CN105735796A - 一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，包括限位组件和紧急锁止组件，限位组件包括齿条(4)和限位器主轴(7)，齿条(4)与车门活动连接，齿条(4)一端与车身转动连接，齿条(4)的转动轴与车门自身的转动轴平行，限位器主轴(7)与固定在车身上的限位块(11)螺纹连接，限位器主轴(7)第一端设有与限位器主轴(7)同轴连接并与齿条(4)啮合的齿轮(10)，限位器主轴(7)第二端与限位块(11)之间设有阻力机构；紧急锁止组件包括传感器、控制器和锁定机构。与现有技术相比，本发明可以实现可调整的无级限位功能，并感应车门外障碍物，在危险时锁止车门，有效防止事故发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种车门限位器，尤其是涉及一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置。
背景技术
汽车车门限位器用于限制车门打开的角度，并且在车门转动时提供一定的阻力距，防止车辆当停在斜坡上或是遇到大风时车门的摆动。
中国专利CN201436352U公开了一种拉杆式的汽车限位器，包括固定在车身上的托架、连接到托架的开度限位机构，开度限位机构还伸入到车门上的开孔中，该汽车车门限位器还包括一壳体，壳体内嵌合并保持止动部件，止动部件沿着开度限位机构止动面滑动，壳体内还包括一对弹性部件，弹性部件对止动部件施加弹性力，将止动部件压向开度限位机构止动面，从而对车门开闭产生限位作用的阻力矩。
但是上述的车门限位器一般只可以提供两到三个限位点，在非档位处车门仍然可以自由转动，随着我国汽车产销量的迅速上升，停车时车与车之间的间距将会变得越来越小，而类似的传统式车门限位器容易在开门时因为第一档限位点角度设置的过大从而导致车门之间的刮擦，而且有限的限位点也会导致车主在开关门时阻力矩发生从零到理论限位力矩的阶跃现象，中间开门过程无阻力，等到人们发现有磕碰危险时由于惯性难以避免磕碰现象，影响人们的主观使用感受。此外传统的汽车车门在开启时往往容易磕碰到门外难以察觉的障碍物甚至是来自后方快速接近的其他机动车或者非机动车，从而导致事故的发生。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，同时实现了对车门的无级限位以及对车门在必要时进行锁止这两项功能，在开启和关闭时车上乘客可以感受到接近线性的阻力矩，同时也防止了乘客因未观察后方来车情况开门所可能造成的安全事故。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，用于对车门绕车身的旋转运动进行限制和锁止，其特征在于，包括：
限位组件，包括齿条和限位器主轴，所述的齿条主体与车门活动连接，齿条一端通过转动轴与车身转动连接，所述的转动轴与车门自身的旋转轴平行，所述的限位器主轴与固定在车身上的限位块螺纹连接，限位器主轴第一端设有与限位器主轴同轴连接并与齿条啮合的齿轮，限位器主轴第二端与限位块之间设有阻力机构；
紧急锁止组件，包括传感器、控制器和锁定机构，所述的传感器设置在车门上并检测车门外障碍物，所述的控制器接收传感器信号并与锁定机构连接；
当车门打开时，齿条与车门发生相对滑动，齿条驱动齿轮和限位器主轴转动，同时限位器主轴与限位块发生相对运动，该运动受到阻力机构的阻力，该阻力依次通过齿轮和齿条传递给车门；当车门外障碍物距离处于控制器设置的范围内时，控制器令锁定机构执行锁定动作，将齿轮锁定，阻止车门打开。
所述的限位器主轴第二端设有下锁紧螺母，下锁紧螺母与限位块之间设置阻力机构。
所述的阻力机构包括推力球轴承和碟形弹簧组，所述的限位块、推力球轴承、碟形弹簧组和下锁紧螺母依次设置。
所述的碟形弹簧组为对合叠合复合式的碟形弹簧组，即几组叠合的碟簧再对合而成。
所述的传感器为超声波传感器。
所述的超声波传感器设有两组，分别设置在车门把手孔和车门门锁孔内。
所述的锁定机构包括相互连接的推拉式电磁铁和锁销，所述的推拉式电磁铁通过延时继电器与控制器连接，控制器使延时继电器上电后，推拉式电磁铁延时动作，带动锁销向驱动齿轮运动，使驱动齿轮位置锁定。
所述的控制器还连有声音报警器。
所述的限位器主轴与限位块的螺纹连接方式为梯形螺纹连接。
所述的齿条一端通过双铰链与汽车A柱连接。
所述的齿条通过固定在车门上的导向钣金与车门连接，所述的导向钣金上设有供齿条滑动的滑槽。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)通过将齿条的转动轴设置成与车门自身旋转轴平行，从而将车门开闭运动转化为齿条相对车门的滑动，再利用齿轮齿条啮合以及齿轮与限位器主轴的同轴关系，将齿条滑动转化为限位器主轴的旋转运动，最后通过螺纹连接关系将转动转化为直线运动，用于产生无极阻力，对车门的开闭施加阻力，形成无极限位，解决了传统车门限位器限位级数有限，限位力矩容易发生变化等缺点。
(2)碟形弹簧组为对合叠合复合式的碟形弹簧组，即几组叠合的碟簧再对合而成，可同时增加变形量和承载能力，同时可以产生近似直线的阻力矩曲线，没有阻力矩的突变，提高使用舒适度。
(3)本发明装置还带有紧急锁止组件，包括传感器、控制器和锁定机构，通过传感器检测车门外障碍物，控制器接收传感器信号并控制锁定机构对齿轮锁定，从而避免交通事故。
(4)锁定机构包括相互连接的推拉式电磁铁和锁销，推拉式电磁铁通过延时继电器与控制器连接，锁销对齿轮的锁定即可起到警报提醒的效果，并通过延时继电器的作用，在设定一段时间后接解除对齿轮的锁定，车门可继续转动，无需手动复位，节省开门时间。
(5)传感器设有两组，分别设置在车门把手孔和车门门锁孔内，即同时集成在了车门饰板内，既合理利用了空间，实现障碍物检测功能，又不影响车门使用的舒适度。
附图说明
图1为本发明限位装置的结构示意图；
图2为本发明限位装置中限位器主轴及限位器主轴上各零件的分解结构示意图；
图3为本发明工作原理流程图；
图4为安装有本发明限位装置的车门开闭时的阻力矩曲线图；
附图标记：
1-车身页板；2-铰链连接板；3-导向钣金；4-齿条；5-锁销；6-推拉式电磁铁；7-限位器主轴；8-上锁紧螺母；9-弹簧垫圈；10-齿轮；11-限位块；12-推力球轴承；13-碟形弹簧组；14-碟簧挡圈；15-下锁紧螺母；16-平键。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，限位组件包括安装在车身上的车身页板1和安装在车门上的导向钣金3，齿条4为薄型齿条，通过铰链连接板2和导向钣金3进行支撑。齿条4可以采用钢结构，但是用重量更轻的5系或者6系铝合金为更佳选择。推拉式电磁铁6可以安装在车门内的防撞梁上，锁销5通过螺纹拧在推拉式电磁铁6之上。车门的转动带动齿条4发生水平位移，该位移带动齿轮10转动。
齿轮10通过平键16安装在限位器主轴7上，上锁紧螺母8配合弹簧垫圈9防止齿轮10发生移动，限位器主轴7上有梯形螺纹，和其配合的限位块11亦有梯形内螺纹，为了减轻重量，限位器主轴7和限位块11均采用铝合金作为材料。
如图2所示，限位块11使用方形螺母制成，限位块11通过六个安装孔可以牢固的安装在车门内部，限位器主轴7下部的碟形弹簧组13由于和限位块11发生了相对旋转，为避免噪音和磨损加装推力球轴承12。限位器主轴7底端安装碟簧挡圈14和下锁紧螺母15，将碟形弹簧组13限定在安装碟簧挡圈14与限位块11之间，防止碟形弹簧组13发生轴向移动，进而随着车门的旋转，碟形弹簧组13可以顺利的被压缩。限位器主轴7在安装碟形弹簧组13的轴段采用了和碟形弹簧内径相匹配的直径，自身作为碟形弹簧组13的导向机构。
当乘客转动车门时，齿条4的铰链连接板2安装点由于和车门铰链安装点并不在同一条铅垂线上，从而使齿条4相对车门产生一个位移，齿条4的平移带动了固连在限位器主轴7上的齿轮10转动，于是限位器主轴7也同样开始转动，这样便将车门的转动传递到了限位器主轴7上。由于限位块11是固连在车门上的，所以限位器主轴7就会相对于限位块11发生一个向上的运动，而向上的运动会导致限位器主轴7上的碟簧挡圈14和限位块11一起压缩碟形弹簧组13，碟形弹簧组13此时便会产生轴向反力阻止限位器主轴7的继续移动和转动，而限位器主轴7受到的阻力会通过齿条4反作用于车门之上，于是使用者就会感受到一个开关门时的阻力矩，而且这个阻力矩是可以根据齿条4的齿数、齿轮10的齿数和碟形弹簧组13数目来进行调整的，并且这个阻力矩也是基本接近于线性增长，会随着车门的开启逐渐增大，同时起到防止车门被过度开启的作用。
相反的，当乘客关闭车门时，限位器主轴7就会相对于限位块11发生一个向下的运动，此时由于碟形弹簧组13仍然处于压缩状态，所以主轴7和限位块11上的螺纹仍然受到碟形弹簧组13所带来的轴向力所引起的旋转阻力矩，而与开启车门时相反，此时阻力矩会随着碟形弹簧组13的形变恢复而逐渐变小，直至车门关闭后恢复到初始阻力矩的状态。
紧急锁止组件依靠安装在车门把手孔内和车门门锁孔内的两组超声波传感器分别监控来自车门外侧和车门侧后方的障碍物，以单片机作为控制器。当任意一个传感器检测到障碍物的存在时将会将电信号传输到单片机，单片机对障碍物的远近判断可以根据车主的习惯自行在10-200厘米范围内以1厘米为步长进行调整，当单片机接收到传感器发来的电信号后会将其放大后再输入到延时继电器的信号端，此时延时继电器便会接通车载12V电源供给蜂鸣器和推拉式电磁铁6，并延时2s，于是推拉式电磁铁6推动锁销5弹出卡住齿轮10进而卡住车门，同时蜂鸣器鸣响以提醒车内乘客，车主或乘客待观察车外情况后延时继电器已经断开了电源，于是蜂鸣器停响，车门又可以继续转动。
如图3所示，带超声波测距模块的单片机作为5V电源连同延时继电器的开关，如果检测到侧方或后方危险障碍物，5V电源便被接通，此时延时继电器也接通12V电源，推拉式电磁铁6带动锁销5向驱动齿轮10运动，使驱动齿轮10位置锁定，锁止车门，防止其继续转动，同时与延时继电器连接的蜂鸣器也上电，发出警报声，而在2秒内延时继电器会保持通电，2秒过后解除对车门的锁止，并再次进行检测以确定是否需要继续锁止车门。
如图4所示，车门开闭时的阻力矩都会根据图中细点画线的数值进行分配，车门转动后带动齿条4移动再带动齿轮10转动，齿轮10的转动引起限位器主轴10的竖直移动进而压缩碟形弹簧组13，碟形弹簧组13会阻碍齿轮10的进一步旋转从而阻碍车门的转动，即提供了阻力矩，本实施例中采用了较厚同时刚度较大的A类碟形弹簧，所以其提供的轴向力接近于螺旋弹簧即基本接近线性，最后体现在车门开闭时的阻力矩也基本呈线性趋势。同时选取不同的初始阻力矩，也即车门在零转角时的阻力矩可以使阻力矩曲线产生不同的变化，以满足不同的使用需求，实际阻力矩的调整可以通过下锁紧螺母15的旋紧或旋松实现。
利用上述的机械结构可以使限位力矩的来源，即梯形螺纹整体隐藏在车门饰板之内，防止了灰尘或是滴的进入，安装时加一次润滑脂便可以保持很长时间稳定的阻力矩，并且实现了无级限位的功能，克服了传统的车门限位器的缺陷，同时配合集成的电子锁止装置可以有效防止车门撞上侧方或者后方停止或是移动的障碍物，防止事故的发生。
Claims (10)
1.一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，用于对车门绕车身的旋转运动进行限制和锁止，其特征在于，包括：
限位组件，包括齿条(4)和限位器主轴(7)，所述的齿条(4)主体与车门活动连接，齿条(4)一端通过转动轴与车身转动连接，所述的转动轴与车门自身的旋转轴平行，所述的限位器主轴(7)与固定在车身上的限位块(11)螺纹连接，限位器主轴(7)第一端设有与限位器主轴(7)同轴连接并与齿条(4)啮合的齿轮(10)，限位器主轴(7)第二端与限位块(11)之间设有阻力机构；
紧急锁止组件，包括传感器、控制器和锁定机构，所述的传感器设置在车门上并检测车门外障碍物，所述的控制器接收传感器信号并与锁定机构连接；
当车门打开时，齿条(4)与车门发生相对滑动，齿条(4)驱动齿轮(10)和限位器主轴(7)转动，同时限位器主轴(7)与限位块(11)发生相对运动，该运动受到阻力机构的阻力，该阻力依次通过齿轮(10)和齿条(4)传递给车门；当车门外障碍物距离处于控制器设置的范围内时，控制器令锁定机构执行锁定动作，将齿轮(10)锁定，阻止车门打开。
2.根据权利要求1所述的一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，其特征在于，所述的限位器主轴(7)第二端设有下锁紧螺母(15)，所述的阻力机构设置在下锁紧螺母(15)与限位块(11)之间。
3.根据权利要求2所述的一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，其特征在于，所述的阻力机构包括推力球轴承(12)和碟形弹簧组(13)，所述的限位块(11)、推力球轴承(12)、碟形弹簧组(13)和下锁紧螺母(15)依次设置。
4.根据权利要求3所述的一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，其特征在于，所述的碟形弹簧组(13)为对合叠合复合式的碟形弹簧组。
5.根据权利要求1所述的一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，其特征在于，所述的传感器为超声波传感器。
6.根据权利要求5所述的一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，其特征在于，所述的超声波传感器设有两组，分别设置在车门把手孔和车门门锁孔内。
7.根据权利要求1所述的一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，其特征在于，所述的锁定机构包括相互连接的推拉式电磁铁(6)和锁销(5)，所述的推拉式电磁铁(6)通过延时继电器与控制器连接，控制器使延时继电器上电后，推拉式电磁铁(6)延时动作，带动锁销(5)向驱动齿轮(10)运动，使驱动齿轮(10)位置锁定。
8.根据权利要求1所述的一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，其特征在于，所述的限位器主轴(7)与限位块(11)的螺纹连接方式为梯形螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，其特征在于，所述的齿条(4)一端通过双铰链与汽车A柱连接。
10.根据权利要求1所述的一种带紧急锁止功能的无级式车门限位装置，其特征在于，所述的齿条(4)通过固定在车门上的导向钣金(3)与车门连接，所述的导向钣金(3)上设有供齿条滑动的滑槽。
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