CN107489730B - 碰撞吸能盒、车辆及调节碰撞吸能盒刚度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碰撞吸能盒、车辆及调节碰撞吸能盒刚度的方法。所述碰撞吸能盒包括：主体，其限定一个腔室，在所述碰撞吸能盒被挤压时，所述腔室的容积被压缩；以及流通控制装置，其设置在所述腔室与外部开放空间或另一腔室之间，以控制流体从所述腔室流出时的阻尼孔的大小而调节所述碰撞吸能盒的刚度。本发明的碰撞吸能盒具有可调节刚度，从而能够根据不同碰撞速度、碰撞力或碰撞工况来自动地调节碰撞吸能盒的碰撞刚度，以充分发挥碰撞吸能盒的效能。

Description

碰撞吸能盒、车辆及调节碰撞吸能盒刚度的方法
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种碰撞吸能盒、车辆及调节碰撞吸能盒刚度的方法。
背景技术
目前，市场上乘用车的吸能盒的主要结构形式为固定腔体式，该形式是通过调整吸能盒的断面结构和材料来改变吸能盒的刚度，从而实现吸能效果。
上述市场上的乘用车吸能盒刚度在设计阶段就已确定，在发生碰撞过程中，由于事故发生时碰撞速度以及碰撞角度的不同，所需要吸收的能量的大小不同，所以有可能在低速碰撞时吸能盒刚度过大，吸能盒溃缩不充分，缓冲效果不理想，且吸能盒溃缩后不可重复使用，须更换维修，也有可能在高速碰撞时吸能盒刚度过小，吸能盒完全溃缩后能量还未被完全吸收，对车身结构造成不同程度的影响，维修成本高。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碰撞吸能盒来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
为实现上述目的，本发明提供一种碰撞吸能盒，其中，所述碰撞吸能盒包括：
主体，其限定一个腔室，在所述碰撞吸能盒被挤压时，所述腔室的容积被压缩；以及
流通控制装置，其设置在所述腔室与外部开放空间或另一腔室之间，以控制流体从所述腔室流出时的阻尼孔的大小而调节所述碰撞吸能盒的刚度。
优选地，所述碰撞吸能盒包括：
筒体；
活塞，其以可活动方式设置在所述筒体内，且将所述筒体分为有杆腔与无杆腔；
活塞杆，其与所述活塞连接，且从所述有杆腔伸出所述筒体之外；以及
主动式限流阀，其设置在所述有杆腔与无杆腔之间，用于调节所述有杆腔和无杆腔之间的流通截面大小。
优选地，所述主动式限流阀设置在所述活塞上。
优选地，所述主动式限流阀为电控阀，且具有至少三个挡位：关闭挡、全开挡和中间挡。
优选地，所述主动式限流阀的初始位置设置在中间挡。
本发明还提供一种车辆，其特征在于，包括：
车身纵梁；
防撞梁；以及
碰撞吸能盒，其设置在所述车身纵梁与所述防撞梁之间，且所述碰撞吸能盒是如上所述的碰撞吸能盒。
优选地，所述车辆进一步包括调节装置，所述调节装置确定相对碰撞速度，并根据确定的相对碰撞速度来控制碰撞吸能盒的刚度。
优选地，所述调节装置包括：
车速传感器；
加速度传感器；以及
碰撞ECU，其设置在所述碰撞吸能盒上，或临近所述碰撞吸能盒设置，并根据所述车速传感器的检测信号和所述加速度传感器的检测信号来确定相对碰撞速度，并根据确定的相对碰撞速度来控制碰撞吸能盒的刚度。
优选地，所述流通控制装置的全开挡对应于中速碰撞、关闭挡对应于低速碰撞，中间挡对应于高速碰撞，其中
所述低速碰撞对应的相对碰撞速度小于等于4km/h；
所述中速碰撞对应的相对碰撞速度大于4km/h而小于15km/h；
所述高速碰撞对应的相对碰撞速度大于等于15km/h。
本发明还提供一种调节碰撞吸能盒刚度的方法，所述方法包括：确定碰撞工况；以及根据碰撞工况来自动调节碰撞吸能盒的阻尼孔的大小来调节碰撞吸能盒的刚度。
本发明的碰撞吸能盒具有可调节刚度，从而能够根据不同碰撞速度、碰撞力或碰撞工况来自动地调节碰撞吸能盒的碰撞刚度，以充分发挥碰撞吸能盒的效能。
附图说明
图1是具有根据本发明一实施例的碰撞吸能盒的车辆防碰撞***的示意图。
图2是图1所示车辆防碰撞***的电控子***的示意图。
图3是图1所示碰撞吸能盒中的主动式限流阀的原理示意图。
图4a至图4c是图3所示主动式限流阀在不同状态下的结构示意图。
附图标记：
1 防撞梁 32 流液孔
2 碰撞吸能盒 33 磁力线圈
3 主动式限流阀 34 阀体
21 筒体 41 碰撞ECU
22 活塞 42 车速传感器
23 活塞杆 43 加速度传感器
31 限流钢珠 44 车辆碰撞传感器
具体实施方式
在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
根据本发明的碰撞吸能盒包括：主体和流通控制装置。所述主体限定一个腔室，在所述碰撞吸能盒被挤压时，所述腔室的容积被压缩。所述流通控制装置设置在所述腔室与外部开放空间或另一腔体之间，以控制流体从所述腔室流出时的阻尼孔的大小。
图1是具有根据本发明一实施例的碰撞吸能盒的车辆防碰撞***的示意图。图2是图1所示车辆防碰撞***的电控子***的示意图。图3是图1所示碰撞吸能盒中的主动式限流阀的原理示意图。图4a至图4c是图3所示主动式限流阀在不同状态下的结构示意图。
图1中所示的碰撞吸能盒2具有可调的刚度。在图中示出了一种具有可调刚度的碰撞吸能盒2的例子，但是可以理解的是，本发明的保护范围不限于图示的具体结构。
例如，在一个可选的实施例中，通过电动装置(例如伺服电机)来调节两个摩擦件之间的接触压力的方式来调整碰撞吸能盒的刚度大小。
在再一个可选实施例中，通过液压装置来调节两个摩擦件之间的接触压力的方式来调整吸能盒的刚度大小。
在第三个可选实施例中，在基本的吸能结构之外，设置有附加的一个或多个吸能结构，根据碰撞工况来自动地确定是否将附加的吸能结构投入使用，由此来调节整个碰撞吸能盒的刚度。
在本发明中，通过控制装置或适当的检测单元来检测车辆的工况，具体而言，检测车辆的碰撞工况，进而确定碰撞吸能盒的刚度的大小，并发送指令至碰撞吸能盒，使得碰撞吸能盒处于适当的刚度状态。
图1所示的碰撞吸能盒2包括：筒体21、活塞22、活塞杆23和主动式限流阀3。
筒体21限定一个腔室。而且筒体21连接至车辆主体，例如，连接至车身纵梁。可以理解的是，筒体21以刚性材料制成。
活塞22以可活动方式设置在筒体21内。也就是说，活塞22可以在筒体21的内壁上滑动。通常，活塞22与筒体21的内壁密封接触。具体的密封结构可以采用任何适当的已有密封结构。活塞22将筒体分为有杆腔与无杆腔。具体而言，活塞22将筒体限定的腔室分为位于图中上部的有杆腔与位于图中下部的无杆腔。需要指出的是，实际上筒体的延伸方向是水平的，且平行于车辆的前后方向。在可选的实施例中，筒体也可以倾斜延伸。或者说，可以根据需要来设置筒体的延伸方向。有利的是，筒体的延伸方向，即活塞的运动方向，平行于设计溃缩方向。根据需要，筒体的延伸方向也可以相对于设计溃缩方向(主溃缩方向)具有一定的夹角。
可以理解的是，在图示实施例中，有杆腔与无杆腔都是封闭腔。有杆腔与无杆腔可以通过主动式限流阀3相互连通。在所述有杆腔和无杆腔内可以设置压缩空气，也可以设置液体。
在图示实施例中，筒体21可以用作前述主体，有杆腔或无杆腔用作所述腔室，而主动式限流阀3用作所述流通控制装置。
活塞杆23与所述活塞22连接，且从所述有杆腔伸出所述筒体21之外。在图示实施例中，活塞杆23从筒体伸出的部分连接至防撞梁1。可以理解的是，活塞杆23从筒体伸出的部分也可以连接至其他构件。
具体而言，筒体21和活塞杆23可以分别连接至需要具有相对溃缩吸能运动的任何两个构件。而且，可以采用任何适当的连接结构进行连接。
主动式限流阀3设置在所述有杆腔与无杆腔之间，用于调节所述有杆腔和无杆腔之间的流通截面大小。进而，调节整个碰撞吸能盒2的刚度。
在图示实施例中，主动式限流阀3设置在活塞22上。这具有结构简单的优点。
在可选实施例中，也可以将主动式限流阀3设置在筒体21之外。具体地，在筒体21之外设置连通所述有杆腔与无杆腔的连通液路，将主动式限流阀3设置在所述连通液路上。此种结构具有主动式限流阀3维修、安装更加方便的优点。
有利的是，主动式限流阀3为电控阀，且具有至少三个挡位：关闭挡(图4b)、全开挡(图4a)和中间挡(图4c)，其中所述全开挡对应于中速碰撞、所述关闭挡对应于低速碰撞，所述中间挡对应于高速碰撞。从而，在低速(低的相对速度)碰撞时，碰撞吸能盒具有最大的刚度，以尽可能避免溃缩吸能，而降低维修成本。在中速碰撞时，碰撞吸能盒具有最小的刚度，以尽可能地溃缩吸能，而对乘员提供保护。这是因为，在中速碰撞时，通常安全气囊不会弹出，将碰撞吸能盒设置在最小刚度，有利于提高对乘员的保护。在高速碰撞时，碰撞吸能盒设置在较大刚度，有利于提供对乘员的保护，同时小于最大单独，有利于使得碰撞吸能盒的刚度低于车身纵梁的刚度，而避免车身纵梁损坏。
优选地，所述低速碰撞对应的相对碰撞速度小于等于4km/h；
所述中速碰撞对应的相对碰撞速度大于4km/h而小于15km/h；
所述高速碰撞对应的相对碰撞速度大于等于15km/h。
优选地，所述主动式限流阀3的初始位置设置在中间挡。
在图示实施例中，主动式限流阀3包括：阀体34和四个流液孔32。对应于每个流液孔32设置有一个限流钢珠31与一个磁力线圈33。磁力线圈33在电力驱动下产生磁力，进而控制限流钢珠31的位置，来堵塞或敞开流液孔32。
这样，图示的主动式限流阀3限定了五个挡位。在关闭挡(图4b)，四个流液孔32全部被堵塞。从而，整个碰撞吸能盒具有最大的刚度。在全开挡(图4a)，四个流液孔32全部被打开。从而，整个碰撞吸能盒具有最小的刚度。中间挡具体对应于1个至3个流液孔32被打开的情况。可以对应于不同的相对碰撞速度。图4c所示的中间档，有2个流液孔32被打开。
相对碰撞速度可以根据加速度传感器检测的车辆加速度来确定。可以理解的是，此种确定方式可以采用一种粗略的确定方式或者根据经验数据采用查表法或查表差值法确定。例如，可以假定车辆在一秒内维持相同的车辆加速度且加速至碰撞后速度，此时，可以直接以检测到的车辆加速度的数值作为相对碰撞速度(需要变更物理量纲的单位)：例如检测到的加速度为10米每二次方秒，则相对碰撞速度为10米每秒。
例如，在相对碰撞速度在4km/h以内时，需要吸能盒刚度比较小这样可以尽量减少车辆乘员的冲击力。在相对碰撞速度大于4km/h而小于15km/h时需要吸能盒刚度最大，这样可以在保障乘员不受伤害的时候而同时保护车身的钣金零部件从而降低保险费用。而在碰撞速度大于15km/h时需要吸能盒刚度尽可能的大但同时要小于纵梁刚度，这样可以在纵梁破坏之前尽量吸收碰撞动能。
进一步地，在确定相对碰撞速度时，可以将车速传感器42检测到的本车当前车速也考虑在内。
在一个可选实施例中，在车辆碰撞传感器44动作之后，碰撞ECU在才开始工作。也就是说，将车辆碰撞传感器44的检测结果也考虑在内，来用于碰撞吸能盒刚度的确定或调节。
本发明还提供一种车辆，所述车辆包括：车身纵梁；防撞梁1；以及碰撞吸能盒2。碰撞吸能盒2设置在车身纵梁与防撞梁1之间，且碰撞吸能盒2是如上所述的碰撞吸能盒。
优选地，所述车辆进一步包括调节装置，所述调节装置确定相对碰撞速度，并根据确定的相对碰撞速度来控制碰撞吸能盒的刚度。
在一个优选实施例中，在所述车辆中，所述调节装置包括：车速传感器42；加速度传感器43；以及碰撞ECU 41。有利的是，碰撞ECU 41设置在所述碰撞吸能盒2上，或临近所述碰撞吸能盒2设置。碰撞ECU 41根据所述车速传感器的检测信号和所述加速度传感器的检测信号来确定相对碰撞速度，并根据确定的相对碰撞速度来控制碰撞吸能盒2的刚度。
本发明还提供一种调节碰撞吸能盒的刚度的方法，所述方法包括：确定碰撞工况；以及根据碰撞工况来自动调节碰撞吸能盒的刚度。所述碰撞工况包括碰撞加速度(车辆加速度)、碰撞相对速度(碰撞时的两车速度差)、车辆速度等等。可以理解的是，所述碰撞加速度可以是三个方向上的碰撞速度。
本发明的碰撞吸能盒具有可调节刚度，从而能够根据不同碰撞速度、碰撞力或碰撞工况来自动地调节碰撞吸能盒的碰撞刚度，以充分发挥碰撞吸能盒的效能。
在一个未图示的可选实施例中，所述筒体至少部分地以弹性材料制成，且限定仅仅一个密闭腔体。在所述密闭腔室上设置有一个开口，在所述开口处设置有流通控制装置。所述流通控制装置设置在所述腔室与外部开放空间或其他腔室之间，以控制流体从所述腔室流出时的阻尼。具体地，可以理解的是，所述流通控制装置调节所述开口处的通流孔的大小。
在所述未图示的实施例中，流通控制装置可以是如前所述的主动式限流阀。流通控制装置也可以包括可相对运动的两个阀片或构件或其他适当的结构。其中，所述两个阀片的相对运动，由电动机驱动，或由电磁阀控制液压回路来驱动。可以理解的是，通过两个阀片或构件的相对运动来调节通流孔(阻尼孔)的大小。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种碰撞吸能盒，其特征在于，所述碰撞吸能盒(2)包括：
主体，其限定一个腔室，在所述碰撞吸能盒被挤压时，所述腔室的容积被压缩；以及
流通控制装置，其设置在所述腔室与外部开放空间或另一腔室之间，以控制流体从所述腔室流出时的阻尼孔的大小而调节所述碰撞吸能盒(2)的刚度，所述碰撞吸能盒(2)包括：
筒体(21)；
活塞(22)，其以可活动方式设置在所述筒体(21)内，且将所述筒体分为有杆腔与无杆腔；
活塞杆(23)，其与所述活塞(22)连接，且从所述有杆腔伸出所述筒体(21)之外；以及
主动式限流阀(3)，其设置在所述有杆腔与无杆腔之间，用于调节所述有杆腔和无杆腔之间的流通截面大小，
所述主动式限流阀(3)设置在所述活塞(22)上，
所述主动式限流阀(3)包括：阀体(34)和四个流液孔(32)，对应于每个流液孔(32)设置有一个限流钢珠(31)与一个磁力线圈(33)，磁力线圈(33)在电力驱动下产生磁力，进而控制限流钢珠(31)的位置，来堵塞或敞开流液孔(32)。
2.如权利要求1所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述主动式限流阀(3)为电控阀，且具有至少三个挡位：关闭挡、全开挡和中间挡。
3.如权利要求 2所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述主动式限流阀(3)的初始位置设置在中间挡。
4.一种车辆，其特征在于，包括：
车身纵梁；
防撞梁(1)；以及
碰撞吸能盒(2)，其设置在所述车身纵梁与所述防撞梁(1)之间，且所述碰撞吸能盒(2)是如权利要求1-3中任一项所述的碰撞吸能盒。
5.如权利要求4所述的车辆，其特征在于，进一步包括调节装置，所述调节装置确定相对碰撞速度，并根据确定的相对碰撞速度来控制碰撞吸能盒的刚度。
6.如权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述调节装置包括：
车速传感器(42)；
加速度传感器(43)；以及
碰撞ECU(41)，其设置在所述碰撞吸能盒(2)上，或临近所述碰撞吸能盒(2)设置，并根据所述车速传感器的检测信号和所述加速度传感器的检测信号来确定相对碰撞速度，并根据确定的相对碰撞速度来控制碰撞吸能盒(2)的刚度。
7.如权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述流通控制装置的全开挡对应于中速碰撞、关闭挡对应于低速碰撞，中间挡对应于高速碰撞，其中
所述低速碰撞对应的相对碰撞速度小于等于4km/h；
所述中速碰撞对应的相对碰撞速度大于4km/h而小于15km/h；
所述高速碰撞对应的相对碰撞速度大于等于15km/h。
8.一种调节碰撞吸能盒刚度的方法，其特征在于，包括：
确定碰撞工况；以及
根据碰撞工况来自动调节碰撞吸能盒的阻尼孔的大小来调节碰撞吸能盒的刚度，
所述碰撞吸能盒(2)包括：
筒体(21)；
活塞(22)，其以可活动方式设置在所述筒体(21)内，且将所述筒体分为有杆腔与无杆腔；
活塞杆(23)，其与所述活塞(22)连接，且从所述有杆腔伸出所述筒体(21)之外；以及
主动式限流阀(3)，其设置在所述有杆腔与无杆腔之间，用于调节所述有杆腔和无杆腔之间的流通截面大小，
所述主动式限流阀(3)设置在所述活塞(22)上，
所述主动式限流阀(3)包括：阀体(34)和四个流液孔(32)，对应于每个流液孔(32)设置有一个限流钢珠(31)与一个磁力线圈(33)，磁力线圈(33)在电力驱动下产生磁力，进而控制限流钢珠(31)的位置，来堵塞或敞开流液孔(32)。
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