专利名称：坡道式汽车碰撞实验系统和碰撞实验方法
技术领域：
本发明涉及一种用于进行汽车与结构物碰撞实验的系统和碰撞实验方法，特别是涉及一种用于进行汽车与结构物包括汽车碰撞实验的坡道式汽车碰撞实验系统和碰撞实验方法。
背景技术：
在汽车与结构物的碰撞试验中需将汽车加速到设定车速并以设定角度与结构物碰撞。由于汽车碰撞试验具有一定程度的不可预见性和危险性，所以一般不用驾驶员驾驶汽车。目前，使实验车加速的方法有牵引车牵引的方式，自力方式，液压驱动方式，电力牵引方式等。
1.电力牵引方式这是采用较多的一种方式，其主要优点是控制精度较高。汽车实车碰撞试验电力牵引系统主要由牵引电动机，控制系统，机械设备等构成。电动机通过卷扬机等装置使实验车加速，由控制系统控制试验过程。我国交通部汽车试验场采用的电力牵引系统，可使总质量为10000千克的实验车加速到80公里/小时，其速度控制精度为1％。系统选用了额定功率为550KW，额定电压460V，瞬时功率1100KW的直流电动机。加速路段为长400M，宽4M的水泥混凝土路面，路中间设有由250*90*11的槽钢等组成的轨道式导向装置。整个系统造价较高，电源容量大。加速能力较小，难以对大中型实验车进行加速。
2.牵引车牵引的方式利用牵引车牵引的方式使实验车达到设定车速的关键要有一个具有特殊功能的牵引装置。该牵引装置除了能够传递牵引力外，还应能够对实验车进行可靠导向，并且能够在需要脱离时能够解除联接。
意大利高速公路公司于1987年在佛罗伦萨进行的汽车碰撞试验采用了牵引车牵引的方式。该装置由人工可分离的管状金属杆件构成，由位于牵引车后面的操纵人员通过操纵杆操纵实验车。该牵引车牵引的方式的缺点是安全性差，对实验车的车重有限制。
3.液压传动方式波尔舍公司投入使用了一套汽车被动安全性研究设施。被试对象的加速，是由液压马达驱动的绞索传动装置实现的。液压马达的功率可达500kW，能使质量为200KG的被试对象加速至110km/h。液压马达由蓄能装置驱动。蓄能装置包括总容积为500升，压力为330bar的氮气瓶组等。这种方式也难以解决大型实验车的加速问题。
4.自力牵引方式实验车利用自身动力系统加速，这种方式对操纵系统要求较高，一般来说，需要采用自动驾驶装置或遥控驾驶装置。对实验车的车况要求较高，从而使试验费用增加。
5.火箭推进法德国奔驰公司曾采用火箭推进法。这是特别制造的蒸气火箭。用于小型车辆时，它从长度为1310毫米，直径500毫米，容积0。2立方米的储气箱后面的喷射口把蒸气喷出，成为独立的台车，由后面将实验车推进。热源使用电力，将加热器装在储气箱内。显然，这种方式同样难以解决大型实验车的加速问题，同时，难以控制，试验精度较低。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺陷，为了解决大型汽车碰撞试验时加速困难，难以控制和费用高的问题；从而提供一种利用坡道落差使被提升至坡道一定高度的汽车在重力的作用下滑下坡道，在水平实验区达到要求的车速的、试验精度高的坡道式汽车碰撞实验系统和碰撞实验方法。
本发明的目的是这样实现的本发明提供的坡道式汽车碰撞实验系统包括一个由支架、牵引钢丝绳、卷扬机和托辊组成牵引导向装置；其中支架固定在坡道的顶端，支架上设有一卷扬机，顺序安装另一支架，该支架上设有一托辊，一根牵引钢丝绳通过托辊和卷扬机相连，牵引钢丝绳另一端通过一牵引车上的动滑轮再绕回连接到坡道的顶端；或者直接与牵引定位车连接；牵引定位车与实验车之间连接依靠一牵引钩及脱钩释放机构，实现牵引定位车与实验车之间的联结和分离；用板材或石材等做成有一定高差的加速坡道，坡道中包括水平过渡段、曲线过渡段连接直线加速段；坡道的一端连接试验段，试验段上设置一观测塔，其测试设备安装在观测塔上，试验段两旁设有护墙；实验车内安装有测试加速度的仪器。
还包括导向装置可以是导轨或导槽式导向装置，即单任务形式对于导轨式，导轨应该安装在低于坡道路面的槽中以提高对车型的适应性。实验车通过导向小车与导轨或导槽相连。导向小车在进入实验区前，通过导轨或导槽底部与路面的距离的加大自然地脱离实验车。
如图5或6所述的牵引钩及脱钩释放机构由控钩，控钩轴，挂钩，挂钩轴和销安装在牵引小车上，销与实验车连接，牵引定位车通过挂钩、销牵引试验车或使实验车定位于坡道上的给定位置处。脱钩时，转动控钩使其绕控钩轴转动并带动挂钩绕挂钩轴转动，转过一定角度后，两钩分离，挂钩在销的作用下绕挂钩轴反向转动钩销分离，实验车脱钩下滑。
所述的坡道在曲线过渡段两端曲率为零，中部最大。其最大值对应的曲率半径应大于设计实验车辆能够通过的最小曲率半径。
本发明提供的应用坡道式汽车碰撞实验系统进行碰撞实验的方法(1)试验时，首先启动牵引装置将实验车牵引至坡道相应位置(一定的高度)；由于上坡时允许车速较低，因此，牵引装置所需功率较小。牵引钢丝绳由托辊保证方向，牵引定位车上设有牵引钩及脱钩释放机构，便于牵引钢丝绳与实验车之间的联结和分离。
(2)当实验车被牵引至坡道预设定的相应位置后，通过脱钩释放机构使牵引钢丝绳与实验车之间分离，实验车便会在重力作用下加速下滑，曲线过渡段确保实验车顺利，平滑地由直线加速段过渡到水平过渡段，不触头，不搁尾，减小实验车的俯仰振动；为保证方位，设有实验车导向系统(3)实验车在水平过渡段内完成碰撞前最后的准备工作，如，调整方向并解除对实验车的方向控制，减缓俯仰振动等。试验区内有被撞结构物，有足够的空间允许实验车完成碰撞动作，(4)同时高速摄像仪等测试设备测量并记录下整个碰撞过程。
本发明是利用卷扬机将实验车辆提升到坡道相应位置并释放，实验车受重力作用加速下滑，通过导向装置确保以正确方向和速度在给定位置与结构物相撞，并由观测塔上的测试设备跟踪记录下有关数据，该方法准确、快捷。另外，由于实验车碰撞所需的动能是有其重力势能转化得到，因此，解决了大型汽车碰撞试验时加速困难，难以控制和费用高的问题。
图1是坡道式汽车碰撞实验场和设施的简图。图2是导向小车式导向系统简3是导向小车解除机构原理4是遥控式导向系统图5为牵引状态时的脱钩装置图6为脱钩时的脱钩装置其中支架26固定在坡道14的顶端，支架26上设有一卷扬机1，顺序安装另一支架26，该支架26上设有一托辊2，一根牵引钢丝绳3通过托辊2和卷扬机1相连，牵引钢丝绳3另一端通过一牵引定位车4上的动滑轮再绕回连接到坡道的顶端；或者直接与牵引定位车4连接；牵引定位车4与实验车5之间连接依靠一牵引钩及脱钩释放机构11，实现牵引定位车4与实验车5之间的联结和分离(如图5、6所示)；坡道中包括水平过渡段8、曲线过渡段9连接直线加速段10；坡道的一端连接试验段7，试验段7上设置一观测塔6，其测试设备安装在观测塔6上，试验段7两旁设有护墙12；实验车5内安装有常规测试加速度的仪器。其中坡道在曲线过渡段两端曲率为零，中部最大。其最大值对应的曲率半径应大于设计实验车辆能够通过的最小曲率半径。实验车5与导向小车17相连，导向小车17沿导向槽13运动，从而可使实验车沿导向槽13确定的方向运动。碰撞时，应解除对实验车5的方向控制，因此，设有导向小车17脱勾释放。图3是导向小车解除机构原理图。在直线加速段10和曲线加速段9内，导向槽13较浅，实验车5通过联结机构16与导向小车17联结。在进入水平过渡段后，导向槽13变深成为缓冲室18，导向小车17在自重的作用下下移与实验车5脱离接触从而解除对实验车5的方向控制。缓冲室18的底面19的形状用于实验车5脱离，缓冲室18内加水或其它介质以对导向小车进行缓冲。图5为牵引状态时的脱钩机构示意图，控钩21，控钩轴22，挂钩24，挂钩轴25安装在牵引小车上，销23与实验车5连接。牵引定位小车4通过挂钩4、销23牵引试验车或使实验车5定位于坡道14上的给定位置处。脱钩时，转动控钩1使其绕控钩轴22转动并带动挂钩24绕挂钩轴25转动，转过一定角度后，两钩分离，挂钩24在销23的作用下绕挂钩轴25反向转动钩销分离，实验车脱钩下滑。
实施例3本实施例应用上述实施例制作的坡道式汽车碰撞实验系统进行碰撞实验的方法(1)试验时，首先启动牵引装置将实验车牵引至坡道相应位置(一定的高度)；由于上坡时允许车速较低，因此，牵引装置所需功率较小。牵引钢丝绳由托辊保证方向，牵引定位车上设有牵引钩及脱钩释放机构，便于牵引钢丝绳与实验车之间的联结和分离。
(2)当实验车被牵引至坡道预设定的相应位置后，通过脱钩释放机构使牵引钢丝绳与实验车之间分离，实验车便会在重力作用下加速下滑，曲线过渡段确保实验车顺利，平滑地由直线加速段过渡到水平过渡段，不触头，不搁尾，减小实验车的俯仰振动；为保证方位，设有实验车导向系统(3)实验车在水平过渡段内完成碰撞前最后的准备工作，如，调整方向并解除对实验车的方向控制，减缓俯仰振动等。试验区内有被撞结构物，有足够的空间允许实验车完成碰撞动作，(4)同时高速摄像仪等测试设备测量并记录下整个碰撞过程。
权利要求
1.一种坡道式汽车碰撞实验系统，其特征是包括一个由支架、牵引钢丝绳、卷扬机和托辊组成牵引导向装置；其中支架固定在坡道的顶端，支架上设有一卷扬机，顺序安装另一支架，该支架上设有一托辊，一根牵引钢丝绳通过托辊和卷扬机相连，牵引钢丝绳另一端通过一牵引车上的动滑轮再绕回连接到坡道的顶端；或者直接与牵引定位车连接；牵引定位车与实验车之间连接依靠一牵引钩及脱钩释放机构，实现牵引定位车与实验车之间的联结和分离；用板材或石材做成有一定高差的加速坡道，坡道中包括水平过渡段、曲线过渡段连接直线加速段；坡道的一端连接试验段和两旁设有护墙，试验段上设置一观测塔，其测试设备安装在观测塔上；实验车内安装有测试加速度的仪器。
2.根据权利要求1所述的坡道式汽车碰撞实验系统，其特征是所述的导向装置可以是导轨或导槽式导向装置，对于导轨式，导轨应该安装在低于坡道路面的槽中，实验车通过导向小车与导轨或导槽相连。
3.根据权利要求1所述的坡道式汽车碰撞实验系统，其特征是坡道在曲线过渡段两端曲率为零，中部最大，其最大值对应的曲率半径应大于设计实验车辆能够通过的最小曲率半径。
4.根据权利要求1所述的坡道式汽车碰撞实验系统，其特征是所述的卷扬机与牵引定位车之间的牵引钢丝绳应在车辆提升轨迹的中线上。
5.根据权利要求1所述的汽车与结构物碰撞实验的实验设施，其特征是所述的牵引钩及脱钩释放机构由控钩，控钩轴，挂钩，挂钩轴和销安装在牵引小车上，销与实验车连接，牵引定位车通过挂钩、销牵引试验车或使实验车定位于坡道上的给定位置处。
6.一种应用权利要求1所述的坡道式汽车碰撞实验系统进行碰撞实验的方法，其特征是(1)试验时，首先启动牵引导向装置将实验车牵引至预设坡道位置；(2)当实验车被牵引至坡道预设定的相应位置后，通过脱钩释放机构使牵引钢丝绳与实验车之间分离，实验车在重力作用下加速下滑，平滑地由直线加速段过渡到水平过渡段；(3)实验车在水平过渡段内完成碰撞前最后的准备工作，试验区内有被撞结构物，有足够的空间允许实验车完成碰撞动作，(4)同时高速摄像仪等测试设备测量并记录下整个碰撞过程。
全文摘要
本发明涉及坡道式汽车碰撞实验系统，包括支架、牵引钢丝绳、卷扬机和托辊组成牵引导向装置；其中支架固定在坡道的顶端，支架上设有一卷扬机，顺序安装另一支架，该支架上设有托辊，一根牵引钢丝绳通过托辊和卷扬机相连，牵引钢丝绳另一端通过牵引车上的动滑轮再绕回连接到坡道的顶端；或者直接与牵引定位车连接；牵引定位车与实验车之间连接依靠一牵引钩及脱钩释放机构，实现牵引定位车与实验车之间的联结和分离；有一定高差的加速坡道包括水平过渡段、曲线过渡段和直线加速段；坡道的一端连接试验段，试验段上设置一安有测试设备的观测塔，试验段两旁设有护墙；实验车内安装有测试加速度的仪器。
文档编号B60R19/24GK1420036SQ01134940
公开日2003年5月28日 申请日期2001年11月16日 优先权日2001年11月16日
发明者丁桦, 曲延涛 申请人:中国科学院力学研究所