CN105564364A - 汽车撞击时被动防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车撞击时被动防护装置，包括依次连接的外板、缓冲体和横梁，其中横梁通过支架与车体连接；缓冲体内设置多个气囊仓和气体发生器仓，气囊仓内设有气囊，气体发生器仓内设有气体发生器，气囊与气体发生器连接，气体发生器与设置在车体内的碰撞传感器和控制单元连接，受控制单元的控制；外板上在与气囊仓相对应的位置设有盖板，盖板与外板以虚接的方式连接在一起。通过在保险杠设置气囊，既改变了撞击时的接触刚度，又增加了撞击接触面积，而且巧妙的利用释放的能量形成阻力，阻止失控车辆进一步前冲，不仅能够保护车辆安全，而且能够有效保护行人。

Description

汽车撞击时被动防护装置

技术领域

本发明涉及一种汽车撞击时被动防护装置，属于车辆工程，尤其是属于汽车被动安全领域。

背景技术

当今世界汽车安全技术发展的主旋律是：碰撞安全性、自重轻量化、乘坐舒适性以及碰撞相容性。汽车安全分为主动安全和被动安全。主动安全是指能够尽量自如的操纵控制汽车，避免车祸发生的安全系统措施。被动安全是指在车辆失控已经无法避免的情况下，能够有效地保护乘员的安全。由于消费者对安全性要求越来越高，所以人们越来越多的把被动安全和主动安全结合在一起来提高汽车的安全性能。但是无论是被动安全系统还是主动安全系统，亦或者是两者结合的汽车安全系统，其主要的目的就是能够行之有效的保护乘员避免死亡或是减少伤害，这才是汽车安全性研究的最终目的和意义。汽车被动安全大致可以分为正面碰撞、追尾碰撞、侧面碰撞和翻滚四类，据研究，正面碰撞和追尾碰撞的致死率约为80％，致残率约为86％。无论是正面碰撞，还是追尾碰撞，保险杠都是车辆发生碰撞时发生接触的第一个部件，因此保险杠的碰撞特性对汽车碰撞安全性具有重要的意义。

现今汽车领域广泛使用吸能式保险杠，其由外板、缓冲材料和横梁组成，可以有效的减轻汽车发生碰撞时的人员伤亡以及汽车的损坏程度，因此是国内外汽车被动安全领域中的重点研究内容。这种保险杠只对冲击能量进行耗散或者吸收，并没有有效利用耗散或者吸收的能量保护车内人员，对于行人的保护也不够。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种能够有效保护乘客和行人的汽车撞击时被动防护装置。

为解决上述问题，本发明的汽车撞击时被动防护装置包括依次连接的外板、缓冲体和横梁，其中横梁通过支架与车体连接；缓冲体内设置多个气囊仓和气体发生器仓，气囊仓内设有气囊，气体发生器仓内设有气体发生器，气囊与气体发生器连接，气体发生器与设置在车体内的碰撞传感器和控制单元连接，受控制单元的控制；外板上在与气囊仓相对应的位置设有盖板，盖板与外板以虚接的方式连接在一起。

进一步，盖板的外侧与外板连接在一起，并设置刻痕线，其内侧与外板分离。

进一步，气体发生器包括管状外壳、底座，底座与外壳通过螺纹连接在一起；底座处设有安装点火装置的沉孔，点火装置与沉孔之间密封，底座的底壁上设有供点火装置与碰撞传感器和控制单元之间的线路出入的线路孔；沉孔外设有与底座螺纹连接的导流罩，导流罩内壁设有导流肋，顶部设置为第一滤网，导流罩内部存放有第一气体发生剂；管状外壳形成燃烧室，管状外壳顶部依次设有冷却层、第二滤网、通道、排气口，排气口与气囊连接。

进一步，冷却层为带通气孔的中空板，其内部填充石蜡等冷却剂。

进一步，第一滤网或第二滤网使用玻璃纤维织物制成。

进一步，导流罩使用耐高温高压的材料制成。

进一步，气囊采用复合层结构，内层使用包含聚酯纱线的织物，外层使用超高分子量聚乙烯纤维。

进一步，气囊底部设置根据气囊内的压强自动开启的放气阀，放气阀的开启压强为0.5～0.8MPa，放气阀直径为2～4cm。

进一步，本发明的汽车撞击时被动防护装置还设有与气囊配套的车底刹车装置，包括与横梁铰接的刹车架，刹车架的活动端固定设置有耐磨橡胶制成的刹车体，刹车架的活动端的顶部设有与气压杆铰接的铰接座；气压杆的另一端与气囊的放气阀连接；铰接座的上方设有与汽车底盘连接的释放开关，释放开关与气囊系统的控制单元连接并受控制单元控制。

采用上述方案的汽车撞击时被动防护装置在保险杠处增设气囊，既改变了撞击时的接触刚度，又增加了撞击接触面积，能够有效保护行人；在安全气囊上设置放气阀，延长接触时间，有效控制了安全气囊内的最大压强，碰撞的部分能量得到了释放；通过与气囊配套的车底刹车装置，对汽车形成阻力，阻止汽车继续前进，有效利用了释放的能量。

附图说明

图1是传统的保险杠的示意图。

图2是本发明的汽车撞击时被动防护装置的第一实施例的示意图。

图3是本发明的汽车撞击时被动防护装置的第一实施例的盖板与外板的连接示意图。

图4是本发明的汽车撞击时被动防护装置的第一实施例的气体发生器的示意图。

图5是表示撞击时冲击力-时间曲线的示意图。

图6是表示有、无防护措施时压强随时间变化的示意图。

图7是表示第三实施例的车底刹车装置的示意图。

具体实施方式

如图1所示，传统的保险杠包括外板1、缓冲体2、横梁3，外板1常使用塑料材料，这样从外观上看，保险杠与车辆整体自然地结合在一起。

如图2所示，本发明的第一实施例包括依次连接的外板1、缓冲体2和横梁3，横梁3通过支架31与车体连接。

缓冲体2内设置多个气囊仓21和气体发生器仓22，气囊仓21内设有气囊，气体发生器仓22内设有气体发生器5，气囊与气体发生器5连接，气体发生器5与设置在车体内的碰撞传感器和控制单元连接，受控制单元的控制；

外板1上在与气囊仓21相对应的位置设有盖板11，盖板11与外板1以虚接的方式连接在一起。

盖板11与外板1的具体连接方式可如图3所示，盖板11的外侧与外板1连接在一起，并设置刻痕线，其内侧与外板1分离，当气囊弹出时直接顶开盖板11。

如图4所示，气体发生器5包括管状外壳51、底座52，底座52与外壳51通过螺纹连接在一起；

底座52处设有安装点火装置53的沉孔54，点火装置53与沉孔54之间密封，沉孔54底部即底座52的底壁上设有线路孔55，供点火装置53与碰撞传感器和控制单元之间的线路出入；

沉孔54外设有与底座52螺纹连接的导流罩56，导流罩56内壁设有导流肋(未示出)，顶部设置为第一滤网58。导流罩56内部存放有第一气体发生剂57，点火装置53启动后第一气体发生剂57产生大量气体，经过导流肋的导流使紊流沿规则的通道穿过第一滤网58，导流肋加快气体的扩散速度。导流罩56以耐高温高压的材料如氧化铝长纤维增强金属基复合材料制成，使导流罩56内的气体进入管状外壳51形成的燃烧室59时仍保持高温，进而自动启动燃烧室59内的第二气体发生剂60，燃烧后的气体经冷却层61、第二滤网62后通过通道63从位于气体发生器5顶部的排气口64进入气囊。冷却层61为带通气孔的中空板，其内部填充石蜡等冷却剂。第一滤网58、第二滤网62可使用玻璃纤维织物制成。

气囊采用复合层结构形成，内层使用包含聚酯纱线的织物，其具有较强的韧性和延伸性，构成气囊的主体；外层使用超高分子量聚乙烯纤维制成，其具有很好的能量吸收和应力波传导特性，构成气囊的保护层，防止气囊被刺穿。

下文对本发明的汽车撞击时被动防护装置的工作原理进行说明。当汽车与其他车辆尤其是行人发生碰撞时，碰撞传感器检测到碰撞的发生，控制单元向点火装置53发送点火信号，引燃第一气体发生剂57，燃烧过程释放出大量的氮气，并达到约1000℃的高温；导流罩56内生成的气体沿导流肋经第一滤网58过滤后进入燃烧室59，并点燃第二气体发生剂60，气体经冷却层61冷却以及第二滤网62过滤后通过排气口64进入气囊，气囊迅速鼓起并顶开盖板11，即在保险杠的外板1处打开，形成缓冲层，形成对行人的保护。实验证明，撞击时碰撞传感器检测碰撞的响应时间为20ms，点火时间为2ms，气体开始排出时间为2.5ms，气囊充气膨胀时间为24ms，累计时间为48.5ms，整个过程耗时极短，在人体有所反应之前即已完成。

为进一步增强气囊的防护效果，气囊设置为充气后一部分气囊覆盖车前盖，这样防止撞击后人体倒向汽车时的二次撞击，最大限度降低对行人的伤害。

根据I＝MV的动量公式，假设撞击产生的冲击力为F，撞击接触时间为T，则得到公式实验表明，撞击时的冲击力与时间的曲线类似于三角形，如图5所示。假设撞击时接触面积为A，则接触时的压强P＝F/A＝I/(T*A)，由此公式可知，当动量一定时，增大接触时间或接触面积均可降低接触点的压强，以减小对人的损害。

因此，在本发明的第二实施例中，在气囊的底部设置根据气囊内的压强自动开启的放气阀。当撞击发生后气囊内压强升高，当压强升高到开启压强Pc时，放气阀自动开启，气囊开始放气，这样可进一步释放碰撞能量，延长接触时间，减小压强和对人的损害。根据实验，一般家庭用车的安全气囊内初始充气压强约0.15～0.2MPa，开启压强可取0.5～0.8MPa，放气阀直径可取2～4cm。经实验对比，有、无安全气囊保护措施系统时，保险杠上所承受的冲击压强为如图6所示，其中实线为无防护措施时、虚线为有保护措施时的压强随时间变化。可见，采取保护措施后明显降低了接触压强，有利于对行人的保护。

为进一步降低接触时间、减小接触压强，本发明的第三实施例中增设利用与气囊配套的车底刹车装置，以增强汽车的制动能力。如图7所示，车底刹车装置包括与横梁3铰接的刹车架71，刹车架71的活动端固定设置有耐磨橡胶制成的刹车体72，活动端的顶部设有与气压杆74铰接的铰接座73，气压杆74的另一端与气囊的放气阀连接，即气囊内的气体可以进入气压杆74内支撑气压杆74。铰接座73的上方设有与汽车底盘连接的释放开关75，释放开关75与气囊系统的控制单元连接并受控制单元控制。当碰撞发生时，控制单元向点火装置53发送点火信号，并向释放开关75发送释放信号，气囊充气，释放开关75将铰接座73释放，刹车架71因重力和气压杆74的双重作用而下落，刹车体72与地面接触产生摩擦力，增大车辆制动能力。气压杆74在气囊内气体的作用下扩张，增大摩擦力。

上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种汽车撞击时被动防护装置，包括依次连接的外板、缓冲体和横梁，其中

横梁通过支架与车体连接；

缓冲体内设置多个气囊仓和气体发生器仓，气囊仓内设有气囊，气体发生器仓内设有气体发生器，气囊与气体发生器连接，气体发生器与设置在车体内的碰撞传感器和控制单元连接，受控制单元的控制；

外板上在与气囊仓相对应的位置设有盖板，盖板与外板以虚接的方式连接在一起。

2.根据权利要求1所述的汽车撞击时被动防护装置，其中盖板的外侧与外板连接在一起，并设置刻痕线，其内侧与外板分离。

3.根据权利要求1所述的汽车撞击时被动防护装置，其中气体发生器包括管状外壳、底座，底座与外壳通过螺纹连接在一起；

底座处设有安装点火装置的沉孔，点火装置与沉孔之间密封，底座的底壁上设有供点火装置与碰撞传感器和控制单元之间的线路出入的线路孔；

沉孔外设有与底座螺纹连接的导流罩，导流罩内壁设有导流肋，顶部设置为第一滤网，导流罩内部存放有第一气体发生剂；

管状外壳形成燃烧室，管状外壳顶部依次设有冷却层、第二滤网、通道、排气口，排气口与气囊连接。

4.根据权利要求1所述的汽车撞击时被动防护装置，其中冷却层为带通气孔的中空板，其内部填充石蜡等冷却剂。

5.根据权利要求3所述的汽车撞击时被动防护装置，其中第一滤网或第二滤网使用玻璃纤维织物制成。

6.根据权利要求3所述的汽车撞击时被动防护装置，其中导流罩使用耐高温高压的材料制成。

7.根据权利要求1所述的汽车撞击时被动防护装置，其中气囊采用复合层结构，内层使用包含聚酯纱线的织物，外层使用超高分子量聚乙烯纤维。

8.根据以上任一权利要求所述的汽车撞击时被动防护装置，其中气囊底部设置根据气囊内的压强自动开启的放气阀，放气阀的开启压强为0.5～0.8MPa，放气阀直径为2～4cm。

9.根据权利要求8所述的汽车撞击时被动防护装置，还设有与气囊配套的车底刹车装置，包括与横梁铰接的刹车架，刹车架的活动端固定设置有耐磨橡胶制成的刹车体，刹车架的活动端的顶部设有与气压杆铰接的铰接座；气压杆的另一端与气囊的放气阀连接；铰接座的上方设有与汽车底盘连接的释放开关，释放开关与气囊系统的控制单元连接并受控制单元控制。