CN104989215A - 一种车辆应急开门装置及具有该装置的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆应急开门装置及具有该装置的汽车。装置部分主要包括车门和车门框，车门上具有车门锁及用于控制车门锁控的开门拉杆，所述车门上具有方管，方管通过铰链与转动轴相连接，转动轴通过轴承座安装于车门框上；所述车门框上具有动力机构，动力机构具有动力源，动力源通过蜗杆将动力传递给转动轴上的蜗轮实现车门的开启。本装置通过设计全新的结构，实现车门在紧急情况下的开启，能极大的提高车内成员的生还几率。

Description

一种车辆应急开门装置及具有该装置的汽车

技术领域

本发明涉及车辆工程领域，具体的说，是涉及一种车辆应急开门装置及具有该装置的汽车。

背景技术

随着社会的发展和人们生活水平的提高，汽车已成为人们不可缺少的工具。但它在给我们带来方便的同时也给人带来许多灾难。近年来由于汽车溺水、自燃和车内人员中毒等事故成了很大的人员伤亡，无论是给家庭还是社会都带来了不可愈合的伤害。车内部空间较小，一旦落入水中，乘车人员由于慌张会失去理智，无法做出正确的判断并采取相应措施，导致很多人在汽车落水后无法成功逃出车内，最终溺水死亡。

有关人士做了这样一个实验，他们将两个年轻力壮身手敏捷的小伙子乘坐于车中，让他们开着汽车缓缓行驶在一段断桥上，最后落入水中，两个小伙子费了好大的力气才砸破了车窗玻璃从里面逃出来，其中还有一个由于车窗的碎玻璃把手臂划破了。在有准备的情况下逃生都如此困难，那么，在丝毫不可能有准备的事故下，逃生更加困难。

还有的人夏天里喝完酒在车内休息，因为开着空调内循环，紧闭车门使车内集聚大量二氧化碳使人窒息的事件也有发生。前一段时间还看到这样一则报道：夏天，父母将年幼的孩子反锁在车内，自己去逛商场，结果因车内温度过高使孩子窒息死亡的事件，凡此种种，不胜枚举。

纵观现有的汽紧急状态下自救类的专利，基本是利用车窗玻璃和挡风玻璃，将它们降下或爆破，也有利于汽车内部的附加的氧气来帮助水下呼吸的，但其功能较为单一，结构偏于复杂，还会对汽车本身的安全性产生影响，且技术的复杂性较高，不便于维护，也无法大规模推广。

因此，如何设计一种装置，实现车辆在紧急状态下车门的顺利开启，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种车辆应急开门装置。本装置通过设计全新的结构，实现车门在紧急情况下的开启，能极大的提高车内成员的生还几率。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种车辆应急开门装置，包括车门和车门框，车门上具有车门锁及用于控制车门锁控的开门拉杆，所述车门上具有方管，方管通过铰链与转动轴相连接，转动轴通过轴承座安装于车门框上；

所述车门框上具有动力机构，动力机构具有动力源，动力源通过蜗杆将动力传递给转动轴上的蜗轮实现车门的开启。

优选的，所述动力机构包括与所述车门框固定连接的承载板，所述动力源为电机，电机安装于承载板上，承载板上具电机，电机分别通过与各自对应设置的齿轮将动力传递给套管，任一套管上均缠绕有拉线，电机的动力通过拉线传递给车门上的开门机构。

优选的，所述开门机构包括与方管固定连接的两螺纹套管，任一螺纹套管内均安装有丝杠，不与螺纹套管相连接的丝杠端通过轴承座固定于车门上，丝杠在动力机构的作用下实现自身转动。

优选的，所述开门机构还包括两端分别与所述螺纹套管固定连接的支撑轴，支撑轴上套有滑块，滑块与多连杆机构相铰接，多连杆机构的其中一个连杆通过滚轴活动连接于车门的滑轨架上。

优选的，所述多连杆机构包括与滑块相铰接的第一连杆，第一连杆的另一端与第五连杆的杆部相铰接；所述第五连杆的一端与第四连杆的杆部相铰接，第五连杆的另一端铰接于轴承座上；

所述第四连杆的一端与第二连杆的一端相铰接，第二连杆的另一端与第一连杆的杆部相铰接；第四连杆的另一端部通过滚轴安装在滑轨架的滑轨内；所述第五连杆的杆部还与第三连杆的一端相铰接，第三连杆上安装有齿轮，第三连杆的另一端与转动架相铰接，转动架铰接于滑轨架上；所述滑轨架内还设置有齿条，齿条通过滚轴铰接于第四连杆上，齿条与齿轮啮合。

优选的，所述车门上还具有凸轮滚子，车门框安装有与所述凸轮滚子相适配的凸轮机构，凸轮滚子在凸轮机构的导向下带动车门相对于车门框移动。

优选的，所述凸轮机构包括通过滑轨与所述车门框相连接的支撑架，车门框上具多个插环，插环内插接有插杆，插杆上套有挂环，挂环与连杆固定连接，连杆的两端各与一移动滑块固定连接，两移动滑块之间为与所述凸轮滚子相适配的导轨；移动滑块与所述滑轨滑动配合；所述移动滑块通过弹簧与车门固定连接，在连杆的作用下将弹簧压紧。

本发明还提供了一种汽车，该汽车具有车体，车体具有控制器，车体上安装有上述车辆应急开门装置，且所述车体内安装有温度传感器和一氧化碳传感器，车体外安装有水位传感器，任一传感器均通过控制器控制电机转动。

本发明的有益效果是：

(1)通过设置一氧化碳传感器和温度传感器实现了车辆在紧急状态下车门的自动开启，提高了车内成员的生还几率；

(2)通过设置水位传感器，使得车门在完全浸入水中之前开启，防止因车外水压较大影响后续逃生；

(3)通过多连杆机构和凸轮机构的作用，实现车门的顺利开启。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是图1中B处的局部放大图；

图4是本发明中车门的装配示意图；

图5是本发明中动力机构的结构示意图；

图6是本发明中凸轮机构的后视图；

图中：1、车门锁，2、开门拉杆，3、车门，4、凸轮滚子，5、轴承座，6、丝杠，7、滑块，8、支撑轴，9、第二驱动齿轮，10、第一连杆，11、第二连杆，12、第三连杆，13、第四连杆，14、门框方管，15、第五连杆，16、螺纹套筒，17、齿轮，18、齿条，19、滑轨；20、第四套管，21、第四单向轴承，22、第三单向轴承，23、第二单向轴承，24、第一单向轴承，25、第一光轴，26、第一驱动齿轮，27、第一驱动电机，28、承载板，29、第二驱动电机，30、转动架，31、铰链，32、转动轴，33、支撑架，34、车门框，35、挂环，36、动力机构，37、轴承座，38、蜗轮，39、蜗杆，40、插杆，41、倒T型连接杆，42、滑轨，43、弹簧，44、移动滑块；45、滑轨架，46、滚轴，47、第二光轴，48、第三光轴，50、第四光轴，51、第一套管，52、第二套管，53、第三套管，54、导轨，55、插环，56、第一拉绳，57、第二拉绳，58、第三拉绳，59、第四拉绳，60、第五拉绳，61、第六拉绳。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：一种车辆应急开门装置，其结构如图1-3所示：包括车门3与车门框34，所述车门3的左侧设有车门锁1及控制车门锁1的开门拉杆2；所述车门3的右侧安装有开门机构，开门机构通过铰链31与转动轴32相连接，转动轴32通过轴承座安装于车门框34上，转动轴32的一端与蜗轮38相连接，蜗轮38被蜗杆39驱动，所述车门框34上还安装有动力机构36，动力机构36为蜗杆39和开门机构提供动力。

如图4所示，开门机构包括与所述铰链31相连接的门框方管14，门框方管14的两端分别与一螺纹套筒16固定连接，螺纹套筒16位于门框方管14和车门之间，任一螺纹套筒16内均相对应的丝杠6的螺纹端相配合，丝杠6的另一端(光轴端)位于轴承座5当中，轴承座5安装在车门3上；

一支撑轴8的两端分别与两螺纹套管16固定连接，支撑轴8上套接有一滑块7，滑块7上铰接有多连杆机构，多连杆机构中的一个连杆与转动架30相铰接，转动架30铰接于滑轨架45上，滑轨架45固定连接于车门3上。

所述多连杆机构包括第一连杆10，第一连杆10的一端与滑块7相铰接，第一连杆10的另一端与第五连杆15的杆部相铰接；

所述第五连杆15的一端与第四连杆13的杆部相铰接，第五连杆15的另一端铰接于车门3靠下部分的轴承座16上；

所述第四连杆13的一端与第二连杆11的一端相铰接，第二连杆11的另一端与第一连杆10的杆部相铰接；第四连杆13的另一端部通过滚轴46安装在滑轨架45的滑轨19内；滑轨架45固定连接于车门3上；

所述第五连杆15的杆部还与第三连杆12的一端相铰接，第三连杆12上安装有齿轮17，第三连杆12的另一端与转动架30相铰接；

所述转动架30内还设置有齿条18，齿条18通过滚轴46铰接于第四连杆13上，齿条18与齿轮17啮合。

如图5所示，所述动力机构36包括承载板28，承载板28安装于车门框34上，承载板28上分别设有第一驱动电机27和第二驱动电机29，第一驱动电机27传动给第一驱动齿轮26；第一驱动齿轮26通过分别与其啮合的两个小齿轮(图中未示出)来传动给第一光轴25和第二光轴47，第一光轴25和第二光轴47分别与第一单向轴承24和第二单向轴承23相匹配，第一单向轴承24和第二单向轴承23均安装于承载板28上；

所述第二驱动电机29传动给第二驱动齿轮9；第二驱动齿轮9通过分别与其啮合的两个小齿轮(图中未示出)来传动给第三光轴48和第四光轴50，第三光轴48和第四光轴50分别与第三单向轴承22和第四单向轴承21相匹配，第三单向轴承22和第四单向轴承21也是安装于承载板28上。

作为较佳的选择，两个驱动电机可以是蜗轮蜗杆电机，也可以是其他类型的减速电机。

上述动力机构36中，第一光轴25、第二光轴47、第三光轴48和第四光轴50上对应设置有第一套管51、第二套管52、第三套管53和第四套管20；

第一套管51通过缠绕在其上的第一拉绳56传递拉力给开门拉杆2；

第二套管52通过缠绕在其上的第二拉绳57传递拉力给两个丝杠6(第二拉绳57为Y型，是具有两个末端的结构)；

第三套管53通过缠绕在其上的第三拉绳58传递拉力给蜗杆39；

第四套管20通过缠绕在其上的第四拉绳59传递拉力给滑块7。

所述车门锁1的上下两侧的车门4上还分别具有一个凸轮滚子4，且所述车门框34上安装有与所述凸轮滚子4相适配的凸轮机构；

如图6所示，任一凸轮机构均包括支撑架33，支撑架33通过滑轨42与车门框34相连接，车门框34的背面具有多个插环55，插环55内插接有插杆40，插杆40将位于两插环55之间的挂环35贯穿，挂环35与倒T型连接杆41固定连接，倒T型连接杆41的两端各与一移动滑块44固定连接，任一移动滑块44均与设置在支撑架33上的滑轨42滑动配合，两移动滑块44之间为导轨56；且所述移动滑块44通过弹簧43与车门框34固定连接，在倒T型连接杆41的作用下将弹簧43压紧。

所述支撑轴8的上下两侧还分别缠绕有第五拉绳60和第六拉绳61，第五拉绳60和第六拉绳61的另一端分别与相对应的插杆40相连接。

同时，本发明还提供了一种汽车，该汽车包括车体，车体上具有控制器，车体上安装有上述应急开门装置，且车体内部安装有一氧化碳传感器、温度传感器、烷类气体传感器和红外人体传感器，其中，温度传感器、有烷类气体传感器放在车内离驾乘人员较近的部分，由于各个传感器功能不相同，它们不能集中放置。并且，烷类气体中各个气体密度不同，所以安放位置相应不同。二氧化碳相对空气密度大，所以二氧化碳传感器放在车内下侧座位前部，烷类气体传感器可以与它平行放置，一氧化碳传感器可以安装在阅读灯附近。温度传感器采用18B20型，其功耗低，利用I IC通信，抗干扰能力强，一根线上可挂载多个，安放位置为乘客前下方。例如司机一侧放在刹车和离合器上方仪表盘空隙处，其余类似。车体外安装有多个水位传感器，水位传感器则放有多个，位置有高有低，最低的高出车轮五厘米，最高的放在汽车发动机进气口，其余若干放在中间位置。每一个传感器均固定在车体上且四周空出来。当有较低位置的水位传感器检测到有水后将进行计时，等到下几个不同位置的传感器检测到水，判断其中间间隔时间。

如果时间过短则说明车从高处落入水中，此时迅速启动开门机构，若长时间内没有检测到水的则视为偶然事件。当最高位置水位传感器和其下方若干传感器同时间检测到有水，测迅速启动开门机构。

红外人体传感器采用数字电平信号，而温度传感器利用IIC通信协议，可以实现各个温度测量，便于设计温度报警信号，水位传感器和烷类气体传感器利用模拟量输入，可以检测水的深度和气体浓度，能设计预警信号，当其中任意一个传感器发出预警信号后车内发出报警信号，提醒乘客。

当指标达到上限后控制器发出开门信号，整个开门机构启动。控制用的这款芯片具有功耗低性能高，运算速度快，可以有数字信号模拟信号同时输入输出。并且可以运行CAN总线，便于与汽车内部的控制器相连接，实现统一调度。

所有的传感器均与控制器相连通，控制器控制第一驱动电机27和第二驱动电机29正反转；

其中，控制器可选择STM32F103TEZ6芯片或其他具有处理数据功能的装置。

本发明的原理是：车辆落水时，车外的多个水位传感器会依次检测到水位，发送信号给控制器，控制器会判定出车辆处于紧急状态；若车内温度超标或车内一氧化碳浓度超标，控制器同样会判定车辆处于紧急状态。

判定完成后，第一驱动电机27正向转动，由于有第一单向轴承24的存在，会带动带动绕在第一光轴25上的第一套管51转动，拉动第一拉绳56，第二拉绳57不会转动。第一拉绳56拉开车门锁1，开锁后第一驱动电机27暂停。与此同时第二驱动电机29运作，通过第三拉绳58拉动蜗杆39转动，来带动蜗轮38转动，固连在蜗轮38上的转动轴32随之转动，在铰链31的作用下车门3向前移动，且凸轮滚子4沿着支撑架33上的导轨54转动，使车门3整体向前运动的同时还会水平移动，开出一道缝隙。车门3整体向前运作时由于驱动电机运作时间的限定，在车门3达到凸轮滚子4的最高点时，转动轴32转角达到最大，与转动轴32上下两侧连接的第五拉绳60和第六拉绳61会拉动上下两个插杆40向前运动，使得上下两个插杆40脱落，则弹簧43的弹性能释放，两移动滑块44向下移动，使得导轨54一同向下移动。即使在外力的作用下多连杆机构推着车门3往回移动时凸轮滚子4也无法再次进入导轨54当中，所以无法就不会沿着原来的轨迹返回。同时第一驱动电机27反转控制绕在第二单向轴承23上的第二拉绳57转动，第二拉绳57拉动上下两个丝杠6转动，每个丝杠6都会与相对应的螺纹套筒16脱离，进而与车门框34脱离。第二驱动电机29反转，缠绕在第四套管20上的第四拉绳59绕紧，第四拉绳59拉动滑块7沿着支撑轴8向下运动，第一连杆10向下移动，且发生一定程度的转动，第五连杆15和第二连杆11随之逆时针转动，第三连杆12受力后顺时针转动，齿轮17随之转动，齿条18在齿轮17的作用下开始上升，第四连杆13的下端在移动的同时还逆时针转动，当齿条18脱离齿轮17时滚轴46即处于自由状态，且第三连杆12通过转动架30侧向推开车门3。当车门3侧向开到一定距离时，车门3可能会触地。由于多连杆机构随车门3绕转动轴32转动时伴随有倾斜的转动。第三连杆12一端上的齿轮17也会转动，进而带动齿条18移动，将固定在滑轨架45里的第四连杆13另一端打开，第四连杆13上的滚轴46处于自由状态后会沿着滑轨19转动，使车门3不会因为接触到地面而被卡死。

而日常开门由于蜗轮38和蜗杆39的自锁,转动轴32不会转动.

本发明中：两个驱动电机的功率为30W，第一拉绳、第二拉绳、第三拉绳和第四拉绳运动的最大速度3m/s，控制器的反应时间1-2s，完成功能所用时间30s以内。

铰链31固定端强度校核：

σ＝Mmax Ymax/I Mmax＝25N*m Y＝10cm

I为惯性距

σmax＝3.55Kpa

σmax＜＜[σ]

故可知强度符合。

对连杆的刚度校核：

由弯矩产生的剪应力τ＝Fs*Sz/(Iz*b) τmax＝27.378Kpa    Sz为静距。Iz为对轴的惯性距。

由压力F产生的剪应力τ＝F/(S1-S2) τ＝26.3Kpa

τmax+τ＜＜[τ]

故可知刚度符合。

连杆的稳定性校核

1)转角：

EIθ＝∫Mdx+C1  由边界条件可知C1＝0。

θmax＝-F*L2/2EI

      ＝-1.06*10∧-7rad

E为弹性模量，E＝186Gpa

θmax＜＜[θ]  故转角符合。

2)挠度：

EIω＝∫θdx+C2  由边界条件可知C2＝0。

ωmax＝-F*L3/3EI

      ＝1.7*10∧-5m

ωmax＜[ω]   故挠度符合。

自由度计算

多连杆机构自由度计算：

构件数目n＝7,

转动副数目pl1＝8，

移动副数目pl2＝1，

高副ph＝1，自由度N＝3*n-2*(pl1+pl2)-ph＝2，机构自由度N＝2，该机构具有确定的运动轨迹，符合要求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种车辆应急开门装置，包括车门和车门框，车门上具有车门锁及用于控制车门锁控的开门拉杆，其特征在于，所述车门上具有方管，方管通过铰链与转动轴相连接，转动轴通过轴承座安装于车门框上；

所述车门框上具有动力机构，动力机构具有动力源，动力源通过蜗杆将动力传递给转动轴上的蜗轮实现车门的开启。

2.根据权利要求1所述的车辆应急开门装置，其特征在于，所述动力机构包括与所述车门框固定连接的承载板，所述动力源为电机，电机安装于承载板上，承载板上具电机，电机分别通过与各自对应设置的齿轮将动力传递给套管，任一套管上均缠绕有拉线，电机的动力通过拉线传递给车门上的开门机构。

3.根据权利要求2所述的车辆应急开门装置，其特征在于，所述开门机构包括与所述方管固定连接的两螺纹套管，任一螺纹套管内均安装有丝杠，不与螺纹套管相连接的丝杠端通过轴承座固定于车门上，丝杠在动力机构的作用下实现自身转动。

4.根据权利要求3所述的车辆应急开门装置，其特征在于，所述开门机构还包括两端分别与所述螺纹套管固定连接的支撑轴，支撑轴上套有滑块，滑块与多连杆机构相铰接，多连杆机构的其中一个连杆通过滚轴活动连接于车门的滑轨架上。

5.根据权利要求4所述的车辆应急开门装置，其特征在于，所述多连杆机构包括与滑块相铰接的第一连杆，第一连杆的另一端与第五连杆的杆部相铰接；所述第五连杆的一端与第四连杆的杆部相铰接，第五连杆的另一端铰接于轴承座上；

所述第四连杆的一端与第二连杆的一端相铰接，第二连杆的另一端与第一连杆的杆部相铰接；第四连杆的另一端部通过滚轴安装在滑轨架的滑轨内；所述第五连杆的杆部还与第三连杆的一端相铰接，第三连杆上安装有齿轮，第三连杆的另一端与转动架相铰接，转动架铰接于滑轨架上；所述滑轨架内还设置有齿条，齿条通过滚轴铰接于第四连杆上，齿条与齿轮啮合。

6.根据权利要求1所述的车辆应急开门装置，其特征在于，所述车门上还具有凸轮滚子，车门框安装有与所述凸轮滚子相适配的凸轮机构，凸轮滚子在凸轮机构的导向下带动车门相对于车门框移动。

7.根据权利要求6所述的车辆应急开门装置，其特征在于，所述凸轮机构包括通过滑轨与所述车门框相连接的支撑架，车门框上具多个插环，插环内插接有插杆，插杆上套有挂环，挂环与连杆固定连接，连杆的两端各与一移动滑块固定连接，两移动滑块之间为与所述凸轮滚子相适配的导轨；移动滑块与所述滑轨滑动配合；所述移动滑块通过弹簧与车门固定连接，在连杆的作用下将弹簧压紧。

8.一种汽车，该汽车具有车体，该车体具有控制器，其特征在于，车体上安装有权利要求1-7任一项所述的车辆应急开门装置，且所述车体内安装有温度传感器和一氧化碳传感器，车体外安装有水位传感器，任一传感器均通过控制器控制电机转动。