CN102167085A

CN102167085A - 一种汽车正面碰撞吸能装置

Info

Publication number: CN102167085A
Application number: CN 201110066920
Authority: CN
Inventors: 盛企豪; 张邦基
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2011-08-31

Abstract

本发明公开了一种随速调节式且能实现平稳吸能过程的汽车正面碰撞吸能装置，主要由活塞、油缸筒、阀芯、阀盖、弹簧、减速导管、阻尼油、步进电机、丝杠传动机构、加速度传感器、控制电路等组成。本发明通过传感器、控制电路和步进电机组成的电子系统来控制弹簧的压缩量，从而改变油缸筒内的预设压强，达到随速调节的目的。本发明通过阻尼油对油缸筒的与车速方向相反的压力来使车辆减速，此压力的大小和油缸筒的预设压强成正比，从而达到了平稳的吸能目的；与此同时车辆的动能转化成了阻尼油的动能，最后由阻尼油在减速导管中将动能耗散掉，从而很大程度地提高了汽车的安全性。

Description

一种汽车正面碰撞吸能装置

技术领域

本发明属于汽车被动安全领域，具体涉及一种汽车正面碰撞吸能装置。

背景技术

虽然主动安全系统在一定程度上可以避免事故的发生，但并非可以避开所有的事故，被动安全系统作为驾乘者生命的最后一道防线在汽车安全系统中也十分重要。

在正面碰撞中，汽车车头发生范性形变而吸收能量。如今的汽车发生正面碰撞时，前纵梁发生溃缩吸收碰撞时的绝大部分能量。

研究表明，如果前纵梁能够实现较平稳的吸能，即加速度曲线的波动比较小的话，可以更有效地保护乘员。但是由于制作前纵梁的材料内部结构的不均匀，前纵梁截面形状和壁厚变化灵活等，使得前纵梁的溃缩过程不确定性大，故而在实际的碰撞试验中往往难以获得较平稳的加速度曲线。这也就意味着通过前纵梁溃缩的方式来吸能往往难以实现较平稳的吸能过程。此外，前纵梁溃缩完全时吸收的的能量是一定的，若发生碰撞时速度较大，则前纵梁溃缩完全之后汽车还有相当一部分的动能没有被吸收掉，于是乘员仓开始发生形变吸收多有的能量，这会大大增加乘员受伤的几率；如果乘员仓的强度非常大，发生的形变非常小，那么加速度会瞬间变得非常大，近似于刚性碰撞，这会使乘员收到的冲击力突然变大很多，也会增加乘员受伤的几率。

综上所述，目前以前纵梁溃缩的方式难以实现平稳的吸能过程，并且由于吸能限度的单一而无法在在较高的速度下充分吸收能量。因此存在一定的不足和限性。

发明内容

本发明提供了一种可以随速度改变吸能限度且可以实现较为平稳地吸能的正面碰撞吸能装置。

本发明由电子控制系统和执行系统两部分构成。电子控制系统包含了控制电路和加速度传感器，控制电路有一个预设的最低速度，当车速低于这个速度时，步进电机不会工作；当车速超过这个预设的最低速度后，步进电机会输出一定的转角，通过执行系统的丝杠传动机构改变弹簧的压缩量，加速度传感器用于检测车辆是否发生碰撞；执行系统中，油缸筒固定于前纵梁，油缸筒的空腔中充满阻尼油，且用活塞在开口端封住，阀盖连接在油缸筒上端，阀芯置于阀盖中，步进电机固定在车身上，并与丝杠传动机构连接，弹簧置于阀芯和丝杠传动机构之间，弹簧和阀芯的组合起到限压阀的作用；步进电机和丝杠传动机构用来控制弹簧的压缩量。当阻尼油和弹簧对阀芯的压力相等时，油缸筒内的压强称为油缸筒的预设压强，其大小取决于弹簧预先的压缩量，预设压强的大小决定了在发生正面碰撞时使车辆减速的力的大小，改变弹簧的预先压缩量即可改变发生正面碰撞时使车辆减速的力。当车速在控制电路预设的最低速度之下发生碰撞时，只通过保险杠吸能而本装置不发生溃缩；当车速在控制电路预设的最低速度之上发生变化时，弹簧的压缩量会因为步进电机的转动而改变，以便在溃缩相同长度的条件下，装置吸收的能量的大小取决于发生碰撞时的车速，且与碰撞时车速的平方成线性关系，实现随速调节的功能发生碰撞时，一旦加速度传感器检测到车辆发生碰撞，控制电路就会断开步进电机的电力来源，使弹簧的压缩量不再受步进电机控制，同时由于丝杠传动机构的自锁功能，弹簧不会反弹，从而使得预设压强始终存在且不变小；在整个活塞和油缸筒相对运动过程中，预设压强始终存在，从而使得阻尼油始终对活塞和油缸筒有作用力，这个内在的作用力使得车辆减速。当阀芯被阻尼油向上顶至限位时，弹簧会被压缩相同的长度，但是由于这段长度很小，所以发生正面碰撞后依旧会有较为平稳的能量吸收过程。车辆的动能先转化成为阻尼油的动能，再由阻尼油在减速导管将这些能量耗散掉。

本发明基于液压原理，发生正面碰撞时活塞和油缸筒会发生相对运动而使油缸筒内产生高压且挤压阻尼油，当阻尼油对阀芯的压力大于弹簧对阀芯的压力时，阻尼油就会将阀芯向上压，且从阀盖上的小孔高速喷出。发生正面碰撞时使车辆减速的力取决于弹簧预先的压缩量，电子控制系统和执行系统的配合可以根据车速来改变弹簧预先的压缩量，以便在溃缩相同长度的条件下，装置吸收的能量的大小取决于发生碰撞时的车速，从而实现随速可调功能。当车辆发生碰撞时，加速度传感器检测到车辆发生碰撞，控制电路就会断开步进电机的电力来源，使弹簧的压缩量不再受步进电机控制，同时由于丝杠传动机构的自锁功能，弹簧不会反弹，从而使得预设压强始终存在且不变小；在整个碰撞过程中，预设压强始终存在，从而使得阻尼油始终对活塞和油缸筒有作用力，这个内在的作用力使得车辆减速；在碰撞过程中，油缸筒内的压强波动很小，所以使车辆减速的力的波动也很小，可以实现平稳的吸能过程。

本发明可以保持平稳的吸能过程，在发生正面碰撞时乘客受到的冲击力平缓均均匀；尤其吸能限度随车速的增加而增加，当车辆在较高速度下发生碰撞也可充分吸收能量，更好地保护乘客。

附图说明

图1-本发明的结构示意图；

图2-本发明的A-A剖视图；

图3-拆去减速导管后的B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

控制电路有一个预设的最低速度，并且从车辆的CAN总线中获取当前的车速，当车速低于这个预设的最低速度时，步进电机7不会工作，且此时弹簧5处于与此预设的最低速度相对应的压缩状态；当车速在这个预设的最低速度以上变化时，若车速上升，则步进电机7正向旋转增加弹簧5的压缩量；若车速下降，则步进电机反向旋转，减少弹簧的压缩量，以使油缸筒2的预设压强始终与车速对应，从而实现随速可调功能。一旦车辆发生正面碰撞，加速度传感器配合控制电路，断开步进电机的电力来源，使步进电机在车辆在碰撞的剧烈减速过程中不再控制弹簧的压缩量，同时由于丝杠传动机构8的自锁功能，弹簧5会始终处于与发生碰撞时的初速度相对应的压缩状态。

在碰撞过程中，活塞1和油缸筒发生2相对运动，油缸筒内产生高压，阻尼油9在高压的作用下将阀芯4向上顶起后以高速进入阀盖3内部的小孔，再流入减速导6，以此将车辆的动能转化成阻尼油的动能，最后阻尼油进入减速导管后，其动能全部转变为内能耗散掉。

在活塞1和油缸筒2相对运动过程中，由于弹簧5始终处于与发生碰撞时的速度相对应的压缩状态，油缸筒的预设压强不减小，阻尼油9始终对活塞1和油缸筒2有一对大小相等，方向相反的力，其中对油缸筒的作用力与速度方向相反，使车辆减速。在吸收能量的过程中，阀芯4会被阻尼油9向上顶至限位并且伴随车速的降低而被弹簧5压回，当碰撞结束后，阀芯会被弹簧压回至原位置；虽然在吸能的过程中弹簧5的压缩量会增加一点，但是由于这段长度很小，所以碰撞时依旧会有较为平稳的能量吸收过程，可以在最大程度上降低乘员受伤的几率。

Claims

1.一种汽车正面碰撞吸能装置，其特征在于：由电子控制系统和执行系统两部分构成，电子控制系统包含控制电路和加速度传感器，控制电路有一个预设的最低速度，当车速低于这个速度时，执行机构的步进电机不会工作；当车速超过这个预设的最低速度后，步进电机会输出一定的转角，通过执行系统的丝杠传动机构改变弹簧的压缩量，加速度传感器用于检测车辆是否发生碰撞；执行系统包括活塞，油缸筒，阀盖，阀芯，弹簧，两根减速导管，步进电机，丝杠传动机构和阻尼油，油缸筒固定于前纵梁，油缸筒的空腔中充满阻尼油，且用活塞在开口端封住，阀盖连接在油缸筒上端，阀芯置于阀盖中，步进电机固定在车身上，并与丝杠传动机构连接，弹簧置于阀芯和丝杠传动机构之间，弹簧和阀芯的组合起到限压阀的作用；步进电机和丝杠传动机构用来控制弹簧的压缩量，当车速在控制电路预设的最低速度之下发生碰撞时，只通过保险杠吸能而本装置不发生溃缩；当车速在控制电路预设的最低速度之上发生变化时，弹簧的压缩量会因为步进电机的转动而改变，实现随速调节的功能，一旦加速度传感器检测到车辆发生碰撞，控制电路就会断开步进电机的电力来源，使弹簧的压缩量不再受步进电机控制，同时由于丝杠传动机构的自锁功能，弹簧不会反弹，从而使得预设压强始终存在且不变小；在整个活塞和油缸筒相对运动过程中，预设压强始终存在，从而使得阻尼油始终对活塞和油缸筒有作用力，这个内在的作用力使得车辆减速，当阀芯被阻尼油向上顶至限位时，弹簧会被压缩相同的长度；车辆的动能先转化成为阻尼油的动能，再由阻尼油在减速导管将这些能量耗散掉。

2.根据权利要求1所述的汽车正面碰撞吸能装置，其特征在于：阀盖(3)上有一台阶，用来限制阀芯被阻尼油向上顶起的长度。