CN112009569A - 汽车、车身与副车架的主动分离系统及其主动分离螺栓 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车、车身与副车架的主动分离系统及其主动分离螺栓，该主动分离螺栓包括头部、设于头部下端的螺杆、设于头部上端的起爆器以及自头部的上端面延伸至螺杆内部的管腔，起爆器封堵住管腔的上端；还包括设于管腔内的推杆和炸药柱，推杆能够在管腔内上下移动且能够抵触管腔的底壁，炸药柱设置在推杆与起爆器之间，起爆器用于引爆炸药柱。当汽车发生碰撞并达到一定碰撞条件时，炸药柱爆炸，爆炸产生的冲击力推动推杆抵推管腔的底壁，使螺杆在底壁处发生断裂，由此实现车身与副车架的分离。该主动分离螺栓无需精准控制螺栓预紧力、控制简便，而且，整体结构简单、便于加工实施。

Description

汽车、车身与副车架的主动分离系统及其主动分离螺栓
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及车身与副车架的主动分离系统及其主动分离螺栓以及具有该主动分离系统的汽车。
背景技术
汽车结构设计时，通常使车身与副车架的连接部件在一定碰撞条件下能够失效破坏，使副车架在自身重力作用下与车身相互分离，由此减小动力总成对驾驶舱的入侵量、增大可供变形吸能空间，实现降低加速度、提高汽车碰撞安全性能、减少碰撞对驾驶员的伤害的目的。
目前，常用的车身与副车架的分离系统为钣金撕裂系统、螺栓脱落系统和螺栓剪断系统，这些系统均属于被动分离系统，主要依靠碰撞时传递到车身与副车架连接处的外力破坏钣金件或螺栓，其中，钣金撕裂系统的结构复杂、加工难度大、成本高，螺栓脱落系统和螺栓剪断系统虽然结构简单，但是需要准确地控制螺栓的预紧力，控制难度大。
有鉴于此，如何规避现有的被动分离式系统的弊端，以更简单、更便于控制的方式实现车身和副车架的碰撞分离，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种主动分离螺栓，所述主动分离螺栓包括头部、设于所述头部下端的螺杆、设于所述头部上端的起爆器以及自所述头部的上端面延伸至所述螺杆内部的管腔，所述起爆器封堵住所述管腔的上端；还包括设于所述管腔内的推杆和炸药柱，所述推杆能够在所述管腔内上下移动且能够抵触所述管腔的底壁，所述炸药柱设置在所述推杆与所述起爆器之间，所述起爆器用于引爆所述炸药柱。
使用时，将主动分离螺栓的螺杆拧于车身的螺纹孔和副车架的螺纹孔，并使管腔的底壁位于两螺纹孔之间。
当汽车发生碰撞并达到一定碰撞条件时，起爆器引爆炸药柱，爆炸产生的冲击力推动推杆，使推杆冲击管腔的底壁，致使螺杆在该底壁处发生断裂，由此使螺杆拧于车身的部分与拧于副车架的部分相互分离，从而使车身与副车架的脱离连接。
可见，该主动分离螺栓的螺杆的断裂依靠的是本身的炸药柱爆炸产生的冲击力，而不是碰撞时传递到车身与副车架连接处的外力，因此，相比背景技术而言，无需精准控制螺栓预紧力，使控制简便，而且，整体结构简单，便于加工实施。
如上所述的主动分离螺栓，所述螺杆的外周壁开设有环槽，所述环槽与所述管腔的底壁位于所述螺杆的同一横截面上。
如上所述的主动分离螺栓，所述推杆的外周壁与所述头部的内周壁之间设置密封圈，所述推杆的外周壁设置有密封槽，所述密封圈安装于所述密封槽。
如上所述的主动分离螺栓，所述头部的内周壁设置有朝上的第一台阶面，所述推杆的外周壁设置有朝下的第二台阶面，所述推杆向下移动到极限位置时，所述第二台阶面与所述第一台阶面相抵触。
如上所述的主动分离螺栓，所述头部的内周壁设置有朝上的第三台阶面，所述起爆器的外壳下端设置有环状凸台，所述环状凸台伸入所述管腔且下端面与所述第三台阶面相抵触。
如上所述的主动分离螺栓，所述炸药柱插装于所述环状凸台围合成的柱形空间。
如上所述的主动分离螺栓，所述起爆器还包括具有开关的电源、电雷管以及连接两者的导线，所述电源、所述电雷管和所述导线均设置在所述外壳内。
此外，本发明还提供一种车身与副车架的主动分离系统，所述主动分离系统包括上述任一项所述主动分离螺栓，还包括：
碰撞传感器，用于检测车辆的当前速度和当前加速度；
控制器和防护传感器，所述控制器内预设滤波程序，用于对所述碰撞传感器传递过来的速度信号和加速度信号进行滤波处理，并将处理后的信号传递给所述防护传感器；
所述防护传感器内预设车辆的速度阀值和加速度阀值，用于比较车辆的当前速度与所述速度阀值的大小及车辆的当前加速度与所述加速度阀值的大小，当判断车辆的当前速度大于所述速度阀值且车辆的当前加速度大于所述加速度阀值时，向所述主动分离螺栓的所述起爆器发出起爆信号。
如上所述的主动分离系统，所述速度阈值为30km/h，所述碰撞加速度阈值为40g，其中，g为重力加速度。
此外，本发明还提供一种汽车，所述汽车包括车身、副车架及分离两者的分离系统，所述分离系统为上述任一项所述的主动分离系统；所述车身设置有塔座，所述副车架设置有中塔；所述塔座设有第一螺纹孔，所述中塔设有第二螺纹孔，两者相互对齐；所述主动分离系统的所述主动分离螺栓的所述螺杆拧于所述第一螺纹孔和所述第二螺纹孔，且所述主动分离螺栓的所述管腔的底壁位于所述第一螺纹孔和所述第二螺纹孔之间。
附图说明
图1为本发明所提供的主动分离螺栓一种具体实施例的结构示意图；
图2为本发明所提供的汽车的车身与副车架通过图1中的主动分离螺栓相连的示意图；
图3为图2中各部件拆分状态下的示意图；
图4为本发明所提供的主动分离系统一种具体实施例的示意图。
其中，图1至图4中的附图标记说明如下：
11主动分离螺栓，111头部，112螺杆，1121环槽，113起爆器，1131外壳，1132环状凸台，114管腔，1141底壁，115推杆，116炸药柱，117密封圈，a第一台阶面，b第二台阶面，c第三台阶面；
1主动分离系统，12碰撞传感器，13控制器，14防护传感器，15供电模块，16指示灯；
2塔座，21钣金底板，22折边，23螺母，231第一螺纹孔；
3中塔，31第二螺纹孔。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明所提供的主动分离螺栓一种具体实施例的结构示意图；图2为本发明所提供的汽车的车身与副车架通过图1中的主动分离螺栓相连的示意图；图3为图2中各部件拆分状态下的示意图。
如图1所示，该主动分离螺栓包括头部111、螺杆112、起爆器113、管腔114、推杆115和炸药柱116。
图1中，螺杆112设于头部111的下端。管腔114自头部111的上端面延伸至螺杆112的内部。起爆器113设于头部111的上端并封堵住管腔114的上端，起爆器113用于引爆炸药柱116。推杆115装在管腔114内且能够在管腔114内上下移动且下端能够抵触管腔114的底壁1141。炸药柱116也装在管腔114内且位于推杆115和起爆器113之间。
需要说明的是，上下文关于主动分离螺栓的描述中提到的上、下方位词均是基于图1中的视角而言的，目的是清楚表达各部件的位置关系，不应当理解为对主动分离螺栓应用方位的限定，比如，实际应用中，可以使主动分离螺栓的头部111在下，螺杆112在上。
使用时，如图2和图3所示，主动分离螺栓的螺杆112拧于汽车车身的第一螺纹孔231和汽车副车架的第二螺纹孔31，并且，主动分离螺栓的管腔114的底壁1141位于第一螺纹孔231和第二螺纹孔31之间。
图2和图3中，车身的纵梁固连有塔座2，塔座2包括螺母23、钣金底板21和设置在钣金底板21四周的折边2，折边2的上缘焊接在车身的纵梁下方。钣金底板21开设有通孔(图中不可见)且上方焊接有螺母23，螺母23的螺纹孔为第一螺纹孔231，第一螺纹孔231与通孔对齐。副车架固连有中塔3，中塔3的上端设置第二螺纹孔31，第二螺纹孔31与第一螺纹孔231对齐，通孔位于第一螺纹孔231和第二螺纹孔31之间。
图2中，主动分离螺栓的螺杆112拧于第一螺纹孔231和第二螺纹孔31，且主动分离螺栓的管腔114的底壁1141位于通孔内。具体实施中，钣金底板21的厚度优选大于2.5mm，一方面利于保证足够的结构强度，另一方面利于容纳与管腔114的底壁1141对应的环槽1121关于环槽1121的设置记载在后文中。
当汽车发生碰撞并达到一定碰撞条件时，起爆器113引爆炸药柱116，爆炸产生的冲击力推动推杆115，使推杆115冲击管腔114的底壁1141，致使螺杆112在该底壁1141处发生断裂，由此使螺杆112拧于第一螺纹孔231的部分与拧于第二螺纹孔31的部分相互分离，从而使车身的塔座2与副车架的中塔3脱离连接。
可见，该主动分离螺栓的螺杆112的断裂依靠的是本身的炸药柱116爆炸产生的冲击力，而不是碰撞时传递到车身与副车架连接处的外力，因此，相比背景技术而言，无需精准控制螺栓预紧力，使控制简便，而且，整体结构简单，便于加工实施。
具体的，图1中，螺杆112的外周壁开设有环槽1121，该环槽1121与管腔114的底壁1141位于螺杆112的同一横截面上，换言之，螺杆112穿过该环槽1121的某个横截面与管腔114的底壁1141重合。优选的，螺杆112穿过该环槽1121最深处的横截面与管腔114的底壁1141重合。使用时，该环槽1121位于钣金底板21的通孔内。
通过设置环槽1121，可以弱化螺杆112对应管腔114底壁1141位置的强度，使螺杆112在环槽1121处发生断裂，保证螺杆112的断裂位置位于第一螺纹孔231和第二螺纹孔31之间，由此可以防止螺杆断裂但是中塔和塔座仍未脱离连接的情况发生。
具体的，图1中，推杆115的外周壁与头部111的内周壁之间设置密封圈117，推杆115的外周壁设置有密封槽，密封圈117安装于密封槽。
如此设置，推杆115、头部111的内周壁和起爆器113共同围合成密闭腔室，炸药柱116位于该密闭腔室内，以此利于提高炸药柱116爆炸时产生的冲击波的强度。
具体的，图1中，头部111的内周壁设置有朝上的第一台阶面a，推杆115的外周壁设置有朝下的第二台阶面b，推杆115向下移动到极限位置时，第二台阶面b与第一台阶面a相抵触。
如此设置，当推杆115向下移动到极限位置时，在第二台阶面b与第一台阶面a的抵触作用下，使推杆115保持与头部111的连接，防止推杆115在冲击力作用下弹射出去对汽车的部件造成不必要的伤害。
具体的，图1中，头部111的内周壁还设置有朝上的第三台阶面c，起爆器113的外壳1131的下端设置有环状凸台1132，环状凸台1132伸入管腔114且下端面与第三台阶面c相抵触。具体实施中，起爆器113的外壳1131可以焊接在头部111的上端，通过使环状凸台1132和第三台阶面c相互抵触，利于起爆器113的预定位，从而便于起爆器113与头部111的焊接。
具体的，图1中，炸药柱116插装于环状凸台1132围合成的柱形空间内。如此设置，可以使炸药柱116与起爆器113可靠连接，利于保证起爆器113有效引爆炸药柱116。
具体的，起爆器113的外壳1131内设置有具有开关的电源、电雷管以及连接两者的导线。起爆时，闭合电源的开关，电源向电雷管通电，通过电雷管引爆炸药柱116。
具体实施中，头部111的外周壁和起爆器113的外壳1131的外周壁均可以设置为横截面呈六边形的壁面，以便于螺栓的拧固。
请参考图4，图4为本发明所提供的主动分离系统一种具体实施例的示意图。
如图4所示，该主动分离系统包括图1中所示的主动分离螺栓，还包括碰撞传感器12、控制器13和防护传感器14。
其中，碰撞传感器12用于检测车辆的当前速度和当前加速度。
其中，控制器13内预设滤波程序，用于对所述碰撞传感器12传递过来的速度信号和加速度信号进行滤波处理，并将处理后的信号传递给所述防护传感器14；
其中，防护传感器14内预设车辆的速度阀值和加速度阀值，用于比较车辆的当前速度与所述速度阀值的大小及车辆的当前加速度与所述加速度阀值的大小，当判断车辆的当前速度大于所述速度阀值且车辆的当前加速度大于所述加速度阀值时，向所述主动分离螺栓11发出起爆信号。主动分离螺栓11的起爆器113的开关接收到起爆信号后闭合，使电路导通。
优选的，速度阈值为30km/h，碰撞加速度阈值为40g，其中，g为重力加速度。
具体的，图4中，还示出了为控制器13供电的供电模块15，以及显示控制器13运行状态的指示灯16。
以上对本发明所提供的汽车、车身与副车架的主动分离系统及其主动分离螺栓进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种主动分离螺栓，其特征在于，所述主动分离螺栓(11)包括头部(111)、设于所述头部(111)下端的螺杆(112)、设于所述头部(111)上端的起爆器(113)以及自所述头部(111)的上端面延伸至所述螺杆(112)内部的管腔(114)，所述起爆器(113)封堵住所述管腔(114)的上端；还包括设于所述管腔(114)内的推杆(115)和炸药柱(116)，所述推杆(115)能够在所述管腔(114)内上下移动且能够抵触所述管腔(114)的底壁(1141)，所述炸药柱(116)设置在所述推杆(115)与所述起爆器(113)之间，所述起爆器(113)用于引爆所述炸药柱(116)。
2.根据权利要求1所述的主动分离螺栓，其特征在于，所述螺杆(112)的外周壁开设有环槽(1121)，所述环槽(1121)与所述管腔(114)的底壁(1141)位于所述螺杆(112)的同一横截面上。
3.根据权利要求1或2所述的主动分离螺栓，其特征在于，所述推杆(115)的外周壁与所述头部(111)的内周壁之间设置密封圈(117)，所述推杆(115)的外周壁设置有密封槽，所述密封圈(117)安装于所述密封槽。
4.根据权利要求1或2所述的主动分离螺栓，其特征在于，所述头部(111)的内周壁设置有朝上的第一台阶面(a)，所述推杆(115)的外周壁设置有朝下的第二台阶面(b)，所述推杆(115)向下移动到极限位置时，所述第二台阶面(b)与所述第一台阶面(a)相抵触。
5.根据权利要求1或2所述的主动分离螺栓，其特征在于，所述头部(111)的内周壁设置有朝上的第三台阶面(c)，所述起爆器(113)的外壳(1131)下端设置有环状凸台(1132)，所述环状凸台(1132)伸入所述管腔(114)且下端面与所述第三台阶面(c)相抵触。
6.根据权利要求5所述的主动分离螺栓，其特征在于，所述炸药柱(116)插装于所述环状凸台(1132)围合成的柱形空间。
7.根据权利要求5所述的主动分离螺栓，其特征在于，所述起爆器(113)还包括具有开关的电源、电雷管以及连接两者的导线，所述电源、所述电雷管和所述导线均设置在所述外壳(1131)内。
8.一种车身与副车架的主动分离系统，其特征在于，所述主动分离系统(1)包括权利要求1-7任一项所述的主动分离螺栓(11)，还包括：
碰撞传感器(12)，用于检测车辆的当前速度和当前加速度；
控制器(13)和防护传感器(14)，所述控制器(13)内预设滤波程序，用于对所述碰撞传感器(12)传递过来的速度信号和加速度信号进行滤波处理，并将处理后的信号传递给所述防护传感器；
所述防护传感器(14)内预设车辆的速度阀值和加速度阀值，用于比较车辆的当前速度与所述速度阀值的大小及车辆的当前加速度与所述加速度阀值的大小，当判断车辆的当前速度大于所述速度阀值且车辆的当前加速度大于所述加速度阀值时，向所述主动分离螺栓(11)的所述起爆器(113)发出起爆信号。
9.根据权利要求8所述的主动分离系统，其特征在于，所述速度阈值为30km/h，所述碰撞加速度阈值为40g，其中，g为重力加速度。
10.汽车，所述汽车包括车身、副车架及分离两者的分离系统，其特征在于，所述分离系统为权利要求8-9任一项所述的主动分离系统(1)；所述车身设置有塔座(2)，所述副车架设置有中塔(3)；所述塔座(2)设有第一螺纹孔(231)，所述中塔(3)设有第二螺纹孔(31)，两者相互对齐；所述主动分离系统(1)的所述主动分离螺栓(11)的所述螺杆(112)拧于所述第一螺纹孔(231)和所述第二螺纹孔(31)，且所述主动分离螺栓(11)的所述管腔(114)的底壁(1141)位于所述第一螺纹孔(231)和所述第二螺纹孔(31)之间。
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