CN104999977B - 一种五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置及应用，该装置的筒体由第一密封活塞、第二密封活塞分割成的气压室和液压室构成，液压室内设节流板，第二密封活塞远离液压室方向一侧固定有缓冲弹簧以及第一柱状泡沫铝，第一柱状泡沫铝位于直梁内，缓冲弹簧另一端从直梁内伸出并固定在承压板上，承压板上设有与第一柱状泡沫铝直线相对的第二柱状泡沫铝，第二柱状泡沫铝远离承压板一端伸入直梁内，且在弹簧在无弹性形变下，第一柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝彼此间隔；第一柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝直线长度和大于直梁长度。本发明通过逐级加大的吸能量，逐步吸收和缓冲碰撞能量，从而很好提高汽车碰撞安全性能。

Description

一种五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置

技术领域

本发明属于车用装置，尤其涉及一种五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置及应用。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，随之带来的交通事故也成为了一个严重的社会问题。汽车正面碰撞事故及其所造成的人员伤亡，一直是所有碰撞形态中致死率最高的。但是追求轻量化已经成为当今汽车设计的主流，所以当前汽车的前部空间受到诸多的压缩，更加难以达到较好的碰撞安全性能。汽车保险杠是汽车在发生碰撞时最大限度保护乘员安全的重要部件，其主要构成包括横梁和连接于横梁与车体安装板之间的吸能器。吸能器是在汽车受到撞击时以其压缩变形来充分吸收碰撞动能以减小最大撞击力，起到缓冲吸能的部件，所以，吸能器的吸能效果很大程度上决定着乘员的安全。

中国专利CN00224934.0提供的碰撞保护装置，由三层同心钢管互相嵌套组成，在三层钢管中有液压，气压，弹簧组成的缓冲装置，通过中层钢管相向收缩，液压油推动弹簧压缩，顶开压缩气顶针，由于弹簧的弹力以及其他的压缩，从而缓冲碰撞能量。该装置虽然具有三种吸能方式，但是液压油和气体密封困难，在实际作用中所能起到的效果不够理想，最终主要通过材料的塑性变形来达到吸能效果。

中国专利CN101801757 A提供的碰撞保护装置，为直梁结构，通过两个钢管的互相嵌套组成，该装置的吸能管位于装置的尾部，且长度较小，不能达到很好的吸能效果，并且装置不具有缓冲结构，无法柔性缓冲碰撞能量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置及应用，旨在解决现有吸能装置吸能效果不好、无法柔性缓冲碰撞能量等问题。

本发明是这样实现的，一种五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，包括承压板，两端开口的中空直梁，筒体；其中，所述筒体一端闭合，另一端与中空直梁一开口端刚性对接；所述筒体由闭合端至另一端方向上依次设有第一密封活塞，带有节流孔的节流板，以及第二密封活塞；所述筒体闭合端与第一密封活塞之间填充气体后形成气压室，第一密封活塞与第二密封活塞之间填充液压油并形成液压室，所述液压室内设节流板；

所述第二密封活塞远离液压室方向一侧固定有缓冲弹簧以及第一柱状泡沫铝，所述第一柱状泡沫铝位于中空直梁内，所述缓冲弹簧另一端从中空直梁内伸出并固定在承压板上，所述承压板上设有与所述第一柱状泡沫铝直线相对的第二柱状泡沫铝，所述第二柱状泡沫铝远离承压板一端伸入中空直梁内，且在弹簧在无弹性形变下，所述第一柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝彼此间隔；

所述第一柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝直线长度和大于中空直梁长度。

优选地，所述筒体由大孔径筒体和小孔径筒体构成，所述小孔径筒体一端闭合，另一端与大孔径筒体的一端对接，所述大孔径筒体另一端与中空直梁的一端刚性对接；

所述小孔径筒体内由闭合端至与大孔径筒体对接端方向依次设有第一密封活塞和节流板；所述大孔径筒体内设有第二密封活塞。

优选地，所述小孔径筒体与大孔径筒体之间的对接处设为收窄通道，所述收窄通道的截面积均小于小孔径筒体以及大孔径筒体的截面积。

优选地，所述小孔径筒体设于大孔径筒体的重力上方。

优选地，所述闭合端设有充气阀门；所述填充气体为氮气。

优选地，所述第一柱状泡沫铝由若干柱状泡沫铝构成，且以弹簧为中心对称分布；

所述第二柱状泡沫铝由若干柱状泡沫铝构成，且以弹簧为中心对称分布；

所述第一柱状泡沫铝中的各柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝中的各柱状泡沫铝一一直线相对。

优选地，所述中空直梁为截面包括六边形、八边形、正方形以及圆形。

优选地，所述中空直梁、弹簧以及大孔径筒体共轴心；所述中空直梁的截面最大直径小于大孔径筒体的孔径。

本发明进一步公开了上述五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置在提高汽车碰撞安全性能方面的应用。

优选地，上述应用的具体过程包括，通过将所述承压板固定在汽车保险杠上，将所述筒体固定在汽车横梁上，在汽车发生碰撞时，由五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置吸收碰撞能量。

本发明提供五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置及其应用，该装置包括承压板，两端开口的中空直梁，筒体；筒体由第一密封活塞、第二密封活塞分割成的气压室和液压室构成，液压室内设节流板，第二密封活塞远离液压室方向一侧固定有缓冲弹簧以及第一柱状泡沫铝，第一柱状泡沫铝位于中空直梁内，缓冲弹簧另一端从中空直梁内伸出并固定在承压板上，承压板上设有与第一柱状泡沫铝直线相对的第二柱状泡沫铝，第二柱状泡沫铝远离承压板一端伸入中空直梁内，且在弹簧在无弹性形变下，第一柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝彼此间隔；第一柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝直线长度和大于中空直梁长度。该装置应用在汽车上以提高汽车碰撞安全性能。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明通过在汽车保险杠与汽车横梁之间通过五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置进行弹性连接，该五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置将弹簧吸能、液压吸能、气压吸能、填充吸能材料吸能以及变形吸能，五种吸能方式应用于装置中，通过逐级加大的吸能量，逐步吸收和缓冲碰撞能量，从而很好的保证车内乘客的人身安全。

附图说明

图1为本发明五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置安装在汽车上后的正视剖面图；

图2为本发明五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置在未压缩状态下的结构示意图；

图3为本发明五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置在压缩状态下的结构示意图；

图4为本发明五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置中节流板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～4所示，其中，图1为本发明五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置安装在汽车上后的正视剖面图；图2为本发明五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置在未压缩状态下的结构示意图；图3为本发明五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置在压缩状态下的结构示意图；图4为本发明五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置中节流板的结构示意图。

一种五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，包括承压板1，两端开口的中空直梁10，筒体；其中，所述筒体一端闭合，另一端与中空直梁10一开口端刚性对接；所述筒体由闭合端至另一端方向上依次设有第一密封活塞8，带有节流孔的节流板7，以及第二密封活塞5；所述筒体闭合端与第一密封活塞8之间填充气体并形成气压室9，第一密封活塞8与第二密封活塞5之间填充液压油并形成液压室6，所述液压室6内设节流板7；

所述第二密封活塞5远离液压油方向一侧固定有缓冲弹簧4以及第一柱状泡沫铝3，所述第一柱状泡沫铝3位于中空直梁10内，所述缓冲弹簧4另一端从中空直梁10内伸出并固定在承压板1上，所述承压板1上设有与所述第一柱状泡沫铝3直线相对的第二柱状泡沫铝2，所述第二柱状泡沫铝2远离承压板1一端伸入中空直梁10内，且在弹簧4在无弹性形变下，所述第一柱状泡沫铝3与第二柱状泡沫铝2彼此间隔；

所述第一柱状泡沫铝3与第二柱状泡沫铝2直线长度和大于中空直梁10长度。

在本发明中，通过将所述承压板1固定在汽车保险杠11上，将所述筒体固定在汽车横梁12上，在汽车发生碰撞时，由该五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置吸收碰撞能量。

在本发明实施例中，本发明的承压板1为钢板，第一柱状泡沫铝3、第二柱状泡沫铝2为吸能材料，该吸能材料不限于泡沫铝材料，填充于中空直梁10内。第一柱状泡沫铝3、第二柱状泡沫铝2的数量和大小根据实际需要进行设置，在数量较多时，以弹簧4为中心对称分布。中空直梁10为截面呈六边形、八边形、正方形以及圆形等规则面的柱体，中空直梁10的柱壁厚度和材质根据实际情况进行设计，一般情况下，为铁质薄壁，以在汽车的保险杠11与汽车横梁12极限冲击下能压缩变形为宜。本发明的节流板7为圆形板，按照等分的方式镂空圆环。

在本发明的实际应用过程中，当汽车保险杠11首先受到撞击后，承压板1压缩弹簧4，弹簧4发生弹性形变后形成第一级吸能，即弹簧吸能。弹簧4将撞击力传导到第二密封活塞5上，第二密封活塞5将液压油压缩，压缩过程中，液压油通过节流板7，节流板7控制液体流速，液压油在通过节流板7时使得大量碰撞能量通过液体与节流板7的作用转换成热能散发，形成第二级吸能，即液压吸能。

液压油通过节流板7后，由于液压室6与气压室9相连接，液压室6内的液压油直接到达气压室9，对第一密封活塞8作用压力，第一密封活塞8对气压室9内气体进行压缩，形成第三级吸能，即气压吸能。此时，液压吸能和气压吸能几乎同时起到缓冲作用。

如果撞击力度十分强大，在以上三级吸能的基础上，弹簧4被压缩到极限，此时，由于第一柱状泡沫铝3与第二柱状泡沫铝2直线长度和大于中空直梁10长度，位于直线相对方向上的第一柱状泡沫铝3与第二柱状泡沫铝2彼此顶持，此时，第一柱状泡沫铝3与第二柱状泡沫铝2之间的作用力形成第四级吸能，即填充吸能材料吸能。

当撞击力达到极限时，第一柱状泡沫铝3与第二柱状泡沫铝2彼此压碎后，中空直梁10的末端直接顶持在了承压板1上，此时，中空直梁10与承压板1之间作用后，由于中空直梁10为薄壁件，在最后碰撞能量过大，所有吸能方式未能吸收全部碰撞能量，通过中空直梁10自身形变产生的缓冲形成第五级吸能，即变形吸能，吸收巨大能量。

本发明通过在汽车保险杠11与汽车横梁12之间通过五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置进行弹性连接，该五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置将弹簧吸能、液压吸能、气压吸能、填充吸能材料吸能以及变形吸能，五种吸能方式应用于装置中，通过逐级加大的吸能量，逐步吸收和缓冲碰撞能量，从而很好的保证车内乘客的人身安全。

在进一步的实施过程中，为了进一步提高液压吸能的效果，在本发明实施例中，所述筒体由大孔径筒体和小孔径筒体构成，所述小孔径筒体一端闭合，另一端与大孔径筒体的一端对接，所述大孔径筒体另一端与中空直梁10的一端刚性对接；

所述小孔径筒体内由闭合端至与大孔径筒体对接端方向依次设有第一密封活塞8和节流板7；所述大孔径筒体内设有第二密封活塞5。

在本发明实施例的实际应用过程中，通过以上设置，将液压室6分为一大一小两个液压室，小的液压室在小孔径筒体中，大的液压室在大孔径筒体中。在第二密封活塞5的推动下，液压油由大液压室进入小液压室的过程中，通道收窄，可以对液体流量进行控制，提高吸能缓冲效果。

在进一步的实施过程中，为了更好提高液压室6的吸能缓冲效果，更具体的，所述小孔径筒体与大孔径筒体之间的对接处设为收窄通道，所述收窄通道的截面积均小于小孔径筒体以及大孔径筒体的截面积。也就是说，在小液压室和大液压室之间由一个截面积很小的通道连接，液体由该通道进入小的液压室，吸能缓冲效果更加突出。

在进一步的实施过程中，为了保证撞击力消失后，整个五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置能自动恢复，在本发明实施例中，所述小孔径筒体设于大孔径筒体的重力上方。

在本发明实施例中，由于弹簧4的自身形变，可以保证其他连接部件自动归位。而将小孔径筒体设于大孔径筒体的重力上方后，液压室6中的液压油由小液压室自动回流到大液压室中。

在进一步的实施过程中，为了更好调节气压室9的缓冲效果和力度，在本发明实施例中，所述筒体的闭合端设有充气阀门。在本发明的实际应用过程中，可以通过该充气阀门充入所需气体，在本发明实施例中，所述填充气体为氮气。此外，根据气压室9所应当承担缓冲力度大小，决定通过该充气阀门往气压室9充入所需气体的压力大小。

在进一步的实施过程中，为了保证整个装置的受力稳定性和均衡性，在本发明实施例中，所述第一柱状泡沫铝3由若干柱状泡沫铝构成，且以弹簧为中心对称分布；所述第二柱状泡沫铝2由若干柱状泡沫铝构成，且以弹簧4为中心对称分布；所述第一柱状泡沫铝3中的各柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝2中的各柱状泡沫铝一一直线相对。此外，在本发明实施例中，中空直梁10、弹簧4以及大孔径筒体共轴心。

在本发明实施例的实际应用过程中，由于中空直梁10为对称结构，而第一柱状泡沫铝3、第二柱状泡沫铝2也以弹簧4为中心对称分布，中空直梁10、弹簧4以及大孔径筒体共轴心，因此，承压板1、中空直梁10、第二密封活塞5、弹簧4、第一柱状泡沫铝3、第二柱状泡沫铝2所形成的结构受力更均匀，装置更稳固、耐用。

在进一步的实施过程中，为了有效避免第二密封活塞5进入到中空直梁10中，导致液压室6中的液压油泄露，在本发明实施例中，所述中空直梁10的截面最大直径小于大孔径筒体的孔径。此时，即使气压室9、液压室6内部压力再大，由于中空直梁10对第二密封活塞5的限位作用，有效的避免了第二密封活塞5从筒体中脱出，保证了气压室9、液压室6的良好气密性，装置质量更有保障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，其特征在于，包括承压板，两端开口的中空直梁，筒体；其中，所述筒体一端闭合，另一端与中空直梁一开口端刚性对接；所述筒体由闭合端至另一端方向上依次设有第一密封活塞，带有节流孔的节流板，以及第二密封活塞；所述筒体闭合端与第一密封活塞之间填充气体后形成气压室，第一密封活塞与第二密封活塞之间填充液压油并形成液压室，所述液压室内设节流板；

所述第二密封活塞远离液压室方向一侧固定有缓冲弹簧以及第一柱状泡沫铝，所述第一柱状泡沫铝位于中空直梁内，所述缓冲弹簧另一端从中空直梁内伸出并固定在承压板上，所述承压板上设有与所述第一柱状泡沫铝直线相对的第二柱状泡沫铝，所述第二柱状泡沫铝远离承压板一端伸入中空直梁内，且在弹簧在无弹性形变下，所述第一柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝彼此间隔；

所述第一柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝直线长度和大于中空直梁长度。

2.如权利要求1所述的五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，其特征在于，所述筒体由大孔径筒体和小孔径筒体构成，所述小孔径筒体一端闭合，另一端与大孔径筒体的一端对接，所述大孔径筒体另一端与中空直梁的一端刚性对接；

所述小孔径筒体内由闭合端至与大孔径筒体对接端方向依次设有第一密封活塞和节流板；所述大孔径筒体内设有第二密封活塞。

3.如权利要求2所述的五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，其特征在于，所述小孔径筒体与大孔径筒体之间的对接处设为收窄通道，所述收窄通道的截面积均小于小孔径筒体以及大孔径筒体的截面积。

4.如权利要求3所述的五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，其特征在于，所述小孔径筒体设于大孔径筒体的重力上方。

5.如权利要求4所述的五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，其特征在于，所述闭合端设有充气阀门；所述填充气体为氮气。

6.如权利要求2所述的五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，其特征在于，所述第一柱状泡沫铝由若干柱状泡沫铝构成，且以弹簧为中心对称分布；

所述第二柱状泡沫铝由若干柱状泡沫铝构成，且以弹簧为中心对称分布；

所述第一柱状泡沫铝中的各柱状泡沫铝与第二柱状泡沫铝中的各柱状泡沫铝一一直线相对。

7.如权利要求6所述的五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，其特征在于，所述中空直梁为截面包括六边形、八边形、正方形以及圆形；所述中空直梁、弹簧以及大孔径筒体共轴心。

8.如权利要求7所述的五级渐进式气液固耦合碰撞吸能装置，其特征在于，所述中空直梁的截面最大直径小于大孔径筒体的孔径。