CN107685701B - 基于气动肌肉的吸能盒 - Google Patents

Abstract

基于气动肌肉的吸能盒，本发明涉及一种吸能盒，它为了解决现有吸能盒的吸能性能有待提高，现有吸能盒的重量较大的问题。该基于气动肌肉的吸能盒包括吸能盒、气动肌肉和固定座，沿吸能盒的纵向在盒体中开有至少一个导轨孔，在导轨孔中安装有气动肌肉，气动肌肉的轴向与吸能盒的纵向平行，气动肌肉的一端插入固定座中并通过铆钉固定，气动肌肉的另一端置于导轨中随气动肌肉的主动收缩，在导轨中沿约束方向滑动，气动肌肉与导轨孔的孔壁之间预留有容纳气动肌肉膨胀的间隙。本发明在吸能盒中引入气动肌肉机构，由气压控制系统自适应激励气动肌肉的主动收缩，能改变吸能盒系统整体的刚度，且气动肌肉的质量轻。

Description

基于气动肌肉的吸能盒

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种吸能盒。

背景技术

目前，各种类型交通工具，如汽车、火车等由于日益加快的运行速度使得碰撞失事的概率不断增加，这类失事中产生的剧烈碰撞会给公众的生命和财产造成的难以承受的损失。随着经济以及生活水平的提高，人们越来越多地采用汽车作为出行的代步工具，作为汽车被动安全的重要零件，在碰撞事故发生时吸能盒通过一系列变形吸收防撞梁传递的能量，并在能量超过其承载范围时及时将能量传递给其它车身安全构件，起到降低碰撞事故对车身的破坏及人员的伤害作用。随着汽车持有量的日益增加，汽车的安全事故日益增多，汽车行驶的被动安全技术也越来越受到人们的关注。

传统的吸能盒是由钢板钣金件组成，这种吸能盒重量较大，近年来开发的吸能盒多采用铝合金材料，然而由于其结构为简单的挤压结构，压溃特性、吸能特征和碰撞稳定性一般不高。汽车发生碰撞时，特别是低速碰撞时，为避免前纵梁变形，通常在汽车横梁(保险杠)和前纵梁(汽车主框架)之间安装吸能盒。碰撞发生时，首先接触的是汽车前保险杠，其次是吸能盒，最后是前纵梁。汽车保险杠和吸能盒不仅起到保护车内乘员和外部行人安全，使伤害程度尽量降低的作用外，也起到使车辆和其它部件的损坏程度降低的作用，这样在车辆碰撞发生后，其维修成本才会降低。但美国的HHS的测试结果显示，大部分汽车配置的保险杠目前远没有足够的缓冲性能以达到维修成本降低的目的，在交通工具易于发生接触的部段安装特殊设计的吸能盒是目前各厂商解决碰撞问题的主要方法。因此吸能盒除了应具有足够的强度、刚度以满足汽车较强的抗撞性能外，还应当具有相当的缓冲吸能能力，以此来减弱碰撞时产生的冲击力。对于各种各样的能量吸收与耗散的方式薄壁结构金属管以及其衍生出的各种泡沫夹心管是非常常见的能量吸收构型。这些金属薄壁管的应用范围十分广泛，在汽车制造业有最为广泛的应用，除此之外，在航空航天工业，火车制造业，以及造船业等领域也可以经常见到。

发明专利CN103350673A中的圆筒状吸能盒，吸能盒表面设计螺旋状分布的仿生吸能槽，内部填充由非牛顿流体和发泡聚丙烯混合而成的填充物；发明专利CN202294642U设计了一种蜂窝铝填充吸能盒；CN202863357U中内部填塞块状泡沫铝的筒状金属吸能盒。CN105235617A中的铝合金吸能盒的盒体内填充有长纤维增强热塑性复合材料块，铝合金吸能盒体的两端设置连接板。CN101638076B一种折痕式碰撞吸能盒，采用了一种含钻石型折痕的吸能盒，由于钻石型折痕含有比狭长的尖角结构，使得这种吸能盒对缺陷较为敏感，在冲击环境比较复杂的情况下，即使是非常细微的缺陷也可能影响这种折痕式吸能盒的能量吸能效率。

综上，提高吸能盒的吸能潜力，是目前汽车行业的研究人员急需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有吸能盒的吸能性能有待提高，现有吸能盒的重量较大的问题，而提供质量轻、结构简单的基于气动肌肉的吸能盒。

本发明基于气动肌肉的吸能盒包括吸能盒、气动肌肉和固定座，沿吸能盒的纵向在盒体中开有至少一个导轨孔，在导轨孔中安装有气动肌肉，气动肌肉上连接有导气管，气动肌肉的轴向与吸能盒的纵向平行，气动肌肉的一端插入固定座中并通过铆钉固定，气动肌肉的另一端置于导轨中随气动肌肉的主动收缩，在导轨中沿约束方向滑动，气动肌肉与导轨孔的孔壁之间预留有容纳气动肌肉膨胀的间隙。

本发明在吸能盒中添加气动肌肉机构，气动肌肉在自然状态下非常柔软，当汽车在行进过程中受到微小冲击力作用(例如与行人发生轻微碰撞)时，力传导到传感器，传感器感应到冲击力的大小，汽车所受的冲击力未达到传感器设定的载荷，信号未能传递到气压控制系统，气压控制系统不激励气动肌肉动作，气动肌肉保持原态；

当汽车在行进过程中受到较大冲击力作用(例如与车辆、防护栏、树木等发生剧烈碰撞)时，力传导到传感器，传感器感应到冲击力的大小，汽车所受的冲击力达到传感器设定的载荷时，传感器传递信号通过控制系统激励气动肌肉，气动肌肉主动收缩，此时吸能盒与受气压激励的气动肌肉同时吸收冲击能，具体过程为随着吸能盒的变形气动肌肉发生变形直至爆破失效，对车内的驾驶员起到很大的保护作用，相应的降低了身体的损伤程度。

与现有技术相比，本发明基于气动肌肉的吸能盒包含以下有益效果：该设备在吸能盒中引入气动肌肉机构，由气压控制系统自适应激励气动肌肉的主动收缩，一定程度的改变吸能盒系统整体的刚度，进而起到分别保护车内乘员和车外行人的作用；气动肌肉的工作过程就像人体的肌肉运动，重量较小，有的气动肌肉质量仅有10g；气动肌肉会在达到推拉极限时自动制动，不会突破预定的范围；在设备吸能盒中添加气动肌肉，当激励气动肌肉时，将大大增加吸能盒系统的吸能能力，对车内的驾驶员起到很好的保护作用，相应的降低了身体的损伤程度。

附图说明

图1为具体实施方式三所述的基于气动肌肉的吸能盒在气动肌肉自然状态下的剖视图；

图2为具体实施方式三所述的基于气动肌肉的吸能盒的端面结构示意图；

图3为具体实施方式三所述的基于气动肌肉的吸能盒在受气压激励状态下的剖视图；

图4为具体实施方式四所述的基于气动肌肉的吸能盒在气动肌肉自然状态下的剖视图；

图5为具体实施方式四所述的基于气动肌肉的吸能盒的端面结构示意图；

图6为具体实施方式六所述的气压控制系统的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式基于气动肌肉的吸能盒包括吸能盒1、气动肌肉2和固定座3，沿吸能盒1的纵向在盒体中开有至少一个导轨孔，在导轨孔中安装有气动肌肉2，气动肌肉2上连接有导气管6，气动肌肉2的轴向与吸能盒1的纵向平行，气动肌肉2的一端插入固定座3中并通过铆钉4固定，气动肌肉2的另一端置于导轨5中随气动肌肉2的主动收缩，在导轨5中沿约束方向滑动，气动肌肉2与导轨孔的孔壁之间预留有容纳气动肌肉2膨胀的间隙。

本实施方式铆钉沿固定座的径向固定气动肌肉。

本实施方式中的气动肌肉存在两种状态，当气动肌肉受气压激励作用时，气动肌肉发生收缩变形，当无气压激励作用时，气动肌肉处于自然状态。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是吸能盒1为波纹管结构。

本实施方式所述的波纹型吸能盒的断面为连续波纹的圆柱形结构。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是沿吸能盒1的纵向在盒体中开有一个导轨孔，在导轨孔中安装有气动肌肉2，气动肌肉2的轴向与吸能盒1的中轴线重合。

本实施方式所述的基于气动肌肉的吸能盒的结构示意图如图1至3所示。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是沿吸能盒1的纵向在盒体中开有5个导轨孔，其中的1个导轨孔的轴向与吸能盒1的中轴线重合，其余4个导轨孔均匀分布在以其中轴线为圆心的圆周上。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是气动肌肉2通过导气管6与空气压缩机相连。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是气动肌肉2通过导气管6与空气压缩机相连，从空气压缩机至气动肌肉2的导气管6的管路上依次设置有气压调节装置、气压传感器和电磁阀，气压调节装置、气压传感器和电磁阀分别与中央处理器相连，中央处理器再与载荷传感器相连。

本实施方式气压控制系统包含载荷传感器、气压调节装置、气压传感器、电磁阀和空气压缩机，该控制系统依据载荷传感器的信号选择不激励或者激励气动肌肉，通过气压传感器将压力信号反馈给中央处理器。由于气动肌肉在气压激励状态和自然状态刚度不同的特性，由控制系统传递的信号可自适应的改变自身刚度，进而改变整个吸能盒系统的刚度。在气动肌肉处于自然状态时，整个吸能盒系统刚度相对小，可以尽可能有效的保护车外行人；当气动肌肉处于激励状态下，整个吸能盒系统刚度相对大，而且吸收碰撞能量的能力大大增加，有效的保护车内乘员。

当汽车发生碰撞时，置于防撞梁上的载荷传感器监测碰撞载荷的大小，将监测结果传递到中央处理器，中央处理器根据载荷传感器监测的载荷大小判定是否进行下一步的工作；载荷传感器监测的结果达到额定值或超出额定值时(即与车辆、防护栏、树木等发生剧烈碰撞产生较大冲击时)，中央处理器激励气压调节装置工作，气压调节装置控制空气压缩机工作，压缩空气流经气压传感器，当压缩空气气压达到工作气压值，气压传感器反馈信号给中央处理器，中央处理器再激励电磁阀，压缩空气经由电磁阀激励气动肌肉，实现气动肌肉的主动收缩；该气压控制系统以实现自适应激励气动肌肉，由气动肌肉的主动收缩，改变吸能盒系统整体的刚度，进而能够起到分别保护车内乘员和车外行人的作用。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是在吸能盒1的安装端面上开有螺纹孔7，该基于气动肌肉的吸能盒通过螺栓固定安装在汽车的保险杠和前纵梁之间。

实施例：本实施例基于气动肌肉的吸能盒包括吸能盒1、气动肌肉2和固定座3，沿吸能盒1的纵向在盒体中开有至少一个导轨孔，在导轨孔中安装有气动肌肉2，气动肌肉2上连接有导气管6，气动肌肉2的轴向与吸能盒1的纵向平行，气动肌肉2的一端插入固定座3中并通过铆钉4固定，气动肌肉2的另一端置于导轨5中随气动肌肉2的主动收缩，在导轨5中沿约束方向滑动，气动肌肉2与导轨孔的孔壁之间预留有容纳气动肌肉2膨胀的间隙。

本实施例气动肌肉2通过导气管6与空气压缩机相连，从空气压缩机至气动肌肉2的导气管6的管路上依次设置有气压调节装置、气压传感器和电磁阀，气压调节装置、气压传感器和电磁阀分别与中央处理器相连，中央处理器再与载荷传感器相连。

本实施例在吸能盒中设置气动肌肉机构，气动肌肉自然状态下非常柔软，当汽车在行进过程中受到微小冲击力作用(例如与行人发生轻微碰撞)时，载荷传感器感应到冲击力的大小，所受的冲击力未达到传感器设定的载荷，控制系统不响应，此时气压控制系统不激励气动肌肉动作，气动肌肉保持原态；当汽车受到较大冲击力作用(例如与车辆、防护栏、树木等发生剧烈碰撞)时，载荷传感器感应到冲击力的大小，当所受的冲击力达到传感器设定的载荷时，载荷传感器传递信号通过控制系统激励气动肌肉，气动肌肉主动收缩，此时吸能盒与受气压激励的气动肌肉同时吸收冲击能，具体过程为随着吸能盒的变形气动肌肉发生变形直至爆破失效，对车内的驾驶员起到很好的保护作用，相应的降低了身体的损伤程度。

此气动肌肉的仿生型吸能盒系统附属有载荷传感器、气压调节装置、电磁阀、空气压缩机等气压控制系统，控制系统依据载荷传感器的信号选择不激励或者激励气动肌肉，由于气动肌肉在气压激励状态和自然状态刚度不同的特性，由控制系统传递的信号可自适应的改变自身刚度，进而改变整个吸能盒系统的刚度。在气动肌肉处于自然状态时，整个吸能盒系统刚度相对小，可以尽可能有效的保护车外行人；当气动肌肉处于激励状态下，整个吸能盒系统刚度相对大，而且吸收碰撞能量的能力大大增加，可以有效的保护车内乘员。

此气动肌肉的仿生型吸能盒系统，在汽车强烈的碰撞过程中受气压激励的气动肌肉会发生爆破失效，可额外吸收碰撞能量。

Claims (6)

1.基于气动肌肉的吸能盒，其特征在于该基于气动肌肉的吸能盒包括吸能盒(1)、气动肌肉(2)和固定座(3)，沿吸能盒(1)的纵向在盒体中开有至少一个导轨孔，在导轨孔中安装有气动肌肉(2)，气动肌肉(2)上连接有导气管(6)，气动肌肉(2)的轴向与吸能盒(1)的纵向平行，气动肌肉(2)的一端插入固定座(3)中并通过铆钉(4)固定，气动肌肉(2)的另一端置于导轨(5)中随气动肌肉(2)的主动收缩改变吸能盒整体的刚度，在导轨(5)中沿约束方向滑动，气动肌肉(2)与导轨孔的孔壁之间预留有容纳气动肌肉(2)膨胀的间隙；气动肌肉(2)通过导气管(6)与空气压缩机相连，从空气压缩机至气动肌肉(2)的导气管(6)的管路上依次设置有气压调节装置、气压传感器和电磁阀，气压调节装置、气压传感器和电磁阀分别与中央处理器相连，中央处理器再与载荷传感器相连。

2.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的吸能盒，其特征在于吸能盒(1)为波纹管结构。

3.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的吸能盒，其特征在于沿吸能盒(1)的纵向在盒体中开有一个导轨孔，在导轨孔中安装有气动肌肉(2)，气动肌肉(2)的轴向与吸能盒(1)的中轴线重合。

4.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的吸能盒，其特征在于沿吸能盒(1)的纵向在盒体中开有5个导轨孔，其中的1个导轨孔的轴向与吸能盒(1)的中轴线重合，其余4个导轨孔均匀分布在以其中轴线为圆心的圆周上。

5.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的吸能盒，其特征在于气动肌肉(2)通过导气管(6)与空气压缩机相连。

6.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的吸能盒，其特征在于在吸能盒(1)的安装端面上开有螺纹孔(7)，该基于气动肌肉的吸能盒通过螺栓固定安装在汽车的保险杠和前纵梁之间。

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