CN101797910B - 一种基于磁流变脂的碰撞能量耗散组件与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于磁流变脂的碰撞能量耗散组件与装置，其碰撞能量耗散组件包括沿垂直于防撞板的轴向方向依次设置的油囊和油缸，所述油囊的封闭端设置在所述防撞板的背面，开放端与所述油缸相连通，所述油囊和油缸中填充阻尼材料；所述油缸中沿轴向设置多级径向环形阻尼通道。这样在油缸前设置与油缸连通的油囊，并将原来呈直线型的阻尼通道变成多级环形径向阻尼通道，增加了阻尼通道的有效长度，增强了碰撞能量耗散装置对碰撞能量的耗散能力。本发明还采用由环形隔离板和中心隔离板组成的阻尼通道，结构简单，实施方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种减震装置，特别是关于一种在汽车在碰撞交通事故中减轻车内人员伤害和车载物品损害的基于磁流变脂的碰撞能量耗散组件与装置。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，汽车数量与日俱增，汽车碰撞交通事故的发生难以避免。在各类交通事故中尤以碰撞事故占首位，因此对汽车的碰撞安全要求也越来越高。为了降低碰撞事故的损害程度，有效保证成员的人身安全，世界各国都在积极开展防撞方面的研究。目前防撞装置的安全设计主要集中在发生碰撞的瞬间，通过车身的前部溃缩来吸收碰撞产生的能量，同时通过安全带、空气囊等缓冲装置将乘员所受到的伤害降低到最小值。如刚性保险杠或塑性吸能保险杠，对碰撞能量的耗散相对有限，防撞效果不理想，由于不具备完全碰撞能量耗散的性能，在剧烈碰撞时如果不能迅速将碰撞能量转移或吸收，大部分的碰撞能量仍可能作用于人体，不能有效保证车内人员的安全性。
中国发明专利：汽车受到撞击时的液压缓冲装置(申请号：200610015318.2，申请日：2008年2月20日)公开了一种通过活塞缸、活塞、活塞杆和缓冲启动装置组成的液压缓冲装置，通过活塞的前后运动挤压活塞缸中的油脂，实现缓冲。缓冲启动装置用以固定活塞与活塞缸的相对位置，当汽车受撞力达到液压缓冲装置的启动力时，液压缓冲装置启动。但上述装置存在阻尼不可控的缺点，无法有效控制在活塞缸中流动的油脂的运动状态及应力。目前阻尼可控的液压缓冲装置仅是通过调节节流孔(即活塞缸中前腔与后腔之间的连通孔)的开度大小来实现，通常采用机电或电液伺服系统，存在结构复杂、体积大、频率响应低等缺点。
发明内容
本发明针对现有汽车防撞装置碰撞能量耗散能力的不足、阻尼不可控或阻尼控制系统结构复杂等情况，提出一种可控阻尼的基于磁流变脂的碰撞能量耗散组件，将碰撞能量转化为磁流变脂中的动能，有效耗散碰撞过程中的碰撞能量，达到匀减速缓冲，降低加速度峰值的目的。本发明还提供了一种将多个上述碰撞能量耗散组件集成在一块防撞板背面的碰撞能量耗散装置。本发明的碰撞能量耗散组件及碰撞能量耗散装置还可广泛用于其他各种防撞领域中，用于吸收碰撞能量，对内容物进行保护。
本发明的技术方案如下：
一种碰撞能量耗散组件，其特征在于：它包括轴向方向依次设置的油囊和油缸，所述油囊包括封闭端和开放端，所述开放端与所述油缸相连通，所述油囊和油缸中填充阻尼材料；所述油缸中沿轴向设置多级径向环形阻尼通道。
所述多级径向环形阻尼通道包括在所述油缸内壁中沿轴向方向设置的多片中空的环形隔离板，将所述油缸沿轴向分隔成多个连通舱室，每个舱室中设置一个实心片状的中心隔离板。
所述油缸外部设置外壳，所述油缸的外侧壁和外壳之间设置励磁线圈。
所述阻尼材料为磁流变脂。
所述油缸的材料为磁导率低的1Cr18Ni9Ti不锈钢。
所述外壳、中心隔离板和环形隔离板的材料为磁导率高且磁饱和强度高的低碳钢。
一种采用所述碰撞能量耗散组件的碰撞能量耗散装置，其特征在于它包括一防撞板和连接在防撞板背面的至少一个碰撞能量耗散组件，所述碰撞能量耗散组件沿垂直于防撞板的方向设置；所述碰撞能量耗散组件的油囊的封闭端设置在所述防撞板的背面。
本发明的技术效果如下：
本发明的一种基于磁流变脂的碰撞能量耗散组件与装置，其碰撞能量耗散组件包括沿垂直于防撞板的轴向方向依次设置的油囊和油缸，所述油囊的封闭端设置在所述防撞板的背面，开放端与所述油缸相连通，所述油囊和油缸中填充阻尼材料；所述油缸中沿轴向设置多级径向环形阻尼通道。这样在油缸前设置与油缸连通的油囊，并将原来呈直线型的阻尼通道变成多级径向环形径向阻尼通道，增加了阻尼通道的有效长度，增强了碰撞能量耗散装置对碰撞能量的耗散能力。本发明还采用由环形隔离板和中心隔离板组成的阻尼通道，结构简单，实施方便。
本发明通过外部电流驱动器调节磁流变脂中的磁场，改变磁流变脂的流动特性，将碰撞能量转化为磁流变脂中的热能，有效耗散汽车碰撞过程中的碰撞能量。本发明的阻尼控制通过应用磁流变脂粘度系数随磁通强度大小的可变性来实现，具有响应速度快，调节范围大的优点；克服了现有技术中由于通过调节节流孔的开度大小来实现阻尼控制，而导致的结构复杂、体积大、频率响应低等问题。
当采用磁流变脂作为阻尼材料时，本发明的多级径向环形径向阻尼通道还可以解决励磁线圈引线的密封问题，实现磁通的方向与磁流变液流动方向垂直的设计要求。由于阻尼通道的形状为蛇形，阻尼通道的有效长度远大于阻尼通道的轴向长度，从而有效提高了碰撞能量耗散装置的碰撞能量耗散能力和磁场发生器的可靠性。
附图说明
图1是本发明的碰撞能量耗散装置的结构示意图
图2是本发明的碰撞能量耗散组件的结构示意图
图中各标号如下：
1-防撞板；2-碰撞能量耗散组件；3-油囊；4-油缸；41-环形隔离板；42-中心隔离板；5-入油孔；6-出油孔；7-阻尼材料；81-外筒；82-上端盖；83-下端盖；84-励磁线圈；85-导线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
如图1所示，本发明的防撞装置包括一防撞板1和连接在防撞板1背面的多个碰撞能量耗散组件2。如图2所示，本发明的一个实施例为，每个碰撞能量耗散组件2包括一个油囊3和一个油缸4，其中油囊3的封闭端与防撞板1的背面相贴合，油囊3的开放端密封设置于油缸4的顶部，且油囊3与油缸4通过油缸4顶部的入油孔5相连通。油缸4的底部设置出油孔5，油缸4底部与一回收腔密封连接，回收腔通过出油孔5与油缸4相连通，且出油孔6与回收腔之间设置由出油孔6流向回收腔的单向阀门。油囊3和油缸4的内部填充阻尼材料7，如高聚物阻尼材料7，能够将吸收的碰撞动能转化为热能耗散掉。
为了能够充分地将碰撞动能转化为热能，需要在油缸4中设计足够长的阻尼通道，本实施例中油缸4内的空腔被设置在油缸4内壁上的N个中空的环形隔离板41分隔成N+1个连通的舱室，其中N为自然数常数。每个舱室中部固定设置一个实心片状的中心隔离板42，中心隔离板42的边缘与油缸4的内壁之间留有间隙，其中环形隔离板41的内径小于中心隔离板42的外径。油缸4中环形的环形隔离板41和片状的中心隔离板42共同组成阻尼材料7的多级径向环形径向阻尼通道，保证阻尼材料7在阻尼通道的有效流动路径足够长，可以使阻尼材料7充分吸收碰撞动能，通过阻尼材料7与阻尼通道相摩擦产生的热能将碰撞动能消耗掉。
如图2所示，本发明的另一个实施例为基于磁流变脂的碰撞能量耗散装置，碰撞能量耗散组件2还包括设置在油缸4外部的磁场发生器，磁场发生器的外壳包括外筒81、上端盖82和下端盖83，三者的接缝处密封连接。油缸4设置在外壳内部，上端盖82作为油缸4的顶部，下端盖83作为油缸4的底部，油缸4的侧壁与外筒81之间存在一定距离。励磁线圈84设置在外筒81与油缸4侧壁之间的空腔内，电流驱动器通过导线85向励磁线圈84供电。油 囊3的开放端与磁场发生器的上端盖82密封连接，上端盖82上设置入油孔5，下端盖83上设置出油孔6，入油孔5和出油孔6均为通孔。本实施例中，油囊3与油缸4中填充磁流变脂作为阻尼材料。为了确保励磁线圈84通电产生的磁通通过径向阻尼通道，油缸4的材料优选磁导率低的1Cr18Ni9Ti不锈钢，外筒81、上端盖82、下端盖83、环形隔离板41和中心隔离板42均优选磁导率高且磁饱和强度高的低碳钢制作，更优选为10号钢。
磁流变脂是具有流变学特性的磁流变流体，可在短时间内随外加磁场发生流体表面粘度的可逆变化，本实施例利用磁流变脂在不同磁场强度的作用下粘度系数的可变性，以磁流变脂作为将碰撞动能转化为热能耗散的阻尼材料7。当电流驱动器通过导线85向励磁线圈84通电时，励磁线圈84产生的磁通通过上端盖82、外筒81、下端盖83、磁流变脂、中心隔离板42和环形隔离板41。励磁线圈84产生沿油缸4轴向方向的磁通，而磁流变脂在阻尼通道中的流动方向是沿中心隔离板42和环形隔离板41表面的径向方向，因此磁流变脂在阻尼通道中的运动方向垂直于磁场方向切割磁通，本实施例的碰撞能量耗散装置满足磁流变器件的磁路设计准则。
碰撞发生的瞬间，防撞板1的变形导致碰撞能量耗散装置2的油囊3发生变形，将油囊3磁流变脂通过入油孔5压入油缸4中，磁流变脂在油缸4的阻尼通道中径向流动。同时外部电流驱动器调节电流输入励磁线圈84，励磁线圈84在油缸4中产生轴向的磁通，磁流变脂在阻尼通道中的径向运动切割磁通，从而使磁流变脂的粘度系数变大，实现碰撞能量耗散装置的阻尼控制。当粘度系数大的磁流变脂在阻尼通道中流动时，磁流变脂与环形隔离板41和中心隔离板42表面产生流动摩擦，使大部分撞击动能转化为热能储存于磁流变脂中，磁流变脂温度升高。当导线85中的励磁电流为零时，励磁线圈84不产生磁场，阻尼通道中的磁流变脂的粘度系数减小，回归流动特性好的原始状态，因此碰撞能量耗散组件2中耗散的能量小，不影响汽车的正常运行。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (7)
1.一种碰撞能量耗散组件，其特征在于：它包括轴向方向依次设置的油囊和油缸，所述油囊包括封闭端和开放端，所述开放端与所述油缸相连通，所述油囊和油缸中填充阻尼材料；所述油缸中沿轴向设置多级径向环形阻尼通道。
2.如权利要求1所述的一种碰撞能量耗散组件，其特征在于：所述多级径向环形阻尼通道包括在所述油缸内壁中沿轴向方向设置的多片中空的环形隔离板，将所述油缸沿轴向分隔成多个连通舱室，每个舱室中设置一个实心片状的中心隔离板。
3.如权利要求1或2所述的一种碰撞能量耗散组件，其特征在于：所述油缸外部设置外壳，所述油缸的外侧壁和外壳之间设置励磁线圈。
4.如权利要求3所述的一种碰撞能量耗散组件，其特征在于：所述阻尼材料为磁流变脂。
5.如权利要求3所述的一种碰撞能量耗散组件，其特征在于：所述油缸的材料为磁导率低的1Cr18Ni9Ti不锈钢。
6.如权利要求3所述的一种碰撞能量耗散组件，其特征在于：所述外壳、中心隔离板和环形隔离板的材料为磁导率高且磁饱和强度高的低碳钢。
7.一种采用如权利要求1-6之一所述的碰撞能量耗散组件的碰撞能量耗散装置，其特征在于它包括一防撞板和连接在防撞板背面的至少一个碰撞能量耗散组件，所述碰撞能量耗散组件沿垂直于防撞板的方向设置；所述碰撞能量耗散组件的油囊的封闭端设置在所述防撞板的背面。
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