CN107031545A - 汽车碰撞主动防护系统 - Google Patents

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    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
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    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
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Abstract

本发明提供一种汽车碰撞主动防护系统，相较现有被动防护技术，它能够大幅度降低即将发生的碰撞强度。本发明综合利用微电子和材料力学技术，并结合汽车构造特点突出对于汽车碰撞事故主动设防。它由缓冲器、气泵、汽车底盘、保险杠、控制器、橡胶垫、等部件构成。本发明的有益效果是：改变以前被动式汽车防护技术对于汽车碰撞事故只能消极应对的现状，能够在事故发生之前主动采取措施最大限度挽救车乘人员的宝贵生命。

Description

汽车碰撞主动防护系统
所属技术领域
本发明涉及汽车碰撞主动防护系统，尤其是主动防护汽车碰撞技术领域。
背景技术
众所周知汽车碰撞的后果往往非常严重，车毁人亡的大量惨剧时刻在发生已成为一种世界性的公害。世界卫生组织《道路安全全球现状报告》显示，全球每年有127万人死于道路交通事故。为了挽救生命减轻损失人们采取了许多措施，如汽车设计时使发动机前置有利于吸收碰撞能量；又如设置安全带和安全气囊保护司乘人员。
但是实践证明发生碰撞时的能量巨大，而撞毁一台发动机并不能显著改变碰撞强度；安全带在汽车速度低于30KM/h的碰撞中尚能保护司乘人员的安全，但是在更高速度碰撞中一般无法保证安全。
为此人们又推出安全气囊希望在高速碰撞下主要保护人体的头部，从而挽救生命。然而据统计，配备安全气囊的汽车发生正面碰撞时，致死的风险只降低了大约30％，头部受伤率仅减少25％。
安全气囊弹开时，气囊会以大约300km/h的速度弹出，而由此所产生的撞击力约有180公斤，这对于人体头部、颈部较脆弱的关键部位就很难承受。因此，如果安全气囊弹出时稍有差错，就有可能使救命变成“夺命”。
目前的汽车安全防护措施所以不能令人满意原因在于它们属于被动式防护技术，是在碰撞发生以后才采取措施挽救生命。这就承认两个极为不利的前提：对于碰撞强度无法控制以及留给采取措施的时间极其短促。当然结果也是不如人愿。
发明内容
针对目前汽车安全防护技术的上述问题，本发明旨在提供一种汽车碰撞主动防护系统，它能够在碰撞发生之前采取措施使即将发生的碰撞强度大幅降低，从而保护司乘人员不至受到致命伤害。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：汽车碰撞主动防护系统由缓冲器、汽车底盘、保险杠、控制器部件构成，其特征在于缓冲器设置于汽车底盘纵梁和保险杠之间并与二者相连接；或缓冲器设置于底盘纵梁上且在保险杠相对应位置留有孔洞；缓冲器由橡胶垫、缓冲头、气缸、复合活塞、缸体、止动环、定位孔构成；复合活塞由多级活塞串联构成；气泵设置于汽车底盘上，或设置于气缸内部；控制器由控制合、传感器、微处理器构成；气泵由储气瓶、电磁阀构成且工质是高压氮气；或气泵由固体燃料、电热丝、外壳构成；一级活塞上设置有缓冲头、活塞底、环形槽；其余活塞上设置有止动环、环形槽；微处理器由测距电路、测速电路、逻辑电路、执行电路构成。
本发明的有益效果是：能够在碰撞发生之前采取措施，使即将发生的汽车碰撞强度按照预先设定大幅度降低，从而挽救车乘人员的宝贵生命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构图。
图2是缓冲器结构图。
图3是气泵结构图。
图4是微处理器测距电路原理图。
图5是微处理器测速电路原理图。
图6是本发明第二实施例缓冲器结构图。
图7是本发明第二实施例气泵结构图。
图8是本发明第二实施例微处理器测速电路原理图。
图中1.缓冲器，2.汽车底盘纵梁，3.保险杠，4.车轮，5.橡胶垫，6.缓冲头，7.一级活塞，8.二级活塞，9.三级活塞，10.环形槽，11.止动环，12.定位孔，13.气管，14.一级活塞底，15.汽缸，16.缸体，17.气缸止动环，18.储气瓶，19.电磁阀，20.导线，21.气泵，22.电热丝，23.固体燃料，24.控制器，25.超声波传感器，26.外壳。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：缓冲器(1)通过定位孔(12)设置于汽车底盘的两根纵梁(2)上，保险杠(3)与缓冲头(6)连接。在发生正面碰撞时保险杠将碰撞冲击力传递给橡皮垫(5)，设置于缓冲头上的橡皮垫(5)起首级缓冲作用，并将减缓了的冲击力传递给缓冲头，再由缓冲器继续吸收碰撞能量。
如图2所示，缓冲器(1)是一个由汽缸和三级活塞构成的复合活塞-汽缸系统。当气泵启动喷发出大量高压氮气由气管(13)进入汽缸(15)内，迅速增大的气压作用于一级活塞底(14)上。
由于所有活塞上都设置有环形槽(10)，一级活塞(7)的环形槽与二级活塞(8)内壁是移动副，于是一级活塞(7)迅速向箭头方向滑动。
而二级活塞(8)的环形槽与三级活塞(9)内壁也是移动副，随着一级活塞(7)的滑动当它的环形槽接触到二级活塞(8)上的止动环(11)后，二级活塞(8)被带动也继续向箭头方向滑动。
三级活塞(9)与汽缸(15)内壁同样是移动副，同上理，也被二级活塞(8)带动向箭头方向滑动。当三级活塞(9)的环形槽接触到设置于汽缸体(16)上的止动环(17)后，向箭头方向的移动被迫停止。此时三级复合活塞膨胀运动到位，缓冲头(6)处于预备位置。
接着当碰撞发生时，在强大外力的作用下缓冲头(6)向内运动，首先使一级活塞(7)向汽缸内部方向移动，汽缸内的气体受到压缩。当一级活塞(7)完全压入汽缸后，缓冲头(6)继续向内移动并作用于二级活塞(8)的止动环(11)，使其继续被压入汽缸。同理第三级活塞也被压入汽缸。显然采用复合活塞-汽缸结构，在汽车纵梁与保险杠之间有限空间条件下成倍增加了缓冲头(6)的有效作用距离，这对减缓碰撞冲击力是十分重要的。
为了多级活塞向汽缸的压缩过程中，缸内气体因体积的缩小导致压强不断增大，而造成碰撞力的不断增大，本发明在多级复合活塞上都设置了环形槽。由于活塞环形槽(10)是一种增加汽缸气密作用的构造，只要恰当设置环形槽与汽缸壁、活塞内壁的间隙，就可以以一定的泄气量平衡因压缩而导致的压强增加。这样使得活塞在被压缩的过程中汽缸处于恒压状态，于是碰撞作用力被控制在确定的范围。
参阅图3所示：气泵是由储气瓶(18)，电磁阀(19)构成。当电磁阀通电后阀门打开储气瓶的高压氮气经气管(13)进入汽缸(15)。选择氮气是因为它无毒，不助燃，所以有利于环保及安全。只要给储气瓶充气以后气泵可以再次使用。
参阅图6、7所示：这是本发明第二实施例气泵结构和设置。气泵(21)设置于汽缸(15)内部，气泵外壳(26)内填充有固体燃料(23)，并在固体燃料中设置有电热丝(22)，当导线(20)通电以后电热丝(22)马上红热，它导致固体燃料(23)中的叠氮化钠(NaN3)和硝酸钾(KNO3)发生反应，生成氮气。反应式为：
10NaN3+2KNO3＝K2O+5Na2O+16N2↑
由于反应过程进行很快，反应后生成物氮气体积是原来固体燃料的料的700倍以上，所以汽缸内压强迅速增加形成高压。除叠氮化钠以外也可选择其它化学成分固体燃料。
余下过程与第一实施例相同，故不予赘述。
从上述可以看出如果适当选择气泵的气压，就确定了汽缸内压强，再选择一级活塞(7)的截面积，则缓冲头上承受的冲击力F就确定了。这个冲击力就是在碰撞过程中汽车所承受的外力。
显然适当选择多级活塞的总行程L和作用于活塞底的力F就确定了吸收的碰撞能量，实现了将碰撞予以大幅度缓冲削弱的目的。
参阅图1、4所示：超声波传感器(25)B1、B2已设置于保险杠(3)上并且朝向前方。当汽车启动时闭合开关K，控制器(24)电路开始工作。由CD4060和D1、D2构成的时钟振荡的频率是272.8KHz。经内部分频得到17.05KHz的脉冲信号，此脉冲是供5G7225计数的时钟脉冲。由于时钟脉冲的频率是17.05KHz，声波的传播速341m/s，所以一个周期传播的距离为：
D＝314X(1/17.05KHz)＝0.02m，对于超声波传感器声波是一个来回其一半是0.01m。因此，只要计数脉冲数量就可以知道距离。
D3，D4构成的40KHz频率超声震荡，经D5驱动超声波传感器B1发送超声波。当超声波被前方障碍物反射回来后，由超声波传感器B2接收并转换为电信号送μA741放大。此信号经D6，D7整形后进入CD4013并使其置位，通过其Q和Q-端作用5G7225使其进行计数程序。LED数码管将5G7225输出的计数脉冲以数字显示出来，这一数码即为前方障碍物的距离。
LED为7段发光二极管(包括小数点为8位)，由a、b、c、d、e、f、g组成从1、2、3到0不同的十位数码字。通过选择不同发光字段的高电位组合就可以设定要求的距离。例如我们设定距离是2米，则只要a、b、g、e、d同时高电位则LED显示“2”字，只有当此5个高电位信号全部输入与门电路D8，则其输出端才会输出高电位信号OUT。这样我们完成了对前方障碍物的测距。
参阅图5所示：ZS是从汽车转速表引出的汽车变速箱转速脉冲信号，这一信号频率是和汽车行驶速度成正比例的。显然每1秒的转速与km/h之间也是正比例关系，于是对汽车变速箱转速脉冲信号进行每秒计数就可以得到汽车的瞬时速度而且每秒更新一次。
IC5产生约1Hz的低频振荡，其3脚输出信号占空比为0.9。因为IC5的3脚给计数电路提供电源，所以计数电路以每工作1秒停止0.1秒的间歇方式工作。
集成计数器CD4518即C3、IC4级联构成BCD码计数器，最大计数值为“99”。EN是计数输入端，Q0-Q3是BCD码输出端。
IC1、IC2是译码器CD4511，A、B、C、D是其BCD码输入端，LED是7段共阴极显示器。
码盘开关B1、B2是一种数据比较判断电路，当输入数据与预设数据相符时，就输出一个信号“1”。G1是与门电路，若两输入端均为“1”则输出为1，这一信号送到G2输入端。
三级管9014、继电器R、电磁阀Q构成执行电路。当G2输入端OUT和G1输出端都为“1”时，G2输出高电位。表示汽车的速度和与障碍物的距离，两个动态条件都达到设定的危险值。于是三级管9014导通，继电器R吸合电磁阀Q(19)通电动作打开储气瓶(18)，缓冲头(6)弹出系统处于预备状态。
参阅图8所示：这是本发明第二实施例微处理器测速电路，电路其余部分与第一实施例图5相同，故陈述省略。不同之处在于当继电器R吸合，电热丝(22)即通电红热，点燃固体燃料(23)，于是汽缸瞬时充气缓冲头(6)弹出系统处于预备状态。

Claims (4)

1.汽车碰撞主动防护系统由缓冲器、汽车底盘、保险杠、控制器部件构成，其特征在于缓冲器设置于汽车底盘纵梁和保险杠之间并与二者相连接；或缓冲器设置于底盘纵梁上且在保险杠相对应位置留有孔洞；缓冲器由橡胶垫、缓冲头、气缸、复合活塞、缸体、止动环、定位孔构成；复合活塞由多级活塞串联构成；气泵设置于汽车底盘上，或设置于气缸内部；控制器由控制合、传感器、微处理器构成。
2.根据权利要求1所述的汽车碰撞主动防护系统、其特征在于气泵由储气瓶、电磁阀构成且工质是高压氮气；或气泵由固体燃料、电热丝、外壳构成。
3.根据权利要求1所述的汽车碰撞主动防护系统、其特征在于一级活塞上设置有缓冲头、活塞底、环形槽；在其余活塞上设置有止动环、环形槽。
4.根据权利要求1所述的汽车碰撞主动防护系统、其特征在于微处理器由测距电路、测速电路、逻辑电路、执行电路构成。
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