轨道车辆乘员二次碰撞试验系统及方法与流程

1.本发明主要涉及列车碰撞试验技术领域，尤其涉及轨道车辆乘员二次碰撞试验系统及方法。


背景技术：

[0002]“安全性”是列车运营的根基。随着轨道交通行业的快速发展，在提高列车主动安全性的同时，轨道车辆的被动碰撞安全性能也越来越被重视。列车碰撞事故破坏形式多样，引发的乘员碰撞伤亡触目惊心，列车乘员的无约束状态进一步加剧了其与列车内饰的碰撞伤亡风险，研究列车乘员的二次碰撞动力学响应对于提升列车被动安全性能具有重要意义。
[0003]
轨道车辆乘员二次碰撞试验是研究乘员碰撞损伤必不可少的研究手段，在进行碰撞试验时，现有技术的试验设备结构复杂以致难以操控，大都同时设置利用控制系统连接的驱动车和试验车，以驱动车为试验车提供动力，这种结构虽然能够模拟列车碰撞过程中的三维运动，但由于构成控制系统的弹簧和液压设备作为已成型的机械结构在控制力上难以满足精准调节的要求，导致落地实施却极为困难，最终所得模拟效果往往不佳。


技术实现要素：

[0004]
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、易于实施的轨道车辆乘员二次碰撞试验系统及方法。
[0005]
为实现上述目的，本发明首先公开了轨道车辆乘员二次碰撞试验系统，包括轨道、动力装置、台车、波形控制器和假人；
[0006]
所述轨道按固定间距布设于地面；位于所述轨道一端的所述动力装置用于驱动所述台车滑行；所述台车适配安装在所述轨道上，所述台车沿行进方向两侧各设置有一块翼板；所述轨道沿所述台车的行进方向上设置有用于为所述台车提供制动力的所述波形控制器，所述波形控制器能够通过与所述翼板发生摩擦降低所述台车的滑行速度从而模拟产生碰撞波形；所述假人以无束缚状态安放在所述台车车厢内，所述假人的头、颈、胸、肢上至少一处安装有用于采集包括位移、力和加速度信息中至少一项的假人传感器。
[0007]
进一步的，所述台车在所述动力装置的驱动下沿所述轨道先后进行加速滑行和匀速滑行并进入试验区；所述翼板于试验区与所述波形控制器发生接触。
[0008]
进一步的，所述波形控制器包括台座，所述台座面向所述轨道的一侧形成有横向槽，所述横向槽的底板上方安装有下夹板，所述横向槽的顶板下方安装有上夹板，所述翼板能够插入两块夹板形成的空隙并发生摩擦，从而实现所述台车减速并模拟产生碰撞波形。
[0009]
进一步的，所述底板与所述下夹板间或/和所述顶板与所述上夹板间以若干螺栓连接，所述螺栓沿所述轨道延伸方向间隔排布，通过调节所述螺栓能够改变两块夹板在对应螺栓处的空隙大小，从而调节所述翼板与夹板间的摩擦力。
[0010]
进一步的，所述试验系统还包括速度传感器、加速度传感器和高速摄影设备中至
少一项；所述速度传感器位于所述台车匀速滑行区段和试验区的交界处，用于采集所述台车的滑行速度信息；所述加速度传感器搭载于所述台车上，用于采集所述台车的碰撞波形信息；所述高速摄影设备布设于试验区的所述轨道两侧，用于采集所述假人的运动学信息。
[0011]
进一步的，所述试验系统还包括位于所述台车匀速滑行区段和试验区的交界处的触发器；当所述台车进入试验区，所述触发器向所述假人传感器、所述速度传感器、所述加速度传感器和所述高速摄影设备中至少一项发出信息采集指令。
[0012]
进一步的，所述试验系统还包括主控模块；所述主控模块与所述动力装置信号连接；所述主控模块能够控制所述动力装置以预定速度驱动所述台车。
[0013]
进一步的，所述主控模块还与所述触发器、所述假人传感器、所述速度传感器、所述加速度传感器和所述高速摄影设备中至少一项信号连接；所述主控模块能够存储试验数据和/或分析试验数据。
[0014]
然后，本发明公开了轨道车辆乘员二次碰撞试验方法，所述试验方法应用于上述的轨道车辆乘员二次碰撞试验系统，并包括以下步骤：
[0015]
步骤s1，布设所述轨道车辆乘员二次碰撞试验系统；其中，所述试验系统包括轨道、动力装置、台车、波形控制器和假人；所述轨道按固定间距布设于地面；位于所述轨道一端的所述动力装置用于驱动所述台车滑行；所述台车适配安装在所述轨道上，所述台车沿行进方向两侧各设置有一块翼板；所述轨道沿所述台车的行进方向上设置有用于为所述台车提供制动力的所述波形控制器，所述波形控制器能够通过与所述翼板发生摩擦降低所述台车的滑行速度从而模拟产生碰撞波形；所述假人以无束缚状态安放在所述台车车厢内，所述假人的头、颈、胸、肢上至少一处安装有用于采集包括位移、力和加速度信息中至少一项的假人传感器；
[0016]
步骤s2，通过调节所述波形控制器预设碰撞波形；
[0017]
步骤s3，通过所述动力装置驱动所述台车沿所述轨道先后进行加速滑行和匀速滑行并进入试验区；
[0018]
步骤s4，在所述台车进入试验区后，所述翼板与所述波形控制器发生摩擦从而对所述台车进行制动，以模拟列车碰撞过程；
[0019]
步骤s5，通过所述假人传感器采集碰撞发生状态下的包括位移、力和加速度中至少一项信息。
[0020]
优选的，所述试验方法还包括以下步骤中至少一个步骤：
[0021]
步骤s6，通过速度传感器采集所述台车的滑行速度信息；
[0022]
步骤s7，通过加速度传感器采集所述台车的碰撞波形信息；
[0023]
步骤s8，通过高速摄影设备采集所述假人的运动学信息；
[0024]
步骤s9，所述翼板与所述波形控制器发生摩擦前，通过触发器向所述假人传感器、所述速度传感器、所述加速度传感器和所述高速摄影设备中至少一项发出信息采集指令。
[0025]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0026]
通过所述动力装置直接作用于所述台车车身提供驱动力，并通过所述波形控制器直接与设置于所述台车上的所述翼板发生摩擦提供制动力，节省了中间机构(例如驱动车)对力进行传递，省略了构成控制系统的弹簧和液压设备，不但简化了试验装置的结构，还降低了操控难度，使试验过程更加易于实施。通过实际试验表明，该方案试验成本低，易于实
现，可重复性强。
附图说明
[0027]
图1是本发明轨道车辆乘员二次碰撞试验系统的布局示意图(侧视角度)；
[0028]
图2是本发明轨道车辆乘员二次碰撞试验系统的布局示意图(俯视角度)；
[0029]
图3是台车的结构示意图；
[0030]
图4是波形控制器的结构示意图；
[0031]
图5是本发明轨道车辆乘员二次碰撞试验方法的流程图。
[0032]
图中各标号表示：1、轨道；2、动力装置；3、台车；31、翼板；4、波形控制器；41、下夹板；42、上夹板；5、假人；6、触发器。
具体实施方式
[0033]
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0034]
请参照图1至图4，本发明首先公开了轨道车辆乘员二次碰撞试验系统，在其一实施例中，轨道车辆乘员二次碰撞试验系统包括轨道1、动力装置2、台车3、波形控制器4和假人5；
[0035]
轨道1按固定间距布设于地面；位于轨道1一端的动力装置2用于驱动台车3滑行；台车3适配安装在轨道1上，台车3沿行进方向两侧各设置有一块翼板31；轨道1沿台车3的行进方向上设置有用于为台车3提供制动力的波形控制器4，波形控制器4能够通过与翼板31发生摩擦降低台车3的滑行速度从而模拟产生碰撞波形；假人5以无束缚状态安放在台车3车厢内，假人5的头、颈、胸、肢上至少一处安装有用于采集包括位移、力和加速度信息中至少一项的假人传感器。
[0036]
通过动力装置2直接作用于台车3车身提供驱动力，并通过波形控制器4直接与设置于台车3上的翼板31发生摩擦提供制动力，节省了中间机构(例如驱动车)对力进行传递，省略了构成控制系统的弹簧和液压设备，不但简化了试验装置的结构，还降低了操控难度，使试验过程更加易于实施。
[0037]
优选地，台车3车厢内部参考运营列车的实际内饰和空间布局，设置列车座椅和/或列车餐桌，假人5按坐姿摆放在列车座椅上。
[0038]
优选地，假人5包括配重假人、hybridⅲ、thor、worldsid、eurosid、biorid、儿童假人中任一种。
[0039]
优选地，动力装置2包括空气炮或牵引装置。
[0040]
本实施例中，台车3在动力装置2的驱动下沿轨道1先后进行加速滑行和匀速滑行并进入试验区；翼板31于试验区与波形控制器4发生接触。现实中，为了提升乘车舒适性，正常运行的列车行驶速度基本保持匀速，为了更为逼真地模仿真实碰撞以获得更为准确的试验数据，台车3经动力装置2驱动后首先进入加速阶段以提升车速，当车速达到试验预设值时，转为匀速运动，以模仿真实运行的列车行驶状况。
[0041]
本实施例中，波形控制器4包括台座，台座面向轨道1的一侧形成有横向槽，横向槽的底板上方安装有下夹板41，横向槽的顶板下方安装有上夹板42，翼板31能够插入两块夹板形成的空隙并发生摩擦，从而实现台车3减速并模拟产生碰撞波形。
[0042]
优选地，所述翼板31可拆卸地安装在所述台车3上；所述下夹板41和所述上夹板42可拆卸地安装在所述波形控制器4上。当所述翼板31或/和夹板发生磨损后，只需通过更换所述翼板31或/和对应夹板便可延长试验设备的使用寿命，极大地降低了试验成本。
[0043]
本实施例中，底板与下夹板41间或/和顶板与上夹板42间以若干螺栓连接，螺栓沿轨道1延伸方向间隔排布，通过调节螺栓能够改变两块夹板在对应螺栓处的空隙大小，从而调节翼板31与夹板间的摩擦力。
[0044]
为了模仿不同撞击条件以采集不同碰撞波形下的冲击数据，沿轨道1延伸方向间隔设置若干用于连接下夹板41和上夹板42的螺栓，通过调节螺栓深入横向槽的长度，改变两块夹板在对应螺栓处的空隙大小，从而调节翼板31与夹板间的摩擦力，在不同位置产生不同的摩擦力，实现不同碰撞波形的模拟，得到不同工况下乘员二次碰撞损伤响应。
[0045]
本实施例中，试验系统还包括速度传感器、加速度传感器和高速摄影设备中至少一项；速度传感器位于台车3匀速滑行区段和试验区的交界处，用于采集台车3的碰撞初速度信息；加速度传感器搭载于台车3上，用于采集台车3的碰撞波形信息；高速摄影设备布设于试验区的轨道1两侧，用于采集假人5的运动学信息。
[0046]
优选地，试验系统还包括用于为高速摄影设备提供光源的照明设备。
[0047]
本实施例中，试验系统还包括位于台车3匀速滑行区段和试验区的交界处的触发器6；当台车3进入试验区，触发器6向假人传感器、速度传感器、加速度传感器和高速摄影设备中至少一项发出信息采集指令。
[0048]
优选地，触发器6包括光电触发器、激光触发器、雷达触发器、接触触发器中任一项。
[0049]
本实施例中，试验系统还包括主控模块；主控模块与动力装置2信号连接；主控模块能够控制动力装置2以预定速度驱动台车3。
[0050]
本实施例中，主控模块还与触发器6、假人传感器、速度传感器、加速度传感器和高速摄影设备中至少一项信号连接；主控模块能够存储试验数据和/或分析试验数据。
[0051]
然后，请参照图5，本发明公开了轨道车辆乘员二次碰撞试验方法，在其一实施例中，轨道车辆乘员二次碰撞试验方法应用于上述任一项的轨道车辆乘员二次碰撞试验系统，并包括以下步骤：
[0052]
步骤s1，布设轨道车辆乘员二次碰撞试验系统，试验系统包括轨道1、动力装置2、台车3、波形控制器4和假人5；轨道1按固定间距布设于地面；位于轨道1一端的动力装置2用于驱动台车3滑行；台车3适配安装在轨道1上，台车3沿行进方向两侧各设置有一块翼板31；轨道1沿台车3的行进方向上设置有用于为台车3提供制动力的波形控制器4，波形控制器4能够通过与翼板31发生摩擦降低台车3的滑行速度从而模拟产生碰撞波形；假人5以无束缚状态安放在台车3车厢内，假人5的头、颈、胸、肢上至少一处安装有用于采集包括位移、力和加速度信息中至少一项的假人传感器；
[0053]
步骤s2，通过调节波形控制器4预设碰撞波形；
[0054]
步骤s3，通过动力装置2驱动台车3沿轨道1先后进行加速滑行和匀速滑行并进入试验区；
[0055]
步骤s4，在台车3进入试验区后，翼板31与波形控制器4发生摩擦从而对台车3进行制动，以模拟列车碰撞过程；
[0056]
步骤s5，通过假人传感器采集碰撞发生状态下的包括位移、力和加速度中至少一项信息。
[0057]
本实施例中，轨道车辆乘员二次碰撞试验方法还包括以下步骤中至少一个步骤：
[0058]
步骤s6，通过速度传感器采集台车3的滑行速度信息；
[0059]
步骤s7，通过加速度传感器采集台车3的碰撞波形信息；
[0060]
步骤s8，通过高速摄影设备采集假人5的运动学信息；
[0061]
步骤s9，翼板31与波形控制器4发生摩擦前，通过触发器6向假人传感器、速度传感器、加速度传感器和高速摄影设备中至少一项发出信息采集指令。
[0062]
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。