CN106314332A - 一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置。该碰撞装置包括缸体（7），液气隔离活塞（9），活塞杆（2），阻尼孔组（15）（21）和爆破片（14）（23）。缓冲装置缸体（7）内部由液气隔离活塞（9）分为液压腔（18）和气压腔（17）。液压腔（18）内部充满液压油，外端为液腔阻尼孔组（21），并由液腔爆破片（23）封闭液压腔（18）。气压腔（17）内充满压缩气体，外端为气腔阻尼孔组（15），使用气腔爆破片（14）使气压腔（17）封闭。发生车辆碰撞时，强大的撞击力推动活塞杆（2）使液压腔（18）和气压腔（17）压力迅速升高。当压力达到设定临界值时，爆破片迅速破裂，缸体（7）内气体和液体先后通过阻尼孔射出缓冲缸外，耗散碰撞能量，从而达到吸能的目的。本发明极大的提高了车辆的抗冲击性和安全性，并且还具有结构简单、制造方便、使用可靠、易于实施等优点。
Description
技术领域
本发明属于汽车保护装置，特别涉及一种汽车碰撞吸能缓冲装置
背景技术
虽然主动安全系统在一定程度上可以避免事故的发生,但并非可以避开所有的事故，被动安全系统作为驾乘者生命的最后一道防线在汽车安全系统中也十分重要目前,现有技术中防止汽车正面碰撞的方式主要有两种，一种方式是将一块强度较高的保险杠固定在汽车前端的大梁上，这种单一的保险杠装置虽然结构简单，但是一旦汽车发生正面碰撞时，只能硬碰硬的与碰撞物相碰，不能有效地减缓或降低碰撞时的冲击力，从而很容易造成汽车和驾驶员受到伤害；另一种方式是将装有卸压弹簧的油缸装在汽车上，作为汽车的缓冲保护装置，但卸压弹簧的油缸一般只在油缸底部安装单向阀或在底部设置其它泄油装置，汽车碰撞过程中不能均匀地减少加速度，且当发生高速碰撞时，缓冲装置反应迟缓，单向阀延时较长，导致泄油不及时，此时近似刚性碰撞，对碰撞过程仍存在不利的影响。
发明内容
针对现有汽车碰撞保护装置的缺陷与不足，本发明提供一种既能平缓减小碰撞加速度，又能更大程度地吸收碰撞时所产生能量的汽车碰撞吸能缓冲装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，该碰撞装置包括缸体(7)，液气隔离活塞(9)，活塞杆(2)，阻尼孔组(15)(21)和爆破片。所述缓冲装置缸体(7)内部设液气隔离活塞(9)，可沿缸体(7)内壁滑动，所述液气隔离活塞(9)使缸体(7)内部分成液压腔(18)和气压腔(17)。所述气压腔(17)内部充满压缩气体，气压腔(17)外端为气腔阻尼孔组(15)。所述气腔阻尼孔组(15)端面均匀分布多个阻尼孔，并且由气腔爆破片(14)使阻尼孔封闭。缸体(7)底部设安装基座(13)，安装基座(13)与气腔阻尼孔组(15)夹持气腔爆破片(14)，并且由安装基座(13)压紧使气腔阻尼孔组(15)和气腔爆破片(14)定位。此外，所述液压腔(18)内充满压液压油，外端为液腔阻尼孔组(21)，所述液腔阻尼孔组(21)与活塞杆(2)配合安装，所述液腔阻尼孔组(21)端面均匀分布多个阻尼孔，并且由液腔爆破片(23)使阻尼孔封闭。所述液腔阻尼孔组(21)与安装环(22)夹持液腔爆破片(23)，并由液腔阻尼孔组(21)压紧力使液腔爆破片(23)和爆破片安装环(22)定位。
进一步地，所述缸体(7)两端内壁分别加工定位台阶，使缸体(7)前端与导向环(4)配合安装，缸体(7)底端与安装基座(13)和气腔阻尼孔组(15)配合安装。
进一步地，所述活塞杆(2)为内空结构。所述活塞杆(2)底端内壁加工定位台阶，使活塞杆(2)底端与爆破片安装环(22)和液腔阻尼孔组(21)配合安装。
进一步地，所述液气隔离活塞(9)与所述缸体(7)之间设油封(8)。
进一步地，所述液腔阻尼孔组(21)为带有凸肩的圆盘形结构。所述气腔阻尼孔组(15)为圆盘型结构。
进一步地，所述阻尼孔的截面积形状为圆形，方形或六边形。
进一步地，所述阻尼孔的尺寸根据通过介质和流量选择不同的尺寸，气压腔(17)的阻尼孔尺寸较小，液压腔(18)的阻尼孔尺寸较大。所述阻尼孔的数量也可根据通过介质和流量选择不同的个数。
进一步地，所述爆破片可以为平板形爆破片，也可为正拱形爆破片，所述爆破片材料可以为金属也可以为非金属。所述爆破片根据安装位置不同而选择使用不同的爆破压力，用于封闭气腔阻尼孔组(15)的爆破片爆破压力选择低，用于封闭液腔阻尼孔组(21)的爆破片爆破压力选择高。相反地，也可以设用于封闭气腔阻尼孔组(15)的爆破片爆破压力选择高，用于封闭液腔阻尼孔组(21)的爆破片爆破压力选择低。
进一步地，所述缸体(7)气压腔(17)一端侧面设置有向所述气压腔(17)充气的气压阀(16)。用于建立缓冲装置的初始压力。该气压阀(16)可以根据缓冲装置的不同安装要求调整气压腔(17)的初始压力。
进一步地，所述安装基座(13)底部设有通孔。所述通孔的作用是提供液腔爆破片(23)爆裂所需空间。
进一步地，所述安装基座(13)与缸体(7)底部配合并设置静密封系统，使液压腔(18)不泄露液压油。
进一步地，所述气压腔(17)的密封系统由三套结构部件组成，第一套是所述爆破片安装环(22)和活塞杆(2)配合并设置静密封系统，第二套是所述活塞杆(2)与缸体(7)内壁配合并设置动密封系统。第三套是所述导向环(4)与缸体(7)内壁配合并设置静密封系统和导向环(4)与活塞杆(2)外壁配合并设置动密封系统。
进一步地，所述气压腔(17)内充满压缩气体为氮气或者空气。所述压缩气体压力不超过气腔爆破片(14)的爆破压力。
当汽车发生高速碰撞时，在强烈的冲击作用下，活塞杆(2)向缸底部方向运动，使气压腔(17)被压缩，气压腔(17)的压力随着压缩量的增长呈曲线上升。与此同时，气压腔(17)压力通过液气隔离活塞(9)传递至液压腔(18)，使得液压腔(18)内压力升高。当气压腔(17)压力升到到一定程度时，气腔爆破片(14)在极短时间内迅速破裂，气压腔(17)内压缩气体通过阻尼孔向外喷射，吸收碰撞时产生的一部分能量。同时，在碰撞继续加剧的情况下，液压腔(18)内压力升高，并作用在液腔爆破片(23)上。当压力上升至液腔爆破片(23)额定爆破压力时，爆破片迅速破裂，液压腔(18)内液压油通过液腔阻尼孔组(21)上阻尼孔平缓射出，耗散碰撞能量，使碰撞时汽车的加速度均匀减小。在汽车发生低速碰撞时，没有强烈的撞击，气压腔(17)压力未能达到气腔爆破片(14)开启压力，爆破片不破裂，气压腔(17)气体被压缩而不泄出缸外，此时该装置相当于气压弹簧，起到缓冲撞击力的作用。
本发明的有益效果是：该装置采用气液联合缓冲吸能。碰撞初期，气压腔(17)气体被压缩，气压腔(17)压缩量的增长使得汽车碰撞加速度也相应平缓增大。由于气压腔(17)的作用类似于气压弹簧，整个压缩过程很柔软，不会出现刚性碰撞的现象。由此可以避免汽车碰撞的初期30ms内出现峰值压力；爆破片反应时间极短，不会出现反应迟滞现象，当气压腔(17)压力上升至气腔爆破片(14)额定爆破压力时，气腔爆破片(14)迅速破裂，压缩气体通过气腔阻尼孔组(15)泄出缸体(7)外；气压腔(17)气体排空后便没有了没有气压弹簧的作用，消除汽车发生二次碰撞的隐患；相应地，气压腔(17)压力通过液气隔离活塞(9)传递到液压腔(18)，并作用在液腔爆破片(23)上。当压力上升至液腔爆破片(23)额定爆破压力时，爆破片迅速破裂，液压腔(18)内液压油通过液腔阻尼孔组(21)上阻尼孔平缓射出，汽车碰撞产生的冲击动能大部分转变为液压油的热能，使汽车碰撞加速度均匀减小，降低碰撞对车体和人身的伤害程度。
附图说明
图1是本发明实施例的装置整体结构示意图；
图2是气腔阻尼孔组示意图；
图3是液腔阻尼孔组示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1所示是本发明一实施例的碰撞缓冲装置的结构示意图，该碰撞缓冲装置可以设置于车辆的前侧和或后侧，也可以是其它可能的位置。需要说明的是，为简化结构，控制车架重量，碰撞缓冲装置可以与车辆其它部件组合成一体。碰撞缓冲装置可以安装在车架本体上，也可以安装在与车架有关联连接的零部件上，本发明并不受限于此。
如图1所示，该碰撞缓冲装置至少包括缸体(7)，液气隔离活塞(9)，活塞杆(2)，阻尼孔组(15)(21)和爆破片(14)(23)。缸体(7)两端内壁分别加工定位台阶，使缸体(7)前端与导向环(4)配合安装，缸体(7)底端与安装基座(13)和气腔阻尼孔组(15)配合安装。活塞杆(2)为内空结构，活塞杆(2)底端内壁加工定位台阶，使活塞杆(2)底端与爆破片安装环(22)和液腔阻尼孔组(21)配合安装。缸体(7)内部有液气隔离活塞(9)，可沿缸体(7)内壁滑动，液气隔离活塞(9)使缸体(7)内部分成液压腔(18)和气压腔(17)。液气隔离活塞(9)与所述缸体(7)之间设油封，以保证两腔的密封性。气压腔(17)内部充满压缩气体，本实施例选用的合适气体为氮气，氮气压力采用0.5-1Mpa；其外端为气腔阻尼孔组(15)。该气腔阻尼孔组(15)端面均匀分布多个阻尼孔，并且由气腔爆破片(14)使阻尼孔封闭。在缸体(7)底部设织安装基座(13)，安装基座(13)与气腔阻尼孔组(15)夹持气腔爆破片(14)，并且由安装基座(13)压紧使气腔阻尼孔组(15)和气腔爆破片(14)定位。此外，液压腔(18)内充满液压油，液压腔(18)外端为液腔阻尼孔组(21)，该液腔阻尼孔组(21)与活塞杆(2)配合安装，其端面均匀分布多个阻尼孔，并且由液腔爆破片(23)使阻尼孔封闭。此外，液腔阻尼孔组(21)与安装环(22)夹持液腔爆破片(23)，并由液腔阻尼孔组(21)压紧力使液腔爆破片(23)和爆破片安装环(22)定位。
本实施例中，液腔阻尼孔组(21)为带有凸肩的圆盘形结构，并利用多个内六角螺钉(20)安装在活塞杆(2)上。液腔阻尼孔组(21)与液腔爆破片(23)接触部分需精磨加工，以保证液腔阻尼孔组(21)能够紧密压紧液腔爆破片(23)，避免液压腔(18)的漏油。气腔阻尼孔组(15)也为为圆盘型结构，该气腔阻尼孔组(15)与气腔爆破片(14)接触部分也需要精磨加工，以保证其与气腔爆破片(14)的接触质量要求，保证气压腔(17)的密封性能。
本实施例所述阻尼孔的截面积形状为圆形，方形或六边形，可以采用细孔放电加工或者钻削。阻尼孔的尺寸根据通过介质和流量选择不同的尺寸，气压腔(17)的阻尼孔尺寸较小，液压腔(18)的阻尼孔尺寸较大。阻尼孔的数量也可根据通过介质和流量选择不同的个数。
本实施例中所述爆破片为正拱形爆破片，爆破片根据安装位置不同而选择使用不同的爆破压力，用于封闭液腔阻尼孔组(21)的爆破片爆破压力选择低，用于封闭气腔阻尼孔组(15)的爆破片爆破压力选择高。
本实施例中所述缸体(7)的气压腔(17)一端侧面设置有向所述气压腔(17)充气的气压阀(16)。用于建立缓冲装置的初始压强。该充气阀可以根据缓冲装置的不同安装要求调整气压腔(17)的初始压力。
本实施例中所述安装基座(13)底部设有通孔。该通孔的作用是提供爆破片爆裂所需空间，该通孔长度大于爆破片的拱高，孔径大于爆破片的公称直径。安装基座(13)与缸体(7)底部配合并设置静密封系统，保证气压腔(17)不漏气。本例中安装基座(13)与缸体(7)底部留有1mm的间隙，并利用多个内六角螺钉(12)安装，保证安装基座(13)能够牢固的爆破片和气腔阻尼孔组(15)。安装基座(13)与车体的链接可以使用螺栓连接，也可以焊接固定。
本实施例中所述气压腔(17)的密封系统由三套结构部件组成，第一套是所述爆破片安装环(22)和活塞杆(2)配合并设置静密封系统，第二套是所述活塞杆(2)与缸体(7)内壁配合并设置动密封系统。第三套是所述导向环(4)与缸体(7)内壁配合并设置静密封系统和导向环(4)与活塞杆(2)外壁配合并设置动密封系统。
本发明实施例的工作过程是这样的：
当汽车发生高速碰撞时，在强烈的冲击作用下，活塞杆(2)向缸底部方向运动，使气压腔(17)被压缩，气压腔(17)的压力随着压缩量的增长呈曲线上升，使得汽车碰撞加速度也相应平缓增大。由于气压腔(17)的作用类似于气压弹簧，整个压缩过程很柔软，不会出现刚性碰撞的现象。由此可以避免汽车碰撞的初期30ms内不出现峰值压力。与此同时，气压腔(17)压力通过液气隔离活塞(9)传递至液压腔(18)，使得液压腔(18)内压力升高。当气压腔(17)压力升到到一定程度时，气腔爆破片(14)迅速破裂，气压腔(17)内压缩气体通过阻尼孔向外流出，吸收碰撞时产生的一部分能量。同时，在碰撞继续加剧的情况下，液压腔(18)内压力升高，并作用在液腔爆破片(23)上。当压力上升至液腔爆破片(23)额定爆破压力时，液腔爆破片(23)迅速破裂，液压腔(18)内液压油通过液腔阻尼孔组(21)上阻尼孔平缓射出，汽车碰撞产生的冲击动能大部分转变为液压油的热能，使碰撞时汽车的加速度均匀减小，降低碰撞对车体和人身的伤害程度。碰撞结束后，由于气压腔(17)气体排空后便没有了没有气压弹簧的作用，消除汽车发生二次碰撞的隐患。
在汽车发生低速碰撞时，没有强烈的撞击，气压腔(17)压力未能达到气腔爆破片(14)的爆破压力，爆破片完整无破裂，气压腔(17)气体被压缩而不泄出缸外，此时该装置相当于气压弹簧，起到缓冲撞击力的作用。
在上述技术方案的基础上，本发明可以在碰撞的过程中，通过对液压腔(18)和气压腔(17)的挤压，形成缓冲作用，快速吸收、衰减和缓冲碰撞带来的冲击力和冲击能量，能够瞬时使冲击力显著降低，达到使碰撞时汽车的加速度均匀减小的目的。对于液压腔(18)而言，可以通过节流原理，液压油通过阻尼孔泄露来实现缓冲作用；而对于气压腔(17)而言，通过直接压缩气压腔(17)以及节流原理，从而实现缓冲作用。
Claims (13)
1.本发明公开了一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置。该碰撞装置包括缸体(7)，液气隔离活塞(9)，活塞杆(2)，阻尼孔组(15)(21)和爆破片(14)(23)，其特征在于所述缓冲装置缸内部设液气隔离活塞(9)，可沿缸体(7)内壁滑动，所述液气隔离活塞(9)使缸体(7)内部分成液压腔(18)和气压腔(17)。所述气压腔(17)内部充满压缩气体，气压腔(17)外端为气腔阻尼孔组(15)。所述气腔阻尼孔组(15)端面均匀分布多个阻尼孔，并且由气腔爆破片(14)使阻尼孔封闭。缸体(7)底部设安装基座(13)，安装基座(13)与气腔阻尼孔组(15)夹持气腔爆破片(14)，并且由安装基座(13)压紧使气腔阻尼孔组(15)和气腔爆破片(14)定位。此外，所述液压腔(18)内充满液压油，外端为液腔阻尼孔组(21)，所述液腔阻尼孔组(21)与活塞杆(2)配合安装，所述液腔阻尼孔组(21)端面均匀分布多个阻尼孔，并且由液腔爆破片(23)使阻尼孔封闭。所述液腔阻尼孔组(21)与安装环(22)夹持液腔爆破片(23)，并由液腔阻尼孔组(21)压紧力使液腔爆破片(23)和爆破片安装环(22)定位。
2.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于所述缸体(7)两端内壁分别加工定位台阶，使缸体(7)前端与导向环(4)配合安装，缸体(7)底端与安装基座(13)和气腔阻尼孔组(15)配合安装。
3.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于在所述活塞杆(2)为内空结构。所述活塞杆(2)底端内壁加工定位台阶，使活塞杆(2)底端与爆破片安装环(22)和液腔阻尼孔组(21)配合安装。
4.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于所述液气隔离活塞(9)与所述缸体(7)之间设油封(8)。
5.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于在所述液腔阻尼孔组(21)为带有凸肩的圆盘形结构。所述气腔阻尼孔组(15)为圆盘型结构。
6.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于所述阻尼孔的截面积形状为圆形，方形或六边形。
7.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于所述阻尼孔的尺寸根据通过介质和流量选择不同的尺寸，气压腔(17)的阻尼孔尺寸较小，液压腔(18)的阻尼孔尺寸较大。所述阻尼孔的数量也可根据通过介质和流量选择不同的个数。
8.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于所述爆破片(14)(23)可以为平板形爆破片，也可为正拱形爆破片，所述爆破片材料可以为金属也可以为非金属。所述爆破片根据安装位置不同而选择使用不同的爆破压力，用于封闭气腔阻尼孔组(15)的爆破片爆破压力选择低，用于封闭液腔阻尼孔组(21)的爆破片爆破压力选择高。相反地，也可以用于封闭气腔阻尼孔组(15)的爆破片爆破压力选择高，用于封闭液腔阻尼孔组(21)的爆破片爆破压力选择低。
9.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于所述缸体(7)气压腔(17)一端侧面设置有向所述气压腔(17)充气的气压阀(16)。用于建立缓冲装置的初始压力。该气压阀(16)可以根据缓冲装置的不同安装要求调整气压腔(17)的初始压力。
10.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于在所述安装基座(13)底部设有通孔，所述通孔的作用是提供爆破片爆裂所需空间。
11.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于在所述安装基座(13)与缸体(7)底部配合并设置静密封系统，使液压腔(18)不泄露液压油。
12.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于在所述气压腔(17)的密封系统由三套结构部件组成，第一套是所述爆破片安装环(22)和活塞杆(2)配合并设置静密封系统，第二套是所述活塞杆(2)与缸体(7)内壁配合并设置动密封系统。第三套是所述导向环(4)与缸体(7)内壁配合并设置静密封系统和导向环(4)与活塞杆(2)外壁配合并设置动密封系统。
13.根据权利要求1所述的一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置，其特征在于在所述气压腔(17)内充满压缩气体为氮气或者空气。所述压缩气体压力不超过气腔爆破片(14)的爆破压力。
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2015
- 2015-12-30 CN CN201511021845.XA patent/CN106314332A/zh active Pending
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Legal Events
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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