CN201062056Y - 一种汽车碰撞保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车碰撞保护装置，两条滑道安装在汽车底盘的两边上，内舱安装在两条滑道上，在两条滑道和内舱接触的位置安装两个压力传感器，座椅安装在内舱底板上部，预张紧安全带安装在座椅上，两个减震器安装在内舱下部的两侧，减震器固定在内舱和汽车底盘之间，锁止部件固定在汽车底盘上，第一碰撞传感器安装在汽车前部，车速传感器安装在速度表处，第一控制器用于根据车速传感器和两个压力传感器传来的数据控制两个减震器的刚度，第二控制器根据第一碰撞传感器传来的信号控制预张紧安全带和锁止部件的开合。采用了本实用新型的技术方案，能够再加入一级缓冲，使得乘员运动的更多能量被吸收，从而降低了伤亡概率。

Description

一种汽车碰撞保护装置

技术领域

本实用新型涉及汽车安全技术领域，尤其涉及一种汽车碰撞保护装置。

背景技术

随着汽车技术、道路交通系统的不断发展完善，公路运输越来越快捷，同时，汽车安全问题也凸显了出来。据统计，全世界每年因道路交通事故死亡的人数高达50万之多，伤1000万人以上，我国是世界上交通事故最多的国家之一，近几年伤亡人数呈上升趋势。汽车在方便人们出行，加速人类文明进步的同时，也无形中成为了人类的又一杀手。

目前的汽车安全技术包括汽车缓冲系统，在汽车发生正碰后，保险杠及发动机舱塑性形变吸能；安全带展开束缚作用，阻止乘员向前运动的同时吸能；乘员随后撞向安全气囊完成最后一个吸能过程。即便如此，剩余的能量还是很大的。

为了降低伤亡概率，现有技术中还可以将人与座椅通过安全带锁成一个整体，在碰撞时，人仅仅带动座椅缓冲移动。但是这个设计存在一定的问题：首先，前排乘员的膝盖离仪表板很近，甚至挨上，没有足够的移动空间，即便是豪华汽车，座椅向前运动，生存空间减小，大腿的轴向力也很容易超过10000N的标准；其次，正碰时后排乘客会撞向前排座椅产生巨大的推力，就算前排座椅缓冲系统的强度足够大而不被撞坏，前排乘员也会被推向方向盘、储物盒或是气囊，可能造成更大的伤害。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种汽车碰撞保护装置，当汽车发生正碰或者追尾事故时，能够在上述三级缓冲之间再加入一级缓冲，使得乘员运动的更多能量被吸收，从而降低了伤亡概率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种汽车碰撞保护装置，包括内舱、第一碰撞传感器、两条滑道、两个压力传感器、两个减震器、车速传感器、锁止部件、第一控制器、第二控制器、座椅和预张紧安全带，所述两条滑道分别安装在汽车底盘的两边上，所述内舱安装在所述两条滑道上，在所述两条滑道和所述内舱接触的位置分别安装所述两个压力传感器，所述座椅安装在所述内舱底板上部，所述预张紧安全带安装在所述座椅上，所述两个减震器分别安装在内舱下部的两侧，所述减震器的一端与所述内舱固定在一起，另一端与汽车底盘固定在一起，所述锁止部件一端固定在汽车底盘上，可伸缩的一端卡在所述内舱底板上的锁止孔中，所述第一碰撞传感器安装在汽车前部，所述车速传感器安装在汽车的速度表处，所述第一控制器与所述车速传感器、所述两个压力传感器和所述两个减震器分别连接，用于根据所述车速传感器和所述两个压力传感器传来的数据控制所述两个减震器的刚度，所述第二控制器与所述第一碰撞传感器、所述预张紧安全带和所述锁止部件分别连接，所述第二控制器根据所述第一碰撞传感器传来的信号控制所述预张紧安全带和所述锁止部件的开合。

还包括第二碰撞传感器和第三控制器，所述第二碰撞传感器安装在汽车后部，所述第三控制器与所述第二碰撞传感器和所述锁止部件分别连接，所述第三控制器根据所述第二碰撞传感器传来的信号控制所述锁止部件的开合。

还包括气囊，所述气囊安装在所述内舱的前部，所述气囊与所述第二控制器连接，所述第二控制器根据所述第一碰撞传感器传来的信号控制所述气囊。

还包括不少于一组的限位部件，分布在所述内舱下部两侧，所述每组限位部件包括三个橡胶块，其中两个橡胶块纵向固定在汽车底盘上，另一个橡胶块固定在所述内舱底板下部，并且位于固定在汽车底盘的另外两个橡胶块之间。

还包括不少于一组的翻滚保障部件，分布在所述内舱下部两侧，所述每组翻滚保障部件包括两个相互勾连的断面为L形的构件，其中一个构件的一端固定在所述内舱底板下部，另一个构件的一端固定在汽车底盘上。

包括方向盘，所述方向盘固定在所述内舱前部，所述方向盘连接的转向管柱通过花键与万向节连接，所述花键水平设置，而且可以伸缩。

包括离合器踏板、油门踏板和制动踏板，所述离合器踏板、油门踏板和制动踏板固定在所述内舱前部，所述离合器踏板可以是拉线离合器踏板，也可以是液力式的，所述油门踏板可以是拉线油门踏板，也可以是电子油门踏板，所述制动踏板是液力式的

汽车仪表板的下部与上部分离，所述汽车仪表板的下部固定在所述内舱的前部，碰撞时可随内舱一起前后移动，上部固连于车身，不可移动。

所述内舱的前部的下部为只能向所述座椅方向活动的可移动板。

变速器操纵杆和驻车制动器手柄与所述内舱之间留有可移动的空间，所述内舱的底部与汽车底盘的结构相对应。

采用了本实用新型的技术方案，具有以下优点：

1、撞车时，乘员带动内舱这一整体的前后缓冲运动，能够吸收更多能量，这比传统汽车多了一级缓冲；

2、转向管柱两段花键水平对接的设计可使方向盘随内舱一起前后运动，避免了它对驾驶员胸部的更大威胁；

3、制动传力装置由机械杠杆变为液压传力可使制动踏板随内舱前后移动，不会使碰撞时驾驶员脚部的伤害更严重。

附图说明

图1是安装了碰撞保护装置的汽车的横向剖面结构示意图；

图2是安装了碰撞保护装置的汽车的纵向剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在采用了本实用新型技术方案中的汽车碰撞保护装置的车辆驾驶室内，安装了一个可以移动的的内舱，该内舱相对独立于汽车车体。前后排座椅、部分仪表板、方向盘和驾驶员脚下的几个踏板均属于内舱的一部分。在内舱与汽车底盘之间装有滑道、压力传感器、锁止部件、翻滚保障部件、限位部件以及与半主动悬架技术原理相同的可调阻尼吸能的减震器，在汽车前后部安装有碰撞传感器，在汽车速度表处安装有车速传感器。

随着车载重量(内舱重量)以及汽车行驶速度的变化，车速传感器和压力传感器不断作出反应，并发送给控制器，然后控制器不断调节两只减震器的刚度，使其随时保持最佳工作状态以备事故发生。事故发生时，碰撞传感器反应，控制器解除锁止部件释放内舱，使内舱在减震器阻力的作用下向前或向后缓冲移动，吸收更多能量，延长力的作用时间，减轻乘员在事故中的伤害，从而提高了车辆的安全性。

图1是安装了碰撞保护装置的汽车的横向剖面结构示意图，图2是安装了碰撞保护装置的汽车的纵向剖面结构示意图。如图1、图2所示，汽车1的外部与现有汽车的外部基本一致，也包括后视镜2、车轮6，车轮之间通过后桥10连接，汽车碰撞保护装置包括内舱(未示出)、第一碰撞传感器11、两条滑道5、两个压力传感器(未示出)、两个减震器8、车速传感器(未示出)、锁止部件9、第一控制器(未示出)、第二控制器(未示出)、座椅3、前座预张紧安全带16、后座预张紧安全带17、第二碰撞传感器19、第三控制器(未示出)、气囊(未示出)、限位部件23、翻滚保障部件7、方向盘15、转向管柱(未示出)、花键27、万向节(未示出)、离合器踏板(未示出)、油门踏板(未示出)和制动踏板25。

内舱是整个碰撞保护装置中最关键、最重要、与人最密切的总成，发生事故时就是依靠它的前后缓冲移动来提高安全性。座椅及预张紧安全带、部分仪表板、方向盘以及三个踏板均安置于此，翻滚保障部件、滑道、限位部件、转向机构等均服务于内舱。发生碰撞时内舱要承受很大的作用力，所以内舱地板要结构合理，并且能均匀分配作用力。

前后排座椅安装于内舱地板4上，安装方式以及座椅前后调节机构与传统汽车的完全一样。不同的是，前排安全带的卷收器21不再置于B柱下，而是置于座椅后的内舱地板中，安全带绕过座椅靠背系到人身，卡在前席安全带扣22上。由于靠背要受力，还应增加一些刚性件。后排安全带卷收器18固定在座倚靠背之后，并且卡在后席安全带扣20上。这样，在所有乘员都系好安全带的前提下，事故发生时安全带锁止，乘员向前的冲力通过安全带传递至内舱，这时成员与内舱可视为一个整体向前缓冲运动。为使缓冲系统的保护效果更好，车辆最好装配预张紧安全带。在此必须声明一点：要让系统起到保护作用，所有乘员都必须系好安全带。

一对滑道安装于汽车底盘上，与内舱下部的小轮配合，在内舱运动时起导向作用，它们对称地分布在底盘的左右两侧，与翻滚保障部件平行，两个滑道上分别装有压力传感器，内舱的重量会通过小轮传递到压力传感器上。

在汽车前后部分别安装有第一碰撞传感器和第二碰撞传感器。安装在速度表处的车速传感器用于测定车速大小的。两个减震器的工控原理与半主动悬架的工控原理完全相同：电脑通过电动机调节活塞上通孔的大小改变阻尼，减震器的一端与内舱固定在一起，另一端与汽车底盘固定在一起。

车辆启动后，车速传感器以及安装在底盘滑道上的压力传感器反应，将信号传递至第一控制器，第一控制器将数据综合分析后，发出信号给两个减震器阻尼调节装置分别调节两个减震器刚度以达到最佳保护效果。

设想，当一辆内舱质量不平均分配(例如仅一个100kg的人坐在驾驶席上的状态为质量不平均分配，两个50kg的人分别坐在驾驶席和副驾驶席上的状态称为质量平均分配。)的汽车发生正碰事故时，碰撞保护装置要想达到最佳保护状态，两边减震器的刚度一定不等，质量大的一边所对应的减震器刚度一定要大，若刚度一样滑道会扭曲变形。

即使都是平均分配，但内舱总重(包括乘员及驾驶室中的行李)不同的两辆完全相同的汽车以等速发生正碰，内舱质量大的车所对应的减震器刚度应较质量小的车大。

安装在左右滑道上的两个压力传感器分别将信号给第一控制器，使第一控制器随时知道车内乘员和行李的总重及质量分布情况。

两辆完全相同的汽车，在内舱的重量及分配完全相同的情况下以不等速发生正碰事故，那么，高速车上的减震器刚度应较低速车的大。

要说明的一点是，车辆被追尾时，乘员重伤乃至死亡的概率远远小于正碰事故，再加上追尾事故的严重程度无法依靠车速传感器预测。所以，减震器的的刚度主要是根据预测正碰的后果而定的，在车辆被追尾时，减震器的刚度可能会不合适，但它也会起到一定的缓冲保护效果。

另外，内舱不是永远都能前后移动的，若不加限制，乘员在紧急制动或突然加速时内舱可能会被前后晃来晃去，在车辆的某种运动状态下，由发动机以及悬架等所产生的震动会传递至减震器，使系统产生共振。这些都严重影响了舒适性。所以，要设计成只有当碰撞发生时内舱才可前后移动。

两个锁止部件对称分布于底盘上。该部件由壳体、压紧弹簧、电磁线圈、铁芯及柱铁五部分组成。当汽车正常行使时，柱铁插在内舱中，使内舱固定，不会随着车辆运动状态的改变而相对车身移动，柱铁的插入点在后排座椅下部，故不会影响乘员脚下的舒适空间。

当第二控制器或第三控制器接收到碰撞信号后，会立即向锁止部件通电，使柱铁被电磁吸入壳体中，内舱被释放，可以向前或向后缓冲运动了。

车前的第一碰撞传感器连接的第二控制器同时控制系统锁止部件、气囊和预张紧安全带，但车后的第二碰撞传感器反应后，其连接的第三控制器仅仅解开锁止部件，释放内舱。

如果内舱底部没有保障装置，当汽车发生翻滚事故时整个内舱总成会脱落下来，将乘员倒扣在车顶，造成严重后果。因此在内舱底部和汽车底盘之间装有翻滚保障部件，两对断面为“L”形的结构分别固定于车身底盘上部和内舱底板下部，这样在翻滚事故中，内舱会被倒挂在车身底盘上，保障了内舱的稳固性。该装置的纵向长度没必要特别大，甚至贯通整个内舱底部。这样设计的可靠性固然很好，但会增大车重。理论上讲，只要L结构的长度大于内舱的冲程就可以，关键是坚固性要好，必要时可安置两组甚至更多翻滚保障装置。

方向盘必须固定在内舱上，发生事故后要随之一起移动。否则，驾驶员向前移动而方向盘静止，驾驶员的面部及胸部会直接撞向方向盘及气囊，反而更危险。基于上述考虑，转向管柱被设计为前后两段，前段连接到转向器28，固定于车身，不可移动。后段(包括方向盘)固定在内舱上，可随之一起移动。两段依靠花键水平对接。这样，在正常情况下，花键可传递方向盘转向扭矩；在发生事故系统启动后，内舱向前或向后移动时，水平段的花键会压缩或伸长，从而保证了系统的工作与转向系的工作互不影响。

司机脚下的三个踏板均要固定在内舱上，事故发生时随内舱一起向前或向后移动。

系统对离合器传动机构没有过高要求，只要是拉线或液压传力的即可。应避免装配机械杠杆传力机构。因为当内舱前后移动时，拉线或液力导管均不会损坏也不会阻碍内舱运动。相反，杠杆传动机构既可能自身弯折，又会阻碍内舱移动。

在装有缓冲系统的车中，节气门开度控制机构与传统车辆完全一样。既可用拉线又可用电子油门(e-GAS)。事故发生时，内舱的前后移动导致油门踏板的运动可能会引起节气门开度瞬间的改变，但这已经不重要了。

在交通事故中，制动踏板对驾驶员脚部的伤害是不容忽视的。当内舱向前移动时，如果制动踏板不动，它会对人造成更大伤害。

传统的制动传力机构采用杠杆结构，与离合器杠杆传动机构的道理一样，这无法满足要求。所以特别将其改进为液力装置，踏下制动踏板，活塞推动油液压动真空助力器12的活塞再推动推杆推向主缸活塞。这样，在系统正常工作的同时，油管不会折断损坏。

前排座椅的前方有很大的一部分空间被方向盘及仪表板总成占据了，让方向盘随内舱移动的问题已经解决了，关键是仪表板如何调整。很明显，总成上的仪表、中控台以及空调出风口不能安装在内舱上。让仪表板总成整个都可前后移动不太现实。

仪表板被设计为上下两部分，上部分13还是以传统方式固定于前围板上部，不可移动。下部分14包括储物盒、副席气囊以及前排乘员膝盖前部的部分结构属于内舱。这样保证了在正碰时，前排乘员膝盖前部的结构也会向前运动。

这样的设计还有一个好处：内舱的上部(储物盒等乘员膝盖前方物体)离前围板比较远，当汽车以特别高的速度正碰导致前围板或其他结构凸进驾驶室后，它们一般不会堵在内舱前面从上部阻止内舱的移动。凸进的结构会向驾驶室内顶来上部分仪表板，使上下部分仪表板相互错开的程度较大，但乘员前方的上部分仪表板离人较远；中控台正好在驾驶员与副驾驶员中间，故不容易对人造成直接威胁。由于上下部分仪表板相错，气囊的打开可能会受影响，所以可在上部分仪表板上设计出一个大盖子，当气囊启动时盖子被炸开给气囊留出可移动的空间。

防止前围板从上部阻止内舱运动的问题已经解决。下面讨论如何从中下部防止前围板阻止内舱运动。装载缓冲系统的汽车，内舱的下前部24(脚经常放置的地方)要与前围板26留出一定的空隙以供内舱移动之用，道理同上，当车身形变非常严重时，凸进的前围板也可能会从中下部阻止内舱移动。其实在交通事故中前围板下部严重变形的可能性较小。因为大多数汽车在碰撞时发动机会向前翻下，而在车身结构中，前围板的上前部为发动机罩，中下部分的前方没有东西。出于严谨考虑，内舱下前部被设计成仅能单向活动的可移动板，它只能相对内舱向座椅方向移动，当脚向前踏时，它是被锁止的。当碰撞不是非常严重时，乘员的脚推向可移动板使之相对内舱静止而随之一起向前移动。当碰撞非常严重以至于前围板下部严重凸进驾驶室时，可移动板被顶起，也就是乘员的脚部及小腿部的运动已经终止，但大腿以及上身可继续向前缓冲。这时乘员的腿部可能会受伤比较严重，但生命更重要。

另外副仪表板包括变速器操纵杆及驻车制动器手柄不能固定于内舱之上，还应固定于车身，但在它们前后一定要预留出供内舱移动的空间。

车身底盘不一定平整，如FR车变速器部位凸起的结构可能会对内舱的移动有影响。在此须说明一点，内舱底部并非全封闭的，它的设计可以根据底盘的结构形势做出相应的调整。

在追尾事故中，汽车会向前产生巨大的加速度。行李箱中的物品会骤然聚积在车尾，这样，行李箱前部的空间便空余出来。内舱的向后运动可以设计为让其占用行李箱空间，达到了空间复合利用的目的。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，包括内舱、第一碰撞传感器、两条滑道、两个压力传感器、两个减震器、车速传感器、锁止部件、第一控制器、第二控制器、座椅和预张紧安全带，所述两条滑道分别安装在汽车底盘的两边上，所述内舱安装在所述两条滑道上，在所述两条滑道和所述内舱接触的位置分别安装所述两个压力传感器，所述座椅安装在所述内舱底板上部，所述预张紧安全带安装在所述座椅上，所述两个减震器分别安装在内舱下部的两侧，所述减震器的一端与所述内舱固定在一起，另一端与汽车底盘固定在一起，所述锁止部件一端固定在汽车底盘上，可伸缩的一端卡在所述内舱底板上的锁止孔中，所述第一碰撞传感器安装在汽车前部，所述车速传感器安装在汽车的速度表处，所述第一控制器与所述车速传感器、所述两个压力传感器和所述两个减震器分别连接，用于根据所述车速传感器和所述两个压力传感器传来的数据控制所述两个减震器的刚度，所述第二控制器与所述第一碰撞传感器、所述预张紧安全带和所述锁止部件分别连接，所述第二控制器根据所述第一碰撞传感器传来的信号控制所述预张紧安全带和所述锁止部件的开合。

2.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，还包括第二碰撞传感器和第三控制器，所述第二碰撞传感器安装在汽车后部，所述第三控制器与所述第二碰撞传感器和所述锁止部件分别连接，所述第三控制器根据所述第二碰撞传感器传来的信号控制所述锁止部件的开合。

3.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，还包括气囊，所述气囊安装在所述内舱的前部，所述气囊与所述第二控制器连接，所述第二控制器根据所述第一碰撞传感器传来的信号控制所述气囊。

4.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，还包括不少于一组的限位部件，分布在所述内舱下部两侧，所述每组限位部件包括三个橡胶块，其中两个橡胶块纵向固定在汽车底盘上，另一个橡胶块固定在所述内舱底板下部，并且位于固定在汽车底盘的另外两个橡胶块之间。

5.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，还包括不少于一组的翻滚保障部件，分布在所述内舱下部两侧，所述每组翻滚保障部件包括两个相互勾连的断面为L形的构件，其中一个构件的一端固定在所述内舱底板下部，另一个构件的一端固定在汽车底盘上。

6.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，包括方向盘，所述方向盘固定在所述内舱前部，所述方向盘连接的转向管柱通过花键与万向节连接，所述花键水平设置，而且可以伸缩。

7.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，包括离合器踏板、油门踏板和制动踏板，所述离合器踏板、油门踏板和制动踏板固定在所述内舱前部，所述离合器踏板可以是拉线离合器踏板，也可以是液力式的，所述油门踏板可以是拉线油门踏板，也可以是电子油门踏板，所述制动踏板是液力式的。

8.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，汽车仪表板的下部与上部分离，所述汽车仪表板的下部固定在所述内舱的前部，碰撞时可随内舱一起前后移动，上部固连于车身，不可移动。

9.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，所述内舱的前部的下部为只能向所述座椅方向活动的可移动板。

10.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞保护装置，其特征在于，变速器操纵杆和驻车制动器手柄与所述内舱之间留有可移动的空间，所述内舱的底部与汽车底盘的结构相对应。

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