CN107323385A - 一种电磁辅助汽车保险杠防碰撞*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，该***包括防碰撞机构和监测电路，防碰撞机构由加强铝合金横梁(7)、汽车车身承载结构(11)和汽车保险杠(12)组成；监测电路由中央处理器(4)和通过数据线与中央处理器(4)相连的汽车电池(1)、整流器(2)、升压变压器(3)、电磁线圈(5)、位移传感器(8)和速度传感器(9)组成。本发明主要优点是：不仅拉长了碰撞距离而且延长了碰撞过程的作用时间，在两车同向行驶追尾碰撞过程中，产生的电磁力方向与后面汽车的行驶方向相反，使后面汽车的行驶速度有所减小；可以使碰撞接触前的两车距离减少的速度变小，进而增加碰撞接触前的时间，安全性大大的提高。

Description

一种电磁辅助汽车保险杠防碰撞***

技术领域

本发明属于汽车碰撞安全领域，特别是一种利用电磁力减缓并辅助汽车保险杠防碰撞的***。

背景技术

近年来，随着汽车的普及我国汽车保有量每年都有大幅增加。因此交通安全问题日益显现，交通事故已成为我国乃至世界汽车行业的社会性问题，汽车的碰撞安全性也成为汽车行业首要考虑的问题。

现有的汽车碰撞安全技术主要集中于被动的防御方面，很少应用主动安全，并且汽车和驾驶员以及汽车与汽车之间交互性基本没有。现在也有一些主动保险杠的研究，比如在汽车前部安装安全气囊以及在保险杠上安装顶出式横梁，它们的基本原理都是根据一系列的传感器信号，在将要发生碰撞时进行主动防御，并和驾驶员具有一定的交互性。但是这些技术的缺点也很明显：与传统的碰撞安全***一样，它们都不能减少碰撞时的碰撞力以及碰撞时间，因此产生的瞬时冲击力也很大，对驾驶员及乘客产生较大的伤害；它们都是利用汽车车身变形为代价进行主动防御的，碰撞发生后汽车损坏严重。另外，安全气囊也不能重复利用其经济性也比较差。因而针对以上问题，本发明提出了一种利用电磁原理为基础的全新的汽车碰撞安全技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，以克服上述现有技术存在的技术问题，提高汽车碰撞的安全性。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，包括防碰撞机构和监测电路。所述防碰撞机构由加强铝合金横梁、汽车车身承载结构和汽车保险杠组成。所述监测电路用于监测车速、相对车距、相互作用电磁力，其由中央处理器，以及通过数据线与中央处理器相连的汽车电池、整流器、升压变压器、电磁线圈、位移传感器和速度传感器组成。

所述加强铝合金横梁焊接在汽车车身承载结构上面，用于承载来自每个电磁线圈上的力，并把力传至汽车车身承载结构。

所述汽车车身承载结构装在汽车底盘上，用于安装加强铝合金横梁；该汽车车身承载结构是整个汽车框架，将其中的加强铝合金横梁直接焊接在汽车保险杠处。

所述电磁线圈有多个，均内含有铁芯和力传感器，并且都通过电磁线圈定位槽固定在加强铝合金横梁上面；其作用是产生强大的磁场，吸收汽车的碰撞力减缓碰撞过程。

所述力传感器采用压力传感器，其作用是将电磁线圈所受的力信号传到中央处理器进行分析。

所述位移传感器采用线性位移传感器，其安装在汽车头部下方和尾部下方，其作用是将车距信号传到中央处理器进行分析。

所述速度传感器采用霍尔速度传感器，其安装在汽车头部下方和尾部下方，其作用是将前后两车的相对速度传到中央处理器进行分析。

本发明与现有技术相比，具有以下主要的有益效果：

1.利用电磁力的非接触特点，在碰撞发生前就已经开始吸收碰撞能量，将碰撞过程产生的能量提前消耗在车身承载结构上，减缓甚至避免了传统碰撞以牺牲汽车车身为代价的接触式碰撞。

2.利用电磁力的大小与距离的二次方成反比的特点，将传统碰撞力的突变变为线性变化，有效的减缓了碰撞冲击。

3.实现了人——车——人的闭环控制以及良好的驾驶员与汽车、汽车与汽车以及驾驶员与驾驶员之间的交互作用。

4.电磁辅助保险杠碰撞***不仅拉长了碰撞距离而且延长了碰撞过程的作用时间，在两车同向行驶追尾碰撞过程中，产生的电磁力方向与后面汽车的行驶方向相反，使后面汽车的行驶速度有所减小；对于前面汽车而言，产生的电磁力的方向与其行驶方向相同，使前面汽车的速度有所增加；从而使碰撞接触前的两车距离减少的速度变小，进而增加碰撞接触前的时间，安全性大大的提高。

5.***的中央处理器可以根据接受到的力、速度以及车距信号不断调整通过电磁线圈的电流，实现碰撞过程的智能化控制。

附图说明

图1为本发明电磁辅助保险杠碰撞***的结构示意图。

图2为两车同向碰撞过程示意图。

图3为两车相向碰撞过程示意图。

图4为本发明电磁辅助保险杠碰撞***的工作原理流程图。

图中：1.汽车电池，2.整流器，3.升压变压器，4.中央处理器，5.电磁线圈，6.电磁线圈定位槽，7.加强铝合金横梁，8.位移传感器，9.速度传感器，10.力传感器，11.汽车车身承载结构，12.汽车保险杠，13.车头，14.车尾箱。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。

本发明提供的电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，其结构如图1所示，包括防碰撞机构和监测电路，其中：防碰撞机构由高强度铝合金横梁7、汽车车身承载结构11和汽车保险杠12。监测电路由中央处理器4和通过数据线与该中央处理器相连的汽车电池1、整流器2、升压变压器3、电磁线圈5、位移传感器8、速度传感器9、力传感器10。

所述加强铝合金横梁7焊接在车身承载结构上面，用于承载来自每个电磁线圈上的力，并把力传至汽车车身承载结构11。该高强度铝合金横梁由组成，其中：(请补充其组成及各部件之间的连接关系)

所述汽车车身承载结构11安装在汽车底盘上，用于安装铝合金横梁。该汽车车身承载结构是整个汽车框架，将其中的加强铝合金横梁7直接焊接在汽车保险杠12处。

所述汽车保险杠12安装在汽车车头13前部，用于保护乘客。该汽车保险杠由铝合金制成。

所述监测电路，用于监测车速、相对车距、相互作用电磁力。

所述汽车电池1装在车尾箱14处，其作用是为电磁线圈提供所需的电流，从而使电磁线圈产生磁场。该汽车电池可以采用汽车上点火使用的蓄电池。

所述整流器2可以采用直流变交流逆变器，其通过电线与升压器相连。该整流器的作用是将汽车电池1的直流电变为交流电。

所述升压变压器3可以采用小型电源高频变压器，其通过电线与中央处理器相连。该升压变压器的作用是将整流器传来的交流电进行升压满足电磁线圈所需的电压。

所述中央处理器4，可以采用电路设计根据速度和位移信号控制电流大小，其作用是接受来自位移传感器以及速度传感器的信号来决定是否接通电路对电磁线圈通电以产生磁场力并把汽车当前的各个参数传递给驾驶员实现良好的人车交互。

所述电磁线圈5有多个，它们均通过电磁线圈定位槽6固定在加强铝合金横梁7上面，其作用是产生强大的磁场，吸收汽车的碰撞力减缓碰撞过程。该电磁线圈5内含铁芯和力传感器10(图1中未画)。

所述电磁线圈定位槽6，其作用是用来卡紧电磁线圈5，使电磁线圈不会发生移动。

所述位移传感器8可以采用线性位移传感器，其安装在汽车头部下方和尾部下方，其作用将车距信号传到中央处理器4进行分析。

所述速度传感器9可以采用霍尔速度传感器，其安装在汽车头部下方和尾部下方，其作用是将前后两车的相对速度传到中央处理器4进行分析。

所述力传感器10可以采用压力传感器，其安装在横梁上的线圈处，其作用是将电磁线圈5所受的力信号传到中央处理器4进行分析。

上述的包括整流器、升压器、中央处理器以及人机交互装置，可以由其组成一套控制电磁力的简单的电路控制单元。

本发明提供的电磁辅助保险杠碰撞***，是利用电磁力作用将碰撞过程中的汽车的惯性力吸收并通过铝合金横梁分散到汽车车身的承载结构上的一种车载***，其主要运用在轻型轿车以及电动汽车中，具体工作原理如下：

首先由汽车电池提供电流，电池的直流电流经过整流器变为正弦交流电，正弦交流电经过升压变压器将原来较低的电压升高到较高的电压以满足电磁线圈产生较大的磁场有效的吸收碰撞时产生的能量；升压变压器连接着中央处理器，中央处理器通过分析由速度传感器、位移传感器以及力传感器传来的信号来判定是否接通电路，中央处理器还可以根据接受的力、速度以及相对位移的信号来判断碰撞过程的变化从而不断地调整通过电磁线圈中电流大小，进而根据实际情况调整电磁力的大小。

正常状况下中央处理器将电路断开，电磁线圈不通电，整个***处于不工作的状态，只有当速度超过一定阀值(比如30km/s)并且两车的相对位移也超过一定阀值(比如10m)时中央处理器才会将电路接通，电路接通后经过升压器的电压被加载到电磁线圈的两端，电磁线圈在交流电的作用下便产生出磁场；为了实现两车可以产生磁场力，在汽车的车头和车尾部分分别安装一套横梁和电磁线圈结构，两套结构共用一个中央处理器，整个***在车辆上的布置结构如图1所示。

当两车同向行驶时(如图2所示)，两车达到安全距离以及安全速度阀值时，中央处理器接通电路，每个电磁线圈上都产生磁场，向外的为N极，向内的为S极；对于后面的汽车车头部分来说向前的方向为N极，对于前面汽车的车尾部分来说，向后的方向为N极，这样在两车接近的过程中两车产生同一极性的磁场，由于同性相斥原理，两车在未接触时就已经产生磁场力作用。由力的相互作用原理，对于后面的汽车，磁场力的方向与汽车行驶方向相反，从而使后车速度降低，减缓两车靠近的速度；对于前面的汽车，磁场力方向与汽车行驶方向相同，使前面汽车速度有所增加，进一步减缓两车靠近的速度；另外磁场力的大小与距离的二次方成反比，随着两车距离的接近磁场力也迅速增大，从而将传统汽车碰撞过程中产生的强大的瞬时力稀释为随着时间逐渐增大的力，避免了碰撞瞬时冲击力对驾驶员及乘客的伤害。

另外，在电磁力作用过程中，安装在电磁线圈一侧的力传感器将其所受的磁场力传到中央处理器，中央处理器将磁场力以及两车距离和速度信息传到驾驶员显示屏界面上，驾驶员根据这些信息可以及时对车辆进行连续跟踪控制，驾驶员进行操作后，车辆达到另一状态，中央处理器又将此时的磁场力、车距以及相对速度传到驾驶员显示屏上进行反馈，从而形成了一个闭环控制；由于前车尾部也装有同样的***，所以前车驾驶员也能及时看到碰撞过程中电磁力、车距以及两车速度的信息，从而进行上面所诉的闭环控制，实现了汽车与汽车、汽车与驾驶员以及驾驶员与驾驶员之间的交互。电磁辅助保险杠碰撞***在两车未接触时就已经开始进行消耗碰撞过程的能量，将碰撞的时间拉长，从而增加了驾驶员采取刹车等措施的时间，安全性大大增加。

当两车相向行驶碰撞时(如图3所示)，对于两车而言，磁极N极均与汽车行驶方向相反，从而产生与两车前进方向相反的力，后面的过程与两车同向行驶碰撞时一样，这里不在赘述。

图4是本发明电磁辅助保险杠碰撞***工作原理流程图。

碰撞过程中的能量计算：

当两车的电磁***都开始发挥作用时，相当于两个相互排斥的磁铁，两块磁铁之间的排斥力没有***的计算方法，但有参考的公式：(k为磁荷单位，q1、q2为磁荷)，理论上随着距离的减小磁力可以无限的增大。由于磁力的变化是非线性的，而且中央控制单元会随着距离的减小来增大电流的输出从而磁场的强度也在不断变化，所以从这一方面很难计算，但从能量守恒的角度考虑就变得简单了。

经查阅文献得知：一般的轻型轿车的质量大约为1700kg，蓄电池容量约为60Ah，放电电压为12V，所以蓄电池所储存的能量是60Ah×12V＝720WH＝0.72KWH，即0.72度电，所以其能量为0.72×3600000＝2592000J。

假定汽车的初始速度为100km/h即30m/s，静止时速度为0，其动能的变化量为

当汽车速度为132km/h即40m/s时，汽车静止速度为0，其动能变化量为

由计算可知：蓄电池所含的能量满足汽车减速所需要的能量。

另外，大多汽车都是只要蓄电池放电发动机就带动电动机给蓄电池进行充电，因此可以源源不断的供给蓄电池的电量，进一步将汽车动能转化为电磁能进而被消耗掉，进一步增加安全性。

Claims (7)

1.一种电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，其特征是包括防碰撞机构和监测电路，所述防碰撞机构由加强铝合金横梁(7)、汽车车身承载结构(11)和汽车保险杠(12)组成；所述监测电路用于监测车速、相对车距、相互作用电磁力，其由中央处理器(4)，以及通过数据线与中央处理器(4)相连的汽车电池(1)、整流器(2)、升压变压器(3)、电磁线圈(5)、位移传感器(8)和速度传感器(9)组成。

2.根据权利要求1所述的电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，其特征是加强铝合金横梁(7)焊接在汽车车身承载结构(11)上面，用于承载来自每个电磁线圈上的力，并把力传至汽车车身承载结构(11)。

3.根据权利要求1所述的电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，其特征是汽车车身承载结构(11)装在汽车底盘上，用于安装加强铝合金横梁(7)；该汽车车身承载结构是整个汽车框架，将其中的加强铝合金横梁(7)直接焊接在汽车保险杠(12)处。

4.根据权利要求1所述的电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，其特征是电磁线圈(5)有多个，均内含有铁芯和力传感器，并且都通过电磁线圈定位槽(6)固定在加强铝合金横梁(7)上面；其作用是产生强大的磁场，吸收汽车的碰撞力减缓碰撞过程。

5.根据权利要求4所述的电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，其特征是力传感器采用压力传感器，其作用是将电磁线圈(5)所受的力信号传到中央处理器(4)进行分析。

6.根据权利要求1所述的电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，其特征是位移传感器(8)采用线性位移传感器，其安装在汽车头部下方和尾部下方，其作用是将车距信号传到中央处理器(4)进行分析。

7.根据权利要求1所述的电磁辅助汽车保险杠防碰撞***，其特征是所述速度传感器(9)采用霍尔速度传感器，其安装在汽车头部下方和尾部下方，其作用是将前后两车的相对速度传到中央处理器(4)进行分析。