CN1222432C - 螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，它包括螺纹导杆、螺纹管、电机和保险杠组件，螺纹导杆一端以螺纹联接套装于螺纹管内，另一端伸出管外并与电机相连，保险杠组件与螺纹导杆伸出端或螺纹管的底端相接。本发明在汽车发生碰撞事故之前，能根据车速的大小自动伸缩；在汽车发生碰撞事故时，能通过螺纹的剪切变形能吸收巨大的碰撞能量，并确保碰撞过程具有平稳的力—变形特性，同时避免汽车车体遭受破坏；当汽车碰撞事故发生后，只需更换本装置即可，从而实现既保护车内乘员安全又保护汽车本身的目的。

Description

螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置

技术领域  本发明属于汽车防护装置，具体涉及一种汽车碰撞吸能装置。

背景技术  目前，成熟的汽车防护措施主要包括安全气囊、安全带、防撞减震(活塞式)保险杠、ABS防抱死系统、侧防撞横梁、侧气囊等等，这些措施的本质都主要是对碰撞瞬间驾乘人员的安全保护，而忽略了车的保护，这是国际汽车碰撞防护领域的产业技术特征。目前在汽车上使用的各种碰撞防护装置都难以避免在发生碰撞时汽车遭受不同程度的损坏。而车辆与人身双保险应是汽车碰撞防护装置的重点研究方向。由碰撞控制结构设计理论与方法可知：汽车碰撞能量主要靠汽车车体的破坏性大变形来吸收。要想研究一种既保护车又保护乘员的汽车碰撞安全性新结构就必须使其具有大的变形、平稳的力—变形特性、巨大的吸收碰撞能量的能力。公告号为CN2521093Y的专利，公开了一种汽车撞击缓冲吸能保护装置，它是利用受力弹簧将撞击动能转变为弹性势能吸收，从而在无法避免的撞车时可有效保护驾驶员、乘员的生命安全，保护汽车的主要部件免受损坏。由于弹簧的作用力非常数，则作用于车辆上的冲击减速度非常数，冲击过程不平稳，不符合碰撞控制结构设计理论与方法。

发明内容  本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，在汽车发生碰撞事故之前，该装置能根据车速的大小自动伸缩；在汽车发生碰撞事故时，该装置通过螺纹的剪切变形能吸收巨大的碰撞能量，并确保碰撞过程具有平稳的力—变形特性，同时避免汽车车体遭受破坏；当汽车碰撞事故发生后，只需对本发明的装置进行更换即可，从而实现既保护车内乘员安全又保护汽车本身的目的。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：它包括螺纹导杆、螺纹管、电机和保险杠组件，所述的螺纹导杆一端以螺纹联接套装于螺纹管内，另一端伸出管外并与电机的输出轴相连，所述的电机的机身固定于保险杆组件上。

作为本发明的进一步改进，所述的螺纹导杆的一端设有外螺纹，螺纹管内设有长度大于外螺纹长度的内螺纹。

所述螺纹导杆上的外螺纹强度大于螺纹管的内螺纹强度。

所述的螺纹管与螺纹导杆之间设有导筒，螺纹管的一端设有密封端盖。

所述的内、外螺纹为梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、圆形螺纹或三角形螺纹。

所述的保险杠组件包括安全栅栏和保险杠，安全栅栏与电机的机身固接，所述的螺纹导杆端部紧固连接有动端盖，电机轴与动端盖通过鍵紧固连接，固结有电机的安全栅栏通过轴承与动端盖相连，安全栅栏上连接有止动盖，保险杠装设于安全栅栏上。

所述的螺纹管后端设有油管接口和油压传感器，螺纹管底端设有溢流阀。

所述的安全栅栏或保险杆上设有碰撞传感器。

本发明安装于汽车前部或尾部，在汽车发生碰撞时，碰撞力直接作用在螺纹导杆上，并传递至螺纹导杆与螺纹管的螺旋接触副上，导杆沿螺纹管轴线纵向移动，引起螺纹管螺纹的剪切变形，也就是我们通常所说的“滑丝”；通过这种“滑丝”而吸收巨大的碰撞能量，使汽车车身免遭损坏，同时，由于螺纹“滑丝”所需的力基本为一常数，能够确保碰撞过程具有平稳的力—变形特性，具有既保护车又保护乘员安全的两大优点。

本发明的吸能装置在电机的驱动下，螺纹导杆沿螺纹管轴线运动，实现螺纹导杆的伸缩，其伸缩长度与车辆行驶速度有关，可在汽车上安装车速传感器，通过汽车中央控制器，控制电机的运转，从而控制导杆的伸缩，车速越高则导杆伸出越长，车速降低时，导杆伸出部分缩短，使其能够适用于城市、高速公路等多种复杂道路情况的行驶，在车辆密集的地方可有效降低车身长度；在停车状态，可将螺纹导杆完全缩进，以有效的降低汽车的停车面积，缩短汽车的前悬长度。

本发明在螺纹管后端设有油管接口和油压传感器，它既可作为储备汽车用液压油的储油箱，也是吸收能量、散热和卸荷的工作工质；它还是制动主油缸中贮存制动油液的地方，有效地降低了汽车的有效质量，使汽车尽可能的轻量化。螺纹管内装入液压油，碰撞事故发生时，螺纹导杆会压缩螺纹管后端的液压油，使与之相连的制动主缸的油压升高而实现汽车的自动紧急刹车制动。通过油压传感器，可将液压油的压力传送到汽车中央控制器，实现汽车的防抱死控制。螺纹管底端装有溢流阀，压力传感器传输信号通过中央控制器实现对溢流阀的控制，保持螺纹管中的油压稳定，使碰撞时作用在螺纹导杆上的力更加平稳，充分保护乘客和汽车的安全。当碰撞非常剧烈，压力升高很快，液压油来不及通过电脑的控制到达制动主缸时，该溢流阀就开始工作，使一部分液压油流出螺纹管外，达到卸荷的目的；同时，液压油的外流必然会在道路上流下液压油曲线，可为碰撞事故责任的确定提供依据。

在安全栅栏或保险杆上设有碰撞传感器，当汽车受到前方一定角度范围内的碰撞时，碰撞传感器就会将检测到的信号传送至中央控制器，启动汽车的刹车系统，有效地降低汽车碰撞对于车辆与乘员安全的危害性。

本发明设计新颖，结构简单，成本低，安装方便可靠，油压传感器，微型马达、碰撞传感器等均可采用标准件。

本发明既可在新车制造中与车身制成一体，也可作为汽车配件对车辆改装。当汽车碰撞事故发生后，只需对本发明的装置进行更换即可。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1A处局部放大图；

图3为图1的左视图；

图4为本发明实施例在发生碰撞后的结构示意图；

图5为本发明装于汽车前部、汽车低速行驶时的示意图。

图6为本发明装于汽车前部、汽车高速行驶时的示意图。

图7为螺纹导杆伸缩长度与车速的关系示意图。

图中各标号表示：1、螺纹导杆，2、密封端盖，3、螺纹管，4、导筒，5、溢流阀，6、油管接口，7、油压传感器，8、电机，9、安全栅栏，10、保险杆，11、动端盖，12、止动盖，13、轴承，15、碰撞传感器，L、螺纹导杆伸出长度，V、车速。

具体实施方式  本发明的螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，是建立在现代结构力学、物体大变形特性、微电子技术的基础上，设计新颖的一种长度可根据车速自动伸缩的能量吸收装置。

如图1～4所示，本发明包括螺纹导杆1、螺纹管3、电机8和保险杠组件，螺纹导杆1的一端设有外螺纹，为保证具有足够刚性同时又能减轻车身重量，将其设计为两端实中间空的空心杆；螺纹管3内设有长度大于螺纹导杆1的外螺纹长度的内螺纹，外螺纹强度高于内螺纹，为了提高吸能能力，将其制成梯形螺纹，螺纹导杆1套旋于螺纹管3内，螺纹管3与螺纹导杆1之间非螺纹联接段设有导筒4，螺纹管1的一端设有密封端盖2，密封端盖2中设有密封毡圈。在汽车发生碰撞时，碰撞力直接作用在螺纹导杆1上，并传递至螺纹导杆1与螺纹管3的螺旋接触副上，螺纹导杆1在螺纹管3中纵向移动，并像刀子一样切削螺纹管3的螺纹，引起该螺纹的剪切变形而吸收巨大的碰撞能量。保险杠组件包括安全栅栏9和保险杠10，该栅栏是具有一定刚度的刚体，其外可包裹有橡胶罩，用来保护车外人员的安全，保险杠10焊接于安全栅栏9上，它可根据不同车型作成各种形状，在发生碰撞时将变形，保险杠10与安全栅栏9作成一整体既是为了保证美观也是为了安装方便。安全栅栏9与电机8的机身固结，螺纹导杆1端部用螺钉紧固连接有动端盖11，电机8的输出轴装入动端盖11的内孔中，两者通过鍵连接，固结有电机8的安全栅栏9通过轴承13与动端盖11相连，安全栅栏9上还连接有止动盖12，对动端盖11作轴向定位；运转时，动端盖11随螺纹导杆1一起在安全栅栏9和止动盖12之中旋转。在电机8的驱动下，螺纹导杆1沿螺纹管3轴线运动，实现螺纹导杆1的伸缩，其伸缩情况与车辆行驶速度有关，车速越高则伸出越长。为此，可通过车速传感器将车速信号传送至中央控制器，从而控制电机8的运转，使螺纹导杆1随车速变化在螺纹管3中旋转收缩。如图5所示，在低速行驶、城市车辆密集或停车时，螺纹导杆1收缩直至全部缩回，有效地降低了车身长度。如图6所示，当汽车在高速公路上行驶，车速较高的情况下，发生碰撞时的危险性也随之增加，因为汽车具有的碰撞能量与车速的平方成正比，此时，螺纹导杆1伸出较长，若发生碰撞，则可吸收巨大的碰撞能量。螺纹导杆伸缩长度与车速之间的关系示意图如图7所示，此关系可参照汽车行驶时所具有的动能与车速的关系来确定。

在螺纹管3后端设有油管接口6和油压传感器7，管内装入液压油，它既可作为储备汽车用液压油的储油箱，也是吸收能量、散热和卸荷的工作工质；它还是制动主油缸中贮存制动油液的地方，有效地降低了汽车的有效质量，使汽车尽可能的轻量化。碰撞事故发生时，螺纹导杆1会压缩螺纹管3后端的液压油，使液压油压力升高，使与之相连的制动主缸的油压升高，实现汽车的自动紧急制动。通过油压传感器6，可将液压油的压力传送到汽车控制中心，实现汽车的防抱死控制；螺纹管3底端装有溢流阀5，压力传感器6传输信号通过中央控制器实现对溢流阀5的控制，保持螺纹管3中的油压稳定，从而使吸收能量和碰撞平稳，充分保护乘客和汽车的安全。当碰撞非常剧烈时，压力升高很快，液压油来不及通过电脑的控制到达制动主缸时，该溢流阀5就开始工作，使一部分液压油流出螺纹管3外，达到控制螺纹管3中的油压稳定的状态；同时，由于事故已经发生，液压油的外流必然会在道路上流下一喷射状的液压油曲线，可为碰撞事故责任的确定提供依据，可以通过它来判断碰撞时车辆的碰撞速度，碰撞能量。

本发明在安全栅栏9上设有碰撞传感器15，当汽车受到前方一定角度范围内的高速碰撞时，碰撞传感器15就会检测到汽车突然减速的信号并传送至中央控制器，启动汽车的刹车系统，有效的降低汽车碰撞对于车辆与人身安全的危害性。

下面对本发明的工作原理进一步阐述如下：汽车停止时，或者在低车速行驶状态下，或者是城市行驶车辆密集时，车速传感器将车速信号传送至中央电脑，使电机8反转，螺纹导杆1在螺纹管3中旋转收缩直至全部缩回，有效地降低停车时的车身长度。当汽车在高速公路上行驶时，在车速高的情况下，碰撞的危险性也随之增加，这时，通过车速传感器传送过来的数据，中央电脑通过判断，使螺纹导杆1向外伸长，以在发生碰撞时有效的吸收能量。在汽车不可避免地发生碰撞时，碰撞力直接作用在螺纹导杆1上，并传递至螺纹导杆1与螺纹管3的接触副上，螺纹导杆1在螺纹管3中纵向滑动，像刀子一样切削螺纹管3的螺纹，引起该螺纹的剪切变形而吸收巨大的碰撞能量。使汽车车身免遭损坏，达到既保护车又保护人身安全的双重效果。

当汽车受到前方一定角度范围内的高速碰撞时，安装在安全栅栏9上的碰撞传感器15就会检测到碰撞信号，传感器触点闭合，将碰撞信号传送至中央电脑，启动汽车的自动刹车等一系列动作，有效的降低汽车碰撞对于车辆与人身安全的危害性，同时，中央电脑还接受来自螺纹管3中的油压传感器6传送过来的信号，实现对油压恒定性的控制，使汽车碰撞特性接近理想状态。

本发明适用于在新车制造中与车身制成一体，也适用于作为汽车配件对车辆改装。

Claims (9)

1、一种螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，其特征在于它包括螺纹导杆(1)、螺纹管(3)、电机(8)和保险杠组件，所述的螺纹导杆(1)一端以螺纹联接套装于螺纹管(3)内，另一端伸出管外并与电机(8)的输出轴相连，所述的电机(8)的机身固定于保险杆组件上。

2、根据权利要求1所述的螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，其特征在于所述的螺纹导杆(1)的一端设有外螺纹，螺纹管(3)内设有长度大于外螺纹长度的内螺纹。

3、根据权利要求2所述的螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，其特征在于所述螺纹导杆(1)上的外螺纹强度大于螺纹管(3)的内螺纹强度。

4、根据权利要求3所述的螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，其特征在于所述的螺纹管(3)与螺纹导杆(1)之间设有导筒(4)，螺纹管(3)的一端设有密封端盖(2)。

5、根据权利要求4所述的螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，其特征在于所述的内、外螺纹为梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、圆形螺纹或三角形螺纹。

6、根据权利要求1～5中任一权利要求所述的螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，其特征在于所述的保险杠组件包括安全栅栏(9)和保险杠(10)，安全栅栏(9)与电机(8)的机身固接，所述的螺纹导杆(1)端部紧固连接有动端盖(11)，电机(8)的输出轴与动端盖(11)通过键紧固连接，固结有电机(8)的安全栅栏(9)通过轴承(13)与动端盖(11)相连，安全栅栏(9)上连接有止动盖(12)，保险杠(10)装设于安全栅栏(9)上。

7、根据权利要求6所述的螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，其特征在于所述的螺纹管(3)后端设有油管接口(6)和油压传感器(7)，螺纹管底端设有溢流阀(5)。

8、根据权利要求7所述的螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，其特征在于所述的安全栅栏(9)或保险杆(10)上设有碰撞传感器(15)。

9、根据权利要求7所述的螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置，其特征在于所述的螺纹导杆(1)为实心杆，或为两端实中间空的空心管。

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