一种用于汽车碰撞试验的制动装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车碰撞试验，具体涉及用于汽车碰撞试验的制动装置及方法。

背景技术

在车辆的技术开发中，使用模拟车辆碰撞状态的碰撞试验装置，观测车辆碰撞时的乘员的状况、负荷，由此评价车辆的安全性。例如汽车座椅系统需满足多种测试法规，如GB15083、GB13057、GB14167、ECER16、ECER17、ECER44、FMWSS213等，这些法规均包含形式相似的碰撞安全试验以检验座椅系统在碰撞工况下的安全性。以ECER44为例介绍试验要求，参见图1，座椅系统通过工装9固定在平板式牵引车6上，平板式牵引车6的前端装有碰撞鼻7。现有制动装置10紧固在基座墙8前。平板式牵引车6以49±1km/h速度运行至碰撞鼻7与现有制动装置10接触，现有制动装置10吸收平板式牵引车6的动能为其制动。制动过程需满足时间-减速度曲线，参见图2，所述时间-减速度曲线的横轴为时间，单位为毫秒，纵轴为减速度，单位为重力加速度，并且法规要求制动过程的时间-减速度曲线必须位于阴影区域。各种测试法规的区别主要在于要求的碰撞初速度及时间-减速度曲线不同。

目前国内外座椅系统测试中大多使用液压或气压缸作为制动装置，如CN202451495U公开的“一种用于汽车碰撞试验的气动缸”。液压缸或气压缸可方便地设置调节时间-减速度曲线，但液压缸/气压缸制动装置需油泵油缸气泵等配套设备，整体价格高、体积大、安装及维护复杂。行业急需一种低成本且结构简单的制动装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于汽车碰撞试验的制动装置及方法，其结构简单，通过调整吸能杆的布置参数即可满足不同法规的时间-减速度曲线要求，通用性好。

本发明所述的用于汽车碰撞试验的制动装置，包括壳体、沿前后方向间隔设于壳体内的多个限位柱单元和多个与限位柱单元对应的吸能杆，所述壳体后侧壁上设有与牵引车前端的碰撞鼻对应配合的开口；单个限位柱单元包括前方的m根第一限位柱和后方的n根第二限位柱，其中m和n为偶数，所述第一限位柱和第二限位柱均竖向布置，第一限位柱沿开口轴线对称布置且第一限位柱轴线在同一平面上，第二限位柱沿开口轴线对称布置且第二限位柱轴线在同一平面上，靠近开口轴线的两根第一限位柱之间的距离小于靠近开口轴线的两根第二限位柱之间的距离；所述吸能杆横向插入第一限位柱和第二限位柱的间隙中，两端伸出于壳体外。

进一步，所述壳体内靠近限位柱单元的位置固定连接有支撑组件，所述限位柱置于支撑组件上，通过调整支撑组件的高度实现限位柱高度调节。

进一步，所述支撑组件包括上盘体、下盘体和螺纹杆，所述上盘体和下盘体上均设有与螺纹杆对应配合的螺纹孔，所述螺纹杆上端与上盘体的上表面齐平，螺纹杆下端伸出于下盘体的下表面与壳体下侧壁上的安装孔对应配合。

进一步，所述壳体上板体上设有与限位柱单元对应配合的过孔，所述限位柱单元上端螺纹连接有吊耳，所述吊耳与限位柱单元之间设有挂盘，所述挂盘直径大于过孔直径。

进一步，所述限位柱外套有保护管，所述保护管置于壳体内，保护管内径大于限位柱单元中的柱体直径，保护管外径大于过孔直径。

进一步，最前方的限位柱单元中的第一限位柱和第二限位柱的间隙中插入多根保护杆。

进一步，所述吸能杆的布置位置、尺寸及材料根据不同测试法规进行合理调整。

一种用于汽车碰撞试验的制动方法，其包括如下步骤：

步骤一，建立制动装置、碰撞鼻及牵引车的CAE模型，所述制动装置为上述的制动装置；

步骤二，通过CAE仿真确定吸能杆布置参数，使得牵引车实现法规规定的时间-减速度曲线；

步骤三，根据步骤二确定的吸能杆参数加工制得吸能杆；

步骤四，将制动装置固定在基座墙上，按照CAE仿真确定的吸能杆参数装入吸能杆，将待测零部件固定于牵引车上，驱动牵引车进行碰撞试验。

进一步，所述待测零部件为座椅系统。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果。

1、相较于常规的气缸或液压缸制动装置，本发明所述制动装置通过限位柱单元间隙中的吸能杆的塑性变形吸收平板式牵引车的动能，无需电源等外部能源，具有结构简单、体积小、安装和维护简单、制造成本低的特点。

2、本发明通过调节吸能杆数量、布置位置、尺寸及材料，满足了不同测试法规要求的时间-减速度曲线，通用性好。

3、本发明在限位柱单元外套设保护管，将吸能杆与限位柱柱体之间的滑动摩擦转变为吸能杆与保护管及保护管与限位柱单元间的滚动摩擦，因此减轻了限位柱单元的磨损，提升了限位柱单元的使用寿命。

4、本发明由于最前方的限位柱单元中放置多根保护杆，能够紧急制动牵引车，保护牵引车不与刚性基座墙发生碰撞造成损坏，降低了试验损失。

5、由于牵引车运行过程中有轻微振动，使碰撞鼻上下跳动；在壳体的开口处设有倒角，当碰撞鼻由于上下跳动撞击壳体时，倒角能够引导碰撞鼻正确进入制动装置内，保护制动装置及平板式牵引车不因刚性碰撞造成损坏。

附图说明

图1是座椅系统碰撞试验原理示意图；

图2是ECER44法规要求的时间-减速度曲线图；

图3是本发明所述测试装置的结构示意图；

图4是本发明所述吸能杆的布置示意图；

图5是本发明单个限位柱单元的布置示意图；

图6是本发明所述支撑组件的结构示意图；

图7是本发明所述限位柱组件的结构示意图；

图8是本发明所述吸能杆的变形示意图；

图9是本发明实现的时间-减速带曲线图。

图中，1—壳体，11—开口，12—上板体，13—下板体，14—前板体，15—后板体，16—吊环，17—支脚，18—过孔，19—安装孔，2—限位柱组件，21—第一限位柱，22—第二限位柱，23—吊耳，24—挂盘，25—保护管，3—吸能杆，4—支撑组件，41—上盘体，42—下盘体，43—螺纹杆，5—保护杆，6—牵引车，7—碰撞鼻，8—基座墙，9—工装，10—现有制动装置，

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例一，参见图3至图7，所示的用于汽车碰撞试验的制动装置，包括壳体1、沿前后方向间隔设于壳体内的多个限位柱单元2和与限位柱单元2对应的吸能杆3。所述壳体1左右贯通，包括依次连接的前板体14、上板体12、后板体15和下板体13。

所述壳体1的后板体15上设有与牵引车6前端的碰撞鼻7对应配合的开口11。由于牵引车6运行过程中有轻微振动，使碰撞鼻7上下跳动，在壳体1的开口11处设有倒角，当碰撞鼻7由于上下跳动撞击壳体1时，倒角能够引导碰撞鼻正确进入制动装置内，保护制动装置及牵引车6不因刚性碰撞造成损坏，提高了牵引车的使用寿命。

单个限位柱单元2包括前方的m根第一限位柱21和后方的n根第二限位柱222，其中m和n为偶数，所述第一限位柱21和第二限位柱22均竖向布置，第一限位柱21沿开口轴线A对称布置且第一限位柱21轴线在同一平面上，第二限位柱22沿开口轴线A对称布置且第二限位柱22轴线在同一平面上，靠近开口轴线A的两根第一限位柱21之间的距离小于靠近开口轴线A的两根第二限位柱22之间的距离。所述吸能杆3横向插入第一限位柱21和第二限位柱22的间隙中，两端伸出于壳体1外。若靠近开口轴线A的两根第一限位柱21之间的距离大于靠近开口轴线A的两根第二限位柱22之间的距离，则碰撞过程中吸能杆3变形仅受到第一限位柱21作用，变形自由度高，可重复性差，导致实际变形情况与CAE仿真不相符。

所述壳体1内靠近限位柱单元2的位置固定连接有支撑组件4，所述吸能杆3置于支撑组件4上，通过调整支撑组件4的高度实现吸能杆3高度调节。具体地，所述支撑组件4包括上盘体41、下盘体42和螺纹杆43，所述上盘体41和下盘体42上均设有与螺纹杆43对应配合的螺纹孔，所述螺纹杆43上端与上盘体41的上表面齐平，螺纹杆43下端伸出于下盘体42的下表面与壳体1的下板体13上的安装孔19对应配合。

为了便于限位柱单元2装配，在所述壳体1的上板体12上设有与限位柱单元2对应配合的过孔18，所述限位柱单元2上端螺纹连接有吊耳23，所述吊耳23与限位柱单元2之间设有挂盘24，所述挂盘24直径大于过孔18直径。

所述限位柱单元2的第一限位柱21和第二限位柱22外套有保护管25，所述保护管25置于壳体1内，保护管25内径大于限位柱单元2中的柱体直径，保护管25外径大于过孔18直径。保护管25采用黄铜支撑，其摩擦系数小，能够减少保护管25与吸能杆3、保护管25与限位柱单元2之间的摩擦阻力，将吸能杆3与限位柱柱体之间的滑动摩擦转变为吸能杆3与保护管25及保护管25与限位柱单元2间的滚动摩擦，因此减轻了限位柱单元2的磨损，提升了限位柱单元2的使用寿命。

最前方的限位柱单元2中的第一限位柱21和第二限位柱22的间隙中插入多根保护杆5，能够紧急制动牵引车6，保护牵引车6不与刚性基座墙8发生碰撞造成损坏，降低了试验损失。

为了便于壳体1的转运及装配，在壳体1的上板体12上设有三个吊环。在壳体的下板体13的角落固定连接有支脚17，通过选用不同高度的支脚17即可实现壳体1整体高度的调整。

实施例二，以座椅系统作为待测零部件，以ECER44作为测试法规进行碰撞试验，具体包括如下步骤：

步骤一，CAE仿真确定制动装置参数。

1)参见图1建立CAE模型，该CAE模型包括平板式牵引车6、碰撞鼻和用于汽车碰撞试验的制动装置，

2)设定牵引车6速度为49±1km/h；

3)牵引车6以设定的速度运行，直至碰撞鼻7冲入制动装置，碰撞鼻7迫使吸能杆3杆塑性变形吸收牵引车6的动能。通过CAE仿真确定制动装置参数使牵引车6实现法规规定的时间-减速度曲线。所述制动装置参数包括：

四根吸能杆3，长度为2000mm，径向截面尺寸为30×30mm，材料为Q345钢，分别布置于后方的四组限位柱单元2中。

四根保护杆5，长度为1400mm，径向截面尺寸为40×40mm，材料为Q460钢，堆叠布置于最前方的限位柱单元2中。

步骤二，按照步骤一确定的制动装置参数加工吸能杆3和保护杆5。

步骤三，安装制动装置。

1)利用吊环16将壳体1吊装至基座墙8后方，壳体1的前板体14紧靠基座墙8，使用螺栓穿过前板体14的条形孔与基座墙8固定连接。

2)从壳体1的左侧面或右侧面装入五组共20根材质为黄铜的保护管25，保护管25分别与上板体1上的20个直径为60.5mm的过孔同轴；

3)从上板体12上的直径为60.5mm过孔中插入第一限位柱21和第二限位柱22，所述第一限位柱21和第二限位柱22依次穿过上板体12、保护管25和下板体13，直至挂盘24挂在上板体12上；

4)将五组共10个支撑组件4插入下板体13对应的直径为11mm的安装孔19中；

5)将四根吸能杆3分别插入前方的四个限位柱单元2的第一限位柱21和第二限位柱22的间隙中，选用合适高度的支脚17及支撑组件4，使得开口11和吸能杆3与碰撞鼻7高度相同。

步骤四，运行实体试验。

1)将座椅系统通过工装9固定于牵引车6的平台上，加速牵引车6向前运行，直至其以49±1km/h冲入制动装置，碰撞鼻7依次撞击四根吸能杆3，参见图8，吸能杆3发生塑性变形吸收牵引车6的动能，为其制动。参见图9，所示时间-减速度曲线在法规要求的阴影中，即满足了ECER44法规的时间-减速度曲线要求

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。