模拟人体进出汽车座椅疲劳测试装置及测试方法
座椅是汽车上的一个重要组成元件，其乘坐舒适性与驾驶员的操作便利性及乘员的乘坐体验紧密相关。对于座椅舒适性和可靠性的评价，涉及到的关键零部件较多，诸如头枕、调角器、滑轨、靠垫、坐垫、扶手等。其中，模拟人体进出座椅试验对带面套的座椅进行面料耐磨性测试相比其他零部件的测试，动作较复杂，试验难度大。
模拟人体进出汽车座椅疲劳试验主要使用带面套的三维假人模型对座椅总成进行面料耐磨性测试，模拟人体进出汽车的使用工况，试验后的座椅面套不应出现断裂、结团、脱散和漏底，不允许出现损伤，缝线不允许断裂等。由于不同整车的空间不同，实际乘客进出车门时的动作轨迹是有差异的，因此不同车型规定了不同的三维假人模型运动轨迹，从而更真实地评价使用可靠性。同时，整个模拟人体进出汽车座椅的过程一般既要包含平移和旋转动作，又要包含力的加载作用，且要求重复循环动作在1.5万次以上。因此，模拟人体进出汽车座椅疲劳测试装置就需要具备较高的控制精度，较好的重复性和通用性。目前，市面上适用于模拟人体进出汽车座椅疲劳测试的设备较少，且多数采用多作动缸组合联动的方式对被试座椅进行测试。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种控制精度高、重复性好、通用性强的模拟人体进出汽车座椅疲劳测试装置。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种模拟人体进出汽车座椅疲劳测试装置，其包括一多轴驱动器，所述多轴驱动器的末端输出轴与一法兰连接架连接，所述法兰连接架与力传感器连接，所述力传感器与座垫加载头连接，所述多轴驱动器、力传感器与一控制器连接。
优选地，所述法兰连接架上还设有一靠背加载器，所述靠背加载器与所述法兰连接架铰接，所述靠背加载器与第二力传感器连接，所述第二力传感器与靠背加载头连接，所述第二力传感器与所述控制器连接。
优选地，所述法兰连接架上设有一通槽，所述靠背加载器位于所述通槽内与所述法兰连接架铰接。
优选地，所述第二力传感器通过关节轴承与所述靠背加载头连接。
优选地，所述靠背加载器为液压缸、气缸或电动缸。
优选地，所述多轴驱动器为一六轴驱动器，所述六轴驱动器包括可水平旋转的驱动轴、铰接于驱动轴顶部以铰接点为圆心上下旋转的第二驱动轴、铰接于第二驱动轴以铰接点为圆心上下旋转的第三驱动轴、转动连接于第三驱动轴可绕自轴旋转的第四驱动轴、铰接于第四驱动轴以铰接点为圆心上下旋转的第五驱动轴及转动连接于第五驱动轴可绕自轴旋转的第六驱动轴，所述法兰连接架一端与第六驱动轴端面固定连接。
本发明还公开了一种模拟人体进出汽车座椅疲劳测试的测试方法，其包括如下步骤:
1)设置一座垫加载头和一靠背加载头，所述座垫加载头、靠背加载头均与力传感器连接，所述座垫加载头与一多轴驱动器连接，所述多轴驱动器可带动所述座垫加载头在水平方向来回移动、旋转，所述靠背加载头与一靠背加载器连接，所述靠背加载器可在垂直方向来回摆动；
2)设置一控制器，所述控制器与所述多轴驱动器、靠背加载器及力传感器连接，所述控制器可控制所述多轴驱动器、靠背加载器工作；
3)使所述座垫加载头、靠背加载头分别与假人模型的臀部、背部连接，根据模拟试验要求通过控制器控制多轴驱动器及靠背加载器动作，使座垫加载头、靠背加载头按试验要求的运行轨迹、运行速度及加载力驱动假人模型在汽车座椅上运动。
[0012]优选地，所述控制器能够实时记录所述力传感器反馈的压力信号及所述多轴驱动器自身位置信息，通过力传感器反馈的压力信号及多轴驱动器自身位置信息可监控和复现整个试验过程。
[0013]如上所述，本发明的模拟人体进出汽车座椅疲劳测试装置及测试方法具有以下有益效果:该模拟人体进出汽车座椅疲劳测试装置及测试方法采用的多轴驱动器驱动座垫加载头移动，因具有多个自由度，可模拟各种复杂运动轨迹，这样就可模拟各种试验要求的轨迹，因此该测试装置具有较好的通用性，可进行各种针对座椅的模拟试验，这种模拟装置还具有较高的控制精度、重复性好的优点。再有采用这种测试装置通过力传感器实时反馈的力信号及多轴驱动器实时记录的自身位姿信息，可很好地监测和复现整个试验过程，从而保证试验结果的准确性和试验过程的可追溯性。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种模拟人体进出汽车座椅疲劳测试装置，其主要包括多轴驱动器1、力传感器2、法兰连接架3、座垫加载头4、靠背加载器5、靠背加载头6及第二力传感器12。法兰连接架3的一端与多轴驱动器I的末端输出轴固定连接，法兰连接架3的另一端与力传感器2的一端连接，力传感器2的另一端与座垫加载头4连接。多轴驱动器I可带动座垫加载头4移动旋转，模拟人体进出汽车座椅时运动轨迹，同时可通过力传感器2实时反馈座椅所受到的加载力。
作为一种优选实施例，多轴驱动器I选用六轴驱动器，该六轴驱动器包括可水平旋转的驱动轴1-1，与驱动轴1-1铰接且顶部以该铰接点为圆心上下旋转的第二驱动轴1-2;铰接在第二驱动轴1-2上且以铰接点为圆心可上下旋转的第三驱动轴1-3;转动的连接于第三驱动轴上且可绕自轴旋转的第四驱动轴1-4，铰接在第四驱动轴1-4上且以铰接点为圆心上下旋转的第五驱动轴1-5及转动连接于第五驱动轴1-5可绕自轴旋转的第六驱动轴1-6，法兰连接架3的一端与第六驱动轴1-6的端面固定连接。使用六轴驱动器能够使座垫加载头4在水平面上沿六个自由度移动，这样就可非常方便的模拟各种复杂的运动轨迹，满足各种试验的要求。
除了通过座垫加载头4对座椅上的座垫进行模拟试验外，该装置还设置了一靠背加载头6，通过背加载头6可对座椅上的靠背进行模拟加载试验。靠背加载头6固定在一靠背加载器5上，靠背加载器5与靠背加载头6之间设有第二力传感器12。法兰连接架3上设有一通槽，靠背加载器5穿过该通槽并与法兰连接架3铰接，靠背加载器5可在垂直方向来回摆动。第二力传感器12通过关节轴承7与靠背加载头6连接，这样第二力传感器12可随靠背加载器5摆动的角度自动调节，从而使力测量的更加精确。靠背加载器5可选用液压缸、气缸或电动缸中的一种，以便于通过控制器对其加载力进行控制。可在靠背加载头6的位置设置一角度传感器，通过角度传感器测量靠背加载头6的角度。同时设置一驱动装置与靠背加载器5连接，通过驱动装置来控制靠背加载器5摆动的角度。
上述多轴驱动器1、力传感器2、靠背加载器5及第二力传感器12均与一控制器进行连接，通过该控制器可控制多轴驱动器1、靠背加载器5的运动轨迹、运动速度、加载力，并可实时采集力传感器2、第二力传感器12、反馈的加载力信号，根据加载力信号及多轴驱动器I的自身位姿信息，角度传感器反馈的角度信号可很好地监测试验过程，并且能够复现整个试验过程，从而保证试验结果的准确性和试验过程的可追溯性。
本发明还公开了一种模拟人体进出汽车座椅疲劳测试的测试方法，其包括如下步骤:设置一座垫加载头4和一靠背加载头6，座垫加载头4、靠背加载头6均与力传感器连接，使座垫加载头与一多轴驱动器I连接，多轴驱动器I可带动座垫加载头4在水平方向来回移动、旋转，靠背加载头6与一靠背加载器5连接，靠背加载器5可在垂直方向来回摆动。设置一控制器，控制器与多轴驱动器1、靠背加载器5及力传感器连接，通过控制器控制多轴驱动器、靠背加载器工作。使座垫加载头4、靠背加载头6分别与假人模型的臀部、背部连接，根据模拟试验要求通过控制器控制多轴驱动器及靠背加载器动作，使座垫加载头、靠背加载头按试验要求的运行轨迹、运行速度及加载力驱动假人模型在汽车座椅上运动。
作为一种具体实施方式，如图2所示。本实施例中，多轴驱动器I选用通用型六轴机器人作为六轴驱动器，该六轴驱动器I通过螺钉连接直接固定安装在底板8上。被测汽车座椅10通过座椅固定装置11固定安装在底板8上。底板8选用T形槽铸铁平台，这样便于调节座椅10及多轴驱动器I的位置。选用一个三维假人模型9制造的压头，该假人模型9按照SAEJ826-2002的50%假人。压头包一层12mm的泡沫和牛仔布，把适当的重物配置到压头上，使压头保持重量在44.5kg。将坐垫加载头4、靠背加载头6分别与假人模型(9)的臀部、背部固定连接。
通过控制器设置模拟人体进出试验的假人模型9运动轨迹，如图3所示:图中，(a)为假人模型9的初始位置，假人模型9中心线与被试汽车座椅10中心线夹角30°，水平滑入被试汽车座椅10并陷入坐垫边翼和靠背边翼各约25mm，到达位置(b)，旋转30°，使假人模型9中心线与被试汽车座椅10中心线对齐，即位置(c)，然后假人模型9蠕动至位置(d)并对坐垫和靠背蠕动加载445N;退出时，假人模型9保持加载445N至位置(c)卸载，并退回到初始位置(a)，该试验以4.5次/分钟的频率循环进行15000次后停止并复位。
图3所示运动轨迹只是模拟人体进出汽车座椅疲劳测试试验的一种，对于不同的试验，运动轨迹、运动速度、时间、加载力均会有所不同，每个试验的具体参数可通过控制器对多轴驱动器及靠背加载器进行设置。
该模拟人体进出汽车座椅疲劳测试装置及测试方法采用的多轴驱动器驱动座垫加载头移动，因具有多个自由度，可模拟各种复杂运动轨迹，这样就可模拟各种试验要求的轨迹，因此该测试装置具有较好的通用性，可进行各种针对座椅的模拟试验，这种模拟装置还具有较高的控制精度、重复性好的优点。再有采用这种测试装置通过力传感器实时反馈的力信号及多轴驱动器实时记录的自身位姿信息，可很好地监测和复现整个试验过程，从而保证试验结果的准确性和试验过程的可追溯性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
更多关于：
模拟人体进出汽车座椅疲劳测试装置
