耦合乘员行为检测的轨道车辆实车撞击试验系统的制作方法
【专利摘要】一种耦合乘员行为检测的轨道车辆实车撞击试验系统，所述试验系统包括中央控制台、发射器、实车和撞击墙；发射器与撞击墙之间的钢轨上摆放实车；撞击墙的侧面安装撞击测速装置和高速摄影装置；实车车厢内乘员区的两端和中间部位各布置实验假人，实验假人以非约束坐姿摆放在座椅上，每个实验假人的身上布置压力传感器、位移传感器和加速度传感器；配置在调试工况时使用制动装置、调速制动装置接头和调试测速装置；在撞击试验过程中：制动装置与调速制动装置接头脱离，中央控制台程序控制相关装置接收保存数据；实车无动力自由滑行距离至少为发射器有效行程的1.1倍；实车与撞击墙的试验撞击速度不低于每小时25公里。同时进行耦合乘员行为检测。
【专利说明】耦合乘员行为检测的轨道车辆实车撞击试验系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耦合乘员行为检测的轨道车辆实车撞击试验系统。
【背景技术】
[0002]列车碰撞事故严重威胁乘员安全。为减轻列车碰撞事故造成的损失，研制耐冲击吸能车体，是减轻列车撞击事故灾害损失的重要途径，也是世界铁路客车车体结构(包括城市轨道交通车辆)发展的必然趋势。在轨道车辆结构耐撞性研究中，实车撞击试验是一种能真实反映撞击过程并且不可替代的研究手段。必须依托实车碰撞实验进行耐撞吸能车体开发。
[0003]中国专利申请号为200610046823.3，名称为《汽车被动安全系统碰撞实验方法》公开了以下技术方案:“一种汽车被动安全系统碰撞实验方法，可按以下步骤实施:(A)对车体进行加固并安装车载相机及数据采集系统；(B)检查和确定约束系统配置情况；检查座椅并记录座棋靠背的角度、位置及固定情况；(d)检查H点定位的精确性；(E)检查安全带的基本状态；(F)检查方向盘和方向柱固定是否牢固；(G)检查仪表的固定是否坚固，如果有副气囊，是否固定牢固；(H)在假人的面部涂上油彩；(I)进行整车碰撞”。
[0004]中国专利申请号为01134940.9，名称为《坡道式汽车碰撞实验系统和碰撞实验方法》公开了以下技术方案:“一种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；有一定高差的加速度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。”
以上公开的两种技术方案，虽然它们能够在汽车领域应用，但它们都不能直接使用在轨道车辆的撞击实验上。其根本原因是轨道车辆构造的特殊性，其体积大、质量大、撞面积大，一般不小于4米X4米；特别是高铁上运行的轨道车辆的速度高，撞击时能级高。无法直接借鉴使用，需要重新开发针对轨道车辆的实车碰撞实验系统。
[0005]采用假人模型测试车体碰撞过程中乘员的运动姿态与受力变化是行之有效的好方法。正如中国专利申请号为200610046823.3，名称为《汽车被动安全系统碰撞实验方法》公开的“在假人的面部涂上油彩”，汽车碰撞领域已广泛采用假人开展相应的碰撞实验。
[0006]然而与汽车碰撞相比，列车乘员处于非约束状态，并无“安全带”，“气囊”等主动约束系统，针对其的测试方案也应有所不同。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种对质量为40-80Τ的和撞击速度为25~80km/h或者更高的轨道车辆实车进行撞击试验的，集驱动、制动、中央控制和试验参数采集于一体的带非约束人体模拟实验的轨道车辆实车撞击试验系统。
[0008]本发明的目的通过下述技术方案予以实现:所述试验系统包括中央控制台、发射器、实车和撞击墙；所述中央控制台内安装有专用软件，与发射器的电控部分和撞击墙的测力采集装置电连接；
所述发射器与撞击墙之间的地基上设置钢轨，钢轨上摆放实车；
所述实车车厢内乘员区的两端和中间部位各布置至少一个实验假人，实验假人以非约束坐姿摆放在座椅上，座椅固定在地板上；实验假人为标准假人，每个实验假人的头部、颈部前胸和后背布置压力传感器、位移传感器和加速度传感器；中央控制台与压力传感器、位移传感器和加速度传感器通过有线或者无线方式连接。
[0009]在撞击试验过程中:
所述中央控制台通过程序控制发射器、撞击测速装置、高速摄影装置、撞击墙的测力采集装置、压力传感器、位移传感器和加速度传感器的工作，接收保存相关数据；
所述发射器在有效行程内对实车进行加速，实车经过一定距离的无动力自由滑行后与撞击墙发生碰撞，实车自由滑行的距离至少为发射器有效行程的1.1倍；
所述实车与撞击墙发生碰撞时的试验撞击速度为设定撞击速度的1-2倍，设定撞击速度为实车运营时速的20-40%，最低的试验撞击速度不低于每小时25公里；
试验结束后进行分析计算，输出试验结果。
[0010]所述每个实验假人套装一个刚性的框架，框架的横梁对应的实验假人的头部、颈部、背部、前胸部、腹部、腿部和手部的位置布置压力传感器、位移传感器和加速度传感器；中央控制台与压力传感器、位移传感器和加速度传感器通过有线或者无线方式连接。
[0011]所述撞击墙包括匀力板、测力采集装置和撞击墩，匀力板面向实车，测力采集装置位于匀力板和撞击墩之间；所述测力采集装置为测力传感器阵列；所述中央控制台与测力传感器阵列电连接并接收撞击数据。
[0012]所述试验系统配置在调试工况时使用制动装置、调速制动装置接头和调试测速装置；所述调速制动装置接头固定在实车上；所述调试测速装置布置在钢轨的一侧或者两侧并与中央控制台电连接，调试测速装置位于实车开始自由滑行时位置。
[0013]所述实车的车体内被分为乘员区和可变形区，可变形区位于乘员区的两端，在乘员区内安装若干组行程开关及撞块，每组的行程开关或撞块安装在侧墙内，对应的撞块或行程开关安装在地板上，实验前，每组的行程开关或撞块相隔设定距离；在撞击发生过程中，当某一组的行程开关及撞块相接触时，表明乘员区的溃变发生，行程开关触发中央控制台中的报警器工作。
[0014] 所述实车分为乘员区和可变形区，在乘员区的外侧面上按照设定间隔布置设定宽度的垂直标记线；在撞击发生过程中，当中央控制台通过高速摄影装置获得乘员区的若干条标记线在高速摄影装置的捕捉区内所占的宽度减少量超出设定值时，中央控制台中的报警器开始报警。
[0015]与现有技术相比，本发明具有优点:构造科学合理，操作简单易行，能够对大质量(40-80Τ)和高撞击速度(25~80km/h或者更高)的轨道车辆实车进行撞击试验，并集驱动、制动、中央控制和试验参数米集于一体。【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明一实施例结构示意图；
图2为图1俯视结构意图；
图中:1_中央控制台，2-发射器，3-实车，4-调速制动装置接头，5-调试测速装置，6-钢轨，7-地基，8-撞击测速装置，9-高速摄影装置，10撞击墙，11-匀力板，12-测力传感器阵列，13-撞击墩，14-地板，15-座椅，16-实验假人，17-压力传感器，18-位移传感器，19-加速度传感器。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
参照附图，所述试验系统包括中央控制台1、发射器2、实车3和撞击墙10 ;所述中央控制台I内安装有专用软件，与发射器2的电控部分和撞击墙10的测力采集装置电连接；所述发射器2与撞击墙10之间的地基7上设置钢轨6，钢轨6上摆放实车3 ；
所述实车3车厢内乘员区的两端和中间部位各布置至少一个实验假人16，实验假人16以非约束坐姿摆放在座椅15上，座椅15固定在地板14上；实验假人16为标准假人，每个实验假人16的头部、颈部前胸和后背布置压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19 ;中央控制台I与压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19通过有线或者无线方式连接。
[0018]在撞击试验过程中:
所述中央控制台I通过程序控制发射器2、撞击测速装置8、高速摄影装置9、撞击墙10的测力采集装置、压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19的工作，接收保存相关数据；
所述发射器2在有效行程内对实车3进行加速，实车3经过一定距离的无动力自由滑行后与撞击墙10发生碰撞，实车3自由滑行的距离至少为发射器2有效行程的1.1倍；
所述实车3与撞击墙10发生碰撞时的试验撞击速度为设定撞击速度的1-2倍，设定撞击速度为实车3运营时速的20-40%，最低的试验撞击速度不低于每小时25公里；
试验结束后进行分析计算，输出试验结果。
[0019]所述每个实验假人16套装一个刚性的框架，框架的横梁对应的实验假人16的头部、颈部、背部、前胸部、腹部、腿部和手部的位置布置压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19 ;中央控制台I与压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19通过有线或者无线方式连接。
[0020]所述撞击墙10包括匀力板11、测力采集装置和撞击墩13，匀力板11面向实车3，测力采集装置位于匀力板11和撞击墩13之间；所述测力采集装置为测力传感器阵列12 ；所述中央控制台I与测力传感器阵列12电连接并接收撞击数据。
[0021]所述试验系统配置在调试工况时使用制动装置、调速制动装置接头4和调试测速装置5 ;所述调速制动装置接头4固定在实车3上；所述调试测速装置5布置在钢轨6的一侧或者两侧并与中央控制台I电连接，调试测速装置5位于实车3开始自由滑行时位置。
[0022]所述实车3的车体内被分为乘员区和可变形区，可变形区位于乘员区的两端，在乘员区内安装若干组行程开关及撞块，每组的行程开关或撞块安装在侧墙内，对应的撞块或行程开关安装在地板上，实验前，每组的行程开关或撞块相隔设定距离；在撞击发生过程中，当某一组的行程开关及撞块相接触时，表明乘员区的溃变发生，行程开关触发中央控制台I中的报警器工作。
[0023]所述实车3分为乘员区和可变形区，在乘员区的外侧面上按照设定间隔布置设定宽度的垂直标记线；在撞击发生过程中，当中央控制台I通过高速摄影装置9获得乘员区的若干条标记线在高速摄影装置9的捕捉区内所占的宽度减少量超出设定值时，中央控制台I中的报警器开始报警。
[0024]在以下实施例中:
中央控制台1:安装有专用软件，采用现有技术设计制作，为本发明试验系统的控制、数据采集、分析处理和人机对话中心。
[0025]发射器2:采用现有技术的设备和产品。
[0026]实车3:被试车辆的实物，如地铁车辆，高铁车辆，普通轨道车辆等。
[0027]调速制动装置接头4:安装在实车3上的合适部位，用于调试实车3自由滑行前的初速度，这个初速度是通过公知理论计算出来的。调试时，调速制动装置接头4与制动装置连接，既要能够测出所述的初速度，还要不让实车3不撞上撞击墙10 ;在正式试验时，调速制动装置接头4与制动装置脱离。
[0028]调试测速装置5和撞击测速装置8:为光电测速装置、激光测速装置、雷达测速装置、或者摄影装置。
[0029]钢轨6和地基7:常用公知技术设计制作。
[0030]高速摄影装置9:常用公知设备。
[0031]撞击墙10:主要由匀力板11、测力传感器阵列12和撞击墩13组成；测力传感器阵列12位于匀力板11和撞击墩13之间，且匀力板11面向实车3 ;中央控制台I与测力传感器阵列12电连接,并接收测力传感器阵列12被撞击时输出的撞击数据。
[0032]行程开关及撞块和报警器:常用公知的产品。
[0033]地板14和座椅15为实车3内的既有物品。
[0034]实验假人16为市售的标准实验假人，标准高度和标准体重。
[0035]压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19为市售压力传感器。
[0036]制动装置:为公知的装置。
[0037]试验撞击速度:要事先通过理论计算确定，或者按照每小时25公里确定。然后通过撞击测速装置8实际检验与试验撞击速度基本一致。
[0038]实施例1:
发射器2与撞击墙10之间的地基7上设置钢轨6 ;实车3摆放在钢轨6上，实车3背向撞击墙10的一端安装发射器2 ;实车3车厢内乘员区的两端和中间部位各布置至少一个实验假人16，实验假人16以非约束坐姿摆放在座椅15上，座椅15固定在地板14上；实验假人16为标准假人，每个实验假人16的头部、颈部前胸和后背布置压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19 ;中央控制台I与压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19通过有线或者无线方式连接。在撞击试验过程中:中央控制台I通过程序控制发射器
2、撞击测速装置8、高速摄影装置9、撞击墙10的测力采集装置、压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19的工作，接收保存相关数据；发射器2在有效行程内对实车3进行加速，实车3经过一定距离的无动力自由滑行后与撞击墙10发生碰撞，实车3自由滑行的距离至少为发射器2有效行程的1.1倍；实车3与撞击墙10发生碰撞时的试验撞击速度为设定撞击速度的1-2倍，设定撞击速度为实车3运营时速的20-40%，最低的试验撞击速度不低于每小时25公里；试验结束后进行分析计算，输出试验结果。
[0039]实施例2:
与实施例1基本相同，不同的是:每个实验假人16套装一个刚性的框架，框架的横梁对应的实验假人16的头部、颈部、背部、前胸部、腹部、腿部和手部的位置布置压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19 ;中央控制台I与压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19通过有线或者无线方式连接。
[0040]实施例3、4:
分别与实施例1基本相同，不同的是:撞击墙10包括匀力板11、测力采集装置和撞击墩13，匀力板11面向实车3，测力采集装置位于匀力板11和撞击墩13之间；所述测力采集装置为测力传感器阵列12 ;所述中央控制台I与测力传感器阵列12电连接并接收撞击数据。
[0041]实施例5-8:
分别在实施例14的基础上，配置在调试工况时使用制动装置、调速制动装置接头4和调试测速装置5 ;所述调速制动装置接头4固定在实车3上；所述调试测速装置5布置在钢轨6的一侧或者两侧并与中央控制台I电连接，调试测速装置5位于实车3开始自由滑行时位置。
[0042]实施例9-16:
分别在实施例1-8的基础上，所述实车3的车体内被分为乘员区和可变形区，可变形区位于乘员区的两端，在乘员区内安装若干组行程开关及撞块，每组的行程开关或撞块安装在侧墙内，对应的撞块或行程开关安装在地板上，实验前，每组的行程开关或撞块相隔设定距离；在撞击发生过程中，当某一组的行程开关及撞块相接触时，表明乘员区的溃变发生，行程开关触发中央控制台I中的报警器工作。
[0043]实施例17-24:
分别在实施例1-8的基础上，所述实车3分为乘员区和可变形区，在乘员区的外侧面上按照设定间隔布置设定宽度的垂直标记线；在撞击发生过程中，当中央控制台I通过高速摄影装置9获得乘员区的若干条标记线在高速摄影装置9的捕捉区内所占的宽度减少量超出设定值时，中央控制台I中的报警器开始报警。
[0044]实施例1、2的实际应用要点:
1、发射器2有效行程为5米，实车3长度为26米，质量为60.5吨，设定实车3无动力自由滑行距离为10米。换句话说,实车3总的运行距离为15米。
[0045]2、设定实车3为25K型空调发电车(质量为60.5吨)，实车3接触并撞击到撞击墙10时的时速为每小时25公里，自由滑行距离为10米，根据该车型基本阻力计算公式和列车运动方程式可反过来计算出开始滑行时的初速度为每小时25.77公里。即:该速度为在发射器2最大程内5米时的速度。
[0046]3、根据以上参数，发射器2的空心活塞18和缸套20之间的有效容积的横截面积为0.42平方米，配套的储气罐16的有效容积为2500升；在行程为5米的情况下，其有效发射能量约为1550.1KJ0
[0047]4、发射器2在发射前，其缸套20和实车3紧贴在一起。
[0048]5、中央控制台I启动发射器2工作，发射器2按照设定速度推动实车3运行5米后，实车3再无动力自由滑行10米后与撞击墙10相撞。在整个撞击过程中，撞击测速装置8、高速摄影装置9、撞击墙10、压力传感器17、位移传感器18和加速度传感器19将撞击资料发送给中央控制台I保存，实验结束后进行分析计算，输出实验结果。
[0049]实车3无动力自由滑行距离不小于发射器2有效工作行程的1.1倍，可以根据实际情况节约占地面积。
【权利要求】
1.一种稱合乘员彳丁为检测的轨道车辆实车撞击试验系统，所述试验系统包括中央控制台(1)、发射器(2 )、实车(3 )和撞击墙(10 );所述中央控制台(1)内安装有专用软件，与发射器(2)的电控部分和撞击墙(10)的测力采集装置电连接；其特征在于: 所述发射器(2)与撞击墙(10)之间的地基(7)上设置钢轨(6)，钢轨(6)上摆放实车(3)； 所述实车(3)车厢内乘员区的两端和中间部位各布置至少一个实验假人(16)，实验假人(16 )以非约束坐姿摆放在座椅(15 )上，座椅(15 )固定在地板(14 )上；实验假人(16 )为标准假人，每个实验假人(16)的头部、颈部前胸和后背布置压力传感器(17)、位移传感器(18)和加速度传感器(19);中央控制台(1)与压力传感器(17)、位移传感器(18)和加速度传感器(19)通过有线或者无线方式连接； 在撞击试验过程中: 所述中央控制台(1)通过程序控制发射器(2)、撞击测速装置(8)、高速摄影装置(9)、撞击墙(10 )的测力采集装置、压力传感器(17 )、位移传感器(18 )和加速度传感器(19 )的工作，接收保存相关数据； 所述发射器(2)在有效行程内对实车(3)进行加速，实车(3)经过一定距离的无动力自由滑行后与撞击墙(10)发生碰撞，实车(3)自由滑行的距离至少为发射器(2)有效行程的1.1 倍； 所述实车(3)与撞击墙(10)发生碰撞时的试验撞击速度为设定撞击速度的1-2倍，设定撞击速度为实车(3)运营时速的20-40%，最低的试验撞击速度不低于每小时25公里； 试验结束后进行分析计算，输出试验结果。
2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于:所述每个实验假人(16)套装一个刚性的框架，框架的横梁对应的实验假人(16)的头部、颈部、背部、前胸部、腹部、腿部和手部的位置布置压力传感器(17)、位移传感器(18)和加速度传感器(19);中央控制台(1)与压力传感器(17)、位移传感器(18)和加速度传感器(19)通过有线或者无线方式连接。
3.根据权利要求1或2所述的试验系统，其特征在于:所述撞击墙(10)包括匀力板(11)、测力采集装置和撞击墩(13)，匀力板(11)面向实车(3)，测力采集装置位于匀力板(11)和撞击墩(13)之间；所述测力采集装置为测力传感器阵列(12);所述中央控制台(1)与测力传感器阵列(12)电连接并接收撞击数据。
4.根据权利要求1或2所述的试验系统，其特征在于:所述试验系统配置在调试工况时使用制动装置、调速制动装置接头(4)和调试测速装置(5);所述调速制动装置接头(4)固定在实车(3)上；所述调试测速装置(5)布置在钢轨(6)的一侧或者两侧并与中央控制台(1)电连接，调试测速装置(5 )位于实车(3 )开始自由滑行时位置。
5.根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于:所述试验系统配置在调试工况时使用制动装置、调速制动装置接头(4)和调试测速装置(5);所述调速制动装置接头(4)固定在实车(3)上；所述调试测速装置(5)布置在钢轨(6)的一侧或者两侧并与中央控制台(1)电连接，调试测速装置(5)位于实车(3)开始自由滑行时位置。
6.根据权利要求1或2所述的试验系统，其特征在于:所述实车(3)的车体内被分为乘员区和可变形区，可变形区位于乘员区的两端，在乘员区内安装若干组行程开关及撞块，每组的行程开关或撞块安装在侧墙内，对应的撞块或行程开关安装在地板上，实验前，每组的行程开关或撞块相隔设定距离；在撞击发生过程中，当某一组的行程开关及撞块相接触时，表明乘员区的溃变发生，行程开关触发中央控制台(I)中的报警器工作。
7.根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于:所述实车(3)的车体内被分为乘员区和可变形区，可变形区位于乘员区的两端，在乘员区内安装若干组行程开关及撞块，每组的行程开关或撞块安装在侧墙内，对应的撞块或行程开关安装在地板上，实验前，每组的行程开关或撞块相隔设定距离；在撞击发生过程中，当某一组的行程开关及撞块相接触时，表明乘员区的溃变发生，行程开关触发中央控制台(I)中的报警器工作。
8.根据权利要求1或2所述的试验系统，其特征在于:所述实车(3)分为乘员区和可变形区，在乘员区的外侧面上按照设定间隔布置设定宽度的垂直标记线；在撞击发生过程中，当中央控制台(I)通过高速摄影装置(9)获得乘员区的若干条标记线在高速摄影装置(9)的捕捉区内所占的宽度减少量超出设定值时，中央控制台(I)中的报警器开始报警。
9.根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于:所述实车(3)分为乘员区和可变形区，在乘员区的外侧面上按照设定间隔布置设定宽度的垂直标记线；在撞击发生过程中，当中央控制台(I)通过高速摄影装置(9 )获得乘员区的若干条标记线在高速摄影装置(9 )的捕捉区内所占的 宽度减少量超出设定值时，中央控制台(I)中的报警器开始报警。
【文档编号】G01M17/08GK103940624SQ201410195038
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】田红旗, 姚松, 姚曙光, 谢素超, 彭勇, 周伟, 张健 申请人:中南大学