CN1583472A - 保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全技术及装置 - Google Patents
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Abstract
一种保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全技术，其特征在于，汽车减速、制动以及保险杠主动前伸防撞是在汽车智能化微电脑控制系统作用下自动进行的；与保险杠相连的缓冲机构不影响汽车正常外观，不改变汽车车架主体结构，液压缓冲器在碰撞过程中通过可变节流方式实现匀减速缓冲，有效降低碰撞的加速度峰值。由此设计的一种汽车防撞安全装置由微电脑控制系统和液压缓冲后座系统连接组成。其优点是：可以自动监测汽车是否存在碰撞的危险并能自动刹车减速，有效减少交通事故；可以在碰撞无法避免时主动防撞、有效增加前后车身碰撞缓冲区，大幅缓冲吸能，变硬碰撞为软接触。本装置装配在汽车上后能反复使用，自动化程度高，安全效果好。
Description
技术领域
本发明涉及汽车安全技术及装置，具体指一种保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全技术及装置。
背景技术
汽车的安全性是汽车最基本也是最重要的性能，尤其是随着汽车数量日益增多、高速公路和高等级公路不断延伸，车速愈来愈高，汽车交通事故随之增多。据世界卫生组织统计，自20世纪50年代以来，全世界丧生于车祸的人数已经超过了第二次世界大战的死亡人数，目前全世界每年死于车祸的人数超过100万人，伤残人数达数千万。有资料显示，我国是交通事故最严重的国家之一，我国每年因交通事故死亡的人数已连续三年超过10万人。交通事故不仅造成巨额的经济损失，而且导致了诸多社会问题。汽车安全方面的研究工作已引起各国政府有关部门和世界各大汽车公司的高度重视。
统计资料显示，在各种交通事故类型中，碰撞事故占绝大多数，其中尤其是正面碰撞事故占首位，侧面碰撞和追尾碰撞次之。因此，世界各国都把避免和减少交通事故，尤其是汽车碰撞事故作为共同关注的紧迫课题。而到目前为止，包括正被日趋推广的汽车防抱死制动系统(ABS)、车距报警系统、驾驶辅助预警系统等在内的汽车主动安全装置，虽然技术上已日臻成熟，但在雨雪、大雾等特定气候和路面条件下，汽车碰撞的交通事故仍然无法避免。在汽车被动安全防护方面，包括安全气囊(Safety Airbag)、安全带、安全座椅头枕、防撞车身、塑性吸能保险杠等在内的汽车被动安全装置，虽挽救了不少人的生命，但随着平均车速不断提高、发生的碰撞不断加剧，仍然不能有效地抵抗巨大的碰撞力而降低交通事故的死亡率。即使作为高技术产品之一的安全气囊也常因早爆、误爆和对儿童妇女的不适保护等事故而导致汽车乘员不应有的伤亡。研究表明，车辆碰撞事故由两个不同过程连续构成。碰撞对汽车乘员的伤害除因汽车结构破损而使乘员被挤压或暴露在汽车外面的原因外，主要还由于碰撞使汽车的速度急剧减小，产生了瞬间的巨大减速度造成的。当车辆与固定障碍物碰撞时，汽车接触部位附近的车身发生变形，车辆产生很大的减速度，在几百乃至几十毫秒的瞬间内停止运动甚至反向运动，此时车内乘员因惯性作用继续向前运动而与汽车内部结构物发生第二次碰撞。车辆的损毁程度取决于第一次碰撞，而车内乘员的伤害程度则主要取决于第二次碰撞的剧烈程度，第二次碰撞的减速度越大受害越严重。目前汽车普遍采用位置固定的刚性保险杠，即便是弹性或“塑性吸能”型保险杠，其弹性或塑性变形幅度也是十分有限的(通常最大为5至10cm)，仅能在低速(小于8km/h)的汽车碰撞中保证车内乘员的安全，被动安全方面主要依靠可以塑性变形的前后车身结构，通过以牺牲车辆来最大限度地保护车内乘员的安全。然而，对于一般轿车车身结构而言，前后车身变形量最终还是有限的，以最长压缩变形量45至50cm计算，在保障车内乘员损伤不超规定指标(人体模块受力不能大于11110牛顿，胸部合成加速度不能大于60倍重力加速度)的前提下，计算出车辆所能承受的碰撞速度上限值约为58.6至61.7km/h。用弹性材料做成的各种防撞装置虽有一定的缓冲作用，但因弹性物体只能储能不能吸能，汽车碰撞后往往出现反向加速度而使车体和乘员不能幸免于难。现有的各种防撞吸能保险杠和缓冲吸能装置专利，却因其作用范围有限和作用效果欠佳而得不到应用和推广。例如CN1056462A虽采用了油缸缓冲阻尼器及随动刹车活门结构，但由于其前端的保险杠不能主动前伸，碰撞缓冲幅度十分有限，汽车主体和乘员仍然会受到强大的碰撞力，前端车体也会因碰撞而变形；其随动刹车装置也因必须在碰撞发生后才起作用，此时路面提供的摩擦阻力对于减少巨大的瞬间碰撞力已意义不大。CN2464581Y和CN2555197Y虽都采用了保险杠可以伸出车外的缓冲机构，但因为是分别靠手拉和脚踩式人工控制，而汽车发生碰撞主要就是意外情况，驾驶员往往措手不及，不可能有时间去拉动伸缩拉线或及时踩压到换向阀，使缓冲防撞构件迅速伸出到位；且其阻流门片上的回流小孔和油缸后腔溢流阀不能随碰撞过程而变化，不具备实现匀减速缓冲、消除加速度峰值的条件，不能保证伸缩杆被压缩到极限位置时硬性碰撞不会发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有汽车安全技术防撞效果不佳、碰撞过程车辆损失惨重，现有缓冲装置不能有效抵抗汽车中高速碰撞力的不足，本发明在不改变汽车原有的正常行驶和停车状态外观造型的情况下，提供一种兼有预警、自动刹车、主动防撞、有效延长汽车前后车身碰撞缓冲区的匀减速缓冲吸能、综合汽车主动安全技术与被动安全技术的智能化保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全技术及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全技术，其特征在于，汽车减速、制动以及保险杠主动前伸防撞是在汽车智能化微电脑控制系统作用下自动进行的；与保险杠相连的缓冲机构不影响汽车正常行驶和停车状态外观，不改变汽车车架主体结构，液压缓冲器在碰撞过程中通过可变节流方式实现匀减速缓冲，有效降低碰撞的减速度峰值。
本发明还设计了一种实现保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全技术方法的装置。该装置由一套带有激光或超声测距机的微电脑控制系统和一套可以前伸的液压缓冲后座系统连接组成。微电脑控制系统由一台单片机为核心部件，它与测距机采用输出/输入双回路电连接；它的报警信号输出端与报警器电连接；它的减速刹车和主动防撞信号输出端与汽车减速刹车和主动防撞控制器电连接；控制器再分别与减速刹车压力继电器和主动防撞压力继电器电连接。单片机和控制器安装在仪表板下适当位置，测距机安装在汽车前部两侧与前车灯同高位置，报警器安装在驾驶室仪表板上，减速刹车压力继电器和防撞压力继电器设置在汽车刹车踏板下，二者的高度位置不同，防撞压力继电器的位置低于刹车压力继电器，减速刹车压力继电器与汽车的节气阀和刹车高压气(油)阀相连接，防撞压力继电器与防撞高压油阀相连接。液压缓冲后座系统主要由两个内部带有节制装置的阻退机和防撞保险杠组成，它安装在汽车前横梁上，其中两个阻退机筒通过固定体分别对称固定在汽车左右前纵梁位置的前横梁上，两个阻退机的驻退杆的前端与防撞保险杠用螺钉连接，该连接可以在水平方向作一定角度的转动，其中一个连接点还可以同时向保险杠的外侧作一定距离的滑动，以应对来自前方一侧的正面偏置碰撞。防撞保险杠可以是在普通刚性保险杠的基础上在其前端附加一定厚度的弹性材料，用于汽车在发生较低速碰撞而保险杠没有前伸动作的情况下防撞缓冲。阻退机内腔装有油液(阻退液)，机筒内为阻退杆，阻退杆是一后端带有大活塞的空腔管，开口向后，在其后部靠近大活塞位置开有四个导流孔，使油液能通过小孔在管腔内外间高速流动；其内腔壁上沿轴向开有两条前浅后深的凹槽，凹槽始于阻退杆在回缩的正常位置时小活塞与阻退杆内腔的结合处，终于阻退杆内腔的最后端；阻退杆内腔后端通过螺纹连接有一个中心沿轴向开孔的节制环。阻退杆内为一根前端带小活塞的节制杆，节制杆是一前细后粗的空心长杆，前端与小活塞用螺纹连接，后端与阻退机筒后端盖螺纹连接。节制杆与节制环之间以及凹槽与小活塞之间的配合作用使节制环内能通过液体的环形面积和凹槽内通过液体的面积随着阻退杆的回缩而逐渐变小，该节制装置可以使阻退杆受压后不会出现减速度的巨大峰值，减缓碰撞开始瞬间的碰撞强度，并能使阻退杆的运动最终停下来。在节制杆外小活塞与节制环之间套有细长弹簧，细长弹簧使阻退杆在正常状态下处于回缩的正常位置。当汽车与障碍物间的相对速度超出预定量而相对距离小于安全值时，微电脑控制系统发出危险警告信号，此时若司机仍未采取减速制动措施而危险值继续升高时，微电脑控制系统将进一步发出自动减速刹车和主动防撞控制信号，减速刹车和防撞控制器通过减速刹车压力继电器和防撞压力继电器的作用即时自动减速刹车和启动液压缓冲后座系统进行工作，使防撞保险杠立即大幅度前伸(60至80cm)，阻退杆的最大行程还可根据设计的碰撞速度要求而定。当碰撞发生时，防撞保险杠首先接触障碍物，碰撞力经保险杠作用在两个阻退机上，阻退杆大活塞和节制杆小活塞推动阻退液高速运动而使巨大的动能转化为热能，达到能够大幅度缓冲吸能的防撞效果。
本发明的有益效果是：可以自动监测汽车是否存在碰撞的危险并自动刹车减速，能有效减少汽车发生碰撞事故；可以在碰撞无法避免时主动防撞、大幅度缓冲吸能，变硬碰撞为软接触，能有效防止发生碰撞时对汽车造成的损毁和对乘员造成的损伤。本发明设计的装置装配在汽车上后能反复使用，自动化程度高，安全效果好。
附图说明：
图1是本发明的总体结构图；
图2是本发明的微电脑控制系统CPU工作主程序流程图；
图3是保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞装置的微电脑控制系统电路图；
图4是保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞装置的液压缓冲后座系统的一个阻退机的纵剖面构造图。
图中：1.单片机，2.测距机，3.报警器，4.控制器，5.电源，6.减速刹车压力继电器，7.防撞压力继电器，8.刹车踏板，9.阻退机筒，10.阻退杆，11.防撞保险杠，12.节制杆，13.固定体，14.节制环，15.后端盖，16.导管，17.紧塞器，18.小活塞，19.凹槽，20.导流孔，21.大活塞，22.储油箱，23.超压阀，24是油泵，25.高压油箱，26.单向限流阀，27.人工复位座，28.细长弹簧。
具体实施方式：
下面通过附图表示的实施例对本发明作进一步的详述：
具体实施例一：当汽车启动或打开电源开关后，本装置即进入工作状态。微电脑控制系统的单片机1不断地向测距机2发出4kHz以上的高频遥测信号，测距机2把测得数据即时传回单片机1。单片机1经计算和判断，若汽车与障碍物间的相对速度和相对距离达到报警设定值时，单片机1即向报警器3输出报警信号，此时报警器3向驾驶员发出报警的声光信号；若相对速度和相对距离达到碰撞设定值时，单片机1进一步向刹车和防撞控制器4发出信号，刹车和防撞控制器4即分别向减速刹车压力继电器6和防撞压力继电器7发出刹车和防撞控制电信号，减速刹车压力继电器6即自行拉动节气阀和打开刹车高压气(油)阀而使汽车减速刹车；防撞压力继电器7即自动接通防撞高压油箱25油路上的高压油阀，高压油箱25内的油液通过防撞压力继电器7下的高压油阀和单向限流阀26流经节制杆12的空心内腔进入阻退杆10内前腔，从而克服细长弹簧28的弹力使阻退杆10和防撞保险杠11立即大幅度前伸。当阻退杆10前伸到位后，单向限压阀26的阀门在阀门弹簧力的作用下随即关闭。碰撞发生时，防撞保险杠11首先接触障碍物，碰撞力经防撞保险杠11作用在两个阻退杆10上，阻退杆大活塞21和节制杆小活塞18互为反向推动阻退液通过导流孔20和凹槽19高速运动而使巨大的动能转化为热能。大活塞21后腔内的阻退液因受压流过节制环14后大部分通过导流孔20流向阻退杆10外的大活塞21前腔；小部分因阻退机内有效容积变小而通过小活塞18处的凹槽19流向阻退杆10的内腔前端，再通过节制杆12的空心内腔后冲开人工复位座27下的超高压油阀流回储油箱22。由于节制杆12和节制环14之间以及小活塞18和凹槽19之间的配合作用，使阻退杆10的运动速度逐渐变小，并最终停止运动，一次碰撞缓冲过程终了，液压缓冲后座系统的阻退杆10和防撞保险杠11恢复到正常位置。
具体实施例二：本装置采用自动控制与人工控制并列设置，当司机认为有必要人工启用液压缓冲系统时，只要将刹车踏板8踩到向下极限位置，也能在脚踩刹车的基础上接通防撞高压油阀，而使阻退杆10和防撞保险杠11立即前伸，完成人工防撞缓冲过程。若阻退杆10和防撞保险杠11前伸后碰撞并没有发生，此时只要用力按下人工复位座27的压杆，阻退机内的高压油液即可从复位座27下的压力阀门流回储油箱22内，阻退杆10和防撞保险杠11在细长弹簧28的弹力作用下缓慢回缩到正常状态的位置。
本发明的汽车用智能化主动作用型保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全装置既可单独安装在汽车前部，也可以同时安装在汽车前部和汽车尾部，用于防止前碰和追尾碰撞事故的发生。当同一辆汽车上安装两套本装置时，还可以共用同一台单片机实现自动控制，以充分利用设备资源，降低成本。
Claims (6)
1、一种保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全技术，其特征在于，汽车减速、制动以及保险杠主动前伸防撞是在汽车智能化微电脑控制系统作用下自动进行的；与保险杠相连的缓冲机构不影响汽车正常行驶和停车状态外观，不改变汽车车架主体结构，液压缓冲器在碰撞过程中通过可变节流方式实现匀减速缓冲，有效降低碰撞的减速度峰值。
2、根据权利要求1所述的保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全技术，其特征在于系统不间断地自动监测车距车速，并随时判断汽车是否存在碰撞的危险并自动刹车减速；可以在碰撞无法避免时主动防撞、有效延长汽车前后车身碰撞缓冲区，大幅度缓冲吸能，变硬碰撞为软接触，能有效防止发生碰撞时对汽车造成的损毁和对乘员造成的损伤。
3、一种实现保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全技术的装置，由微电脑控制系统和液压缓冲后座系统组成，其特征是：微电脑控制系统主要由单片机、测距机、报警器、减速刹车和主动防撞控制器组成，液压缓冲后座系统主要由两个内部带有节制装置的阻退机和防撞保险杠组成，二者通过控制器作用下的防撞压力继电器连接。
4、根据权利要求3所述的保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全装置，其特征是：其微电脑控制系统由一台单片机为核心部件，它与测距机采用输出/输入双回路电连接，它的报警信号输出端与报警器电连接，它的减速刹车和主动防撞信号输出端与汽车减速刹车和主动防撞控制器电连接，控制器再分别与减速刹车压力继电器和主动防撞压力继电器电连接。
5、根据权利要求3所述的保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全装置，其特征是：系统控制下的减速刹车压力继电器与汽车的节气阀和刹车高压气(油)阀相连接，防撞压力继电器与防撞高压油阀相连接，且都设置在汽车刹车踏板下，二者的高度位置不同，防撞压力继电器的位置低于刹车压力继电器。
6、根据权利要求3所述的保险杠前伸式汽车液压缓冲自动防撞安全装置，特征是：其液压缓冲后座系统安装在汽车前横梁上，其中两个阻退机筒通过固定体分别对称固定在汽车左右前纵梁位置的前横梁上，阻退机内腔装有油液(阻退液)，机筒内为带有活塞的空腔阻退杆，两个驻退杆的前端与防撞保险杠用螺钉连接，该连接可以在水平方向作一定角度的转动，其中一个连接点还可以同时向保险杠的外侧作一定距离的滑动；阻退杆后部靠近大活塞位置有沟通腔内外的导流孔，在阻退杆内腔壁上沿轴向开有前浅后深的凹槽，在阻退杆后部末端内腔通过螺纹连接有一个中心沿轴向开孔的节制环；阻退杆内是一根前端带小活塞的空心的节制杆，其前端与小活塞用螺纹连接，后端与阻退机筒后盖螺纹连接，节制杆与节制环之间以及凹槽与小活塞之间的配合作用使节制环内能通过液体的环形面积和凹槽内通过液体的面积随着阻退杆的回缩而逐渐变小，该节制装置可以使阻退杆受压后不会出现减速度的巨大峰值，减缓碰撞开始瞬间的碰撞强度，并能使阻退杆的运动最终停下来；在节制杆外小活塞与节制环之间套有细长弹簧，细长弹簧使阻退杆在正常状态下处于回缩的正常位置。
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