CN101992738B - 车辆碰撞缓解系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆碰撞缓解系统。该碰撞缓解系统可以缓解正面碰撞情形。本发明提供了主梁和相对主梁移动的可延长的梁。前端模块连接至可延长的梁，并能够连接至主梁。前端模块和主梁之间设置有弹簧，当前端模块脱离主梁时，该弹簧向前端模块施加作用力。致动器配置为控制前端模块和主梁之间的连接。

Description

车辆碰撞缓解系统

技术领域

本发明涉及车辆碰撞缓解系统。车辆模块配置为在车辆将要碰撞时发挥作用。本发明还会讨论用于各种碰撞缓解系统的锁紧机构。

背景技术

开发车辆碰撞缓解系统是为了帮助降低撞车时其他车辆和/或不希望的车辆部件进入车辆的乘客舱。现在的车辆包括正面、侧面和顶部碰撞保护系统。严重的正面碰撞情形会使发动机及其部件进入乘客舱。过去的碰撞保护系统所具有的各种设计都不及本发明优越。

例如，通常车辆的前端结构由保险杠、纵梁及上部纵梁(或称“散弹枪(shortgun)”)构成。纵梁为通常吸收多达80％碰撞能量的前端结构提供主要的能量吸收。因而，纵梁的长度与其能量吸收能力直接相关。纵梁越长，其能够吸收的能量越多。然而，在具有短前悬的车辆中，纵梁的抗撞击长度会显著缩短。

一些当代的车辆试图增加在碰撞情景中纵梁的长度，以在碰撞过程中提供所需的额外的碰撞空间。而目前可延长的梁和保险杠在这些车辆的前端结构的设计中提供了灵活性，但是这些梁延长的方式还可以改进。一些车辆使用引爆系统(pyrotechnic system)来展开保险杠。但是，申请人已经发现这些系统使用时会引起热损害，而且不能设计成多用途。

其他系统使用电机来延长前端结构，如由Schambre等申请的，专利号为6,773,044的，名称为“用于能量管理的主动式车辆前端结构”的美国专利。这些基于电机的系统比引爆系统更慢，并且典型地比引爆系统展开时需要更多的时间。作为补偿，基于电机的系统通常会在有规律的驾驶速度时延长前端结构，当发动机停止时收缩前端结构。这改变了汽车在正常驾驶条件下的外形，并且从造型的角度来看，是非常不期望的造型。作为选择，一些基于电机的系统预碰撞感应测试数据来展开，但是，典型地，这些系统不能做出所期望的快速反应。使用更强劲的电机来加快展开时，电机的尺寸会给车辆带来显著的包装和自重的问题。

另外，使用锁紧特征可以把展开的前端模块加固或锁定在适当位置。由Browne等申请的专利号为6,019,419的名称为“车辆纵梁碰撞系统和方法”的美国专利公开了一种锁紧特征。其公开的是圆形的、可旋转的楔形构件，其受驱动径向向外移动，以将延长的保险杠锁定在适当位置。该设计需要用于楔形物的可旋转的臂，以及用于每个楔形物的多个旋转点。尽管该设计在延长位置加固了前端模块，但是该设计使用了更高成本和不必要地复杂的方法来锁定前端模块。

因此，需要提供一种具有能够快速展开的车辆碰撞缓解系统。使用可重置的机械配置方式的系统十分有益。而且，需要有一种用于该系统的更高性价比的锁紧结构，以在展开后在延长位置固定前端结构。

发明内容

本发明可以解决上述问题中的一个或多个。其他特征和/或优点在下述说明书中显而易见。

根据一个实例性实施例，车辆碰撞缓解系统包括主梁；可延长的梁，其配置为相对主梁移动；前端模块，其与可延长的梁连接；弹簧，其位于前端模块和主梁之间，当前端模块脱离主梁时，该弹簧向前端模块施加作用力；以及致动器，其控制前端模块和主梁的连接。

在另一个示例性实施例中，车辆包括前端模块，在预测到车辆碰撞时，前端模块从车辆上移走；碰撞控制模块，其在预定条件下展开前端模块；以及车辆制动系统，其与碰撞控制模块相连。预定条件是指车辆制动条件。

在另一个示例性的实施例中，提供了用于在碰撞情况中控制车辆部件的控制线路，该线路包括：致动器，其控制前端模块与车辆的连接；以及与车辆制动系统相连的线路，并配置为根据车辆制动条件控制致动器。

本发明的一个优点是，本发明教导了及时的，也是机械的，车辆的前端模块的展开。安装有弹簧的前端模块的使用，例如，减轻了重量、节约了零件成本、包装空间，并为前端展开提供重置选项。前端模块的展开仅基于预压缩的弹簧和动量的不同。它不需要任何引爆系统或电机来实现展开。

本发明教导的另一个优点是碰撞缓解系统使用了基于雷达的碰撞缓解制动系统(或称CMbB)。感测器用来检测即将发生的碰撞事件；也可以使用当今的电子制动技术。诸如电子制动和预启动限制系统的预启动特征激发前端模块的展开。系统将错误报警的几率降至最低。

本发明的另一个优点是，本文讨论的车辆制动系统的用途可以启动并驱动前端模块的展开。

本发明的另一个优点是，本发明提供了一些经济有效的锁紧机构，该机构帮助将前端模块固定在展开位置。

在下述说明书中，某些方面和实施例会变得显而易见。应当理解的是，本发明从其最广泛的意义上讲，没有这些方面和实施例的一个或多个特征也可以实施。应当理解的是，这些方面和实施例仅仅是示例性和解释性的，而不是对本发明的限制。

参照附图，通过实施例的方式下文会对本发明会进行更详细地解释，其中附图中使用的相同的附图标记用于相同或基本相同的构件。结合附图，通过下述对实施本发明的最佳方式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点会是显而易见的。

附图说明

图1是本发明的示例性实施例的具有处于延长位置碰撞缓解系统的车辆前部的透视图。

图2是图1的车辆的透视图，其中前端模块已从车辆上脱离。

图3是紧固系统的侧视图，其用于图1所示的碰撞缓解系统。

图4a说明了图3所示的紧固系统的侧视图的处于连接位置的部分4。

图4b说明了图3所示的紧固系统的侧视图的处于脱离位置的部分4。

图5是紧固系统的侧视图，其用于示例性的碰撞缓解系统。

图6a说明了图5所示的紧固系统的侧视图的处于连接位置的部分6。

图6b说明了图5所示的紧固系统的侧视图的处于脱离位置的部分6。

图7是具有销的碰撞缓解系统的侧视图，所示系统处于装载位置。

图8是图7的处于延长位置的碰撞缓解系统。

图9说明了具有示例性的紧固系统的碰撞控制模块。

图10是另一示例性实施例的碰撞缓解系统和锁紧机构的侧视图，所示系统处于装载位置。

图11是图10的处于延长位置的碰撞缓解系统的侧视图。

图12是本发明另一示例性实施例的锁紧机构的透视图，所示的梁处于装载位置。

图13是图12的锁紧机构的透视图，所示的梁处于延长位置。

图14是图12-13的锁紧机构的底部透视图。

图15是图12-13的锁紧机构的爆炸图。

图16是本发明另一实施例的具有锁紧机构的前端模块的透视图。

图17是图16的楔形锁块未接合的锁紧机构的透视图。

图18是图16和17的楔形锁块已接合的锁紧机构的透视图。

图19说明了本发明的另一示例性的实施例的关于车辆碰撞缓解系统的实验数据。

具体实施方式

参照附图1-19，其中相同的附图标记代表图示的不同的车辆碰撞缓解系统的一些视图中的相同或相应的部件。图示的碰撞缓解系统采用机械特征来展开车辆的前端模块。一些机械特征，如弹簧——将前端模块安装到车辆上，是前端模块的主要推进物，使模块向前或远离车辆的方向移动。图示的碰撞缓解系统减少了在正面碰撞情境中的车辆部件或外界物品向乘客舱的进入。碰撞缓解系统延长或展开车辆的前保险杠，并延长主梁或侧梁，从而增加碰撞空间。增加了的碰撞空间允许吸收更多的碰撞能量，并从而降低减速度的最大值。减速度的降低有助于缓解乘客的伤害。碰撞缓解系统能够用于不同的车辆类型，包括但不限于，运动型多用途车、轿车、轿跑车、卡车以及各种多用途运载车。这些机械特征可以使用电力的、液压的、化学的和/或引爆的(pyrotechnic)方式帮助展开前端模块。

虽然图示的实施例涉及用于车辆前端的碰撞缓冲系统，但是用于侧面、后面、顶部和/或底部的碰撞缓冲系统应当视为是本发明保护范围内的。在各种情况下，侧面、后面、顶部和/或底部模块能够分别用于碰撞情境中减少车辆部件或外部物品进入乘客舱。

本发明可以调整并应用于各种感测系统，包括：碰撞预警系统、威胁程度识别和定量系统、碰撞回避系统、停车辅助系统、倒车辅助系统、被动对策系统、适应性定速巡航系统、车道背离系统、车道保持系统，或其他对检测到的车辆环境中的物体进行威胁评估的技术领域中公知的系统中。

现参照图1，其中表示有车辆10的前部的立体图，该车辆10具有本发明示例性实施例的处于延长位置的碰撞缓冲系统20。碰撞缓冲系统20包括在运动型多用途车的前端30。该车辆的前端30具有格栅40或横带和发动机盖50，其界定出发动机舱60。发动机舱60包括车辆的主动力源(图中未示出)，例如内燃机、电池组或燃料电池。发动机舱60的后部有乘客舱70，驾驶员和其他乘客可以乘坐于其中。图1中表示有覆盖乘客舱的顶部结构80。

发动机舱的前部是前端模块90，其能够相对车辆10移动。可展开的前端模块90是制动诱发主动式结构，其利用电子制动系统(如图7相关表示和讨论)诱发的信号和动量改变。在正常驾驶条件下，可延长梁100，如图2所示，位于主侧梁110内部，保险杠120与主梁齐平。前端模块90最初被限制以便其不会意外地展开。当应用电子车辆制动时，前端模块90能够与车身脱离。在图1图示的实施例中，表示了前端模块90处于脱离或延长位置。前端模块90包括前端横带130，其用于覆盖保险杠120，如图2所示；保险杠充当刚性结构构件，穿过车辆10的前端30横向延长。能量吸收泡沫(或“E/A泡沫”)可以整合在保险杠之前的前端模块90中。在正面碰撞情境中，保险杠120可以是首先与其他车辆或外部事物碰撞的车辆部件之一。基于下述的一些理由，如图1所示，将保险杠120向前或远离车辆10延长是有利的。

参照图2，其中表示有图1中的车辆10的透视图，该车辆的前端模块90与车辆分离。图2图示了车辆的下部。发动机舱60位于发动机盖下方，前端横带130和散热器的后面。发动机舱下面设置有车辆底盘140。发动机能够连接在并靠在底盘上，图2部分地表示了底盘140，底盘140包括前轴150其在车辆的两个前轮之间延长。两个主梁110(或“侧梁”)也是车辆底盘140的一部分。主梁110纵向穿越车辆或在车辆前端30和后端(图中未示出)之间延伸。在图示的实施例中，每一根主梁110都是凸出的、由诸如钢材或铝合金的金属材料制成的空心梁。如图2所示，前端模块90配置为相对主梁110移动或滑动。除横带130和保险杠120外，前端模块90还包括两根可延长的梁100，其配置为与主梁110匹配，并相对主梁可选择地移动。前端模块90通过紧固系统连接至车辆的主梁110，如图3所示和下文关于图3的讨论。仍参照图2，当前端模块90连接至车辆10时，可延长的梁100配合伸入每个主梁110的内部，并且配置为相对主梁滑动。虽然，前端模块90可以连同一些不同的推进物使用，以使模块向前移动，前端模块相对于车辆弹簧安装，并配置为当模块脱离车辆时，通过弹簧作用力向前展开。

图3表示了前端模块90的弹簧安装结构。图3是用于图1所示的碰撞缓冲系统20的紧固系统170的侧视图。如图所示，紧固系统170配置为可选择地将前端模块90和主梁110连接。在说明性的实施例中，紧固系统20包括四组螺母-螺栓总成180。螺栓190与保险杠120在其在保险杠上各自的位置处连接。螺栓190的一端攻有螺纹。弹簧200绕在保险杠120和主梁110之间的螺栓190上。垫圈210既设定在弹簧200和保险杠120之间，也设定在弹簧200和法兰220之间。在图3所示的实施例中，螺母230固定到每一个螺栓190的一端，它们之间的弹簧200表示为处于压缩状态。当前端模块90安装在主梁110上时，弹簧200被压缩，产生压缩负荷，如图4a所示。当前端模块90与主体脱离时，弹簧200的压缩负荷产生推动力。具有56 lbs/inch硬度的弹簧压缩2英寸产生的推动力，能够在大约58毫秒内将所示的前端模块延长150毫米。可延长的梁100提供的额外的碰撞空间能够吸收额外的碰撞能量并缓解车辆碰撞冲量，如关于图19中曲线表示的结果的讨论。

紧固系统170通过与主梁连接的法兰220连接至主梁110。法兰220包括螺栓190可以配合地穿过的孔。在法兰220相对保险杠120的相反的一侧，螺母230拧在螺栓190上。使用电机和旋转式致动器可以将螺母230拧下来。可延长的梁100配置为横断面积小于主梁的横断面积。可延长的梁100配合地安装在主梁110内，并在紧固系统170从主梁上释放前端模块90时，能相对主梁滑动。

图4a-b突出强调了图3的紧固系统170。图4a表示图3所示的紧固系统170处于连接位置的部分4的侧视图。弹簧挤压法兰220。这允许保险杠120和法兰220保持接触，增加结构完整性。在该结构中保险杠120连接或固定至主梁110上。螺栓190表示为穿过螺母230。

图4b图解了图3所示的紧固系统170处于脱离位置的部分4的侧视图。从法兰220处延伸的弹簧200未压缩。弹簧200向保险杠120提供作用力使保险杠120和前端模块90相对车辆向前移动。在该结构中，保险杠120从主梁110上脱离或拆开。螺栓190也从螺母230中释放。在另一个实施例中，螺栓190连接至主梁110，螺母230通过垫圈210在保险杠120上连接至螺栓190。紧固系统170具有灵活性，其中连接构件可以设置在前端模块90或主梁110中的任一上。当避免了碰撞事件(或有错误警报)时，可以把模块90推回至并锁定在其初始位置。

参照图5-6b，其中表示具有另一示例性紧固系统215的碰撞缓冲系统205的侧视图。图5所示的紧固系统215提供一种可选的使前端模块225固定和脱离的方法。前端模块225被部分地表示，其具有保险杠235。在该方法中，如图6a所示，当螺栓穿过主梁275一端的孔洞265(或孔)时，螺栓245将压缩的弹簧255固定在适当位置。可延长的梁285配置为相对主梁275移动。支架295与主梁275连接。螺栓245具有战略定位的孔洞265，使得当弹簧255完全压缩时，孔洞刚好穿过支架295(和垫圈297)的底部。锁紧销305插入孔洞265以将螺栓245和前端模块225固定在适当位置。在该状态下，弹簧255保持完全压缩。锁紧销305与液压致动器315相连，该液压致动器315又连接至具有制动液腔体的电子制动系统(如图9所示的440)。止回阀(图中未示出)将连接至制动器315的液压管路325与连接至制动液腔体的液压管路分隔开。这防止制动器315在正常制动条件时的任何启动。当应用电子制动时，止回阀打开，液压压力传递至制动器315，以解除销305的锁定，如图6b所示。销305的移除将前端模块225从主梁275上释放，并允许压缩的弹簧255向前端模块施加作用力以使其展开。在该方法中，前端模块225在故障或意外的展开后能够容易地进行重新固定。虽然图5-6b表示的销305是液压驱动的，但是在其他实施例中，销305是电驱动。销305的作用像螺线管，根据预定的电信号来连接或断开接合。销305还可以是化学或引爆驱动。

参照图7-8，其中表示具有其他示例性的紧固系统310的碰撞缓解系统300。该碰撞缓解系统300表示为分别处在装载状态和延长状态。系统300包括前端模块320，其配置为从车辆上延伸。前端模块320包括保险杠330。前端模块320还包括两个可延长的梁340，其垂直连接至保险杠330。梁340相对保险杠330对称地分隔开。前端模块320弹簧安装至两根主梁350(或“侧梁”)。主梁350为结构梁，其从车辆前部延伸至车辆的后端。主梁350至少在车辆的前端部分为中空。可延长的梁340配置为相对主梁350滑动。在图示的实施例中，可延长的梁340具有的横断面积比主梁350的横断面积小。可延长的梁340能配合地装入主梁350的前端部分。当前端模块320展开时，可延长的梁340相对主梁350移动。

前端模块320能够脱离主梁350，但是在该结构中，其可以容易地重新设置或重新连接。当前端模块320与主梁350脱离时，弹簧360配置为向前端模块320施加作用力。图7中弹簧360表示为已压缩。当前端模块320脱离车辆时，弹簧360施加的作用力与弹簧的刚度成比例。在一个实施例中，两个弹簧具有60 lbs/inch的刚度，并压缩了2英寸，设置在前端模块和每一个主梁之间。在所示的实施例中，使用了螺旋弹簧。在另外的实施例中，使用弹簧片。可以以预定的方式使用不同的弹簧或弹性构件以驱动前端模块320前移。例如，液压弹簧或装置能够用来替代弹簧。当前端模块320脱离主梁350时，液压弹簧向模块施加预定的作用力，从而向车辆前部延长模块。

在图7-8的示例性实施例中，碰撞缓解系统300包括紧固系统310。紧固系统310配置为可选择地将前端模块330连接至主梁350。如图9所示，致动器370与紧固系统310连接。

如图9所示，紧固系统170和310受致动器370的控制。致动器370包括支架380或配置为与螺母230配合的套筒扳手。支架380连接至转动支架380和螺母230的传动螺杆。致动器370由电机驱动。致动器370可以安装在侧面支架390上，该支架390安置在车辆底盘上。在该方式中，致动器370配置为控制前端模块320和主梁350的连接。

在图7-8所示的实施例中，紧固系统310包括碰锁400。碰锁400作为一个碰锁将前端模块320的法兰固定在主梁350上。碰锁400固定于法兰410前表面上。弹簧360设置在法兰410和相对的法兰420之间。法兰420紧靠主梁350的一端。由弹簧360施加的作用力作用在主梁350的横断面上。碰锁400配置为从连接位置旋转到脱离位置。如图8所示，当碰锁400处于脱离位置时，前端模块320从主梁350上脱离，弹簧360推动前端模块320相对车辆向前移动。弹簧360向主梁350施加作用力，使其远离车辆。可延长的梁340移动远离主梁350。在该方式中，前端模块320整体相对车辆向前延长。

致动器，如图9所示的370，控制碰锁400的打开和关闭。在一个实施例中，碰锁400包括螺线管，当紧固系统310在连接和脱离位置之间转换时，该螺线管可旋转地(例如，通过凸轮)接合碰锁。在另一个实施例中，驱动马达用来将碰锁400旋转到期望的位置。致动器370可以硬件连接至紧固系统310或者无线连接至紧固系统。可以在电子设备之间进行短距离的通信的蓝牙技术，可以用来使致动器与紧固系统进行无线通信。其他无线标准或技术也可以用于碰撞缓解系统，例如红外系统、RF系统、IEEE标准802.11和其他通信平台。

致动器370连接至控制模块430。控制模块430配置为控制致动器370和其他车辆部件。在一个实施例中，控制模块430与限制控制模块进行通信，还控制安全气囊的展开和安全带的锁紧和收缩。控制模块430与车辆制动系统440相连，并根据接收自制动系统的预定信号控制致动器370。

控制模块430可以配置为根据车辆的制动情况以不同的方式控制致动器370的启动。在一个实施例中，用于碰撞缓解系统的控制模块430与车辆制动系统440连接，该车辆制动系统440向控制模块发送预定的信号以启动致动器。根据基于车辆制动系统440的制动系统的控制的碰撞缓解，控制线路450(或者包括在控制模块430内或者包括控制模块430)配置为启动致动器370。例如，一些电子制动系统依赖雷达，并在即将发生碰撞时启动。当电子制动系统启动时，驾驶员失去对制动的控制，由车辆控制模块接管控制。车辆制动系统对电脑驱动的制动应用作出响应。超声波感测器整合在前横带中。车辆前端发射超声波脉冲用以检测其他车辆或外界物体。在一个实施例中，当检测到车辆的200毫米内有物体时，控制模块430将前端模块从车辆前端脱离。在另一个实施例中，当车辆的减速度大于或等于0.7Gs时，控制模块430将前端模块从车辆上脱离。有算法基础的雷达能可靠的检测到即将发生的碰撞，因此电子制动意外启动的几率是很低的。然而在车身减速时，前端模块保持器预制动速度，允许其相对车身延长。在前端的预定的延长之后，前端模块被锁定在延长位置。

车辆制动系统440为电子制动系统。这样，碰撞缓解系统则是制动诱发主动式结构(或BIAS)。制动系统诱发控制线路(例如图9所示的450)，其测定制动的性能、制动应用是人工的还是电脑驱动的、车辆的速度、减速度以及车辆的其他条件。这样的车辆条件是启动致动器并从车辆前端释放前端模块的决定因素。例如，在另外的实施例中，致动器的启动依赖于车辆的减速度。车辆制动系统包括加速度表，以在减速时测定车辆的减速度。当车辆的减速度大于或等于0.8Gs时，控制模块启动致动器。在另一个实施例中，当车辆的减速度小于0.8Gs时，控制模块不会启动致动器。前端模块不会在驾驶员人工制动过程中展开。在该实施例中，控制模块仅在电子制动应用时才会启动。换句话讲，控制模块直接接收来自电子制动系统440的信号。为确保这样，控制模块直接从电子制动系统获得输入，并且从来不会单独运行。对于液压制动系统，当接收到来自电子制动的信号时，控制模块打开连接致动器的液压管路和制动液腔体的止回阀。这允许压力通过液压管路传送，并启动致动器将前端模块脱离。前端模块的展开和随后的锁定不会受到控制模块任何的进一步的干预。

模块430还可以在电子制动系统启动后的预定的一段时间后启动。通过制动达到的最大减速度会受到轮胎和路面之间承受的摩擦力的限制。系统会在即将发生的碰撞事件的前750毫秒启动。不包括压缩的弹簧，当车身的平均减速度大约是0.7Gs时，前端模块会在大约212毫秒内延长150毫米。因为电子制动系统在碰撞前750毫秒启动，因此有足够的时间将前端模块展开并将其锁定在延长位置。当使用压缩的弹簧中储存的能量时，前端模块的展开会大大加快。在一个实施例中，该实施例具有刚度为56 lbs/inch的弹簧，在脱离后，前端模块仅在58毫秒内就延长相等距离。但是，使用更硬的——或其他不同设计的——弹簧进一步加快前端模块的展开速率是可能的。

控制模块430可以执行不同的感测系统操作，包括适应性巡航控制、车道保持控制、车道背离控制、车窗清洗控制、碰撞回避控制、防御对策控制，或其他感测系统操作。这些操作可以相继或同步地执行。控制模块可以有驾驶员的输入，通过该输入控制模块可以执行路线预测和其他任务。控制模块确定执行哪一个感测系统。控制模块在执行一个或多个感测系统时可以确定是否展开前端模块。根据被检测物体的相对位置、速度和加速度，控制模块还可以确定是否向驾驶者指示有可能的碰撞或会根据需要展开前端模块，以防止碰撞。

控制模块430包括微处理器，例如具有中央处理器的、内存(例如，RAM和/或ROM)、和相关联的输入和输出总线。该微处理器可以是特定应用的集成电路或者可以是由逻辑设备形成。通过制动系统模块、中央车辆主控制单元、互动式的车辆动态模块、限制控制模块、主要安全控制器、其他车辆控制器或可以是独立的控制器的控制模块，控制模块可以与碰撞缓解系统整合在一起。

不同的感测器可以用于控制模块，以评估周围环境，为前端模块的展开做准备。在一个实施例中，使用了物体检测感测器。这些感测器可以是不同类型和样式，包括基于视觉的、雷达、激光雷达(或LIDAR)、超声波、主动红外线、被动红外线、遥测器、动作或其他物体检测感测器。基于视觉的感测器，如摄像机、电磁耦合器件、红外检测器、一系列二极管或其他视觉感测器，可以应用于碰撞缓解系统。物体检测感测器不仅可以用于和配置为执行物体检测，还可以用于和配置为路线预测、目标选择、目标区分，还有其他已知的感测器的任务。其他示例性感测器包括车辆状态感测器，其确定当前的车辆状态。车辆状态感测器可以包括加速度表、车辆偏航感测器、速度感测器、变速箱感测器、油门感测器、制动感测器、驾驶杆位置感测器和其他车辆状态感测器。

在另一个示例性实施例中，车辆制动系统为液压制动系统。制动液从储存器传送到致动器的卡钳，以选择性地向车轮施加制动力。在该结构中，致动器的启动受限于接收自从车辆制动系统预定的压力信号。例如，如果给制动液施加以100psi或更大的压力，致动器启动。控制模块为液压控制模块，其包括阀门以便可选择地将制动液传送到致动器。致动器使用液压压力启动，液压压力通过连接至制动液腔体的管子传递。致动器包括活塞，其根据接收的制动液的预定压力信号，可选择地打开或关闭紧固系统。紧固系统启动后使前端模块脱离。这允许压缩的弹簧施加负荷并展开前端模块。电源375连接至控制模块430，并在启动时配置为向前端模块施加作用力。电源375包括在前端模块和主梁之间延长的液压缸。

现参照图10和11，其中表示有用于碰撞缓解系统510的锁紧机构500。锁紧机构500可以与本发明公开的碰撞缓解系统或未讨论的碰撞缓解系统一起使用。在前端模块延长或展开后，锁紧机构500配置为将任意可延长的梁限制在延长位置。图10表示具有锁紧机构500的位于装载位置的示例性碰撞缓解系统510的侧视图。如图所示，主梁520被部分地切除，以便在可延长的梁嵌入主梁中时表示可延长的梁530。保险杠540通过法兰550垂直连接至可延长的梁530。法兰550还固定在可延长的梁530的相对的侧面上。锁紧机构500包括形成在可延长的梁530上的锁定孔560。在所示实施例中，锁定孔560是一个方形孔，位于可延长的梁530的上表面。锁定孔560与弹簧支承的锁定栓570配合，锁定栓570与主梁520连接。锁定栓570通过两个支架580连接至主梁520。锁定栓570向可延长的梁530偏置。当可延长的梁530滑动至延长位置时，锁定孔560定位以接合锁定栓570，从而将可延长的梁530固定在适当的位置。

图11是图10中表示的处在延长位置的碰撞缓解系统的侧视图。锁定栓570被压入锁定孔560中。在这种方式中，锁定孔560的位置预先确定了保险杠540延长的长度。例如，如果需要保险杠540延长150毫米，则锁定孔560定位在与法兰550距离160毫米的位置。保险杠540能够向前延长150毫米，增加车辆前部的碰撞空间。当位于锁定位置时，保险杠540基本上不能向车辆移动。锁定机构500起到对保险杠540进行加固的作用。与车辆前端发生碰撞的其他车辆和/或外界物体会受到限制，而不会妨碍车辆前端的其他部件(例如，发动机或散热器)。示例性锁定机构(例如500)的性能参数将在下文参照图19予以公开。

现参照图12-15，其中表示有另一个示例性的锁紧机构600。锁紧机构600可以与本发明公开的碰撞缓解系统或未讨论的碰撞缓解系统一起使用。在前端模块延长或展开后，锁紧机构600将任意可延长的梁限制在延长位置。图12表示了锁紧机构600，其可以在前端模块展开后，将前端模块锁定在主侧梁上，以使可延长的梁在碰撞时可以适当地溃缩。正常驾驶情况下，可延长的梁610部分位于主侧梁内部。可延长的梁610的前端连接至保险杠。

如图12所示，锁紧机构600包括4个楔形锁块620，当可延长的梁610处于延长位置时，楔形锁块620在可延长的梁610的一端与套箍630接合。可滑动的套箍630环绕可延长的梁610。套箍630具有方形孔640，方形孔的横断面积略大于可延长的梁610的横断面积。在套箍630和可延长的梁610之间设置有引导套650。引导套650包括多个臂660和多个楔形锁块620。臂660位于引导套650的每一个角部。在臂660之间有楔形锁块620，在释放和锁定位置之间，楔形锁块620配置为在引导套650上相对上部边缘枢动。在图12中，引导套650具有楔形锁块620，楔形锁块620位于引导套的开孔或孔670的外部。引导套650中的孔670使得可延长的梁710紧密配合地穿过孔，以允许梁在展开时向前顺利地移动。当可延长的梁610在展开过程中越过楔形锁块620时，将向内弹性挤压楔形锁块620。在所示的实施例中，每一个锁块620大约32毫米长，最厚的位置(例如，锁块的底部表面)有大约5毫米厚。引导套650的角部的臂660固定在主梁端板或法兰680上。

在图12中，楔形锁块620表示为处在释放位置。锁紧机构600上的还提供有一组支撑锁块690，其相对法兰680固定。当套箍630沿引导套650滑动时，支撑锁块690为滑动的套箍630提供支撑。当位于引导套附近时，可滑动的套箍630安装在支撑锁块690和引导套650之间。如图13所示，套箍630使楔形锁块620紧贴可延长的梁移动，至与法兰680接合位置。当楔形锁块620接合法兰680时，可延长的梁610处于延长位置。

图14表示了具有楔形锁块620的可延长的梁610的底部透视图。可延长的梁610已经延长并锁定在适当位置。楔形锁块620紧靠法兰680设置。套箍630至少部分地环绕引导套650。楔形锁块620包括底部表面，其横断面积比楔形锁块620的顶部表面的横断面积更大。当可延长的梁610延长时，底部表面700与法兰680接合。图14表示楔形锁块620被套箍630推动后，楔形锁块620的新位置的示意图。在碰撞事件中，通过引导套670，前端模块被推入可延长的梁610，并且可延长的梁610会试图移动返回至主梁710。由于被楔形锁块620的新位置已经把引导开孔670挤窄，可延长的梁610的底部边缘700会用力挤压它们，由于摩擦产生阻力。摩擦阻力会随着来自梁的推力的增加而增加，并会在实质上足够大，以使梁610完全停止。这会允许展开的前端模块，包括可延长的梁，适当溃缩以吸收额外的碰撞能量。在此过程中，图14所示的套箍会向楔形锁块620提供很好的支持。

图15表示锁紧机构600和拆解了的可延长的梁的爆炸图。为了组装可延长的梁610和锁紧机构600，可延长的梁的第一端安装在套箍630中。套箍630包括至少4根安装在套箍上的缆线720。当可延长的梁610移至延长位置时，缆线720将套箍630拉向法兰680。缆线720的长度是预先确定的，以限制前端模块的延长。例如，如果模块在锁定位置需要延长150mm，缆线720应当是在可滑动的套箍630启动前，允许模块延长比150mm略长距离的长度。除了启动可滑动的套箍630外，缆线720还起到固定前端模块的作用，以使前端模块不会脱离主梁710和车身。引导套650安装在套箍630内，并紧靠套箍纵向设置。支撑锁块690固定在法兰680上。当锁紧机构600和梁610组装在车辆上时，可延长的梁610的第一端装填在主梁710中。可延长的梁610配置为滑离主梁710以缓解车辆碰撞。图15表示了紧贴地安装在引导套的上部的套箍630。一组缆线720连接至套箍630。缆线720的路径是通过固定在主梁的端法兰680或主梁本身上的小环。缆线720的另一端固定在可延长的梁610的顶部或保险杠上。当梁610向前延长，其拉动缆线720随其一起移动，缆线720又拉动套箍630。套箍630由固定在主梁710上的端板680止动，并由于推动栓类型的机构滑至端板上的小孔洞而锁定在适当位置。图15表示了在梁610完全延长后，套箍630的锁定位置。在该实施例中，缆线720足够长，以使前端模块达到预期的延长。当缆线720拉下套箍630时，缆线驱使安装在引导套650上的四个侧面上的楔形锁块620，向中心移动大约5毫米。楔形锁块620向中心的移动足够将可延长的梁610固定在适当位置，以使梁在正面碰撞时变形。

在图12-15所示的实施例中，在展开后锁紧机构600配置为紧贴主梁710将前端模块锁定，以使可延长的梁能在碰撞过程中适当地溃缩。虽然图12-15说明的实施例中，引导套650上包括4个楔形锁块620，但是引导套上可以包含更多或更少的锁块，来实现锁定功能。在所示的实施例中，每个锁块大约38毫米长，并在最厚的位置(例如锁块620的底部表面)具有大约10毫米的厚度。引导套650的角部的臂660固定在主梁的端法兰680上。在一个实施例中，主梁的端法兰680上焊接有额外的一组支撑锁块690，该支撑锁块690起到防止套箍630的外侧弯曲的作用，如图15所示，其表示了在锁定阶段中，这些锁块是如何支撑套箍的。

现参照图16-18，其中表示有另一种锁紧机构800的其他示例性实施例。锁紧机构800可以与本发明公开的碰撞缓解系统或未讨论的碰撞缓解系统一起使用。在前端模块延长或展开后，锁紧机构800将任意可延长的梁限制在延长位置。图16-18表示了锁紧机构800，其可以在前端模块展开后，将前端模块锁定在主梁820上，以使可延长的梁830在碰撞时可以适当地溃缩。正常驾驶条件下，可延长的梁830部分位于主梁820的内部。可延长的梁830的前端连接至保险杠840。

如图16所示，锁紧机构800包括4个楔形锁块850，当可延长的梁830处于延长位置时，楔形锁块850接合位于可延长的梁830的一端上的板860。固定的套箍870环绕可延长的梁830。套箍870具有圆形的横断面，横断面具有方形孔880。孔880的横断面积略大于可延长的梁830的横断面积。引导套890包括多个臂900和多个楔形锁块850。臂900位于引导套890的每一个角部。在臂900之间有楔形锁块850，其配置为在释放与锁定位置之间，在引导套890上相对上部边缘枢动。在图12中，引导套890具有位于引导套的开口或孔的外部的楔形锁块850。引导套890的孔使得可延长的梁紧贴地穿过孔安装，以允许其展开时顺利地向前移动。在可延长的梁展开越过楔形锁块850时，会向内挤压楔形锁块850。

如图16-18所示，固定的套箍870为引导套890提供结构支撑。当楔形锁块850接合法兰时，可延长的梁830处于延长位置。

如图16所示，为组装可延长的梁830和锁紧机构800，可延长的梁的第一端安装在套箍870内部。引导套890安装在套箍870内部，并紧靠套箍纵向设置。套箍870固定在法兰或板860上。当锁紧机构800和可延长的梁830相对车辆组装时，可延长的梁830的第一端装填在主梁820中。可延长的梁830滑离主梁820以缓解车辆碰撞。图17表示了套箍870，其紧贴地安装在引导套890的上部。图18表示梁830完全延长后，锁块850的锁定位置。

在图16-18所示的实施例中，在展开后，锁紧机构将前端模块810相对主梁820锁定，以便在碰撞过程中可延长的梁830可以适当溃缩。虽然图16-18所示的实施例中，在引导套890上包括4个楔形锁块850，但是引导套可以包含更多或更少的锁块来实现锁定功能。在一个实施例中，只有两个支承锁块焊接在主梁的单板上，并起到防止套箍的外侧弯曲的作用。

碰撞缓解系统和锁紧结构的结构部件包括例如，保险杠、可延长的梁、主梁、弹簧、紧固系统、销(针)状物、碰锁、锁定栓、引导套、套箍以及楔形锁块都由金属组成。合适的金属包括钢、铝合金或钛合金。聚合物也可以用来替代金属制造结构部件。所述部件可以使用各种工艺加工成形，例如挤压、压铸或冲压。部件可以使用多种连接工艺来固定或连接，例如焊接、压接、模塑、或使用紧固件。

现参照图19，其中表示关于具有和不具有可延长的前端模块的整车的碰撞-冲量对比的图表950，该图表示示例性的可延长的梁在模拟观察中的性能曲线。为完成该图表，根据一个示例性的碰撞缓解系统，为具有可展开的前端模块的整车设计了CAE模型，其中前端模块具有锁紧机构。可延长的前端模块包括前横带、保险杠泡沫、保险杠横梁和200mm长的可延长的梁。部件层级的CAE仿真系统证实了锁紧机构的效果优于整车CAE仿真系统。如图所示，锁紧机构能够出色地将梁固定在适当位置，并使其适当地溃缩。图19表示整车正面碰撞系统在35mph的速度时的碰撞冲量对比。线A表示来自CAE分析的不具有可延长的前端模块的整车的碰撞冲量(碰撞过程中的减速度与时间变化)。线B表示具有由可延长的前端模块形成的150mm的额外的碰撞空间的相同车辆的碰撞冲量。如图19的图表950的明显显示，由于碰撞缓解系统提供的额外获得的碰撞空间，平均减速度降低了大约10Gs。

虽然说明性的实施例表示碰撞缓解系统用于正面碰撞情境中，但是碰撞缓解系统和锁紧机构可以用于缓解侧面、后面、顶部和底部碰撞情形。为代替弹簧安装的前端模块，侧面模块相对车辆偏置。相似地致动器和紧固系统可以用来使侧面模块脱离。缓解系统依赖车辆制动系统或其他车辆系统启动展开，并且其仍属于本发明的保护范围。

各种示例性的实施例提供了用于缓解车辆碰撞的方法和系统。本发明的一些实施例可以用于各种类型的汽车中，来预测或确定是否会发生或正在发生侧翻或碰撞事件。根据预测到(或感测)正面碰撞事件有相当的确定性时，一些实施例可以使用算法来展开和/或重置，或启动和不启动一个或多个系统。碰撞缓解系统可以自动、手动、或自动和手动来重置，以照顾到如果自动重置不成功时的手动控制实例。

本发明教示的各种示例性实施例中可以使用一个或多个这些碰撞缓解系统，而且在达到极限值时，例如，表示车辆受到正面碰撞的极限值，控制电路可以用于同时或不同时地启动这些系统。各种其他感测器和独立的控制器也可以用于一些实施例，来控制碰撞缓解系统。通过作为回应多个碰撞检测极限值而产生的一个或多个控制信号，控制电路可以展开前端模块。

不脱离本发明的保护范围，可以对本发明的方法论做出不同的变型和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。考虑到说明书和对本发明公开的教导的实践，本发明的其他实施例对本领域技术人员来说是显而易见的。说明书和实例仅应视为示例性的。

虽然已经详细描述了实施本发明的最佳方式，但是本领域技术人员会辨别出在权利要求保护范围内的用于实施本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (5)

1.一种车辆碰撞缓解系统，其特征在于，包含：

主梁；

可延长的梁，其配置为相对主梁移动；

前端模块，其与可延长的梁连接；

弹簧，其位于前端模块和主梁之间，当前端模块脱离主梁时，该弹簧向前端模块施加作用力；

紧固系统，其将前端模块可选择地连接至主梁；

其中，紧固系统包括螺母和螺栓；

其中，螺母或螺栓中的一个与前端模块连接，螺母或螺栓中的另一个相对主梁设置；以及

其中，螺母和螺栓配置为螺母从螺栓上的拧下使得前端模块从主梁上脱离；

致动器，其控制该紧固系统；

锁紧机构，其配置为在前端模块延长或展开后将可延长的梁限制在延长位置；其中，锁紧机构包括可延长的梁上的具有楔形锁块的引导套和环绕可延长的梁的可滑动的套箍；其中，当可延长的梁处于延长位置时，楔形锁块与套箍接合，并且所述引导套设置在套箍和可延长的梁之间；以及

控制模块，其连接至致动器和其他的车辆系统，其中控制模块配置为控制致动器，以及控制模块与电子制动系统相连，并在收到来自车辆制动系统的预定信号时启动致动器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，车辆制动系统包括基于制动系统的碰撞缓解，以及关于电脑驱使的应用制动力的预定信号。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，控制模块与液压车辆制动系统相连，并且控制模块配置为通过向致动器提供预定的压力信号来启动致动器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包含：

动力源，其与控制模块相连，动力源配置为当启动时向前端模块施加作用力。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，动力源为位于前端模块和主梁之间的液压缸。