮28转动，所述从动齿轮28中心的螺纹孔与调节螺杆42螺纹配合，使调节螺杆42产生轴向移动，所述调节螺杆42的末端与发射装置主体铰接形成转动副，可实现发射角度在-20°~90°之间的调整。本实施例中，所述调节螺杆42外螺纹和所述从动齿轮28中心的螺纹孔均采用梯形螺纹，以满足必要的精度和强度要求。

如图2和图4所示，所述的牵引机构包括第一步进电机2、牵引螺杆1、滑动平台13，所述的第一步进电机2固定在支撑箱体后端，其输出轴与牵引螺杆1通过刚性联轴器连接，所述牵引螺杆1由角接触轴承31、套筒40轴向定位，所述角接触轴承31安装于轴承座41内，所述轴承座41由螺栓固定在支撑箱体的底板4上；所述滑动平台下部设置有内螺纹孔与牵引螺杆1配合形成螺旋传动副，同时所述滑动平台13与导向机构滑动配合。

所述牵引机构采用第一步进电机2作为动力源，通过输入相应的程序来控制其转角及转动方向，其输出轴与牵引螺杆1采用包括第二键40的刚性联轴器连接，带动牵引螺杆1同步转动，随着牵引螺杆1的转动，在牵引螺杆1的作用下，滑动平台13沿着导向机构的导向杆37滑动，从而通过脱钩机构拉动蓄能机构，所述牵引机构可实现牵引蓄能机构的拉伸弹簧19最大的拉伸行程为210mm。

所述的蓄能机构包括一对平行设置的拉伸弹簧19、与所述导向机构滑动配合的滑块16，两个拉伸弹簧19轴线位于滑块16的上下对称面，并关于滑块左右对称面对称，所述拉伸弹簧19端部为螺纹结构，两端使用螺母分别固定在支撑箱体的前挡板23和滑块16上，所述滑块16的后端设置有连接脱钩机构的T型伸出槽，方便脱钩机构夹紧臂的抓取和释放。所述滑块16采用高强铝合金，滑块16上下、左右均对称，与其相连的拉伸弹簧19和伸缩杆20的轴线均位于滑块16上下对称面上，滑块16的非关键点尽可能去除材料，各材料除去点用圆弧过渡。

本实施例的蓄能机构采用拉伸弹簧19储备能量，储备的能量作为发射装置的动力源，蓄能机构通过弹簧拉伸蓄能来提供发射所需能量，通过调节拉伸行程来调节所能提供发射动能大小，以满足不同发射速度的要求。

如图5所示，所述的脱钩机构包括气缸7、楔形块10、两个夹紧臂15、两压片弹簧12，所述气缸7由螺栓固定在气缸座9上，气缸座9由螺栓固定在所述滑动平台13上，两夹紧臂15由止动螺栓14可开合地铰接在滑动平台13上，夹紧臂15末端安装滚子螺栓11和螺母，滚子螺栓11的滚子与安装在气缸7活塞头上的楔形块10的楔形面相切，两压片弹簧12由螺栓对称固定在滑动平台13上并压紧在两个夹紧臂15末端两侧，两个夹紧臂15的前端可开合的连接蓄能机构。在夹紧臂15与滑块的T型伸出槽挤压处加厚材料并做圆角过渡，材料采用高强度合金钢45CrNiMoVA。

如图6和图7所示，所述的连接释放机构包括伸缩杆20、头部连接圆盘21，所述伸缩杆20的前、后端分别通过外螺纹连接蓄能机构和头部连接圆盘21后端面的凸台螺纹孔45，所述头部连接圆盘21前端面居中设置有作为行人头部模块的定位基准定位凸肩43，后端面沿周向均匀设置有用于吸附行人头部模块的纽扣磁铁44。该方案安装使用方便，试验重复性好，最大程度地减小了缓冲阶段分离时对行人头部模块的速度影响。

所述的导向机构包括若干对称设置的导向杆37、导向套筒22，所述的导向杆37两端加工有M12外螺纹，并分别用螺母平行固定于支撑箱体的前挡板23、后挡板5上，导向杆37表面进行抛光处理，滑块16、滑动平台13均与导向杆37滑动配合，沿导向杆37移动。所述导向套筒安装在所述前挡板23上，并与所述的连接释放机构的伸缩杆20滑动配合。

另外，如图8所示，所述发射装置主体还包括对发射装置缓冲减速的缓冲机构，所述缓冲机构包括镜像设置在所述滑块16两侧的楔形面46、分别固定在支撑箱体两侧的左侧板24和右侧板18上的橡胶头螺栓17，所述的楔形面46的倾角为4°，橡胶头螺栓17头部的橡胶块与滑块16两侧楔形面46挤压摩擦，所述滑块16趋于终止位置过程中，楔形面46与橡胶头螺栓17的间距逐渐减小，摩擦力逐渐增大，对发射装置起到很好的缓冲减速效果。所述橡胶头螺栓17的位置可伸缩调整，以灵活调整缓冲力大小。

本实施例在发射前通过角度调整机构调整好所述发射装置主体的发射角度，接着按预定速度要求进行牵引，牵引过程中，在两压片弹簧12的作用下，两个夹紧臂15的前端夹紧所述滑块16的后端T型伸出槽，从而带动滑块16及拉长两个拉伸弹簧19进行蓄能，当滑块16达到预定行程时，气缸7推动活塞头上的楔形块10前移，所述楔形块10的楔形面挤压滚子螺栓11的滚子，使两个夹紧臂15后端的夹角增大，从而同步的带动两个夹紧臂15的前端张开并与所述滑块16的后端T型伸出槽脱离，此时，所述滑块16在两个拉伸弹簧19的作用下，沿所述的导向机构的导向杆37以一定速度快速前移，推动连接释放机构以相同速度将头部模块以一定角度撞向测试点，头部模块与头部连接圆盘21分离后，缓冲机构的滑块16和橡胶头螺栓17摩擦，对装置缓冲减速。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。