專利名稱：汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)及其加速方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非車輛自身動力加速的裝置與方法，特別是涉及汽車碰撞試驗時重錘下落牽引車輛加速的車輛加速裝置與方法。
背景技術(shù)：
汽車運輸業(yè)需求的日益增加，帶動公路建設的迅猛發(fā)展，在公路建設飛速發(fā)展的同時，道路安全防護設施也必須同步發(fā)展，因此，加強道路安全防護設施的實驗研究，開發(fā)與當前公路交通條件相適應的安全、可靠的新型道路安全防護設施來減少和避免車輛墜崖、墜橋等惡性事故發(fā)生，緩解公路交通安全面臨的嚴峻形勢。
道路安全防護設施是一種“恰到好處”的防護結(jié)構(gòu)，影響其功能的因素很多，又都非線性關(guān)系，單是用理論分析、結(jié)構(gòu)計算難以得出結(jié)論，最終還必須用實車碰撞驗證實驗來確認其防護能力是否滿足安全標準要求。這是世界各國公認的道路安全防護設施開發(fā)研究的基本方法之一。實車碰撞實驗是一種“人造車禍”，實現(xiàn)碰撞實驗的關(guān)鍵問題之一是如何將實驗車輛加速到規(guī)定的碰撞速度，并在指定的位置上以規(guī)定的角度與標的物相撞。歐洲、美國、日本等在相關(guān)技術(shù)法規(guī)中都對實驗車輛的加速作了明確規(guī)定?？梢詺w納如下1、速度控制準確到實驗法規(guī)要求的誤差范圍內(nèi)，這個范圍是對于大型車輛最大噸位38t，最高速度800+7％km/h；對于小型車輛噸位1.5t，最高速度1130+7％km/h；特殊路段特殊設計的護欄需要的試驗車輛加速能力更高，如80t80km/h。
2、要求實驗車輛碰撞道路安全防護設施前姿態(tài)穩(wěn)定，沒有明顯的搖擺、俯仰、偏轉(zhuǎn)等，按照預定的方向行駛且不受轉(zhuǎn)向等任何其它手段的限制。
3、安全、可靠、節(jié)能容易實現(xiàn)。
一方面要滿足上述要求，另一方面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，有的采用無人駕駛遙控技術(shù)，但對實驗車輛的動力性和自動控制性能要求高。因此目前主要采用來自實驗車輛以外的其它動力進行加速，如直流電機牽引、液壓馬達牽引、拖車牽引、坡道行駛、橡皮繩彈射、重錘下落等。相比之下，直流電機和液壓馬達價格昂貴，對于大型車輛加速困難；拖車牽引速度控制困難且對于大型車輛牽引難以實現(xiàn)。坡道加速對于大型車輛非常有效，但對于地勢的要求高，平地實現(xiàn)難度大，而且加速跑道方向固定，多個碰撞角度適應性差。
急需要研究一種對于解決在平地上為大噸位高速度車輛加速、同時一個重錘適應多條加速跑道的汽車碰撞試驗車輛加速方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺陷，為解決在平地上建立大型車輛碰撞試驗加速系統(tǒng)困難和一套加速裝置適用于多條加速跑道困難的問題，從而提供一種汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)。
本發(fā)明的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)，主要包括重錘、重錘支撐塔、重錘提升裝置(由起重卷揚機、滑輪組、鋼絲繩構(gòu)成)、重錘導向裝置、重錘能量緩沖裝置、車輛導向裝置(由導向軌、導向小車、緩沖池構(gòu)成)、車輛脫鉤裝置和車輛定位調(diào)整裝置等。
所述重錘是由殼體和多塊密度較大材質(zhì)的物質(zhì)以一定方式組合構(gòu)成的質(zhì)量塊，是被加速車輛的能量來源，實現(xiàn)的原理是依靠將有一定提升高度的重錘具有的勢能在下落的過程中轉(zhuǎn)換為車輛和重錘的動能，從而使被加速車輛得到加速，本加速系統(tǒng)重錘能夠方便靈活地組合成3～120噸大小不同的重量，以適應不同噸位不同速度加速等級的需要；重錘殼體內(nèi)有限位裝置，限制質(zhì)量塊之間，質(zhì)量塊與重錘的殼體之間的相對運動。
所述重錘提升裝置是由起重卷揚機、滑輪組和鋼絲繩組成，其動滑輪組由多組滑輪組成，以減小鋼絲繩拉力，其定滑輪設在重錘支撐塔頂和地面結(jié)構(gòu)的不同位置以改變鋼絲繩走向；所述重錘支撐塔是用于承受重錘的重力和為重錘提供起落空間的塔式構(gòu)造物，在重錘起落空間的四周安裝有重錘起落導向軌，在塔底有重錘能量緩沖裝置；所述車輛脫鉤裝置是試驗前用來切斷車輛與錨固卷揚機之間的連接，以釋放重錘下落牽動車輛加速的機構(gòu)；所述車輛定位調(diào)整裝置是當車輛所停位置與設定位置有差距時拖動車輛位置移動的卷揚機或其它拖拽機構(gòu)。
所述重錘提升裝置和車輛位置調(diào)整裝置可以是兩個卷揚機也可以是其它動力設備，兩個卷揚機相互配合可以實現(xiàn)重錘提升高度的調(diào)整和車輛停止位置的調(diào)整；為了消除重錘起重時和調(diào)整車輛位置時卷揚機突然起動帶來的沖擊，在卷揚機的電機和卷筒之間安裝有起緩沖作用的離合器裝置。
所述車輛導向裝置由地面導向軌、沿導向軌運動的導向小車、和設在導向軌尾部的緩沖池組成，用來將重錘下落時產(chǎn)生的牽引力和車輛定位調(diào)整裝置的拉力傳遞給車輛，帶動車輛運動，并使車輛在加速過程中保持正確的方向。
本發(fā)明的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)一套重錘裝置可以為多條加速跑道上的試驗車輛加速。
本發(fā)明的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)，車輛獲得速度的動能來自于提升到一定高度的重錘的重力勢能不落過程中轉(zhuǎn)化被加速車輛和重錘自身的動能而得到。對于不同的加速能量等級(通過被加速車輛的噸位和目標車速來表征)要求，可以通過重錘的質(zhì)量一定，改變重錘的提升高度來實現(xiàn)；也可以通過重錘的提升高度一定，改變重錘的質(zhì)量來實現(xiàn)；或者同時改變重錘的提升高度和質(zhì)量來實現(xiàn)。
本發(fā)明的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速方法是，首先，將起重卷揚機、重錘、導向小車、被加速車輛、脫鉤機構(gòu)、脫鉤裝置尾端錨固卷揚機由鋼絲繩和滑輪(組)組成一個閉合環(huán)，然后由起重卷揚機將重錘提升到指定的高度，通過車輛定位調(diào)整裝置和起重裝置配合微調(diào)使車輛位置誤差達到要求的精度；利用脫鉤裝置切斷錨固卷揚機對車輛尾端的拉力，釋放重錘下落牽動車輛加速，當導向小車駛?cè)刖彌_池時，車輛與導向小車分離，重錘不再為車輛加速，車輛以自由狀態(tài)行駛與預先設計的標目物相撞；重錘的剩余動能和勢能由緩沖器吸收。


圖1是本發(fā)明實施例一的重錘加速系統(tǒng)組成示意圖；圖2是本發(fā)明實施例二的重錘加速系統(tǒng)組成示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例一本實施例的系統(tǒng)主體為重錘支撐塔6，支撐塔6上設置重錘導向裝置16，支撐塔6的下側(cè)設置有滑輪組5。該滑輪組5包括定滑輪2和動滑輪4，動滑輪4設置在重錘3上，通過鋼絲繩7與定滑輪連接。重錘支撐塔6的一側(cè)設置了卷揚機1，用于將重錘提升到一定的高度。
支撐塔6的另一側(cè)設置了車輛加速裝置，該車輛加速裝置包括導向軌9、導向小車12、被加速車輛11、脫鉤裝置10和卷揚機8。其中導向小車12通過鋼絲繩與重錘3連接，鋼絲繩7則通過固定在不同位置的定滑輪2轉(zhuǎn)變方向。導向小車設置在導向軌9上，可沿導向軌9運動，使用時導向小車與被加速車輛11活動連接。而被加速車輛11的尾端則連接有脫鉤裝置10和卷揚機8，卷揚機8用于調(diào)整被加速車輛的位置，脫鉤裝置10用于使車輛11與卷揚機8脫離而開始加速。
在導向軌9的尾端設置了向下的緩沖池13，在緩沖池13內(nèi)導向軌9向下延伸，從而可以使導向小車與被加速車輛脫離，進而沿路面14行駛。
本實施例的系統(tǒng)在使用時，首先用鋼絲繩7將卷揚機1、重錘3、導向小車12、被加速車輛11、脫鉤裝置10和卷揚機8構(gòu)成一個閉合環(huán)。啟動卷揚機8和卷揚機1提升重錘3的高度，并調(diào)整好被加速車輛的初始位置。然后釋放脫鉤裝置10，使被加速車輛與卷揚機8脫離，進而重錘自由下落而帶動導向小車連同被加速車輛加速。當導向小車運動到緩沖池時斜向下運動而與車輛脫離，車輛便沿路面運動。而重錘3下落到底時需要緩沖裝置15來緩沖對地面的沖擊，該緩沖裝置為電力液壓塊制動器。
根據(jù)分析得到的系統(tǒng)實際可能達到的效率，構(gòu)建如圖1所示的重錘車輛加速系統(tǒng)。此加速系統(tǒng)支撐塔6的凈空高度達50m，重錘3最大質(zhì)量達120t，加速跑道9的長度可達260m，可以將最大噸位80t的車輛11加速到80km/h。此系統(tǒng)給不同噸位車輛加速到相應速度時系統(tǒng)運行有關(guān)參數(shù)如下表。

實施例二
1、系統(tǒng)的構(gòu)成及各部分功用以圖2所示的方式布置加速系統(tǒng)的各部分。牽引車17用于提升重錘21和當重錘提升到指定高度后固定重錘的位置(此時牽引車要駐車并打地錨)；在牽引車17的尾端和鋼絲繩25連在車尾的一端之間安裝有測力傳感器18，用于測量重錘起重過程中需要的牽引力；“門”字形支撐塔20用于支撐提升后重錘21的重力和重錘起落的空間；該系統(tǒng)中有8個定滑輪19，用于改變鋼絲繩25的走向；支撐塔20頂裝有三輪閉口吊鉤型滑車23和重錘21上安裝的雙輪閉口吊鉤形滑車22組成了滑輪組，兩者配合使得重錘21的重力由4根鋼絲繩承擔，鋼絲繩的一端通過定滑輪轉(zhuǎn)向與牽引車相連，加一端通過定滑輪轉(zhuǎn)向與被加速車輛32下的導向小車31相連；鋼絲繩25連接到導向小車31一端中部安裝有測力傳感器26，用于測量重錘21下落過程中對被加速車輛32的拉力；被加速車輛32前橋下焊有導向爪，通過導向爪與導向小車31相連，被加速車輛32尾端用鋼絲繩通過脫鉤機構(gòu)33、車輛定位調(diào)整導鏈34與錨固點35連接；在重錘21的兩側(cè)各有一根鋼絲繩24給重錘起落過程起導向作用；在重錘21下落的正下方有砂池36用于吸收重錘落地后的剩余機械能；在被加速車輛32的前端指定位置設有緩沖池28，當被加速車輛前橋行至緩沖池時，被加速車輛32和導向小車31自動分離，導向小車31在導軌29的導向下進入緩沖池消除其加速動能，被加速車輛在沒有導向的情況下繼續(xù)前行，到前方的制動砂石路床消除其動能而停止；在被加速車輛32和導向小車31分離的位置設有測速裝置30，用于對被加速車輛達到的速度進行測試。
2、系統(tǒng)的實現(xiàn)過程根據(jù)圖2所示安裝好各組成部分后，首先，根據(jù)設定的目標車速確定被加速車輛32相對于緩沖池28處車輛32與導向小車31分離的位置，通過車輛位置調(diào)整導鏈34調(diào)整并固定車輛的位置。目標車速是被加速車輛要達到的車速，要事先設定，設定好之后根據(jù)重錘21的重量和系統(tǒng)效率情況計算出要求的重錘的提升高度，在本系統(tǒng)中被加速車輛停止位置到與導向小車分離點的距離應為重錘提升高度的4倍。
其次通過牽引車17牽引提升重錘到設定的提升高度，駐車并打地錨固定重錘在設定的高度。在提升的過程中要緩慢起步，盡量消除起步過程中牽引車17對鋼絲繩25的拉力不均勻沖擊。
最后從被加速車輛32的尾端脫鉤裝置33處脫鉤，重錘21開始下落，通過鋼絲繩25、導向小車31使被加速車輛32得到加速，當車輛32行至緩沖池位置時與導向小車31分離，被加速車輛32不再被重錘21加速，以已有速度前行，到砂石路床27上被制動；導向小車31沿軌道29到緩沖池緩沖；重錘21落至36時受到砂池的緩沖。
3、試驗數(shù)據(jù)及其分析采用圖2所示的重錘車輛加速系統(tǒng)進行了11次試驗，其中前9次的試驗條件為，重錘重3.002噸，被加速車輛重2.092噸，試驗結(jié)果及分析得到的系統(tǒng)的效率如下表。


后2次的試驗條件為，重錘重6.46噸，被加速車輛重2.0噸，試驗結(jié)果及分析得到的系統(tǒng)的效率如下表。

注1、表中車輛的質(zhì)量即為被加速物體的質(zhì)量＝臺車質(zhì)量(含導向小車)+與車輛等速度的鋼絲繩的質(zhì)量+測牽引拉力傳感器的質(zhì)量；2、重錘質(zhì)量為m1、車輛的質(zhì)量為m2；3、重錘損失機械能的計算公式為

系統(tǒng)的效率計算公式為

從試驗結(jié)果可以分析出通過車輛定位(與重錘提升高度對應)來控制車速精度的試驗結(jié)果在預測范圍之內(nèi)。按照試驗方案預算，重錘提升高度在1.5m，3.4m，6.1m三個高度±20cm范圍內(nèi)時，車輛的速度變化分別應在±1.5km/h，±1km/h，±0.7km/h范圍之內(nèi)，試驗時實測值分別為2.1km/h，1.8km/h，0.8km/h，試驗結(jié)果表明，隨著重錘提升高的增大，重錘提升高度每增加或減少20cm，車輛的速度變化呈減小趨勢。這種速度區(qū)分精度可以滿足護欄碰撞標準的要求。用牽引車起重重錘的過程中，離合器操縱適當牽引力的最值(峰值)與均值相差很少，即基本上不存在峰值。
權(quán)利要求
1.一種汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)，包括重錘、重錘支撐塔、重錘提升裝置、重錘導向裝置、重錘能量緩沖裝置、車輛導向裝置、車輛脫鉤裝置和車輛定位調(diào)整裝置，其中重錘與車輛導向裝置通過鋼絲繩連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)，其特征在于所述重錘是由殼體和多塊密度較大材質(zhì)的物質(zhì)的組合體，組裝成3～120噸質(zhì)量的重錘，組合體塊與塊之間或塊與殼體間相互連接，限制塊與殼體之間任一方向的相對移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)，其特征在于所述重錘提升裝置是由起重卷揚機、滑輪組和鋼絲繩組成，其動滑輪組由多組滑輪組成，其定滑輪設在重錘支撐塔頂和地面結(jié)構(gòu)的不同位置以改變鋼絲繩走向；所述重錘支撐塔是用于承受重錘的重力和為重錘提供起落空間的塔式構(gòu)造物，在重錘起落空間的四周安裝有重錘起落導向軌，在塔底有重錘能量緩沖裝置；所述車輛脫鉤裝置是試驗前用來切斷車輛與錨固卷揚機之間連接的機構(gòu)；所述車輛定位調(diào)整裝置是拖動車輛位置移動的卷揚機或拖拽裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)，其特征在于在重錘的起重端和車尾脫鉤裝置后邊各設有一套能拉動鋼絲繩運動，進而提升重錘或拉動車輛運動的動力裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)，其特征在于車輛導向裝置由地面導向軌、沿導向軌運動的導向小車、和設在導向軌尾部的緩沖池組成，其中導向小車通過鋼絲繩與重錘連接，并與車輛活動連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)，其特征在于在卷揚機的電機和卷筒之間裝有起緩沖作用的離合裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速系統(tǒng)，其特征在于一套重錘系統(tǒng)可以適用于多條車輛加速跑道。
8.一種汽車碰撞試驗重錘牽引車輛加速方法，首先，將起重裝置、重錘、導向小車、被加速車輛、脫鉤機構(gòu)、脫鉤裝置尾端錨固卷揚機由鋼絲繩和滑輪組成一個閉合環(huán)，然后由起重裝置將重錘提升到指定的高度，通過車輛定位調(diào)整裝置和起重裝置配合微調(diào)使車輛位置誤差達到要求的精度；利用脫鉤裝置切斷車輛定位調(diào)整裝置對車輛的拉力，釋放重錘下落牽動車輛加速，當導向小車駛?cè)刖彌_池時，車輛與導向小車分離，重錘不再為車輛加速，重錘的剩余能量由緩沖器吸收。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車碰撞試驗時依靠重錘下落帶動車輛加速的車輛加速系統(tǒng)，包括重錘、重錘支撐塔、重錘提升裝置、重錘導向裝置、重錘能量緩沖裝置、車輛導向裝置、車輛脫鉤裝置和車輛定位調(diào)整裝置等。將起重裝置、重錘、導向小車、被加速車輛、脫鉤機構(gòu)、脫鉤裝置尾端錨固卷揚機由鋼絲繩和滑輪組成一個閉合環(huán)，然后由起重裝置將重錘提升到指定的高度，通過車輛定位調(diào)整裝置和起重裝置配合微調(diào)使車輛位置誤差達到要求的精度；利用脫鉤裝置切斷車輛定位調(diào)整裝置對車輛的拉力，釋放重錘下落牽動車輛加速，當導向小車駛?cè)刖彌_池時，車輛與導向小車分離，重錘不再為車輛加速，重錘的剩余能量由緩沖器吸收。
文檔編號G01M17/00GK101051003SQ20071010692
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者賈日學, 張紹理, 高水德, 白書鋒, 湯文杰, 賈寧, 姚常青, 湯凱 申請人:河北中路安交通科技有限公司, 北京深華達交通工程檢測有限公司, 北京中路安交通科技有限公司