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侧面碰撞滑车试验

时间:2022-09-30 百科知识 版权反馈
【摘要】:在正面碰撞约束系统滑车试验中,整个车体被视为一个刚体,只要正确控制车体碰撞加速度波形的再现精度这一项参数,就可以保证滑车试验的准确性和重复性。侧撞滑车试验系统示例如图6.19所示。鉴于侧撞过程模拟的复杂性,至今还没有一种被行业所普遍接受的“标准型”滑车设施,大多是按照各自对侧撞过程的理解开发自己的试验系统,这一点与正面碰撞台车模拟系统有很大不同。试验时,MDB台车以规定速度v撞击静止台车。

在正面碰撞约束系统滑车试验中,整个车体被视为一个刚体,只要正确控制车体碰撞加速度波形的再现精度这一项参数,就可以保证滑车试验的准确性和重复性。相对而言,在侧撞滑车中模拟实际侧撞过程要比正面碰撞模拟难度大得多。在侧撞中,车门、B柱、门槛、座椅、地板都在以不同速度做相对移动,没有统一的特征性波形可用来模拟整车的碰撞过程,为寻求较为准确的滑车复现手段,行业内进行了很多研究[3]~[10]。侧撞滑车试验系统示例如图6.19所示。

图6.19 侧撞滑车试验系统(由一汽技术中心安全研究室提供)

侧面碰撞与正面碰撞模拟的难点有所不同,首先,乘员的侧面空间非常窄小,打击速度非常快,在10ms左右就有可能高达100g以上。如果仍然采用加速度模拟,已有的正面碰撞加速或减速系统的响应速度就显得不足了。其次,直接撞击乘员的门内板速度不像正面碰撞中车体那样呈现平滑特征,而是上下波动,即在加速过程中还带有减速动作,给动力学过程再现带来了一定的难度。

以美国SINCAP侧撞试验为例,典型的侧撞过程如下所述。

与正面碰撞用加速度曲线描述过程不同,侧撞试验习惯用速度—时间曲线来描述碰撞过程,因为在侧撞过程中动量交换是能量流动的主要形式。图6.20所示为美国SINCAP侧撞试验数据(试验编号756378)。在3~5ms之内,车门内板会达到与撞击障碍MDB相同的速度,有时内板的速度会高出MDB一些。撞击事件发生以后,在10~20ms时间段内,假人会在t1时刻与车门内表面发生动态接触,因此车门速度在t1时刻达到第一个高峰并开始下降。随着车门对人体动态载荷的增加,人体会在碰撞初始时刻后20~40ms内达到速度的最高点,在此之前会经历一个与车门接触的分离点t2。分离以后车门速度又开始上升,因此车门速度在t2处达到谷点。然后,在人体速度继续上升的同时,车门也达到其第二峰值,整体呈现“双峰”特征。如果不发生碰撞,双峰特征则不那么明显。

图6.20 NHTSA SINCAP试验第2506号(1997年)

文献[12]、[13]认为,人体伤害不仅与车门的初始接触速度有关,车门的速度—时间历程也是影响乘员伤害程度的重要因素。其他影响伤害程度的因素还有:车门变形程度、乘员身体承受载荷顺序、B柱变形形态,等等。

鉴于侧撞过程模拟的复杂性,至今还没有一种被行业所普遍接受的“标准型”滑车设施,大多是按照各自对侧撞过程的理解开发自己的试验系统,这一点与正面碰撞台车模拟系统有很大不同。为保证获得足够的乘员伤害再现精度,无论采用什么结构形式,侧撞模拟滑车系统均必须具备以下4方面的性能。

(1)人体—车门接触速度再现。

(2)车门的速度历程再现:双峰速度波形代表了车门—人体动量交换的过程。

(3)“剩余厚度”复制:门外板向内压缩的变形会减小内板与人体撞击时的压缩变形可利用空间,尤其是与MDB(移动吸能障碍)接触的下部。“剩余厚度”是指障碍壁撞击以后,门内板与外板之间余留空间的厚度,代表了车门的柔顺性。复制“剩余厚度”可以保证提供正确的可利用内板压缩空间,保证侧撞气囊有足够的展开空间。

(4)车门—人体相对几何空间复制:碰撞发生以后,侧撞气囊必须在约5ms后触发,15ms以后展开到位。为保证气囊的顺利展开,需要为其在正确的时间提供必备的几何空间。与气囊相接触的结构和气囊反作用基础部位的几何特征都应当尽量复制出来,最重要的是气囊安装点的运动历程再现非常重要,需要从零时刻开始一直复制到人—车门脱离为止。

接触时间、刚度分布、几何空间复制的方法可参考文献[10]~[14]进行。

门内板与乘员交互作用的速度历程是决定乘员伤害的主要因素之一,而复现车门速度却是一项具有挑战性的任务。

首先,侧撞中车门内板在10~25ms之内被从静止状态加速到9~16m/s[15],加速度最高可达160g,用标准的正面碰撞模拟加速滑车很难把车门加速到这个水平。其次,典型的车门速度具有双峰特性,期间经历了负加速过程,这种双向加速过程用普通的正撞系统是难以模拟出来的。

MIRA[16]、MGA[7]、Ford[5],[17]、Autoliv[13]的侧撞解决方案是比较有代表性的。MGA系统、弗吉尼亚大学汽车安全试验室UVA系统和Mitsubishi系统可以模拟出第一个波峰,MIRA系统可以通过增加缓冲衬垫的方法获得双峰效果,但是需要一定的调试经验才能获得满意的效果[18]

福特采用了一种比较复杂的方法进行双波峰模拟[14],系统原理见图6.21。图6.20中的OA加速段用HYGE冲击台实现。由于在图6.20中t1之前乘员几乎完全不动,因此OA上升斜率与实车符合与否并不影响试验效果。真正的试验段是从t1开始的。从A到B段是由蜂窝铝吸能来减速的,HYGE冲击台处于空载运行状态,规定的行程与速度降低量均由蜂窝铝来控制。当需要转入第二波峰阶段时,HYGE冲击台再次启动,打出BC段波形。达到曲线的C点时,由图6.21中VIA(液压吸能减速器)对整个滑车系统进行制动,实现C点以后的速度曲线模拟。整个过程是一个用HYGE、蜂窝铝、VIA进行“推—拉—推—拉”的过程。

图6.21 福特的双峰曲线模拟原理[26]

文献[19]尝试了用刚性联动机械系统协调车门、座椅与车体之间相对速度的方法,如图6.22所示。该方案将车门、座椅安装在一个静止的滑台(称为目标台车)上,另一个滑台模拟移动障碍壁(MDB)以预定的速度冲击目标台车。仍然采用图6.16所示的吸能减速器进行制动,用机械联动装置设定车门、车体与座椅之间的运动规律,并控制三者运动时序与实车的相对关系和实测保持一致。

系统由静止台车和运动台车(MDB台车)组成。静止台车上安装车门、座椅及控制座椅和车门相对运动的刚性连杆控制装置,假人用安全带约束在座椅上。MDB台车上安装车门吸能器(蜂窝铝)和MDB吸能器。

试验时,MDB台车以规定速度v撞击静止台车。车门吸能器首先与车门作用,在静止台车未动时使车门建立起目标速度。车门达到图6.20所示的A点速度之后,MDB吸能器与静止台车碰撞使其开始运动。图6.20中的车体曲线由MDB吸能器控制,在车门曲线BC段,人体与车门之间的相对速度关系由连杆机构控制。最后,在制动吸能器、连杆曲线销槽的配合作用下,完成试验后段的尾部曲线控制。

曲线销槽的轨迹曲线由车门和车体和座椅的速度曲线所决定,两条曲线槽分别取不同的外廓(见图6.23)。

图6.22 机械联动式侧面台车试验系统MSIS[19](由一汽技术中心安全研究室提供)

(a)系统原理示意;(b)铰链结构

图6.23 销槽轨迹计算参数

求解曲线方程方法如下:

得到传动点的关系:

由几何关系得曲线槽设计模型:

利用给定的座椅、车门和车体的运动数据,可设计出座椅和车门所需的运动曲线。系统的双峰模拟效果见图6.24。

图6.24 MSIS的模拟效果

如图6.25所示的侧面碰撞车门双峰速度波形模拟系统是建立在图6.19侧撞滑车试验系统基础上的,结构比图6.19简单。系统由主滑车、伺服制动系统和冲击质量系统构成。试验之初滑车处于静止状态,双质量系统由图6.17所示的牵引系统驱动到规定速度。相对于图6.20所示的侧撞过程,质量块M1撞击到滑车上时将产生图6.20中O到A段加速度。达到峰值A点时液压伺服制动系统开始对滑车实施制动,使曲线达到谷点B。在AB制动阶段,质量块M2在惯性作用下继续向前空行程滑行,调整M1和M2之间的距离,使M1在B点时刻与M2相撞,对滑车产生第二次冲击,将曲线推向C点。在BC段运动期间,液压伺服制动系统完全松开。达到C点以后伺服制动系统再次开始制动,实现C点以后的曲线波形。

图6.25 基于液压伺服制动的双质量块减速滑车侧撞模拟系统

内饰与人体之间的空间和刚度耦合模拟可采用与其他系统相仿的措施。

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