CN1067341C - 汽车制动消撞装置 - Google Patents

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Abstract

本汽车制动消撞装置，由液压弹性消撞、气动液压消撞，制动控制、制动操纵执行和液压节流开停五个机构组成。通过汽车制动、气体和弹性体压缩、液压节流和运动件摩擦，消耗掉汽车撞击动能和速度，使汽车刚性撞击变为负加速度小而撞击力小的柔性撞击。本装置消耗汽车撞击动能和速度快，承受撞击力强度大，不以驾驶员素质为转移，能自动制动消撞，是避免司乘人员和汽车损伤的安全装置，且工作可靠，工艺性好，造价低。

Description

汽车制动消撞装置
本发明涉及一种汽车制动消撞装置。
汽车已进入家庭，汽车工业是世界支柱产业。世界汽车年产量5000万辆以上，保有量数亿辆；亚洲产量近2000万辆，保有量近亿辆；我国大陆96年产量154万辆，保有量早超过1000万辆。因而安全性为世界重要课题；安全装置是市场需求量大面广产品。
为此，在汽车结构和材料上，进行了大量改进和发明以保安全，但其效果取决于驾驶员的素质。近年来采用不以驾驶员素质为转移的保险杠、安全带和气囊等装置，但只稍减轻车毁人亡，汽车碰撞仍是刚性强烈撞击。发达国家研制的人造卫星和电子技术防撞装置，因造价高昂且不稳定，至今仍未见实施采用。
我国专利号94247226.8实用新型专利汽车抗撞装置，是依据飞机起落架减震支柱引伸而成。但改柔性为刚性撞击，且由钢球点接触而难于承受。按其结构形态，大部份撞击力和动能传到能量消耗器，靠油槽节流，无法瞬时内动能转变为热能缓解撞击力。小部份撞击力传到能量接收器，对缓解汽车撞击力作用不大。而且汽车碰撞与飞机着陆不同，保留减震支柱缓解飞机着陆颠簸的复杂结构，成为多余和累赘。
我国专利申请号90105824.6，公开号CN1056462A申请发明专利的汽车碰撞吸能减振保险杠，是意图利用液压传动，实现紧急自动刹车；利用液压节流，产生油阻力消耗，将碰撞动能全部转换成阻尼热能，由阻尼缸外的散热片散掉，从而实现安全碰撞。
按其结构形态和汽车碰撞具体情况，油液摩擦阻力由沿程和局部及加速度三个油液摩擦阻力组成。
根据理论分析与计算及实验可得知，三个油液摩擦阻力，与油液流动速度的平方成正比；前两个油液摩擦阻力，更与油液通油孔道面积的平方成反比。
当汽车碰撞时，撞击初期的撞击速度很大，迫使油液加速流动，流动速度很高，三个油液摩擦阻力便从零迅速上升。特别该申请发明专利称其装置适宜用于高速赛车、高速小车使用，三个油液摩擦阻力从零迅速上升得更快，而且油液又一而再，再而三的经过通油孔道面积极其有限的节流孔道，油液摩擦阻力就会突然增大，造成汽车撞击载荷突然强烈而巨大。这种现象称“载荷高峰”，将产生严重恶劣的撞击后果。故液压节流只能辅助消耗撞击动能，必须避免载荷高峰且阻力不能大。
高压的冲击油液必会通过刹车活门的间隙密封，流入刹车系统，造成紧急自动刹车非常恶劣，刹车活门弹簧断裂则更甚，将使汽车所受撞击载荷强烈而巨大。且撞击终了自动解除制动，车轮与路面滚动摩擦的摩擦阻力和耗能小，汽车将产生强烈而巨大的反弹，后果严重。
斜碰撞将使顶杆摩擦力加大，汽车所受载荷更大。
本发明的目的是提供一种汽车制动消撞装置。它在汽车强烈撞击时，将刚性撞击变成柔性撞击；将动能转为摩擦发热和压缩势能；撞击速度在较长时间消失，负加速度小而撞击力小。使高速重载汽车强烈撞击时，司乘人员和汽车不受损伤。
本发明是对产品提出新的技术方案。
在结构上，它由液压弹性消撞机构、气动液压消撞机构、制动控制机构、制动操纵执行机构，以及液压节流开停机构等组成。液压弹性消撞机构和气动液压消撞机构，各与液压节流开停机构直接连接；制动控制机构通过油管和管接头，分别与制动操纵执行机构，以及液压节流开停机构连接。
液压弹性消撞机构由消撞液压缸体、消撞液压活塞、首次和二次两种消撞垫及其支承体和消撞杆等组成。该机构中充有液压油。它可通过托架固定在汽车大梁上或相应地方，消撞杆及其前面的构件在汽车前端。
气动液压消撞机构由进气座、气动液压缸体、气动液压活塞等组成。该机构中活塞的两边，分别充有液压油和压缩氮气，它可固定在汽车大梁上或其他地方。
制动控制机构由防松螺塞、调压弹簧、制动控制机构主体、方向阀、压力阀、定位座、定位机构、手柄球、油管和管接头等组成。该机构中充有液压油。它固定在驾驶室内或相应地方。
制动操纵执行机构由两个缓冲法兰盘、制动操纵液压缸体、制动操纵杆和操纵执行机构等组成。该机构中充有液压油。它固定在驾驶室内或相应地方。
液压节流开停机构由液压节流开停阀、液压节流开停阀体、油管和管接头等组成。该机构中充有液压油。
在性能上，当汽车发生撞击时，液压弹性消撞机构的首次消撞垫与对方柔性接触撞击，通过消撞杆和消撞液压活塞使液压油产生液压力。压力油经液压节流开停机构，一部份进入制动控制机构，经压力阀进入制动操纵执行机构，使制动操纵杆驱动汽车制动系进行刹车；另一部份进入气动液压消撞机构，推动气动液压活塞，压缩其中氮气。当高速重载撞击超过设计指标，首次消撞垫支承体与二次消撞垫撞击，使撞击仍保证柔性撞击。
在整个汽车撞击过程中，大部份撞击动能和速度，由汽车制动摩擦和行车摩擦，以及本装置的液压节流和运动件摩擦消耗掉。其余部份由压缩氮气和消撞垫的压缩消耗掉。因而达到将刚性撞击变成柔性撞击，负加速度小而撞击力小的发明目的。
在应用技术上，本装置主要采用液压和气动技术，因此结构简单、紧凑而工作可靠，工艺性能好，只需采用普通车床，刨床，钻床和磨床等便可加工成，生产成本低。
本发明产品是不以驾驶员的素质为转移，自动制动消撞的汽车安全装置。其撞击力小且为柔性撞击；结构简单、紧凑而工作可靠，制造工艺性好易于生产，尤其适合于大批量生产，造价低；安装、使用方便。
下面结合附图1演述发明的系统结构与使用状态。
附图1为本发明的产品装置系统结构图。
在附图1中：5-气动液压消撞机构；7-气动液压活塞；9-液压节流开停机构；16-液压弹性消撞机构；18-消撞液压活塞；19-二次消撞垫支承体；20-二次消撞垫；21-消撞杆；22-首次消撞垫支承体；23-首次消撞垫；24-调压弹簧；26-制动控制机构；27-方向阀；28-压力阀；32-手柄球；37-制动操纵执行机构；39-制动操纵杆；41-操纵执行机构。
本发明的产品装置系统，由液压弹性消撞机构16、气动液压消撞机构5、制动控制机构26、制动操纵执行机构37、液压节流开停机构9组成。机构16和5各与机构9连接；机构26分别与机构37和9连接。除机构5在其气动液压活塞7两边，分别充有压缩氮气和液压油外，其余机构中均只充有液压油。
液压弹性消撞机构16可固定在汽车大梁上或相应地方；其消撞垫支承体19和22、消撞垫20和23、消撞杆21在汽车前端。气动液压消撞机构5可固定汽车大梁上或其他地方。制动控制机构26和制动操纵执行机构37均固定在汽车驾驶室内。
当汽车发生撞击时，首次消撞垫23受到撞击力压缩，与对方柔性接触撞击。其后撞击力通过消撞液压活塞18使液压油产生液压力。压力油经液压节流开停机构9，一部份经压力阀28和油管33进入制动操纵执行机构37，推动制动操纵杆39，使操纵执行机构41驱动汽车制动系进行刹车，消耗掉大部份撞击动能和速度；另一部份进入气动液压消撞机构5，推动气动液压活塞7压缩已预压缩氮气，消耗掉较大部份撞击动能和速度。此外，消撞垫20和23受撞击力压缩，以及汽车本身运动件摩擦、本装置中液压节流和运动件摩擦，消耗掉其余部份撞击动能和速度。因而形成负加速度小而撞击力小，且是柔性撞击。
只有当汽车高速重载撞击超过设计指标时，首次消撞垫支承体22才与二次消撞垫20撞击，使撞击仍保持柔性撞击。
汽车撞击结束后，按动手柄球32将方向阀27压入，使制动操纵执行机构37产生差动液压力，将制动操纵杆39和操纵执行机构41复位，解除汽车制动，汽车退后，让气动液压消撞机构5和液压弹性消撞机构16复原。其后拉动手柄球32，将方向阀27复位，复原汽车制动消撞装置功能，便可使汽车在以后行驶中，发生碰撞时再进行制动消撞。
下面结合附图2实施例进一步演述本发明的结构与使用状态。
附图2为本发明实施例的主体结构图。
在附图2中：1-进气座；2-防松螺塞；3-调压螺塞；4-气动液压缸体；5-气动液压消撞机构；6-管接头；7-气动液压活塞；8-粗油管；9-液压节流开停机构；10-管接头；11-粗油管；12-管接头；13-防松螺塞；14-液压节流开停阀；15-液压节流开停阀体；16-液压弹性消撞机构；17-消撞液压缸体；18-消撞液压活塞；19-二次消撞垫支承体；20-二次消撞垫；21-消撞杆；22-首次消撞垫支承体；23-首次消撞垫；24-调压弹簧；25-制动控制机构主体；26-制动控制机构；27-方向阀；28-压力阀；29-回油管；30-定位座；31-定位机构；32-手柄球；33-细油管；34-细油管；35-缓冲法兰盘；36-管接头；37-制动操纵执行机构；38-制动操纵液压缸体；39-制动操纵杆；40-缓冲法兰盘；41-操纵执行机构。
本发明实施例的装置，由液压弹性消撞机构16、气动液压消撞机构5、制动控制机构26、制动操纵执行机构37，以及液压节流开停机构9组成。
在该装置中，液压弹性消撞机构16的消撞液压缸体17，以及气动液压消撞机构5的气动液压缸体4，各与液压节流开停机构9的液压节流开停阀体15直接连接。制动控制机构26的制动控制机构主体25，与液压节流开停机构9的管接头6连接；通过细油管33和34及管接头36，与制动操纵执行机构37的制动操纵液压缸体38连接相通。
液压弹性消撞机构16由消撞液压缸体17、消撞液压活塞18、二次消撞垫支承体19、二次消撞垫20、消撞杆21、首次消撞垫支承体22、首次消撞垫23等组成。首次消撞垫23与首次消撞垫支承体22连接；消撞杆21分别与消撞液压活塞18、首次消撞垫支承体22连接；二次消撞垫支承体19分别与二次消撞垫20、消撞液压缸体17连接。首次消撞垫支承体22为两平面形构件，其中一平面与首次消撞垫23平面接触连接。首次消撞垫23中有一小通穿孔。二次消撞垫20中有一大通穿孔，使不与消撞杆21接触。消撞液压缸体17两端为法兰盘式凸台；消撞液压缸体17与消撞液压活塞18和液压节流开停阀体15形成的腔室充满液压油，与消撞液压活塞18和二次消撞垫支承体19形成的腔室没有液压油。二次消撞垫支承体19一面有定位凸台，与消撞液压缸体17连接；另一面为平面与二次消撞垫20平面接触连接。
气动液压消撞机构5由进气座1、气动液压缸体4、气动液压活塞7等组成。进气座1有定位凸台与气动液压缸体4连接。气动液压缸体4两端为法兰盘式凸台。气动液压活塞7为一厚型活塞；它将气动液压消撞机构5分为两个腔室。其中：与气动液压缸体4和进气座1形成的腔室，充有预压缩氮气；与气动液压缸体4和液压节流开停阀体15形成的腔室，充满液压油。
制动控制机构26由防松螺塞2、调压螺塞3、调压弹簧24、制动控制机构主体25、方向阀27、压力阀28、回油管29、定位座30、定位机构31、手柄球32、细油管33和34、管接头36等组成。制动控制机构主体25与定位座30连接；手柄球32与方向阀27连接，用以推动方向阀27移动；回油管29通过管接头36与制动控制机构主体25连接，用以制动控制时回油。制动控制机构主体25有5条通油道和两个阀腔。其中：一个为压力阀腔，装有压力阀28、调压弹簧24、调压螺塞3和防松螺塞2；压力阀28为一个钢球，用以控制压力油通闭；调压弹簧24为压缩园柱螺旋弹簧；调压螺塞3带有导杆。另一个为方向阀腔，装有方向阀27；方向阀27分为5段，阀中有5条小通油道，用以控制细油管33和34的通油方向。定位座30为一带有与制动控制机构主体25连接的定位凸台的法兰盘，内装有由钢球和弹簧等组成的定位机构31。该机构26中充有液压油。
制动操纵执行机构37由缓冲法兰盘35和40、制动操纵液压缸体38、制动操纵杆39、操纵执行机构41等组成。制动操纵液压缸体38分别与缓冲法兰盘35和40连接；制动操纵杆39与操纵执行机构41连接。制动操纵杆39为一带有活塞、活塞杆和液压缓冲凸台的园棒。操纵执行机构41中有凹槽爪，用以驱动汽车制动系。缓冲法兰盘40中有活塞杆孔。缓冲法兰盘35中有一园锥盲孔为缓冲油腔。该机构37中充有液压油。
液压节流开停机构9由液压节流开停阀体15、液压节流开停阀14、防松螺塞13、管接头12和10及6、粗油管11和8等组成。两个液压节流开停阀体15，通过相连接的粗油管11、管接头10和12进行相通连接；液压节流开停阀体15分别与液压节流开停阀14和防松螺塞13缧纹连接；粗油管8分别与管接头12和6连接。液压节流开停阀14分成4段；其中螺纹部份与液压节流开停阀体15连接，其余部份为两不同直径圆柱，用以调节液压油节流和开停。液压节流开停阀体15为一带有定位凸台的法兰盘，内有互相垂直的互通圆孔，一为直孔是通油孔道，另一为两端带螺纹孔，也是通油孔道，再一为两端带螺纹的液压节流、开停阀腔；其定位凸台分别与液压弹性消撞机构16和气动液压消撞机构5定位连接。该机构9中充满液压油。
液压弹性消撞机构16可通过托架固定在汽车大梁上或相应地方；消撞垫支承体19和22、消撞垫20和23、消撞杆21在汽车前端。气动液压机构5可固定在汽车大梁上或其他地方。制动控制机构26和制动操纵执行机构37均固定在汽车驾驶室内。
当汽车发生撞击时，首次消撞垫23受撞击力压缩与对方柔性接触撞击。撞击力通过消撞液压活塞18使液压油产生液压力。压力油经液压节流开停机构9，一部份推开压力阀28，经细油管33进入制动操纵液压缸体38，推动制动操纵杆39，使操纵执行机构41驱动汽车制动系进行刹车，消耗掉大部份撞击动能和速度；另一部份进入气动液压缸体4，推动气动液压活塞7压缩已预压缩的氮气，消耗掉较大部份撞击动能和速度。此外，消撞垫20和23受撞击力压缩，以及汽车本身运动摩擦，本装置中液压节流和运动件摩擦，消耗掉其余部份撞击动能和速度。因而形成了负加速度小面撞击力小，且是柔性撞击。
只有当汽车高速重载撞击超过设计指标时，首次消撞垫支承体22才与二次消撞垫20撞击，使撞击仍保持柔性撞击。
汽车撞击结束后，按动手柄球32将方向阀27压入，由定位座30和定位机构31将之定位。则截止回油管39通油道停止回油，而使压力油经方向阀27和细油管34，进入制动操纵液压缸体38，形成制动操纵杆39的活塞的两面产生差动液压压力，使制动操杆39和操纵执行机构41复位，解除汽车制动。汽车退后，让气动液压消撞机构5和液压弹性消撞机构16复原。其后，拉动手柄球32，将方向阀27复位，复原汽车制动消撞装置功能，便可使汽车在以后行驶中，发生碰撞时再进行制动消撞。
在本发明附图2实施例结构中，再加上相应的密封件、支架等构件，是实现本发明的最好方式。

Claims (6)

  1. 汽车制动消撞装置
    1．一种汽车制动消撞装置，由液压弹性消撞机构(16)、气动液压消撞机构(5)、制动控制机构(26)、制动操纵执行机构(37)，以及液压节流开停机构(9)所组成；
    其特征是：液压弹性消撞机构(16)、气动液压消撞机构(5)，各与液压节流开停机构(9)连接，制动控制机构(26)，分别与液压节流开停机构(9)、制动操纵执行机构(37)连接；
    液压消撞机构(16)由消撞液压缸体(17)、消撞液压活塞(18)、二次消撞垫支承体(19)、二次消撞垫(20)、消撞杆(21)、首次消撞垫支承体(22)、首次消撞垫(23)组成，消撞液压缸体(17)与液压节流开停机构(9)的液压节流开停阀体(15)直接连接，消撞液压缸体(17)与消撞液压活塞(18)和液压节流开停阀体(15)形成的腔室，充满液压油，消撞液压缸体(17)与消撞液压活塞(18)和二次消撞垫支承体(19)形成的腔室，没有液压油；
    气动液压消撞机构(5)由进气座(1)、气动液压缸体(4)、气动液压活塞(7)组成，气动液压缸体(4)与液压节流开停机构(9)的液压节流开停阀体(15)直接连接，气动液压缸体(4)与气动液压活塞(7)和进气座(1)形成的腔室，充有预压缩氮气，气动液压缸体(4)与气动液压活塞(7)和液压节流开停机构(9)的液压节流开停阀体(15)形成的腔室，充满液压油；
    制动控制机构(26)由防松螺塞(2)、调压螺塞(3)、调压弹簧(24)、制动控制机构主体(25)、方向阀(27)、压力阀(28)、回油管(29)、定位座(30)、定位机构(31)、手柄球(32)、细油管(33)和(34)、管接头(36)组成，制动控制机构主体(25)与液压节流开停机构(9)的管接头(6)连接，通过细油管(33)和(34)及管接头(36)，与制动操纵执行机构(37)的制动操纵液压缸体(38)连接相通，该机构(26)中充有液压油；
    制动操纵执行机构(37)由缓冲法兰盘(35)和(40)、制动操纵液压缸体(38)、制动操纵杆(39)、操纵执行机构(41)组成，制动操纵液压缸体(38)与制动控制机构(26)的管接头(36)连接，该机构(37)中充有液压油；
    液压节流开停机构(9)由液压节流开停阀体(15)、液压节流开停阀(14)、防松螺塞(13)、管接头(12)和(10)及(6)、粗油管(11)和(8)组成，液压节流开停机构(9)中充有液压油，通过粗油管(8)和管接头(6)，与制动控制机构(26)的制动控制机构主体(25)连接相通，两个液压节流开停阀体(15)各自与液压弹性消撞机构(16)的消撞液压缸体(17)，以及气动液压消撞机构(5)的气动液压缸体(4)直接连接。
  2. 2．根据权利要求1所述的汽车制动消撞装置，其特征是：液压弹性消撞机构(16)的首次消撞垫(23)与首次消撞垫支承体(22)连接，消撞杆(21)分别与消撞液压活塞(18)和首次消撞垫支承体(22)连接，二次消撞垫支承体(19)分别与二次消撞垫(20)和消撞液压缸体(17)连接，首次消撞垫支承体(22)为两平面形构件，其中一平面与首次消撞垫(23)平面接触连接，首次消撞垫(23)中有小通孔，二次消撞垫(20)中有大通孔，使不与消撞杆(21)接触，消撞液压缸体(17)两端为法兰盘式凸台，二次消撞垫支承体(19)一面有定位凸台，与消撞液压缸体(17)定位连接，另一面为平面与二次消撞垫(20)平面接触连接，消撞液压活塞(18)将液压弹性消撞机构(16)分为两个腔室。
  3. 3．根据权利要求1所述的汽车制动消撞装置，其特征是：气动液压消撞机构(5)的进气座(1)有定位凸台，与气动液压缸体(4)定位连接，气动液压缸体(4)两端为法兰盘式凸台，气动液压活塞(7)为一厚型活塞，将气动液压消撞机构(5)分成两个腔室。
  4. 4．根据权利要求1所述的汽车制动消撞装置，其特征是：制动控制机构(26)的制动控制机构主体(25)与定位座(30)连接，又通过管接头(36)与回油管(29)连接，手柄球(32)与方向阀(27)连接，制动控制机构主体(25)有5条通油道和两个阀腔，其中：一个为压力阀腔，装有压力阀(28)、调压弹簧(24)、调压螺塞(3)和防松螺塞(2)，压力阀(28)为钢球，调压弹簧(24)为压缩园柱螺旋弹簧，调压螺塞(3)带有导杆，另一个为方向阀腔，装有方向阀(27)，方向阀(27)分为5段，阀中有5条小通油道，定位座(30)为一带有与制动控制机构主体(25)连接定位凸台的法兰盘，内装有钢球和弹簧等组成的定位机构(31)。
  5. 5．根据权利要求1所述的汽车制动消撞装置，其特征是：制动操纵执行机构(37)的制动操纵液压缸体(38)，分别与缓冲法兰盘(35)和(40)连接，制动操纵杆(39)与操纵执行机构(41)连接，制动操纵杆(39)为一带有活塞、活塞杆和液压缓冲凸台的园棒，操纵执行机构(41)中有凹爪槽，缓冲法兰盘(40)中有活塞杆孔，缓冲法兰盘(35)中有一园锥形肓孔。
  6. 6．根据权利要求1所述的汽车制动消撞装置，其特征是：两个液压节流开停阀体(15)通过相连接的粗油管(11)、管接头(10)和(12)进行相通连接，液压节流开停阀体(15)分别与液压节流开停阀(14)和防松螺塞(13)螺纹连接，粗油管(8)分别与管接头(12)和(6)连接，液压节流开停阀(14)分为4段，其中一端部有螺纹与液压节流开停阀体(15)连接，其余为两不同直径园柱，液压节流开停阀体(15)为一带有定位凸台法兰盘，有互相垂直的互通园孔，一为直通油孔，另一为两端带螺纹的阀腔直孔，再一为两端带螺纹通油直孔。
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