CN102616200A - 客车侧翻安全防护方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及客车安全性防护技术领域，特别是一种客车侧翻安全防护方法及其装置，是由设置在车体重心位置的倾角传感器感知车身的倾斜角度，当客车行驶过程中车身倾角超过设定的临界角度时通过控制器对设置在行李舱门与车身间的舱门弹出机构发出指令打开行李舱门，先于车身触地的行李舱门，通过车身腰梁下立柱、与车身腰梁下立柱铰连的舱门立柱、两端分别铰连于车身腰梁下立柱和舱门立柱上的折叠式拉杆组成的三角形结构提前吸收一部分撞击能量，以缓冲和减少车身结构的触地变形，保护乘员生存空间的作用。本发明能更好的利用车身现有结构，通过主动方式提升客车抗侧翻性能。

Description

客车侧翻安全防护方法及其装置
技术领域
本发明涉及客车安全性防护技术领域，特别是一种抗侧翻的安全防护方法及实现该方法的安全防护装置。
背景技术
随着社会的发展，人们对汽车安全性的关注度越来越高，而客车作为现代社会的主要公共交通工具，其安全性更加受到人们的重视。在所有交通事故中，客车侧翻往往导致重大伤亡，属重大交通事故，因此，提高客车抗侧翻能力，确保侧翻事故中乘客生命安全已成为一个非常重要的课题。目前，欧洲经济委员会(Economic Commission for Europe，ECE)制定了客车侧翻法规(ECE R66)并强制执行。而我国参考ECE R66法规，制定了《客车上部结构强度的规定》(GB/T 17578-1998)的国家标准，以提高我国的客车技术水平。针对相应的法规要求，国内外普遍采用的方式均集中在对侧翻时顶盖结构的强度、刚度以及保证乘员生存空间的车身结构的加强与改进研究，通过增加车身骨架截面尺寸、增加截面厚度、在侧围内外部贴加强筋或者调整局部接头连接形式等方式实现。上述方案不仅增加了车身结构自重，而且对于客车侧翻安全性也没有显著的提高，这就使得车身结构强度远远大于正常行驶时的使用强度，不利于节能减排和车身轻量化的设计。由于传统客车的结构形式所限，在侧围外部不能增加吸能结构，
发明内容
针对客车侧翻过程中，客车侧围无法设计有效的吸能结构的特点，本发明是在现有的欧洲ECE R66法规要求基础上提出的一种提高客车侧翻安全性的设计方案，致力于在不改变原车身结构的基础上，通过增加活动式吸能机构来提高客车侧翻安全性以实现车身轻量化设计。
考虑到客车行李舱门是可以开启的(见附图7)，而且车身左、右侧各有数目不等的舱门，因此利用客车从侧翻临界位置到车身与地面碰撞的这段时间通过主动弹出这些舱门，以提高客车侧翻安全性，实现对乘员的保护。
本发明客车侧翻安全防护方法，是在客车发生侧翻时主动弹开行李舱门机构，使其先于车身与地面发生碰撞，通过行李舱门自身机构的碰撞变形提前吸收一部分撞击能量，以实现减小车身结构变形，保护乘员生存空间的作用；其具体实现方式如下：
通过控制器接收来自驻车制动器触点开关的信号，当车辆在行驶状态时，控制器输出控制信号给弹出机构的两位两通电磁阀使其处于封闭状态，以确保弹出装置的密封性能。再由车体重心位置处的倾角传感器感知车身的倾斜角度，当超过设定的临界角度时通过控制器输出控制信号对设置在行李舱门与车身间的舱门弹出机构发出指令打开行李舱门，先于车身触地的行李舱门，通过车身腰梁下立柱、与车身腰梁下立柱铰连的舱门立柱、两端分别铰连于车身腰梁下立柱和舱门立柱上的折叠式拉杆组成的三角形结构即可缓冲和减少车身结构的触地变形。
为实现上述方法的一种客车侧翻安全防护装置，由设置在客车两侧底部行李舱门上的可使舱门迅速展开的弹出机构、设置在驻车制动器处的触点开关、设置在车体重心位置的倾角传感器和控制器构成；所述的弹出机构包括底端铰连在行李舱地板横梁上的气缸和杆端铰连在舱门立柱上的活塞以及气缸外部的电磁阀组件和设置在气缸内腔底部的气体发生器；所述的控制器由控制单元、两个数据输入接口和两个数据输出接口组成，所述的驻车制动器处的触点开关通过数据线与控制器的一个信号输入端口相连，所述的倾角传感器通过数据线与控制器的另一个信号输入端口相连，车身左侧和右侧的气缸内腔底部的气体发生器分别通过点火引线与控制器的一个信号输出端口相连，所述的电磁阀组件由一个两位两通的电磁阀和两个并联的单向阀串联而成，两位两通电磁阀通过数据线与控制器的另一个信号输出端口相连接。
本发明客车侧翻安全防护装置，通过控制器接收来自驻车制动器触点开关的信号，当车辆在行驶状态时，控制器输出控制信号给弹出机构的两位两通电磁阀使其处于封闭状态，以确保弹出装置的密封性能。在客车侧翻时通过倾角传感器感应侧倾角度，并将数据信号传输给控制器，当侧倾角度超过客车侧翻临界角后(此时客车一定发生侧翻)，由控制器发出指令使点火引线开始点火，引燃侧翻侧的气体发生器，使其迅速产生气体，并推动活塞运动，活塞推动舱门立柱运动，使得舱门以舱门立柱与车身腰梁下立柱之间的铰接点为轴向外打开，由于舱门立柱的运动，而带动折叠式拉杆迅速展开，最终舱门立柱与腰梁下立柱之间展开为一个钝角(120～150之间)，折叠式拉杆展开为一条直线。此时，由舱门立柱、腰梁下立柱、折叠式拉杆组成稳定的三角形结构，并先于车身与地面发生碰撞，通过自身结构变形吸收大量能量，减小车身碰撞能量，实现保护生存空间。
本发明能更好的利用车身现有结构，通过主动方式提升客车抗侧翻性能。利用客车侧面现有的舱门结构，并对其进行了优化设计，使其在客车发生侧翻时主动弹出舱门机构，并先于车身与地面发生碰撞，通过自身结构变形替车身结构吸收能量，起到减小车身结构变形，保护乘员生存空间的作用，并在舱门正常使用时(停车状态)，仍然能使舱门自由开启和关闭。
附图说明
图1是本发明客车行李舱门结构主视图；
图2是图1的侧视图；
图3是本发明客车侧翻安全防护装置结构示意图；
图4是本发明的控制流程图；
图5是图3中所示的弹出机构示意图；
图6是当客车侧翻时本发明装置展开过程示意图；
图7是一般客车行李舱门分布示意图；
图8是装有本装置的客车侧翻过程示意图；
图9是未采用本装置碰撞后的仿真结果示意图；
图10是采用了本装置碰撞的仿真结果示意图；
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1、2所示，图中：1为车身腰梁下立柱、2为舱门立柱、3为折叠式拉杆、4为舱门横梁、5为铰链；本发明客车侧翻安全防护方法，是在客车发生侧翻时主动弹开行李舱门机构，使其先于车身与地面发生碰撞，通过行李舱门自身机构的碰撞变形替车身结构吸收撞击能量，以实现减小车身结构变形，保护乘员生存空间的作用；其具体实现方式如下：由控制器7接收驻车制动器处的触点开关的信号，当车辆行驶时，控制器关闭位于弹出气缸外部的两位两通电磁阀17，确保气缸的密封性。在客车侧翻时，由设置在客车重心位置的倾角传感器6感知车身的倾斜角度，当超过设定的临界角度时通过控制器7对设置在行李舱门与车身间的舱门弹出机构发出指令打开行李舱门，先于车身触地的行李舱门，通过车身腰梁下立柱1、与车身腰梁下立柱铰连的舱门立柱2、两端分别铰连于车身腰梁下立柱和舱门立柱上的折叠式拉杆3组成的三角形结构即可缓冲和减少车身结构的触地变形。
为了解决客车侧翻安全性与轻量化设计之间的矛盾，能更好的利用车身现有结构，通过主动方式提升客车抗侧翻性能。本发明利用客车侧面现有的舱门结构，并对其进行了优化设计，使其在客车发生侧翻时主动弹出舱门机构，并先于车身与地面发生碰撞，通过自身结构变形替车身结构吸收能量，起到减小车身结构变形，保护乘员生存空间的作用。
参照图3至5，图中，6为倾角传感器、7为控制器、8为数据线、9为弹出机构总成、10为气体发生器点火引线、11为气体发生器总成、12为气缸、13为活塞、14为铰链座A、15为铰链座B、16为控制器数据输出线、17为两位两通电磁阀、18为气压单向阀A、19为气压单向阀B；
一种实现上述方法的客车侧翻安全防护装置，由设置在客车两侧底部行李舱门上的可使舱门迅速展开的弹出机构、设置在驻车制动器处的触点开关、设置在车体重心位置的倾角传感器6和控制器7构成；所述的弹出机构包括底端铰连在行李舱地板横梁上的气缸12和杆端铰连在舱门立柱2上的活塞13以及气缸外部的电磁阀组件和设置在气缸内腔底部的气体发生器11。所述的控制器7由控制单元、两个数据输入接口和两个数据输出接口组成，所述的驻车制动器处的触点开关通过数据线8与控制器的一个信号输入端口相连，所述的倾角传感器6通过数据线8与控制器的另一个信号输入端口相连，车身左侧和右侧的气缸内腔底部的气体发生器11分别通过点火引线10与控制器的一个信号输出端口相连，电磁阀组件由一个两位两通的电磁阀17和两个并联的单向阀18、19串联而成，所述的两位两通电磁阀17通过数据线16与控制器的另一个信号输出端口相连接。
舱门拉杆机构可以设计为多种展开形式：多段折叠式、收缩式、套筒拉伸式等。具体形式根据具体车型车身结构形式及侧翻安全需求进行安装匹配。
舱门拉杆机构可设计为拉伸吸能元件。在侧翻过程中，舱门被弹出后，舱门为受弯趋势，而舱门拉杆为受拉趋势，故将舱门拉杆设计为拉伸吸能元件有助于多吸收能量，减少车身本体的碰撞能量，提高客车侧翻安全性。
本发明通过控制器7感应来自驻车手动刹车处设置的触点开关的输入信号，当驻车制动器为非使用状态时(即客车为行驶状态)，控制器7输出控制信号给弹出机构的两位两通电磁阀17使其处于封闭状态，以确保弹出装置气缸的密封性能。当驻车制动器为使用状态时(即为客车驻车状态)，控制器7通过数据引线8输出信号使两位两通电磁阀17处于开启状态，当需要打开舱门时，即活塞向外运动，此时单向气压阀A18锁止，空气通过单向气压阀B19进入气缸内；同样的，在关闭舱门时，即活塞向气缸内部运动时，两位两通电磁阀17仍处于开启状态，单向气压阀B19锁止，气缸内的空气通过单向气压阀A18流向外界。
在客车侧翻时通过倾角传感器6感应侧倾角度，并将数据信号传输给控制器7，当侧倾角度超过客车侧翻临界角后(此时客车一定发生侧翻)，由控制器7判断侧翻方向，并发出指令使侧翻侧气体发生器11点火并迅速产生气体，推动活塞13运动，活塞13推动舱门立柱运动，使得舱门以舱门立柱2与车身腰梁下立柱1之间的铰接点为轴向外打开，由于舱门立柱2的运动，而带动折叠式拉杆3迅速展开，最终舱门立柱与腰梁下立柱之间展开为一个钝角(120～150之间)，折叠式拉杆展开为一条直线，展开过程如附图6所示。此时，由舱门立柱2、腰梁下立柱1、折叠式拉杆3组成稳定的三角形结构，并先于车身与地面发生碰撞，通过自身结构变形吸收大量能量，减小车身碰撞能量，保护生存空间。
装有本装置的客车侧翻过程如附图8所示。为了验证本发明的有效性，本发明人以某款客车为例，建立标准车身段有限元模型，按照ECE R66法规的要求进行侧翻仿真分析。同时建立装有弹出式舱门保护机构的车身段有限元模型和不安装本发明的车身段有限元模型。利用LS-Dyna软件进行仿真分析，并根据分析结果对本发明提升客车侧翻安全性的能力进行评价，结果如附图9、10所示。附图9为未采用本装置直接碰撞的仿真结果(其中车身结构内的梯形为法规要求的生存空间)，窗立柱已经侵入生存空间，未能通过法规，附图10为采用了本装置后的碰撞仿真结果，窗立柱离生存空间仍有一定的距离，可以通过法规。通过结果对比可以明显地看出本发明能够有效地提高客车侧翻安全性。

Claims (2)

1.一种客车侧翻安全防护方法，其特征在于：是在客车发生侧翻时主动弹开行李舱门机构，使其先于车身与地面发生碰撞，通过行李舱门自身机构的碰撞变形提前吸收一部分撞击能量，以实现减小车身结构变形，保护乘员生存空间的作用；其具体实现方式如下：
由设置在车体重心位置的倾角传感器感知车身的倾斜角度，当客车行驶过程中车身倾角超过设定的临界角度时通过控制器对设置在行李舱门与车身间的舱门弹出机构发出指令打开行李舱门，先于车身触地的行李舱门，通过车身腰梁下立柱、与车身腰梁下立柱铰连的舱门立柱、两端分别铰连于车身腰梁下立柱和舱门立柱上的折叠式拉杆组成的三角形结构即可缓冲和减少车身结构的触地变形。
2.一种实现权利要求1所述方法的客车侧翻安全防护装置，其特征在于：由设置在客车两侧底部行李舱门上的可使舱门迅速展开的弹出机构(9)、设置在驻车制动器处的触点开关、设置在车体重心位置的倾角传感器(6)和控制器(7)构成；所述的弹出机构包括底端铰连在行李舱地板横梁上的气缸(12)和杆端铰连在舱门立柱(2)上的活塞(13)以及气缸外部的电磁阀组件和设置在气缸内腔底部的气体发生器(11)；所述的控制器(7)由控制单元、两个数据输入接口和两个数据输出接口组成，所述的驻车制动器处的触点开关通过数据线与控制器的一个信号输入端口相连，所述的倾角传感器(6)通过数据线与控制器的另一个信号输入端口相连，车身左侧和右侧的气缸内腔底部的气体发生器(11)分别通过点火引线(10)与控制器的一个信号输出端口相连，所述的电磁阀组件由一个两位两通的电磁阀(17)和两个并联的单向阀(18、19)串联而成，所述的两位两通电磁阀(17)通过数据线与控制器的另一个信号输出端口相连接。
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