專利名稱：乘用車側面安全性試驗臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及車輛測試設備，尤其涉及汽車性能試驗裝置，特別涉及測試汽車車身及相關零部件，特別是側門強度、剛度以及抗撞性能的裝置，具體的是一種乘用車側面安全性試驗臺。
背景技術：
汽車安全性是汽車最首要的性能，汽車碰撞事故可大致分為正面碰撞、側面碰撞、追尾和翻滾等幾種主要類型。據統計，其中側面碰撞約占31％，而且由于車身橫向剛度較差，因而乘員傷害特別嚴重。汽車被動安全性研究一般有3種方法，其中試驗法因其結果最具說服力而被廣泛重視。提高汽車被動安全性的主要措施之一是調整車身不同部位的剛度，使得某些部位的剛度較小，利用其變形來吸收碰撞時的撞擊能量，而乘員所在的部位(側門附近)剛度則要求較大，變形較小。因此除了側門強度以外，側門剛度對乘員安全性同樣具有特別重要的意義。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種乘用車側面安全性試驗臺，所述的這種乘用車側面安全性試驗臺要解決現有技術中汽車側面碰撞試驗中，試驗所花費的成本、精力大，但所獲取的試驗信息不足或誤差較大、使用不理想的技術問題。
本實用新型的這種乘用車側面安全性試驗臺由網格狀T型槽平臺和圖像采集處理裝置構成，所述的網格狀T型槽平臺上設置有主臺、四個車輪輪轂定位裝置和一組剛性鉛垂平面組合擋塊，所述的一組剛性鉛垂平面組合擋塊中至少具有四個剛性擋塊，其中，所述的四個車輪輪轂定位裝置均設置有水平二維調整機構，所述的剛性鉛垂平面組合擋塊設置有水平二維位移調整機構和旋轉調整機構，所述的主臺中設置有導向支承裝置、液壓缸和加載器，所述的加載器設置在所述的剛性鉛垂平面組合擋塊的對面，所述的導向支承裝置由兩個平行的直線導軌體和四個滑塊支架構成，所述的兩個平行的直線導軌體連接在所述的加載器的后端，任意一個所述的滑塊支架固定設置在所述的主臺上，所述的滑塊支架設置成兩排，所述的直線導軌體設置在所述的滑塊支架中，任意一個所述的滑塊支架的內側截面呈矩形，在所述的任意一個滑塊支架內側的上、下、左、右位置分別設置有滑塊，所述的直線導軌體的上平面、下平面、左平面、右平面位置平行的分別設置有直線導軌，所述的直線導軌設置在相對應的滑塊中，所述的液壓缸設置在主臺上，所述的主臺中固定設置有一個支撐橫梁，所述的液壓缸與支撐橫梁連接，所述的液壓缸和滑塊支架均連接有一個在垂直方向上的有級調整機構，所述的液壓缸的活塞桿與所述的加載器連接，所述的液壓缸通過液壓管道連接有液壓伺服閥，所述的液壓伺服閥與一個液壓伺服控制器連接，所述的圖像采集處理裝置由圖像處理終端和至少兩臺攝像頭構成，所述的攝像頭均分別通過電纜與所述的圖像處理終端連接。
進一步的，所述的直線導軌體和所述的活塞桿相并聯設置。
進一步的，所述的加載器中設置有一個在垂直方向上的無級調整機構。
進一步的，所述的液壓伺服控制器連接有同步繼電器開關和同步閃光燈。
進一步的，所述的加載器的側面設置有反射鏡。
進一步的，所述的液壓缸上設置有行程傳感器和力傳感器，所述的行程傳感器、力傳感器均與液壓伺服控制器器連接。
進一步的，所述的圖像處理終端為個人計算機、或者小型計算機、或者中型計算機、或者大型計算機，所述的圖像處理終端內設置有圖像處理模塊。
進一步的，所述的液壓缸的后端通過一個后萬向節與支撐橫梁連接，所述的液壓缸的活塞桿通過一個前萬向節與所述的加載器連接。后萬向節與支撐橫梁之間還設置有連接件。
進一步的，所述的滑塊和直線導軌之間設置有滾珠和滾珠間隔保持器。
具體的，本實用新型中所述的網格狀T型槽平臺、車輪輪轂定位裝置、剛性鉛垂平面組合擋塊、加載器、液壓缸、液壓伺服控制器、同步繼電器開關、同步閃光燈、攝像頭、水平二維調整機構、水平二維位移調整機構、旋轉調整機構、圖像采集處理裝置、垂直方向上的有級調整機構和垂直方向上的無級調整機構均可采用現有技術中的技術方案實現，有關網格狀T型槽平臺、車輪輪轂定位裝置、剛性鉛垂平面組合擋塊、加載器、液壓缸、液壓伺服控制器、同步繼電器開關、同步閃光燈、攝像頭、水平二維調整機構、水平二維位移調整機構、旋轉調整機構、圖像采集處理裝置、垂直方向上的有級調整機構和垂直方向上的無級調整機構在現有技術中的技術方案，本領域的技術人員均已了解，所以在此不再贅述。
本實用新型的工作過程是將車輛裝到網格狀T型槽平臺上，并位于剛性鉛垂平面組合擋塊和加載器之間，根據被測位置，對液壓缸和滑塊支架進行垂直方向上的有級調節，對車輛進行平面X向、Y向以及繞鉛錘軸Z軸的調節，并固定牢固；根據加載器與車身的相對高度差，對加載器的高度進行微量無級調節；在車輛側面上布置變形參考點和典型特征點并記錄X、Y、Z坐標；調整同步閃光燈，并在X向、Y向以及Z方向上安置攝像頭；試驗員操作液壓伺服控制器，發出同步信號，同步閃光燈閃光，由液壓伺服控制器控制的液壓缸開始加載，加載器運行，與此同時，圖像采集處理裝置采集到同步閃光燈的光信號，作為加載和圖像采集的基準，并采集整個實驗過程，同時行程傳感器、力傳感器向液壓伺服控制器輸出數據信號，與液壓伺服控制器連接的顯示屏上同時顯示出以運動距離為變量的載荷曲線；當加載器運行經過設定距離時，液壓伺服控制器再次發出同步信號，同步閃光燈閃光，加載器停止運動并緩慢退回原位，圖像采集處理裝置同時采集到同步閃光燈的光信號。
本實用新型與現有技術相對照，其效果是積極和明顯的。本實用新型以光作為媒介，由加載器的控制器發出指令同時觸發液壓缸和同步閃光燈，簡捷的控制液壓缸和同步閃光器動作；另外，導向支承裝置采用∏型雙直線導軌式結構，可同時吸收剪力、彎矩和扭矩，采用了由滾珠式滑塊和直線導軌構成的滾動導軌副，大大減小了軸向摩擦力，提高了測試精度；直線導軌體和活塞桿平行并聯設置，大大縮短了試驗臺的長度，提高了試驗臺的剛度，因而也提高了試驗精度，比現有技術提高了約8倍，使試驗臺所提供的空間能滿足對軸距＜3000mm、輪距＜1800mm的各類乘用車(主要為轎車及轎車改型車)的側門強度試驗和安全性評價；此外，采用標準攝像的圖象三維測量法代替傳感器一維測量法，可精確測量車身剛度(變形矢量)。本實用新型的滑塊是固定的，而直線導軌體是運動的，可以更低的成本、更多的信息、更高的精度同步獲取車身各處的變形矢量、撞擊力、被測車輛所吸收的能量和對人體傷害的信息。
圖1為本實用新型的乘用車側面安全性試驗臺的原理圖。
圖2為本實用新型的乘用車側面安全性試驗臺中的主臺的結構示意圖。
圖3為本實用新型的乘用車側面安全性試驗臺中的主臺中的導向支承裝置的俯視結構示意圖。
圖4為本實用新型的乘用車側面安全性試驗臺中的直線導軌與滑塊的裝配橫截面結構示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實用新型的乘用車側面安全性試驗臺，由網格狀T型槽平臺和圖像采集處理裝置構成，所述的網格狀T型槽平臺上設置有導向支承裝置3、四個車輪輪轂定位裝置和一組剛性鉛垂平面組合擋塊，所述的一組剛性鉛垂平面組合擋塊中至少具有四個剛性擋塊，其中，所述的四個車輪輪轂定位裝置均設置有水平二維調整機構，所述的剛性鉛垂平面組合擋塊設置有水平二維位移調整機構和旋轉調整機構，所述的網格狀T型槽平臺上固定設置有一個主臺1，所述的主臺1中設置有液壓缸2和加載器4，所述的加載器4設置在所述的剛性鉛垂平面組合擋塊的對面，所述的導向支承裝置3由兩個平行的直線導軌體5和四個滑塊支架7構成，所述的兩個平行的直線導軌體5連接在所述的加載器4的后端，任意一個所述的滑塊支架7固定設置在所述的主臺1上，所述的滑塊支架7設置成兩排，所述的直線導軌體5設置在所述的滑塊支架7中，任意一個所述的滑塊支架7的內側截面呈矩形，在所述的任意一個滑塊支架7內側的上、下、左、右位置分別設置有滑塊11，所述的直線導軌體5的上平面、下平面、左平面、右平面位置平行的分別設置有直線導軌15，所述的直線導軌15設置在相對應的滑塊11中，所述的滑塊支架7的上側固定設置有一個支架頂蓋20，所述的液壓缸2設置在主臺1上，所述的主臺1中固定設置有一個支撐橫梁19，所述的液壓缸2與支撐橫梁19連接，所述的液壓缸2和滑塊支架7均連接有一個在垂直方向上的有級調整機構，所述的液壓缸2的活塞桿6與所述的加載器4連接，所述的液壓缸2通過液壓管道連接有液壓伺服閥8，所述的液壓伺服閥8與一個液壓伺服控制器連接，所述的圖像采集處理裝置由圖像處理終端9和至少兩臺攝像頭12構成，所述的攝像頭12均分別通過電纜與所述的圖像處理終端9連接。
進一步的，所述的直線導軌體5和所述的活塞桿6相并聯設置。
進一步的，所述的加載器4中設置有一個在垂直方向上的無級調整機構。
進一步的，所述的液壓伺服控制器連接有同步繼電器開關和同步閃光燈10。
進一步的，所述的加載器4的側面設置有反射鏡13。
進一步的，所述的液壓缸2上設置有行程傳感器和力傳感器，所述的行程傳感器、力傳感器均與液壓伺服控制器9連接。
進一步的，所述的圖像處理終端9為個人計算機、或者小型計算機、或者中型計算機、或者大型計算機，所述的圖像處理終端9內設置有圖像處理模塊。
進一步的，主臺1中設置有一個支撐橫梁19，所述的液壓缸2的后端通過一個后萬向節16與支撐橫梁19連接，所述的液壓缸2的活塞桿6通過一個前萬向節17與所述的加載器4連接。后萬向節16與支撐橫梁19之間還設置有連接件18。
進一步的，所述的滑塊11和直線導軌15之間設置有滾珠和滾珠間隔保持器。
本實用新型的具體原理如下本實用新型根據乘用車側向碰撞的規律研制，對配置齊全的乘用車進行破壞性的側向撞擊，撞擊行程可達600mm，撞擊力達100kN，以測試、評價乘用車最重要最薄弱部位的抗撞性能。
本實用新型配置了加載及控制系統和圖像處理系統，加載及控制系統采用MTS Microconsole 458.X控制器、Flex Test II試驗控制與管理及數據采集系統、MTS公司液壓伺服系統的壓力源和液壓促動器；圖像處理系統采用視頻采樣數字化、壓縮、圖像分析、數據處理及結果輸出等管理系統、控制攝像系統和照明系統(包括攝像頭、miroVIDEO DC30視頻采集設備、同步繼電器開關、同步閃光燈等)。
本實用新型可以實現執行機構的工作和整個臺架的同步控制，實現試驗全過程的圖象記錄，車身變形特征點的圖象測量，實現前后左右4個側門部位進行撞擊測試，且能適用不同車型需要，促動器(液壓缸)及加載器(壓頭)總成相對于被測車輛的位置可在X、Y、Z軸三個方向上平移可調，并可調整兩者的垂直度，即繞鉛垂軸Z軸旋轉可調，共有四個空間結構安裝調整參數，X、Y、Z、。
由于車身，尤其側門內部結構復雜，內有玻璃升降機構、門鎖等，各處強度不一，因此，在撞擊過程中，必將產生一個復雜的空間力系，分別作用于被測汽車和加載器上，這個力系包括大小和方向難以確定的軸向力、剪力、彎矩和扭矩。
而促動器的液壓活塞柱只能承受軸向加載力Fd，因而試驗臺必須設計一個導向支承裝置，能承受除軸向力以外的所有力、力矩，并且軸向摩擦力Ff應盡可能小。因為軸向上力平衡式為Fd＝Ff+Fc(作用在汽車上的Y方向車身變形反力)只有Ff→0，才有Fd≈Fc，使測試數據較真實反映汽車實際撞擊。于是汽車在撞擊的任意行程s或者任意時刻t所吸收的能量Ec(s)為
Ec(s)=∫0sFcds≈∫0sFdds=f(s)]]>或者Ec(t)=∫0tFcUdt≈∫0tFdUdt=f(t)]]>對于圖2所示的主臺，由于采用了“∏型雙直線滾動導軌式”導向支承裝置，同時吸收了剪力、彎矩和扭矩。不但大大減小了軸向摩擦力Ff，Ff＝92～102N，測試精度達到0.1％，而且縮短了試驗臺長度。使“試驗臺所處空間能滿足對軸距＜3000mm、輪距＜1800mm的各類乘用車(主要為轎車及轎車改型車)進行側門強度試驗和安全性評價。”因此加載系統在軟件支持下，可在顯示屏上較準確地實時顯示任意行程s或時刻t時Fc和Ec的曲線和數值。
在結構上設計采用“多余約束”(靜不定)的思想；采用了變截面等強度梁，既減少用材，又滿足剛度要求；所有桿件連接盡可能逼近理想形式，即“固定端”(既不能有相對位移，也不能有相對轉動)形式，而不是“懸臂梁”，或“鉸支座”；使試驗臺主臺尺寸減少到2900mm*1300mm。車輪輪轂定位裝置僅為450mm*300mm。主臺的剛度超過了規定的技術指標，60kN作用力下達到0.1mm，小于1mm，制造精度也大大提高。
車身相對于促動器及加載器總成需有4維可調自由度，而車身的定位是通過4個輪轂的定位裝置，以及受試驗一側對面的車身裙部靠在一個剛性鉛垂平面組合擋塊上來實現的(組合擋塊需要在X軸和Y軸方向可調，以及繞鉛垂軸Z軸旋轉可調)。無論動力源及加載器總成，還是4個車輪輪轂定位裝置如果設計成4個幾何參數可調的話，不但制造工藝復雜、設備龐大、成本昂貴，而且可調裝置剛度(還有可調裝置的間隙)很難滿足測試要求。
根據結構特點，以“不降低剛度、方便實施”為原則，本實用新型以“需調節的方向與有剛度要求的方向相垂直”為手段將4維自由度分解，即相對而言，促動器及加載器總成繞Z軸可調，較為困難，而具有高度(Z向)可調的一維自由度較易實現，因此對總成中促動器進行Z軸方向的有級調節，而在加載器內部采用特殊結構，實現Z向(高度方向)無級微量調節，因此在結構上保證了無論有級調節，還是無級調節均不影響臺架的軸向剛度。而車身通過車輪輪轂定位裝置進行三維調節，即把每個車輪輪轂定位裝置設計成可以在X軸和Y軸方向調節，由于車輪輪轂定位裝置長寬僅為450mm*300mm，較易實現繞鉛垂軸Z軸調節。
由于實際車身在撞擊過程的外形是復雜的三維曲面，而影象成象的過程為一中心投影過程，圖象的象平面是二維平面信息，存在信息丟失和信息失真。因此采用直接建立象平面坐標與物方坐標關系式的直接線性變換法(DLT)，使用由兩張或兩張以上相關的同步影象求解三個物方空間坐標，試驗使用三臺攝像設備。
為了能細致地了解車身(包括側門)在撞擊中的變形過程，在車身的特征點布置了20個醒目的測點。然而加載系統與圖像處理系統既沒有機械聯系，也無電氣，或信號聯系。為此采用了以光作為媒介，通過控制系統達到了兩個系統同步采集和控制的目的。
本實用新型首次將影象測量學理論、圖象技術、傳感器技術、測量技術、液壓及控制技術，車身設計和試驗學等不同學科，綜合應用于乘用車側門安全性試驗臺，使其作為一個整體，以優良的性能和創新填補了該領域的空白。
權利要求1.一種乘用車側面安全性試驗臺，由網格狀T型槽平臺和圖像采集處理裝置構成，所述的網格狀T型槽平臺上設置有主臺、四個車輪輪轂定位裝置和一組剛性鉛垂平面組合擋塊，所述的一組剛性鉛垂平面組合擋塊中至少具有四個剛性擋塊，其特征在于所述的四個車輪輪轂定位裝置均設置有水平二維調整機構，所述的剛性鉛垂平面組合擋塊設置有水平二維位移調整機構和旋轉調整機構，所述的主臺中設置有導向支承裝置、液壓缸和加載器，所述的加載器設置在所述的剛性鉛垂平面組合擋塊的對面，所述的導向支承裝置由兩個平行的直線導軌體和四個滑塊支架構成，所述的兩個平行的直線導軌體連接在所述的加載器的后端，任意一個所述的滑塊支架均固定設置在所述的主臺上，所述的滑塊支架設置成兩排，所述的直線導軌體設置在所述的滑塊支架中，任意一個所述的滑塊支架的內側截面均呈矩形，任意一個所述的滑塊支架內側的上、下、左、右位置均分別設置有滑塊，所述的直線導軌體的上平面、下平面、左平面、右平面位置平行的分別設置有直線導軌，所述的直線導軌設置在相對應的滑塊中，所述的液壓缸設置在主臺上，所述的主臺中固定設置有一個支撐橫梁，所述的液壓缸與支撐橫梁連接，所述的液壓缸和滑塊支架均連接有一個在垂直方向上的有級調整機構，所述的液壓缸的活塞桿與所述的加載器連接，所述的液壓缸通過液壓管道連接有液壓伺服閥，所述的液壓伺服閥與一個液壓伺服控制器連接，所述的圖像采集處理裝置由圖像處理終端和至少兩臺攝像頭構成，所述的攝像頭均分別通過電纜與所述的圖像處理終端連接。
2.如權利要求1所述的乘用車側面安全性試驗臺，其特征在于所述的直線導軌體和所述的活塞桿相并聯設置。
3.如權利要求1所述的乘用車側面安全性試驗臺，其特征在于所述的加載器中設置有一個在垂直方向上的無級調整機構。
4.如權利要求1所述的乘用車側面安全性試驗臺，其特征在于所述的液壓伺服控制器連接有同步繼電器開關和同步閃光燈。
5.如權利要求1所述的乘用車側面安全性試驗臺，其特征在于所述的加載器的側面設置有反射鏡。
6.如權利要求1所述的乘用車側面安全性試驗臺，其特征在于所述的液壓缸上設置有行程傳感器和力傳感器，所述的行程傳感器、力傳感器均與液壓伺服控制器器連接。
7.如權利要求1所述的乘用車側面安全性試驗臺，其特征在于所述的圖像處理終端內設置有圖像處理模塊。
8.如權利要求1所述的乘用車側面安全性試驗臺，其特征在于所述的液壓缸的后端通過一個后萬向節與所述的支撐橫梁連接，所述的液壓缸的活塞桿通過一個前萬向節與所述的加載器連接。后萬向節與支撐橫梁之間還設置有連接件。
9.如權利要求1所述的乘用車側面安全性試驗臺，其特征在于所述的滑塊和直線導軌之間設置有滾珠和滾珠間隔保持器。
專利摘要一種乘用車側面安全性試驗臺，由網格狀T型槽平臺和圖像采集處理裝置構成，網格狀T型槽平臺上設置有一個主臺、四個車輪輪轂定位裝置和一組剛性鉛垂平面組合擋塊，主臺中設置有液壓缸、導向支承裝置和加載器，加載器位于剛性鉛垂平面組合擋塊的對面，導向支承裝置由兩個平行的直線導軌體和四個滑塊支架構成，圖像采集處理裝置由圖像處理終端和至少兩臺攝像頭構成，攝像頭均分別通過電纜與所述的圖像處理終端連接。本實用新型采用標準攝像的圖象三維測量法代替傳感器一維測量法，精確測量車身剛度，并且在相互獨立的加載系統和圖象系統之間以光作為媒介建立聯系，同步獲取了車身各處的變形矢量、撞擊力、被測車輛所吸收的能量和對人體傷害的信息。
文檔編號G01M17/007GK2888433SQ20062003887
公開日2007年4月11日 申請日期2006年1月12日 優先權日2006年1月12日
發明者徐兆坤, 何稚樺, 黃虎, 蔣妙范, 吳偉蔚, 項陽, 張玨成 申請人:上海工程技術大學