專利名稱：坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)和碰撞實驗方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于進行汽車與結構物碰撞實驗的系統(tǒng)和碰撞實驗方法，特別是涉及一種用于進行汽車與結構物包括汽車碰撞實驗的坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)和碰撞實驗方法。
背景技術：
在汽車與結構物的碰撞試驗中需將汽車加速到設定車速并以設定角度與結構物碰撞。由于汽車碰撞試驗具有一定程度的不可預見性和危險性，所以一般不用駕駛員駕駛汽車。目前，使實驗車加速的方法有牽引車牽引的方式，自力方式，液壓驅動方式，電力牽引方式等。
1.電力牽引方式這是采用較多的一種方式，其主要優(yōu)點是控制精度較高。汽車實車碰撞試驗電力牽引系統(tǒng)主要由牽引電動機，控制系統(tǒng)，機械設備等構成。電動機通過卷揚機等裝置使實驗車加速，由控制系統(tǒng)控制試驗過程。我國交通部汽車試驗場采用的電力牽引系統(tǒng)，可使總質量為10000千克的實驗車加速到80公里/小時，其速度控制精度為1％。系統(tǒng)選用了額定功率為550KW，額定電壓460V，瞬時功率1100KW的直流電動機。加速路段為長400M，寬4M的水泥混凝土路面，路中間設有由250*90*11的槽鋼等組成的軌道式導向裝置。整個系統(tǒng)造價較高，電源容量大。加速能力較小，難以對大中型實驗車進行加速。
2.牽引車牽引的方式利用牽引車牽引的方式使實驗車達到設定車速的關鍵要有一個具有特殊功能的牽引裝置。該牽引裝置除了能夠傳遞牽引力外，還應能夠對實驗車進行可靠導向，并且能夠在需要脫離時能夠解除聯接。
意大利高速公路公司于1987年在佛羅倫薩進行的汽車碰撞試驗采用了牽引車牽引的方式。該裝置由人工可分離的管狀金屬桿件構成，由位于牽引車后面的操縱人員通過操縱桿操縱實驗車。該牽引車牽引的方式的缺點是安全性差，對實驗車的車重有限制。
3.液壓傳動方式波爾舍公司投入使用了一套汽車被動安全性研究設施。被試對象的加速，是由液壓馬達驅動的絞索傳動裝置實現的。液壓馬達的功率可達500kW，能使質量為200KG的被試對象加速至110km/h。液壓馬達由蓄能裝置驅動。蓄能裝置包括總容積為500升，壓力為330bar的氮氣瓶組等。這種方式也難以解決大型實驗車的加速問題。
4.自力牽引方式實驗車利用自身動力系統(tǒng)加速，這種方式對操縱系統(tǒng)要求較高，一般來說，需要采用自動駕駛裝置或遙控駕駛裝置。對實驗車的車況要求較高，從而使試驗費用增加。
5.火箭推進法德國奔馳公司曾采用火箭推進法。這是特別制造的蒸氣火箭。用于小型車輛時，它從長度為1310毫米，直徑500毫米，容積0。2立方米的儲氣箱后面的噴射口把蒸氣噴出，成為獨立的臺車，由后面將實驗車推進。熱源使用電力，將加熱器裝在儲氣箱內。顯然，這種方式同樣難以解決大型實驗車的加速問題，同時，難以控制，試驗精度較低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術的缺陷，為了解決大型汽車碰撞試驗時加速困難，難以控制和費用高的問題；從而提供一種利用坡道落差使被提升至坡道一定高度的汽車在重力的作用下滑下坡道，在水平實驗區(qū)達到要求的車速的、試驗精度高的坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)和碰撞實驗方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現的本發(fā)明提供的坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)包括一個由支架、牽引鋼絲繩、卷揚機和托輥組成牽引導向裝置；其中支架固定在坡道的頂端，支架上設有一卷揚機，順序安裝另一支架，該支架上設有一托輥，一根牽引鋼絲繩通過托輥和卷揚機相連，牽引鋼絲繩另一端通過一牽引車上的動滑輪再繞回連接到坡道的頂端；或者直接與牽引定位車連接；牽引定位車與實驗車之間連接依靠一牽引鉤及脫鉤釋放機構，實現牽引定位車與實驗車之間的聯結和分離；用板材或石材等做成有一定高差的加速坡道，坡道中包括水平過渡段、曲線過渡段連接直線加速段；坡道的一端連接試驗段，試驗段上設置一觀測塔，其測試設備安裝在觀測塔上，試驗段兩旁設有護墻；實驗車內安裝有測試加速度的儀器。
還包括導向裝置可以是導軌或導槽式導向裝置，即單任務形式對于導軌式，導軌應該安裝在低于坡道路面的槽中以提高對車型的適應性。實驗車通過導向小車與導軌或導槽相連。導向小車在進入實驗區(qū)前，通過導軌或導槽底部與路面的距離的加大自然地脫離實驗車。
如圖5或6所述的牽引鉤及脫鉤釋放機構由控鉤，控鉤軸，掛鉤，掛鉤軸和銷安裝在牽引小車上，銷與實驗車連接，牽引定位車通過掛鉤、銷牽引試驗車或使實驗車定位于坡道上的給定位置處。脫鉤時，轉動控鉤使其繞控鉤軸轉動并帶動掛鉤繞掛鉤軸轉動，轉過一定角度后，兩鉤分離，掛鉤在銷的作用下繞掛鉤軸反向轉動鉤銷分離，實驗車脫鉤下滑。
所述的坡道在曲線過渡段兩端曲率為零，中部最大。其最大值對應的曲率半徑應大于設計實驗車輛能夠通過的最小曲率半徑。
本發(fā)明提供的應用坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)進行碰撞實驗的方法(1)試驗時，首先啟動牽引裝置將實驗車牽引至坡道相應位置(一定的高度)；由于上坡時允許車速較低，因此，牽引裝置所需功率較小。牽引鋼絲繩由托輥保證方向，牽引定位車上設有牽引鉤及脫鉤釋放機構，便于牽引鋼絲繩與實驗車之間的聯結和分離。
(2)當實驗車被牽引至坡道預設定的相應位置后，通過脫鉤釋放機構使牽引鋼絲繩與實驗車之間分離，實驗車便會在重力作用下加速下滑，曲線過渡段確保實驗車順利，平滑地由直線加速段過渡到水平過渡段，不觸頭，不擱尾，減小實驗車的俯仰振動；為保證方位，設有實驗車導向系統(tǒng)(3)實驗車在水平過渡段內完成碰撞前最后的準備工作，如，調整方向并解除對實驗車的方向控制，減緩俯仰振動等。試驗區(qū)內有被撞結構物，有足夠的空間允許實驗車完成碰撞動作，(4)同時高速攝像儀等測試設備測量并記錄下整個碰撞過程。
本發(fā)明是利用卷揚機將實驗車輛提升到坡道相應位置并釋放，實驗車受重力作用加速下滑，通過導向裝置確保以正確方向和速度在給定位置與結構物相撞，并由觀測塔上的測試設備跟蹤記錄下有關數據，該方法準確、快捷。另外，由于實驗車碰撞所需的動能是有其重力勢能轉化得到，因此，解決了大型汽車碰撞試驗時加速困難，難以控制和費用高的問題。


圖1是坡道式汽車碰撞實驗場和設施的簡圖。圖2是導向小車式導向系統(tǒng)簡3是導向小車解除機構原理4是遙控式導向系統(tǒng)圖5為牽引狀態(tài)時的脫鉤裝置圖6為脫鉤時的脫鉤裝置其中支架26固定在坡道14的頂端，支架26上設有一卷揚機1，順序安裝另一支架26，該支架26上設有一托輥2，一根牽引鋼絲繩3通過托輥2和卷揚機1相連，牽引鋼絲繩3另一端通過一牽引定位車4上的動滑輪再繞回連接到坡道的頂端；或者直接與牽引定位車4連接；牽引定位車4與實驗車5之間連接依靠一牽引鉤及脫鉤釋放機構11，實現牽引定位車4與實驗車5之間的聯結和分離(如圖5、6所示)；坡道中包括水平過渡段8、曲線過渡段9連接直線加速段10；坡道的一端連接試驗段7，試驗段7上設置一觀測塔6，其測試設備安裝在觀測塔6上，試驗段7兩旁設有護墻12；實驗車5內安裝有常規(guī)測試加速度的儀器。其中坡道在曲線過渡段兩端曲率為零，中部最大。其最大值對應的曲率半徑應大于設計實驗車輛能夠通過的最小曲率半徑。實驗車5與導向小車17相連，導向小車17沿導向槽13運動，從而可使實驗車沿導向槽13確定的方向運動。碰撞時，應解除對實驗車5的方向控制，因此，設有導向小車17脫勾釋放。圖3是導向小車解除機構原理圖。在直線加速段10和曲線加速段9內，導向槽13較淺，實驗車5通過聯結機構16與導向小車17聯結。在進入水平過渡段后，導向槽13變深成為緩沖室18，導向小車17在自重的作用下下移與實驗車5脫離接觸從而解除對實驗車5的方向控制。緩沖室18的底面19的形狀用于實驗車5脫離，緩沖室18內加水或其它介質以對導向小車進行緩沖。圖5為牽引狀態(tài)時的脫鉤機構示意圖，控鉤21，控鉤軸22，掛鉤24，掛鉤軸25安裝在牽引小車上，銷23與實驗車5連接。牽引定位小車4通過掛鉤4、銷23牽引試驗車或使實驗車5定位于坡道14上的給定位置處。脫鉤時，轉動控鉤1使其繞控鉤軸22轉動并帶動掛鉤24繞掛鉤軸25轉動，轉過一定角度后，兩鉤分離，掛鉤24在銷23的作用下繞掛鉤軸25反向轉動鉤銷分離，實驗車脫鉤下滑。
實施例3本實施例應用上述實施例制作的坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)進行碰撞實驗的方法(1)試驗時，首先啟動牽引裝置將實驗車牽引至坡道相應位置(一定的高度)；由于上坡時允許車速較低，因此，牽引裝置所需功率較小。牽引鋼絲繩由托輥保證方向，牽引定位車上設有牽引鉤及脫鉤釋放機構，便于牽引鋼絲繩與實驗車之間的聯結和分離。
(2)當實驗車被牽引至坡道預設定的相應位置后，通過脫鉤釋放機構使牽引鋼絲繩與實驗車之間分離，實驗車便會在重力作用下加速下滑，曲線過渡段確保實驗車順利，平滑地由直線加速段過渡到水平過渡段，不觸頭，不擱尾，減小實驗車的俯仰振動；為保證方位，設有實驗車導向系統(tǒng)(3)實驗車在水平過渡段內完成碰撞前最后的準備工作，如，調整方向并解除對實驗車的方向控制，減緩俯仰振動等。試驗區(qū)內有被撞結構物，有足夠的空間允許實驗車完成碰撞動作，(4)同時高速攝像儀等測試設備測量并記錄下整個碰撞過程。
權利要求
1.一種坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)，其特征是包括一個由支架、牽引鋼絲繩、卷揚機和托輥組成牽引導向裝置；其中支架固定在坡道的頂端，支架上設有一卷揚機，順序安裝另一支架，該支架上設有一托輥，一根牽引鋼絲繩通過托輥和卷揚機相連，牽引鋼絲繩另一端通過一牽引車上的動滑輪再繞回連接到坡道的頂端；或者直接與牽引定位車連接；牽引定位車與實驗車之間連接依靠一牽引鉤及脫鉤釋放機構，實現牽引定位車與實驗車之間的聯結和分離；用板材或石材做成有一定高差的加速坡道，坡道中包括水平過渡段、曲線過渡段連接直線加速段；坡道的一端連接試驗段和兩旁設有護墻，試驗段上設置一觀測塔，其測試設備安裝在觀測塔上；實驗車內安裝有測試加速度的儀器。
2.根據權利要求1所述的坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)，其特征是所述的導向裝置可以是導軌或導槽式導向裝置，對于導軌式，導軌應該安裝在低于坡道路面的槽中，實驗車通過導向小車與導軌或導槽相連。
3.根據權利要求1所述的坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)，其特征是坡道在曲線過渡段兩端曲率為零，中部最大，其最大值對應的曲率半徑應大于設計實驗車輛能夠通過的最小曲率半徑。
4.根據權利要求1所述的坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)，其特征是所述的卷揚機與牽引定位車之間的牽引鋼絲繩應在車輛提升軌跡的中線上。
5.根據權利要求1所述的汽車與結構物碰撞實驗的實驗設施，其特征是所述的牽引鉤及脫鉤釋放機構由控鉤，控鉤軸，掛鉤，掛鉤軸和銷安裝在牽引小車上，銷與實驗車連接，牽引定位車通過掛鉤、銷牽引試驗車或使實驗車定位于坡道上的給定位置處。
6.一種應用權利要求1所述的坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)進行碰撞實驗的方法，其特征是(1)試驗時，首先啟動牽引導向裝置將實驗車牽引至預設坡道位置；(2)當實驗車被牽引至坡道預設定的相應位置后，通過脫鉤釋放機構使牽引鋼絲繩與實驗車之間分離，實驗車在重力作用下加速下滑，平滑地由直線加速段過渡到水平過渡段；(3)實驗車在水平過渡段內完成碰撞前最后的準備工作，試驗區(qū)內有被撞結構物，有足夠的空間允許實驗車完成碰撞動作，(4)同時高速攝像儀等測試設備測量并記錄下整個碰撞過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及坡道式汽車碰撞實驗系統(tǒng)，包括支架、牽引鋼絲繩、卷揚機和托輥組成牽引導向裝置；其中支架固定在坡道的頂端，支架上設有一卷揚機，順序安裝另一支架，該支架上設有托輥，一根牽引鋼絲繩通過托輥和卷揚機相連，牽引鋼絲繩另一端通過牽引車上的動滑輪再繞回連接到坡道的頂端；或者直接與牽引定位車連接；牽引定位車與實驗車之間連接依靠一牽引鉤及脫鉤釋放機構，實現牽引定位車與實驗車之間的聯結和分離；有一定高差的加速坡道包括水平過渡段、曲線過渡段和直線加速段；坡道的一端連接試驗段，試驗段上設置一安有測試設備的觀測塔，試驗段兩旁設有護墻；實驗車內安裝有測試加速度的儀器。
文檔編號B60R19/24GK1420036SQ01134940
公開日2003年5月28日 申請日期2001年11月16日 優(yōu)先權日2001年11月16日
發(fā)明者丁樺, 曲延濤 申請人:中國科學院力學研究所