CN102582543A - 基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，包括设有阿基米德螺旋通道的磁流变阻尼器和撞击可变形的空心承撞件，空心承撞件与阿基米德螺旋通道首端相连通，阿基米德螺旋通道末端具有节流排出口；本发明采用磁流变阻尼器采用阿基米德螺旋通道，有效增大了流动通路的长度，并利用电磁效应是阻尼力具有可控性；在缓冲器总体长度不变的条件下，采用阿基米德螺旋通道的阻尼器可以极大地减小阻尼器长度，从而极大增加了缓冲器轴向变形的空间，使碰撞缓冲效率得意提高；由于具有较长的阻尼流道，使本发明具有良好的缓冲性能，能够更具碰撞的强度合理的调整磁流变脂的阻尼系数，即调整了缓冲器撞击时的硬度，具有较好的主动控制性能。

Description

基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器

技术领域

本发明涉及一种用于汽车碰撞安全系统并具有缓冲可控制性的设备，特别涉及一种采用磁流变脂的碰撞缓冲器。

背景技术

车辆碰撞是道路交通较常见的安全事故，一般会造成较为严重的人员、财产损失。

现有技术中，普遍采用的减缓车辆碰撞安全保护装置为被动撞击的保险杠，属于被动吸收缓和外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。早期的轿车前后保险杠是以金属材料为主，用厚度为3毫米以上的钢板冲压成U形槽钢，与车架纵梁铆接或焊接在一起。随着汽车工业的发展，汽车保险杠作为一种重要的安全装置不断更新改进。现有的轿车前后保险杠除了保持原有的保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化。为此出现了塑料保险杠。塑料保险杠包括外板、缓冲材料和横梁三部分；其中外板和缓冲材料用塑料制成，横梁用厚度为1.5毫米左右的冷轧薄板冲压而成U形槽；外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝连接，可以随时拆卸下来。这种塑料保险杠使用的塑料，大体上使用聚酯系和聚丙烯系两种材料。国外还有一种称为聚碳酯系的塑料，渗进合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出来的保险杠不但具有高强度的刚性，还具有可以焊接的优点，而且涂装性能好，在轿车上的用量越来越多。但是以上的保险杠都属于被动安全系统的范畴，不能实现主动可控的吸收、缓和外界冲击力，因而，虽然具有一定的缓冲作用，却无法起到较好的吸能缓冲效果，对于车辆碰撞导致的安全事故，无法达到较好的预防和保护效果；同时，保险杠发生较重的撞击后会发生明显破坏，破坏后会继续对车辆及人身造成损坏。

因此，需要一种用于缓冲车辆碰撞的缓冲装置，能够在撞击时主动可控的吸收、缓和外界冲击力，具有较好的吸能缓冲作用，因而能够在车辆碰撞时达到较好的预防和保护效果，较好的减轻撞击后继续对车辆及人身造成较严重的损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，能够在撞击时主动可控的吸收、缓和外界冲击力，具有较好的吸能缓冲作用，因而能够在车辆碰撞时达到较好的预防和保护效果，较好的减轻撞击后继续对车辆及人身造成较严重的损坏。

本发明的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，包括磁流变阻尼器和撞击可变形的空心承撞件，所述磁流变阻尼器设有用于容纳磁流变脂的阿基米德螺旋通道和磁场强度可调且用于对阿基米德螺旋通道内磁流变脂进行控制的励磁线圈，所述空心承撞件承撞部位为盲端，与该盲端相对的端部与阿基米德螺旋通道首端相连通，所述空心承撞件内部充有磁流变脂，阿基米德螺旋通道末端具有节流排出口。

进一步，所述空心承撞件为沿径向至少一层的波纹管结构，波纹管结构轴向一端为承撞端，波纹管中充有磁流变脂材料，另一端与磁流变阻尼器的阿基米德螺旋通道连通；

进一步，所述磁流变阻尼器为盘状结构，阿基米德螺旋通道沿径向盘绕形成于盘状结构内，阿基米德螺旋通道沿径向的侧壁由非导磁材料制成，沿轴向的侧壁为导磁材料制成；所述励磁线圈绕于盘状结构外圆其磁力线垂直穿过阿基米德螺旋通道的盘绕平面；

进一步，所述阿基米德螺旋通道与波纹管结构相连通的首端口相对于波纹管管腔为缩口；

进一步，波纹管结构的空心承撞件以可拆卸式密封连通于磁流变阻尼器的阿基米德螺旋通道首端；

进一步，波纹管结构的空心承撞件与磁流变阻尼器连接的一端设有用于支撑空心承撞件防止其被撞击变形堵塞阿基米德螺旋通道首端口的管撑套；波纹管结构的空心承撞件承撞端部影响撞击方向的加强板；

进一步，波纹管结构的空心承撞件与磁流变阻尼器之间通过法兰组件可拆卸式密封连通，法兰组件包括与空心承撞件焊接连接的承撞件法兰和与磁流变阻尼器焊接连接的阻尼器法兰；

进一步，所述管撑套与波纹管结构的空心承撞件一体成型并焊接于承撞件法兰，或管撑套外套于波纹管结构的空心承撞件与承撞件法兰焊接端形成管箍结构；

进一步，磁流变阻尼器中的阿基米德螺旋通道至少分为沿轴向并列的两层，每层的阿基米德螺旋通道盘绕于同一平面，相邻层阿基米德螺旋通道之间首尾连通，首层阿基米德螺旋通道的首端连通空心承撞件，末层阿基米德螺旋通道的末端连通节流排出口，相邻层阿基米德螺旋通道之间通过导磁性隔板分隔；

进一步，励磁线圈设有控制其磁场强度的控制系统，所述控制系统包括：

传感器，用于采集碰撞之前的相对速度或/和碰撞力；

控制电路，接收传感器传来的相对速度或/和碰撞力信号并根据该信号控制励磁线圈并调整励磁线圈所产生的电磁场强度；

还包括导磁性壳体，所述磁流变阻尼器和励磁线圈安装于导磁性壳体内。

本发明的有益效果：本发明的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，采用磁流变阻尼器和撞击可变形的空心承撞件相结合的结构，且磁流变阻尼器采用阿基米德螺旋通道，有效增大了流动通路的长度，并利用电磁效应是阻尼力具有可控性；在缓冲器总体长度不变的条件下，采用阿基米德螺旋通道的阻尼器可以极大地减小阻尼器长度，从而极大增加了缓冲器轴向变形的空间，使碰撞缓冲效率得意提高；由于具有较长的阻尼流道，使本发明具有良好的缓冲性能，能够更具碰撞的强度合理的调整磁流变脂的阻尼系数，即调整了缓冲器撞击时的硬度，具有较好的主动控制性能。磁流变脂(magneto-rheologicalgrease)是由微米级可磁化粒子、载体油脂、稠化剂、添加剂和填料组成的结构骨架的胶体分散体系，其流变性能在外磁场作用下能够发生连续、可逆和迅速变化。磁流变脂具有以下优点：在长时间内具有很高的物理稳定性，不会发生悬浮相的沉降和板结，其剪切屈服强度更大，由于磁流变液的沉降导致磁流变液缓冲装置可控特性劣化甚至失效；磁流变液的磁流变液的剪切屈服强度小(一般小于70千帕)导致汽车碰撞缓冲装置体积大。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为阿基米德螺旋通道结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为阿基米德螺旋通道结构示意图，如图所示：本实施例的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，包括磁流变阻尼器和撞击可变形的空心承撞件1，所述磁流变阻尼器设有用于容纳磁流变脂的阿基米德螺旋通道8和磁场强度可调且用于对阿基米德螺旋通道8内磁流变脂进行控制的励磁线圈5，所述空心承撞件1承撞部位为盲端，与该盲端相对的端部与阿基米德螺旋通道8首端相连通，所述空心承撞件1内部充有磁流变脂，阿基米德螺旋通道8末端具有节流排出口10；在撞击时，节流排出口10会排出由于撞击减小内部空间多余的磁流变脂，可以设有较薄的隔膜，以保持平时的密封性；如图所示，励磁线圈5采用多层螺线管励磁，励磁电流由外部电路控制，结合检测元件，可根据可能发生碰撞了两车之间的相对速度信息确定所加励磁电流的大小，从而控制了励磁场的大小，磁流变脂受到变化的励磁场作用后阻尼迅速改变，影响阿基米德螺旋阻尼器内磁流变脂的挤压流动性，属于电流可控励磁装置。

本实施例中，所述空心承撞件1为沿径向至少一层的波纹管结构，内部充满磁流变脂，根据设计要求可以是单层、双层或多层，可根据车辆的载重量进行设计，本实施例采用双层结构；波纹管结构轴向一端为承撞端，另一端与磁流变阻尼器的阿基米德螺旋通道连通；利用波纹管正向可压缩性，双层结构保障波纹管强度和磁流变脂不发生明显物化性质改变，有效减小冲击力传递的峰值，实现冲击力传递平台效应。根据动量守恒定律m×v＝f×t，金属波纹管压缩形变增大了碰撞时间，从而减小碰撞力f对车辆和人员的损害。

本实施例中，所述磁流变阻尼器为盘状结构，阿基米德螺旋通道8沿径向盘绕形成于盘状结构内，阿基米德螺旋通道8沿径向的侧壁9由非导磁材料制成，是指盘状结构的径向；沿轴向的侧壁为导磁材料制成，轴向是指沿盘状结构的轴向，本实施例采用高导磁材料，反应灵敏控制灵活；所述励磁线圈5绕于盘状结构外圆其磁力线垂直穿过阿基米德螺旋通道的盘绕平面；利于减小本发明的长度，结构紧凑，从而利于安装，并保持车辆的外观美感。

本实施例中，所述阿基米德螺旋通道8与波纹管结构相连通的首端口11相对于波纹管管腔为缩口；具有一定的节流作用，利于保护阻尼器本身不被直接撞击损坏，并保证缓冲力缓慢传递。

本实施例中，波纹管结构的空心承撞件1以可拆卸式密封连通于磁流变阻尼器的阿基米德螺旋通道8首端；失效后可进行更换，结构简单的同时节约使用成本。

本实施例中，波纹管结构的空心承撞件1与磁流变阻尼器连接的一端设有用于支撑空心承撞件防止其被撞击变形堵塞阿基米德螺旋通道首端口11的管撑套12；发生碰撞时保证波纹管整体压缩，由于管撑套的支撑，金属波纹管变形后不会因为发生形变而堵塞首端口11；波纹管结构的空心承撞件1承撞端部影响撞击方向的加强板13；碰撞时能够保证撞击力均匀分布，使波纹管变形均匀稳定。

本实施例中，波纹管结构的空心承撞件1与磁流变阻尼器之间通过法兰组件可拆卸式密封连通，法兰组件包括与空心承撞件1焊接连接的承撞件法兰2和与磁流变阻尼器焊接连接的阻尼器法兰4；如图所示，两个法兰之间采用中间夹弹性橡胶垫片3密封的形式，在四角加装螺栓紧固，保证机构承受较大的压力而不产生泄漏，同时将机构与车体固定以保证碰撞时的强度，此外连接机构的两端可方便拆卸，便于波纹管和阻尼器的灵活匹配及加装磁流变脂。

本实施例中，所述管撑套12与波纹管结构的空心承撞件1一体成型并焊接于承撞件法兰2，或管撑套12外套于波纹管结构的空心承撞件1与承撞件法兰2焊接端形成管箍结构，本实施例采用后者；结构简单，易于制造。并且成本较低。

本实施例中，磁流变阻尼器中的阿基米德螺旋通道8至少分为沿轴向并列的两层，每层的阿基米德螺旋通道8盘绕于同一平面，相邻层阿基米德螺旋通道8之间首尾连通，首层阿基米德螺旋通道8的首端连通空心承撞件1，末层阿基米德螺旋通道8的末端连通节流排出口，相邻层阿基米德螺旋通道8之间通过导磁性隔板6分隔；采用多层阿基米德螺旋通道8结构，利用较有限的空间实现较长的缓冲通道，极大地增加了缓冲效果；本结构保证磁流变脂的流动方向垂直于励磁线圈中心磁场，阿基米德螺旋通道8流动方式增大了流动通路的长度；并且阿基米德螺旋通道径向隔层采用不导磁金属材料，轴向层间隔板及阻尼器两端封盖采用高导磁金属材料，阻尼器侧壁采用不导磁金属材料制作，保证了螺线管中心磁场经由阻尼器内部穿过，从而对磁流变脂的流动发挥最大的控制作用。

本实施例中，励磁线圈5设有控制其磁场强度的控制系统，所述控制系统包括：

传感器14，用于采集碰撞之前的相对速度或/和碰撞力；可采用力传感器或/和速度传感器，检测到撞击力信号或/和速度信号，速度传感器安装于车辆采集车速信息，或者，力传感器安装于承撞件1采集碰撞瞬间的碰撞力信息；

控制电路15，接收传感器14传来的相对速度或/和碰撞力信号并根据该信号控制励磁线圈5并调整励磁线圈5所产生的电磁场强度；控制电路15可采用现有技术的结构，对励磁线圈5的电流进行控制，可采用PLC等处理系统来实现，属于现有技术的方案，在此不再赘述

还包括导磁性壳体7，所述磁流变阻尼器和励磁线圈安装于导磁性壳体7内，导磁性壳体7一方面充当磁路，另一方面能够充当紧固装置而把阿基米德螺旋阻尼器和励磁螺线管紧紧的扣在连接机构上；如图所示，导磁性壳体7的两个底板和隔板9分别构成阿基米德螺旋通道8沿轴向的侧壁，用于通过磁场，控制磁流变脂。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：包括磁流变阻尼器和撞击可变形的空心承撞件，所述磁流变阻尼器设有用于容纳磁流变脂的阿基米德螺旋通道和磁场强度可调且用于对阿基米德螺旋通道内磁流变脂进行控制的励磁线圈，所述空心承撞件承撞部位为盲端，与该盲端相对的端部与阿基米德螺旋通道首端相连通，所述空心承撞件内部充有磁流变脂，阿基米德螺旋通道末端具有节流排出口。

2.根据权利要求1所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：所述空心承撞件为沿径向至少一层的波纹管结构，波纹管结构轴向一端为承撞端，另一端与磁流变阻尼器的阿基米德螺旋通道连通。

3.根据权利要求2所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：所述磁流变阻尼器为盘状结构，阿基米德螺旋通道沿径向盘绕形成于盘状结构内，阿基米德螺旋通道沿径向的侧壁由非导磁材料制成，沿轴向的侧壁为导磁材料制成；所述励磁线圈绕于盘状结构外圆其磁力线垂直穿过阿基米德螺旋通道的盘绕平面。

4.根据权利要求3所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：所述阿基米德螺旋通道与波纹管结构相连通的首端口相对于波纹管管腔为缩口。

5.根据权利要求4所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：波纹管结构的空心承撞件以可拆卸式密封连通于磁流变阻尼器的阿基米德螺旋通道首端。

6.根据权利要求5所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：波纹管结构的空心承撞件与磁流变阻尼器连接的一端设有用于支撑空心承撞件防止其被撞击变形堵塞阿基米德螺旋通道首端口的管撑套；波纹管结构的空心承撞件承撞端部影响撞击方向的加强板。

7.根据权利要求6所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：波纹管结构的空心承撞件与磁流变阻尼器之间通过法兰组件可拆卸式密封连通，法兰组件包括与空心承撞件焊接连接的承撞件法兰和与磁流变阻尼器焊接连接的阻尼器法兰。

8.根据权利要求7所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：所述管撑套与波纹管结构的空心承撞件一体成型并焊接于承撞件法兰，或管撑套外套于波纹管结构的空心承撞件与承撞件法兰焊接端形成管箍结构。

9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：磁流变阻尼器中的阿基米德螺旋通道至少分为沿轴向并列的两层，相邻层阿基米德螺旋通道之间首尾连通，首层阿基米德螺旋通道的首端连通空心承撞件，末层阿基米德螺旋通道的末端连通节流排出口，相邻层阿基米德螺旋通道之间通过导磁性隔板分隔。

10.根据权利要求9所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流变脂缓冲器，其特征在于：励磁线圈设有控制其磁场强度的控制系统，所述控制系统包括：

传感器，用于采集碰撞之前的相对速度或/和碰撞力；

控制电路，接收传感器传来的相对速度或/和碰撞力信号并根据该信号控制励磁线圈并调整励磁线圈所产生的电磁场强度；

还包括导磁性壳体，所述磁流变阻尼器和励磁线圈安装于导磁性壳体内。

Images