CN104085366A - 汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置及其控制方法，包括固定于汽车车体上的吸能外管、吸能内管、三明治式保险杠、自适应控制模块、速度传感器和距离传感器，三明治式保险杠连接在吸能内管的轴向最前端，吸能外管固定连接于汽车车体，吸能内管同轴装接在吸能外管之内；吸能内管底部设有永磁铁，吸能外管底部设有第一电磁铁，吸能外管远离底部的一端设有锁销，锁销连接一弹性件，弹性件连接一第二电磁铁；汽车发生碰撞时，吸能内管通过第一电磁铁和永磁铁的磁性相斥或相吸来弹出或缩回吸能内管以增加碰撞吸能空间，提高了吸能效率，大大提高了汽车行驶的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置及其控制方法。
背景技术
汽车诞生和发展的百余年来，汽车安全一直受到汽车制造企业、汽车消费者以及各国政府的普遍重视和关注。随着社会的进步，人们生活水平日益提高，而汽车作为人类的代步工具也随着人类对物质的追求和第三次工业革命的浪潮发生了巨大的变化。如何在驾驶汽车时保证乘客及驾驶员的生命及财产安全越来越受到人们的关心。由于汽车数量的不断增加和车速的不断提高，交通事故频发。目前，汽车安全性设计理念已由原始的强化自身设计发展到车毁人不亡、碰撞相容性设计等。许多安全措施如安全带、安全气囊、安全车身结构等已使汽车在正面碰撞中对乘员具有较好的保护性能，有效地减少了碰撞事故中的人员伤亡。然而，由于变形空间有限，汽车前部必须具有足够的刚性以满足正面碰撞安全性要求。这就使得在正面碰撞事故中，由于被撞车正面的变形吸能空间较小，刚性也相对较小，采用常规设计理念和方法难以达到对乘员很好的保护效果。因此，发明一种新型的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，这种新型的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置不仅能够增加碰撞过程的吸能空间，使得碰撞过程中的吸能效果更好，有效的保护乘客的安全，而且能够实时的控制吸能装置自适应的弹出和收回，使得吸能装置在未发生碰撞时能自动的收回。所以这种新型的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置具有重大的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明提供了一种汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置及其控制方法，其克服了背景技术中所述的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：
汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，它包括固定于汽车车体上的吸能外管、吸能内管和三明治式保险杠，三明治式保险杠连接在吸能内管的轴向最前端，吸能外管固定连接于汽车车体，吸能内管同轴装接在吸能外管之内，吸能内管底部设有永磁铁，吸能外管底部设有第一电磁铁，汽车发生碰撞时，吸能内管通过第一电磁铁和永磁铁的磁性相斥或相吸来弹出或缩回吸能内管以增加碰撞吸能空间，所述吸能外管远离底部的一端设有锁销，锁销连接一弹性件，弹性件连接一第二电磁铁，通过第二电磁铁是否通电产生磁力带动锁销收缩使弹性件储能或弹出使锁接吸能内管以防止吸能内管沿其轴向移动。
一实施例之中：还包括第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关电连接第一电磁铁，第二控制开关电连接第一电磁铁和第二电磁铁。
一实施例之中：所述吸能内管中填充有金属泡沫镁。
一实施例之中：所述吸能内管的管壁材料采用自增强热塑性塑料。
一实施例之中：所述三明治式保险杠包括防撞梁和外蒙皮，防撞梁和外蒙皮之间构成的封闭空间填充有橡胶材料，防撞梁的两端向外蒙皮方向折弯形成两类口字形的空腔，两口字型空腔相对面的两侧沿彼此分开的方向倾斜。
一实施例之中：所述吸能外管远离底部的一端还设有限制吸能内管弹出至脱离吸能外管的限位块。
一实施例之中：所述吸能内管为一截面为方形的方形管。
一实施例之中：还包括自适应控制模块、用于实时检测汽车速度的速度传感器和用于实时检测汽车与前方障碍物的距离的距离传感器，自适应控制模块电连接速度传感器和距离传感器，自适应控制模块电信号连接第一控制开关和第二控制开关，通过第一控制开关和第二控制开关的闭合或断开使第一电磁铁和第二电磁铁通电或断电以控制吸能内管自适应弹出或缩回以及锁销的弹出或缩回。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：
汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置的控制方法，基于方案之一所述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，它包括：
步骤1，汽车在行驶过程中未遇到危机情况时，吸能装置处于初始状态，吸能内管在永磁铁对第一电磁铁的磁力相吸的作用下处于吸能外管内部，并处于静止状态，弹性件处于待释能状态；
步骤2，速度传感器和距离传感器实时检测汽车自身的行车速度以及与前方障碍物之间的距离并将该速度信号和距离信号传送给自适应控制模块，自适应控制模块根据该速度信号和距离信号判断该汽车是否有可能与前方障碍物相撞，若自适应控制模块判断有可能与前方障碍物发生碰撞，则自适应控制模块发出电信号控制第一控制开关闭合使第一电磁铁通电产生磁力且其与永磁铁互相靠近的两端磁极相同，从而产生同极相斥的斥力将吸能内管弹出吸能外管之外，吸能内管弹出经过弹性件后，弹性件释能使锁销弹出并锁接吸能内管；
步骤3，当吸能内管弹出后，自适应控制模块仍实时根据该速度信号和距离信号判断该汽车是否有可能与前方障碍物相撞，若判断不再可能发生碰撞，则自适应控制模块发出电信号控制第一控制开关断开，第二控制开关闭合使第一电磁铁产生磁力且其与永磁铁互相靠近的两端相异，同时第二电磁铁产生磁力将锁销缩回，吸能内管受异极相吸的吸力作用重新缩回吸能外管中等待下一次弹出。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1、汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，它包括固定于汽车车体上的吸能外管、吸能内管和三明治式保险杠，三明治式保险杠连接在吸能内管的轴向最前端，吸能外管固定连接于汽车车体，吸能内管同轴装接在吸能外管之内，吸能内管底部设有永磁铁，吸能外管底部设有第一电磁铁，汽车发生碰撞时，吸能内管通过第一电磁铁和永磁铁的磁性相斥或相吸来自适应弹出或缩回吸能内管以增加碰撞吸能空间，实现了汽车在发生碰撞时的自适应的弹出和缩回多级缓冲吸能，大大提高了汽车行驶的安全性。
2、所述三明治式保险杠包括防撞梁和外蒙皮，防撞梁和外蒙皮之间构成的封闭空间填充有橡胶材料，防撞梁的两端向外蒙皮方向折弯形成两类口字形的空腔，两口字型空腔相对面的两侧沿彼此分开的方向倾斜，使发生碰撞时两边的口字型防撞梁向中间橡胶挤压从而提高防撞梁的抗冲击能力和吸能性，该类似三明治结构的保险杠能够更合理地分配碰撞力，具有更好的吸能效果，而且也有利于保证碰撞时行人的安全。
3、所述吸能内管中填充有金属泡沫镁，所述吸能内管的管壁材料采用自增强热塑性塑料，极大增强了吸能装置的吸能效率，而且结构稳定性增强，在加工制造上，相对灵活简单，进一步减轻了吸能结构的重量。
4、由自适应控制模块、第一电磁铁、第二电磁铁、弹性件、锁销、速度传感器、距离传感器、第一控制开关和第二控制开关组成控制吸能内管的弹出和缩回以及何时弹出和缩回的自适应控制装置，具有结构简单，反应速度快的优点，并可以根据碰撞程度的不同使参与碰撞的装置部分也不同，这种方式可大大增强整个装置的抗冲击强度，并可以一定程度上减少碰撞后的维修成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了本发明的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置的吸能内管未弹出时的结构示意图。
图2绘示了本发明的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置的吸能内管未弹出后的结构示意图及其局部剖视图。
图3绘示了本发明图2中截面B的剖视图。
图4绘示了本发明的吸能内管和吸能外管为方形管的结构示意图。
图5绘示了本发明图4中截面A的剖视图。
图6绘示了本发明的三明治式保险杠截面示意图。
图7绘示了本发明吸能内管弹出和缩回的自适应控制结构示意图。
具体实施方式
请查阅图1至图7，汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，包括固定于汽车车体上的吸能外管1、吸能内管2和三明治式保险杠3，三明治式保险杠3连接在吸能内管2的轴向最前端，吸能外管1固定连接于汽车车体底座6，吸能内管2同轴装接在吸能外管1之内；吸能内管2底部设有永磁铁12，吸能外管1底部设有第一电磁铁7，吸能外管1远离底部的一端设有锁销8，锁销8连接一弹性件9，弹性件9连接一第二电磁铁10；所述吸能外管1远离底部的一端还设有限制吸能内管弹出至脱离吸能外管的限位块11。
汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置还包括自适应控制模块、用于实时检测汽车速度的速度传感器、用于实时检测汽车与前方障碍物的距离的距离传感器、第一控制开关4和第二控制开关5，自适应控制模块电连接速度传感器和距离传感器，第一控制开关4电连接第一电磁铁7，第二控制开关5电连接第一电磁铁7和第二电磁铁10，自适应控制模块电信号连接第一控制开关4和第二控制开关5，通过第一控制开关4和第二控制开关5的闭合或断开使第一电磁铁7和第二电磁铁10通电或断电以自适应控制吸能内管2弹出或缩回以及锁销8的弹出或缩回。
本实施例中，所述吸能内管2为一截面为方形的方形管。所述吸能内管2中填充有金属泡沫镁13，吸能内管2的管壁材料采用自增强热塑性塑料，极大地增强了吸能装置的吸能效率，使结构稳定性增强，加工制造简单灵活，减轻吸能装置重量。
所述三明治式保险杠3包括防撞梁14和外蒙皮15，防撞梁14和外蒙皮15之间构成的封闭空间填充有橡胶材料16，防撞梁14的两端向外蒙皮15方向折弯形成两类口字形的空腔，两口字型空腔相对面的两侧沿彼此分开的方向倾斜。使发生碰撞时两边的口字型防撞梁14向中间橡胶16挤压从而提高防撞梁14的抗冲击能力和吸能性，该类似三明治结构的保险杠3能够更合理地分配碰撞力，具有更好的吸能效果，而且也有利于保证碰撞时行人的安全。
基于上述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置的控制过程为：
汽车在行驶过程中未遇到危机情况时，吸能装置处于初始状态，第一控制开关4和第二控制开关5处于断开状态，吸能内管2在永磁铁12对第一电磁铁7的磁力作用下处于吸能外管1内部，并处于静止状态，弹性件9处于储能状态；
汽车上的速度传感器和距离传感器实时检测汽车自身的行车速度以及与前方障碍物之间的距离并将该速度信号和距离信号传送给自适应控制模块，自适应控制模块根据该速度信号和距离信号判断该汽车是否有可能与前方障碍物相撞，若控制模块判断有可能与前方障碍物发生碰撞，则自适应控制模块发出电信号控制第一控制开关4闭合使第一电磁铁7通电产生磁力且其与永磁铁12互相靠近的两端磁极相同，从而产生同极相斥的斥力将吸能内管2弹出吸能外管1之外，吸能内管2到达吸能外管1顶端时，限位块11将限制吸能内管2继续向前弹出，且吸能内管2弹出经过弹性件9后，弹性件9释能使锁销8弹出并锁接吸能内管2以防止吸能内管2沿其轴向移动并将吸能内管2固定住；
当吸能内管2弹出后，自适应控制模块仍实时根据该速度信号和距离信号判断该汽车是否有可能与前方障碍物相撞，若判断不再可能发生碰撞，则自适应控制模块发出电信号控制第一控制开关4断开，第二控制开关5闭合使第一电磁铁7产生磁力且其与永磁铁12互相靠近的两端相异，同时第二电磁铁10产生磁力将锁销8缩回，吸能内管2受异极相吸的吸力作用重新缩回吸能外管1中等待下一次的弹出，从而实现了汽车碰撞多级缓冲吸能装置的自适应弹出和缩回。
该汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置的整体实施方式为：在低速的情况下此吸能装置的吸能内管2不会被触发和弹出，这时如果发生碰撞则首先与障碍物发生碰撞的是最前端的三明治式保险杠3，形成一级吸能阶段，此阶段通过外蒙皮的溃烂、填充橡胶的压缩以及防撞梁的弯曲变形来吸收能量。此时吸能内管2和吸能外管1不参与吸能只起到支撑的作用。并且，该三明治式保险杆3由塑料蒙皮、填充橡胶和防撞梁组成，刚度较低，对行人安全也具有较好的保护作用。当汽车达到一定的车速以及车体与前方的障碍物距离小于一定极限值(本实施例选取600mm)时，吸能内管2才会被弹出，此时碰撞的能量较大，依靠三明治式保险杠3的吸能无法将碰撞能量吸收完毕，吸能内管2由自适应控制模块控制弹出参与吸能，碰撞能量通过对吸能内管的压溃而达到吸能的效果，此为二级吸能，这阶段三明治式保险杠3和吸能内管2参与吸能而吸能外管1不参与吸能，吸能外管1只对二级吸能装置起到支撑作用。当碰撞能量足够大时二级吸能装置所吸收的能量无法将碰撞能量吸收殆尽，这时障碍物将与车体发生直接的碰撞，吸能外管1将参与吸能进一步的消耗碰撞能，此为三级吸能。通过前两级的吸能，碰撞能已经被吸收了大部分，这时碰撞对车体的损伤减少，有效的保护了车内成员和财产的安全。通过分为三级吸能增加碰撞吸能空间，提高了吸能效率，大大提高了汽车行驶的安全性。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (9)
1.汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，其特征在于：包括固定于汽车车体上的吸能外管、吸能内管和三明治式保险杠，三明治式保险杠连接在吸能内管的轴向最前端，吸能外管固定连接于汽车车体，吸能内管同轴装接在吸能外管之内，吸能内管底部设有永磁铁，吸能外管底部设有第一电磁铁，汽车发生碰撞时，吸能内管通过第一电磁铁和永磁铁的磁性相斥或相吸来弹出或缩回吸能内管以增加碰撞吸能空间，所述吸能外管远离底部的一端设有锁销，锁销连接一弹性件，弹性件连接一第二电磁铁，通过第二电磁铁是否通电产生磁力带动锁销收缩使弹性件储能或弹出锁接吸能内管以防止吸能内管沿其轴向移动。
2.根据权利要求1所述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，其特征在于：还包括第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关电连接第一电磁铁，第二控制开关电连接第一电磁铁和第二电磁铁。
3.根据权利要求1所述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，其特征在于：所述吸能内管中填充有金属泡沫镁。
4.根据权利要求1所述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，其特征在于：所述吸能内管的管壁材料采用自增强热塑性塑料。
5.根据权利要求1所述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，其特征在于：所述三明治式保险杠包括防撞梁和外蒙皮，防撞梁和外蒙皮之间构成的封闭空间填充有橡胶材料，防撞梁的两端向外蒙皮方向折弯形成两类口字形的空腔，两口字型空腔相对面的两侧沿彼此分开的方向倾斜。
6.根据权利要求1所述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，其特征在于：所述吸能外管远离底部的一端还设有限制吸能内管弹出至脱离吸能外管的限位块。
7.根据权利要求1所述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，其特征在于：所述吸能内管为一截面为方形的方形管。
8.根据权利要求2所述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，其特征在于：还包括自适应控制模块、用于实时检测汽车速度的速度传感器和用于实时检测汽车与前方障碍物的距离的距离传感器，自适应控制模块电连接速度传感器和距离传感器，自适应控制模块电信号连接第一控制开关和第二控制开关，通过第一控制开关和第二控制开关的闭合或断开使第一电磁铁和第二电磁铁通电或断电以控制吸能内管弹出或缩回以及锁销的弹出或缩回，从而实现了汽车碰撞多级缓冲吸能装置的自适应弹出和缩回。
9.汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置的控制方法，基于权利要求8所述的汽车碰撞自适应多级缓冲吸能装置，其特征在于：包括：
步骤1，汽车在行驶过程中未遇到危机情况时，吸能装置处于初始状态，吸能内管在永磁铁对第一电磁铁的磁力作用下处于吸能外管内部，并处于静止状态，弹性件处于待释能状态；
步骤2，速度传感器和距离传感器实时检测汽车自身的行车速度以及与前方障碍物之间的距离并将该速度信号和距离信号传送给自适应控制模块，自适应控制模块根据该速度信号和距离信号判断该汽车是否有可能与前方障碍物相撞，若自适应控制模块判断有可能与前方障碍物发生碰撞，则自适应控制模块发出电信号控制第一控制开关闭合使第一电磁铁通电产生磁力且其与永磁铁互相靠近的两端磁极相同，从而产生同极相斥的斥力将吸能内管弹出吸能外管之外，吸能内管弹出经过弹性件后，弹性件释能使锁销弹出并锁接吸能内管；
步骤3，当吸能内管弹出后，自适应控制模块仍实时根据该速度信号和距离信号判断该汽车是否有可能与前方障碍物相撞，若判断不再可能发生碰撞，则控制模块发出电信号控制第一控制开关断开，第二控制开关闭合使第一电磁铁产生磁力且其与永磁铁互相靠近的两端相异，同时第二电磁铁产生磁力将锁销缩回，吸能内管受异极相吸的吸力作用重新缩回吸能外管中等待下一次弹出，从而实现了汽车碰撞多级缓冲吸能装置的自适应弹出和缩回。
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