汽車碰撞主動防護系統的製作方法
2023-05-14 18:37:21 4
所屬技術領域
本發明涉及汽車碰撞主動防護系統，尤其是主動防護汽車碰撞技術領域。
背景技術：
眾所周知汽車碰撞的後果往往非常嚴重，車毀人亡的大量慘劇時刻在發生已成為一種世界性的公害。世界衛生組織《道路安全全球現狀報告》顯示，全球每年有127萬人死於道路交通事故。為了挽救生命減輕損失人們採取了許多措施，如汽車設計時使發動機前置有利於吸收碰撞能量；又如設置安全帶和安全氣囊保護司乘人員。
但是實踐證明發生碰撞時的能量巨大，而撞毀一臺發動機並不能顯著改變碰撞強度；安全帶在汽車速度低於30km/h的碰撞中尚能保護司乘人員的安全，但是在更高速度碰撞中一般無法保證安全。
為此人們又推出安全氣囊希望在高速碰撞下主要保護人體的頭部，從而挽救生命。然而據統計，配備安全氣囊的汽車發生正面碰撞時，致死的風險只降低了大約30％，頭部受傷率僅減少25％。
安全氣囊彈開時，氣囊會以大約300km/h的速度彈出，而由此所產生的撞擊力約有180公斤，這對於人體頭部、頸部較脆弱的關鍵部位就很難承受。因此，如果安全氣囊彈出時稍有差錯，就有可能使救命變成「奪命」。
目前的汽車安全防護措施所以不能令人滿意原因在於它們屬於被動式防護技術，是在碰撞發生以後才採取措施挽救生命。這就承認兩個極為不利的前提：對於碰撞強度無法控制以及留給採取措施的時間極其短促。當然結果也是不如人願。
技術實現要素：
針對目前汽車安全防護技術的上述問題，本發明旨在提供一種汽車碰撞主動防護系統，它能夠在碰撞發生之前採取措施使即將發生的碰撞強度大幅降低，從而保護司乘人員不至受到致命傷害。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：汽車碰撞主動防護系統由緩衝器、汽車底盤、保險槓、控制器部件構成，其特徵在於緩衝器設置於汽車底盤縱梁和保險槓之間並與二者相連接；或緩衝器設置於底盤縱梁上且在保險槓相對應位置留有孔洞；緩衝器由橡膠墊、緩衝頭、氣缸、複合活塞、缸體、止動環、定位孔構成；複合活塞由多級活塞串聯構成；氣泵設置於汽車底盤上，或設置於氣缸內部；控制器由控制合、傳感器、微處理器構成；氣泵由儲氣瓶、電磁閥構成且工質是高壓氮氣；或氣泵由固體燃料、電熱絲、外殼構成；一級活塞上設置有緩衝頭、活塞底、環形槽；其餘活塞上設置有止動環、環形槽；微處理器由測距電路、測速電路、邏輯電路、執行電路構成。
本發明的有益效果是：能夠在碰撞發生之前採取措施，使即將發生的汽車碰撞強度按照預先設定大幅度降低，從而挽救車乘人員的寶貴生命。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1是本發明的結構圖。
圖2是緩衝器結構圖。
圖3是氣泵結構圖。
圖4是微處理器測距電路原理圖。
圖5是微處理器測速電路原理圖。
圖6是本發明第二實施例緩衝器結構圖。
圖7是本發明第二實施例氣泵結構圖。
圖8是本發明第二實施例微處理器測速電路原理圖。
圖中1.緩衝器，2.汽車底盤縱梁，3.保險槓，4.車輪，5.橡膠墊，6.緩衝頭，7.一級活塞，8.二級活塞，9.三級活塞，10.環形槽，11.止動環，12.定位孔，13.氣管，14.一級活塞底，15.汽缸，16.缸體，17.氣缸止動環，18.儲氣瓶，19.電磁閥，20.導線，21.氣泵，22.電熱絲，23.固體燃料，24.控制器，25.超聲波傳感器，26.外殼。
具體實施例
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如圖1所示：緩衝器(1)通過定位孔(12)設置於汽車底盤的兩根縱梁(2)上，保險槓(3)與緩衝頭(6)連接。在發生正面碰撞時保險槓將碰撞衝擊力傳遞給橡皮墊(5)，設置於緩衝頭上的橡皮墊(5)起首級緩衝作用，並將減緩了的衝擊力傳遞給緩衝頭，再由緩衝器繼續吸收碰撞能量。
如圖2所示，緩衝器(1)是一個由汽缸和三級活塞構成的複合活塞-汽缸系統。當氣泵啟動噴發出大量高壓氮氣由氣管(13)進入汽缸(15)內，迅速增大的氣壓作用於一級活塞底(14)上。
由於所有活塞上都設置有環形槽(10)，一級活塞(7)的環形槽與二級活塞(8)內壁是移動副，於是一級活塞(7)迅速向箭頭方向滑動。
而二級活塞(8)的環形槽與三級活塞(9)內壁也是移動副，隨著一級活塞(7)的滑動當它的環形槽接觸到二級活塞(8)上的止動環(11)後，二級活塞(8)被帶動也繼續向箭頭方向滑動。
三級活塞(9)與汽缸(15)內壁同樣是移動副，同上理，也被二級活塞(8)帶動向箭頭方向滑動。當三級活塞(9)的環形槽接觸到設置於汽缸體(16)上的止動環(17)後，向箭頭方向的移動被迫停止。此時三級複合活塞膨脹運動到位，緩衝頭(6)處於預備位置。
接著當碰撞發生時，在強大外力的作用下緩衝頭(6)向內運動，首先使一級活塞(7)向汽缸內部方向移動，汽缸內的氣體受到壓縮。當一級活塞(7)完全壓入汽缸後，緩衝頭(6)繼續向內移動並作用於二級活塞(8)的止動環(11)，使其繼續被壓入汽缸。同理第三級活塞也被壓入汽缸。顯然採用複合活塞-汽缸結構，在汽車縱梁與保險槓之間有限空間條件下成倍增加了緩衝頭(6)的有效作用距離，這對減緩碰撞衝擊力是十分重要的。
為了多級活塞向汽缸的壓縮過程中，缸內氣體因體積的縮小導致壓強不斷增大，而造成碰撞力的不斷增大，本發明在多級複合活塞上都設置了環形槽。由於活塞環形槽(10)是一種增加汽缸氣密作用的構造，只要恰當設置環形槽與汽缸壁、活塞內壁的間隙，就可以以一定的洩氣量平衡因壓縮而導致的壓強增加。這樣使得活塞在被壓縮的過程中汽缸處於恆壓狀態，於是碰撞作用力被控制在確定的範圍。
參閱圖3所示：氣泵是由儲氣瓶(18)，電磁閥(19)構成。當電磁閥通電後閥門打開儲氣瓶的高壓氮氣經氣管(13)進入汽缸(15)。選擇氮氣是因為它無毒，不助燃，所以有利於環保及安全。只要給儲氣瓶充氣以後氣泵可以再次使用。
參閱圖6、7所示：這是本發明第二實施例氣泵結構和設置。氣泵(21)設置於汽缸(15)內部，氣泵外殼(26)內填充有固體燃料(23)，並在固體燃料中設置有電熱絲(22)，當導線(20)通電以後電熱絲(22)馬上紅熱，它導致固體燃料(23)中的疊氮化鈉(nan3)和硝酸鉀(kno3)發生反應，生成氮氣。反應式為：
10nan3+2kno3＝k2o+5na2o+16n2↑
由於反應過程進行很快，反應後生成物氮氣體積是原來固體燃料的料的700倍以上，所以汽缸內壓強迅速增加形成高壓。除疊氮化鈉以外也可選擇其它化學成分固體燃料。
餘下過程與第一實施例相同，故不予贅述。
從上述可以看出如果適當選擇氣泵的氣壓，就確定了汽缸內壓強，再選擇一級活塞(7)的截面積，則緩衝頭上承受的衝擊力f就確定了。這個衝擊力就是在碰撞過程中汽車所承受的外力。
顯然適當選擇多級活塞的總行程l和作用於活塞底的力f就確定了吸收的碰撞能量，實現了將碰撞予以大幅度緩衝削弱的目的。
參閱圖1、4所示：超聲波傳感器(25)b1、b2已設置於保險槓(3)上並且朝向前方。當汽車啟動時閉合開關k，控制器(24)電路開始工作。由cd4060和d1、d2構成的時鐘振蕩的頻率是272.8khz。經內部分頻得到17.05khz的脈衝信號，此脈衝是供5g7225計數的時鐘脈衝。由於時鐘脈衝的頻率是17.05khz，聲波的傳播速341m/s，所以一個周期傳播的距離為：
d＝314x(1/17.05khz)＝0.02m，對於超聲波傳感器聲波是一個來回其一半是0.01m。因此，只要計數脈衝數量就可以知道距離。
d3，d4構成的40khz頻率超聲震蕩，經d5驅動超聲波傳感器b1發送超聲波。當超聲波被前方障礙物反射回來後，由超聲波傳感器b2接收並轉換為電信號送μa741放大。此信號經d6，d7整形後進入cd4013並使其置位，通過其q和q-端作用5g7225使其進行計數程序。led數碼管將5g7225輸出的計數脈衝以數字顯示出來，這一數碼即為前方障礙物的距離。
led為7段發光二極體(包括小數點為8位)，由a、b、c、d、e、f、g組成從1、2、3到0不同的十位數碼字。通過選擇不同發光欄位的高電位組合就可以設定要求的距離。例如我們設定距離是2米，則只要a、b、g、e、d同時高電位則led顯示「2」字，只有當此5個高電位信號全部輸入與門電路d8，則其輸出端才會輸出高電位信號out。這樣我們完成了對前方障礙物的測距。
參閱圖5所示：zs是從汽車轉速表引出的汽車變速箱轉速脈衝信號，這一信號頻率是和汽車行駛速度成正比例的。顯然每1秒的轉速與km/h之間也是正比例關係，於是對汽車變速箱轉速脈衝信號進行每秒計數就可以得到汽車的瞬時速度而且每秒更新一次。
ic5產生約1hz的低頻振蕩，其3腳輸出信號佔空比為0.9。因為ic5的3腳給計數電路提供電源，所以計數電路以每工作1秒停止0.1秒的間歇方式工作。
集成計數器cd4518即c3、ic4級聯構成bcd碼計數器，最大計數值為「99」。en是計數輸入端，q0-q3是bcd碼輸出端。
ic1、ic2是解碼器cd4511，a、b、c、d是其bcd碼輸入端，led是7段共陰極顯示器。
碼盤開關b1、b2是一種數據比較判斷電路，當輸入數據與預設數據相符時，就輸出一個信號「1」。g1是與門電路，若兩輸入端均為「1」則輸出為1，這一信號送到g2輸入端。
三級管9014、繼電器r、電磁閥q構成執行電路。當g2輸入端out和g1輸出端都為「1」時，g2輸出高電位。表示汽車的速度和與障礙物的距離，兩個動態條件都達到設定的危險值。於是三級管9014導通，繼電器r吸合電磁閥q(19)通電動作打開儲氣瓶(18)，緩衝頭(6)彈出系統處於預備狀態。
參閱圖8所示：這是本發明第二實施例微處理器測速電路，電路其餘部分與第一實施例圖5相同，故陳述省略。不同之處在於當繼電器r吸合，電熱絲(22)即通電紅熱，點燃固體燃料(23)，於是汽缸瞬時充氣緩衝頭(6)彈出系統處於預備狀態。