CN111391798A - 具有转向能力的快响应爆胎应急支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有转向能力的快响应爆胎应急支架，包括伸缩气缸、柔性传动机构、变阻力车轮和控制箱，所述的控制箱固定在车辆底盘上，其内设有转向控制系统和高压气体控制系统，所述伸缩气缸的内部贯穿有柔性传动机构，其底部通过柔性传动机构与变阻力车轮连接，伸缩气缸的顶部与控制箱固定，所述柔性传动机构的顶部与转向控制系统连接。本发明具有响应速度快、触地冲击力小、空间占用率小等优点；同时本方案采用了柔性传动机构和变阻力车轮等装置，可在汽车驱动轮爆胎失效的情况下，实现车轮的转速和转向的可控，提高爆胎事故发生后驾驶员对车辆方向与速度的控制能力，切实有效地保护驾驶员的生命财产安全。

Description

具有转向能力的快响应爆胎应急支架

技术领域

本发明涉及一种应急支架，尤其涉及一种具有转向能力的快响应爆胎应急支架。

背景技术

随着生活水平的发展，汽车逐渐融入人们的生活，成为人们必不可少的代步工具。汽车的大规模普及带来的行车安全问题日益增多，为应对安全问题，汽车厂商在不断地完善汽车的安全保障系统，减小事故发生后的次生伤害。

汽车爆胎的危害在汽车安全问题中较为突出，汽车爆胎一般发生在高速、长时间行驶时，此时车辆速度较快，爆胎会造成车辆方向失衡并发生侧偏，此时若采取急踩刹车、变向过大等操作都会造成严重的事故。现有防护手段可分为三大类，一种是增加方向盘的转动阻尼，在传感器检测到车辆发生爆胎后限制方向盘的转动角度，防止司机师傅下意识地猛打方向盘造成车辆侧翻事故，但这种方法无法从根本上解决车身失衡问题；另一种是焦运良提出的释放刚性支撑架方案，在车辆发生爆胎后，液压缸将备用轮自动弹出，维持车身水平平衡，但是这种方法存在方向不可控、备用轮转速不可控、占地面积大、响应速度慢等缺点；最后一种是张欢提出的安装防爆胎方案，可在爆胎事故后弹出轮毂内的刚性垫充物，但刚性车轮工作时的冲击力大，方向可控性与驾驶体验有所欠缺。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种能够在车辆发生爆胎事故后，快速做出响应，平稳而迅速地释放变阻力车轮的具有转向能力的快响应爆胎应急支架。

技术方案：本发明包括伸缩气缸、柔性传动机构、变阻力车轮和控制箱，所述的控制箱固定在车辆底盘上，其内设有转向控制系统和高压气体控制系统，所述伸缩气缸的内部贯穿有柔性传动机构，其底部通过柔性传动机构与变阻力车轮连接，伸缩气缸的顶部与控制箱固定，所述柔性传动机构的顶部与转向控制系统连接。

所述的伸缩气缸包括多个气缸，每两个气缸之间沿其径向方向设有气缸限位机构，伸缩气缸内部设有防爆气囊，底部设有限位环，所述防爆气囊的顶部固定在伸缩气缸上部，防爆气囊底部与限位环接触，限制了防爆气囊膨胀时的方向性，减小了伸缩气缸对气密性的制造要求，为伸缩气缸的运动提供可靠的动力保障。

所述的气缸限位机构包括用于连接两个气缸的螺丝，螺丝外部设有限位销，螺丝下部套有弹簧，所述的弹簧位于螺丝和限位销之间，气缸限位机构保证了伸缩气缸的运动行程可控，同时保证了整体刚性，提高了连接的可靠性。

所述防爆气囊的顶部固定有气体阀门，所述的气体阀门通过伸缩气缸上部的导气管与高压气体控制系统连接，通过气体阀门向防爆气囊内冲入高压惰性气体。

所述的柔性传动机构包括多个传动节，柔性传动机构的底部贯穿有轴套，轴套的两侧设有变阻力车轮，轴套上方设有刚性限位板，所述的刚性限位板与伸缩气缸的底部连接，将变阻力车轮承受的支撑力从柔性传动机构传递到伸缩气缸上，保证了快响应爆胎应急支架的结构刚度。

所述的刚性限位板设在限位环的外侧。

所述的变阻力车轮包括丝杆，所述的丝杆上套有楔形块，楔形块与其下方的刹车副配合，所述的刹车副下方设有刹车片，所述的刹车片套在车轴上。

所述的转向控制系统包括电机，电机上连接有传动齿轮，传动齿轮与转向齿轮啮合，所述的转向齿轮固定在柔性传动机构的上部，转向齿轮顶部设有编码器。

有益效果：本发明具有响应速度快、触地冲击力小、空间占用率小等优点；同时本方案采用了柔性传动机构和变阻力车轮等装置，可在汽车驱动轮爆胎失效的情况下，实现车轮的转速和转向的可控，提高爆胎事故发生后驾驶员对车辆方向与速度的控制能力，切实有效地保护驾驶员的生命财产安全。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的伸缩气缸示意图；

图3为本发明的气缸限位机构示意图；

图4为图2端部的放大图；

图5为本发明的传动节示意图；

图6为本发明的三维侧视图；

图7为本发明的变阻力车轮示意图；

图8为本发明的防爆气囊示意图；

图9为图8中的气体阀门放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图9所示，本发明包括伸缩气缸14、柔性传动机构3、变阻力车轮16和控制箱，控制箱固定在车辆底盘上，其内设有转向控制系统41和高压气体控制系统17，如图6所示。伸缩气缸14的内部贯穿有柔性传动机构3，其底部通过柔性传动机构3与变阻力车轮16连接，伸缩气缸14的顶部与控制箱固定，柔性传动机构3的顶部与转向控制系统41连接。

如图2所示，伸缩气缸14包括依次连接的一号气缸1、二号气缸2、三号气缸4、四号气缸5和五号气缸7，每两个气缸之间沿其径向方向设有气缸限位机构。如图3所示，气缸限位机构包括限位销9、螺丝10和弹簧11，以四号气缸5和五号气缸7之间的限位机构为例说明，四号气缸5和五号气缸7之间沿其径向方向对应开设有限位槽，通过螺丝10连接四号气缸5和五号气缸7，螺丝10外侧设有限位销9，限位销9和螺丝10之间设有弹簧11，弹簧11套在螺丝10的下部位置。当伸缩气缸14移动时，气缸限位机构在限位槽内滑动，当气缸限位机构滑动至工作位置后，弹簧11将限位销9卡在限位槽内，限制伸缩气缸14移动，进而保证伸缩气缸14位置的唯一性、整体结构的刚性与连接的可靠性。

伸缩气缸14与转向控制系统41、高压气体控制系统17、柔性传动机构3相连，起到支撑和固定快响应爆胎应急支架的作用。伸缩气缸14内部设有防爆气囊35，防爆气囊35的顶部与一号气缸1的上部固定，底部与限位环12接触，限位环12位于刚性限位板8内侧。如图8所示，防爆气囊35由气体阀门33、上阀门固定板34，下固定板36组成，上阀门固定板34上通过螺纹连接有气体阀门33，上阀门固定板34与一号气缸1固定，下固定板36与限位环12接触，限制了防爆气囊35膨胀时的方向性，减小了伸缩气缸14对气密性的制造要求，为伸缩气缸14的运动提供可靠的动力保障。上阀门固定板34与下固定板36一方面限制防爆气囊35充气后的膨胀方向，另一方面为防爆气囊35与伸缩气缸14的接触面提供一定的刚性保护。

如图9所示，气体阀门33包括单通阀芯39，单通阀芯39的两侧各设有一块电磁铁37，单通阀芯39的顶部设有进气口40和排气口38，进气口40通过伸缩气缸14上部的导气管13与高压气体控制系统17连通，排气口38通过伸缩气缸14上部的排气孔与外界连通。高压气体控制系统17接收到系统发出的工作指令后，电磁铁37开始工作，推动单通阀芯39向左移动，进气口40导通，并向防爆气囊35内冲入高压惰性气体，防爆气囊35体积膨胀，推动伸缩气缸14运动，当伸缩气缸14运动到指定位置后，防爆气囊35体积不变，此时压强会继续增大，当气压达到设定的阈值时主控板发出指令，电磁铁37开始工作，推动单通阀芯39向另一边移动，排气口38导通释放压力。

如图2和图4所示，伸缩气缸14中央贯穿有柔性传动机构3，通过柔性传动机构3连接变阻力车轮16与转向控制系统41。柔性传动机构3采用多个如图5所示的传动节22连接组成，位于最底部的传动节22上贯穿有轴套15，如图1所示，轴套15两侧各连接有一个变阻力车轮16，轴套15起到限制变阻力车轮16的位置关系的作用。轴套15的上方设有刚性限位板8，柔性传动机构3通过刚性限位板8与五号气缸7铆接，从而使伸缩气缸14形成相对密封的空间，限制防爆气囊35的膨胀，并将变阻力车轮16所受的支撑力传递到伸缩气缸14上，保持快响应爆胎应急支架的结构刚度。柔性传动机构3的顶部套有转向齿轮21。此外，由若干节传动节22组成的柔性传动机构3能够在保证可靠传递扭矩的同时，保持一定柔性，当伸缩气缸14处于收缩态时，柔性传动机构3可以盘结在车辆底部，减小快响应爆胎应急支架的占用空间。

如图7所示，变阻力车轮16包括车轮和阻力控制装置，车轮包括轮毂24和橡胶轮胎32；阻力控制装置包括刹车片23、丝杠螺母27，楔形块28，丝杠29，刹车副30和减速电机31。刹车片23套在车轴25上，刹车片23上方设有刹车副30，刹车副30顶部与楔形块28配合，楔形块28套在丝杆29上，丝杆螺母27的端部与减速电机31连接，丝杆螺母27的外侧套有轴承26。当变阻力车轮16接收到减速的指令后，驱动减速电机31、丝杠29转动，在丝杠螺母27的作用下变为楔形块28的左右移动，进而推动刹车副30移动，改变刹车副30与刹车片23的接触松紧程度，进而改变车轮的转动速度，实现变阻力车轮16速度的可控。变阻力车轮16与柔性传动机构3相连，柔性传动机构3与转向控制系统41相连，当转向控制系统41接收到转动指令后会向柔性传动机构3传递转动扭矩，柔性传动机构3将转动扭矩传递给变阻力车轮16，实现变阻力车轮16转向的可控。

如图6所示，转向控制系统41包括编码器18、传动齿轮20、电机19和转向齿轮21，电机19与传动齿轮20连接，传动齿轮20与转向齿轮21啮合，转向齿轮21套在柔性传动机构3顶部，转向齿轮21的顶部还设有编码器18。转向控制系统41接收到车辆发出的转向信号后，驱动电机19转动，并通过传动齿轮20、转向齿轮21向柔性传动机构3传递转动扭矩，带动柔性传动机构3转动，此过程中通过编码器18获得柔性传动机构3相对应的转动角度信息。

本发明的具体工作方式为：

控制系统通过车辆自带的胎压计时刻监测车辆胎压信息，当控制系统检测到车辆爆胎信息后，触发紧急响应机制：高压气体控制系统17开始工作，向防爆气囊35充入惰性高压气，防爆气囊35膨胀并推动伸缩气缸14运动，伸缩气缸14滑动并通过气缸限位机构进行限位。在此过程中，柔性传动机构3在伸缩气缸14推动下，从车底盘蜷缩状态迅速伸展，并通过刚性限位板8与伸缩气缸14底部铆合，承载车辆自重，当伸缩气缸14运动到限定位置时不再移动，此时防爆气囊35内压强会再次增大，当气压达到阈值时，高压气体控制系统17切换气体阀门33的工作状态，开启排气通道，释放防爆气囊35内的高压气体，并通过伸缩气缸14壁上的排气孔排出气体，防止防爆气囊35膨胀状态下干涉转向系统的转动，提高快响应爆胎应急支架的安全性。

防爆气囊35中的气体排出后，转向控制系统41开始工作，根据车辆自带的传感器获取车辆方向、加速度信息以及编码器18读值，确定变阻力车轮16的转动方向、转动角度以及相应的转速信息，而后通过控制电机19、传动齿轮20、转向齿轮21的转动带动柔性传动机构3与变阻力车轮16的转动方向，实现变阻力车轮16转向的可控；此外，变阻力车轮16可以通过改变刹车片23与刹车副30接触的松紧程度，改变变阻力车轮16的转动速度，实现变阻力车轮16转速的可控。

本发明通过高压气体驱动防爆气囊35，进而推动伸缩气缸14向下运动，并逐步约束柔性传动机构3的形变，当伸缩气缸14运动到指定行程位置时，柔性传动机构3伸直并与伸缩气缸14形成铆合，将地面对变阻力车轮16的支撑力通过伸缩气缸14传递到车身，实现车身的再平衡。采用柔性传动机构3和变阻力车轮16等装置，实现车轮的转速和转向的可控，提高爆胎事故发生后驾驶员对车辆方向与速度的控制能力，有效降低爆胎事故后车辆失控造成的二次伤害的概率。本发明在车辆发生爆胎事故后，能够快速做出响应，平稳而迅速地释放爆胎应急支架，快速恢复车辆的车身平衡，有效地减少爆胎应急支架释放触地时对车辆的冲击力。

Claims (8)

1.一种具有转向能力的快响应爆胎应急支架，其特征在于，包括伸缩气缸(14)、柔性传动机构(3)、变阻力车轮(16)和控制箱，所述的控制箱固定在车辆底盘上，其内设有转向控制系统(41)和高压气体控制系统(17)，所述伸缩气缸(14)的内部贯穿有柔性传动机构(3)，其底部通过柔性传动机构(3)与变阻力车轮(16)连接，伸缩气缸(14)的顶部与控制箱固定，所述柔性传动机构(3)的顶部与转向控制系统(41)连接。

2.根据权利要求1所述的具有转向能力的快响应爆胎应急支架，其特征在于，所述的伸缩气缸(14)包括多个气缸，每两个气缸之间沿其径向方向设有气缸限位机构，伸缩气缸(14)内部设有防爆气囊(35)，底部设有限位环(12)，所述防爆气囊(35)的顶部固定在伸缩气缸(14)上部，防爆气囊(35)底部与限位环(12)接触。

3.根据权利要求2所述的具有转向能力的快响应爆胎应急支架，其特征在于，所述的气缸限位机构包括用于连接两个气缸的螺丝(10)，螺丝(10)外部设有限位销(9)，螺丝(10)下部套有弹簧(11)，所述的弹簧(11)位于螺丝(10)和限位销(9)之间。

4.根据权利要求2所述的具有转向能力的快响应爆胎应急支架，其特征在于，所述防爆气囊(35)的顶部固定有气体阀门(33)，所述的气体阀门(33)通过伸缩气缸(14)上部的导气管(13)与高压气体控制系统(17)连接。

5.根据权利要求1所述的具有转向能力的快响应爆胎应急支架，其特征在于，所述的柔性传动机构(3)包括多个传动节(22)，柔性传动机构(3)的底部贯穿有轴套(15)，轴套(15)的两侧设有变阻力车轮(16)，轴套(15)上方设有刚性限位板(8)，所述的刚性限位板(8)与伸缩气缸(14)的底部连接。

6.根据权利要求5所述的具有转向能力的快响应爆胎应急支架，其特征在于，所述的刚性限位板(8)设在限位环(12)的外侧。

7.根据权利要求1或5所述的具有转向能力的快响应爆胎应急支架，其特征在于，所述的变阻力车轮(16)包括丝杆(29)，所述的丝杆(29)上套有楔形块(28)，楔形块(28)与其下方的刹车副(30)配合，所述的刹车副(30)下方设有刹车片(23)，所述的刹车片(23)套在车轴(25)上。

8.根据权利要求1所述的具有转向能力的快响应爆胎应急支架，其特征在于，所述的转向控制系统(41)包括电机(19)，电机(19)上连接有传动齿轮(20)，传动齿轮(20)与转向齿轮(21)啮合，所述的转向齿轮(21)固定在柔性传动机构(3)的上部，转向齿轮(21)顶部设有编码器(18)。

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