專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于磁流變脂的碰撞能量耗散組件與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減震裝置，特別是關(guān)于一種在汽車(chē)在碰撞交通事故中減輕車(chē)內(nèi)人員傷害和車(chē)載物品損害的基于磁流變脂的碰撞能量耗散組件與裝置。
背景技術(shù)：
隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車(chē)數(shù)量與日俱增，汽車(chē)碰撞交通事故的發(fā)生難以避 免。在各類(lèi)交通事故中尤以碰撞事故占首位，因此對(duì)汽車(chē)的碰撞安全要求也越來(lái)越高。為了 降低碰撞事故的損害程度，有效保證成員的人身安全，世界各國(guó)都在積極開(kāi)展防撞方面的 研究。目前防撞裝置的安全設(shè)計(jì)主要集中在發(fā)生碰撞的瞬間，通過(guò)車(chē)身的前部潰縮來(lái)吸收 碰撞產(chǎn)生的能量，同時(shí)通過(guò)安全帶、空氣囊等緩沖裝置將乘員所受到的傷害降低到最小值。 如剛性保險(xiǎn)杠或塑性吸能保險(xiǎn)杠，對(duì)碰撞能量的耗散相對(duì)有限，防撞效果不理想，由于不具 備完全碰撞能量耗散的性能，在劇烈碰撞時(shí)如果不能迅速將碰撞能量轉(zhuǎn)移或吸收，大部分 的碰撞能量仍可能作用于人體，不能有效保證車(chē)內(nèi)人員的安全性。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利汽車(chē)受到撞擊時(shí)的液壓緩沖裝置(申請(qǐng)?zhí)?00610015318. 2，申請(qǐng) 日2008年2月20日)公開(kāi)了一種通過(guò)活塞缸、活塞、活塞桿和緩沖啟動(dòng)裝置組成的液壓 緩沖裝置，通過(guò)活塞的前后運(yùn)動(dòng)擠壓活塞缸中的油脂，實(shí)現(xiàn)緩沖。緩沖啟動(dòng)裝置用以固定活 塞與活塞缸的相對(duì)位置，當(dāng)汽車(chē)受撞力達(dá)到液壓緩沖裝置的啟動(dòng)力時(shí)，液壓緩沖裝置啟動(dòng)。 但上述裝置存在阻尼不可控的缺點(diǎn)，無(wú)法有效控制在活塞缸中流動(dòng)的油脂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及應(yīng) 力。目前阻尼可控的液壓緩沖裝置僅是通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流孔(即活塞缸中前腔與后腔之間的連 通孔)的開(kāi)度大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常采用機(jī)電或電液伺服系統(tǒng)，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、頻率響 應(yīng)低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有汽車(chē)防撞裝置碰撞能量耗散能力的不足、阻尼不可控或阻尼控制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等情況，提出一種可控阻尼的基于磁流變脂的碰撞能量耗散組件，將碰撞能 量轉(zhuǎn)化為磁流變脂中的動(dòng)能，有效耗散碰撞過(guò)程中的碰撞能量，達(dá)到勻減速緩沖，降低加速 度峰值的目的。本發(fā)明還提供了一種將多個(gè)上述碰撞能量耗散組件集成在一塊防撞板背面 的碰撞能量耗散裝置。本發(fā)明的碰撞能量耗散組件及碰撞能量耗散裝置還可廣泛用于其他 各種防撞領(lǐng)域中，用于吸收碰撞能量，對(duì)內(nèi)容物進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種碰撞能量耗散組件，其特征在于它包括軸向方向依次設(shè)置的油囊和油缸，所 述油囊包括封閉端和開(kāi)放端，所述開(kāi)放端與所述油缸相連通，所述油囊和油缸中填充阻尼 材料；所述油缸中沿軸向設(shè)置多級(jí)徑向環(huán)形阻尼通道。所述多級(jí)徑向環(huán)形阻尼通道包括在所述油缸內(nèi)壁中沿軸向方向設(shè)置的多片中空 的環(huán)形隔離板，將所述油缸沿軸向分隔成多個(gè)連通艙室，每個(gè)艙室中設(shè)置一個(gè)實(shí)心片狀的 中心隔離板。
所述油缸外部設(shè)置外殼，所述油缸的外側(cè)壁和外殼之間設(shè)置勵(lì)磁線圈。所述阻尼材料為磁流變脂。所述油缸的材料為磁導(dǎo)率低的ICrlSNiOTi不銹鋼。所述外殼、中心隔離板和環(huán)形隔離板的材料為磁導(dǎo)率高且磁飽和強(qiáng)度高的低碳鋼。一種采用所述碰撞能量耗散組件的碰撞能量耗散裝置，其特征在于它包括一防撞板和連接在防撞板背面的至少一個(gè)碰撞能量耗散組件，所述碰撞能量耗散組件沿垂直于防 撞板的方向設(shè)置；所述碰撞能量耗散組件的油囊的封閉端設(shè)置在所述防撞板的背面。本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明的一種基于磁流變脂的碰撞能量耗散組件與裝置，其碰撞能量耗散組件包 括沿垂直于防撞板的軸向方向依次設(shè)置的油囊和油缸，所述油囊的封閉端設(shè)置在所述防撞 板的背面，開(kāi)放端與所述油缸相連通，所述油囊和油缸中填充阻尼材料；所述油缸中沿軸向 設(shè)置多級(jí)徑向環(huán)形阻尼通道。這樣在油缸前設(shè)置與油缸連通的油囊，并將原來(lái)呈直線型的 阻尼通道變成多級(jí)徑向環(huán)形徑向阻尼通道，增加了阻尼通道的有效長(zhǎng)度，增強(qiáng)了碰撞能量 耗散裝置對(duì)碰撞能量的耗散能力。本發(fā)明還采用由環(huán)形隔離板和中心隔離板組成的阻尼通 道，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施方便。本發(fā)明通過(guò)外部電流驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)磁流變脂中的磁場(chǎng)，改變磁流變脂的流動(dòng)特性， 將碰撞能量轉(zhuǎn)化為磁流變脂中的熱能，有效耗散汽車(chē)碰撞過(guò)程中的碰撞能量。本發(fā)明的阻 尼控制通過(guò)應(yīng)用磁流變脂粘度系數(shù)隨磁通強(qiáng)度大小的可變性來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有響應(yīng)速度快，調(diào) 節(jié)范圍大的優(yōu)點(diǎn)；克服了現(xiàn)有技術(shù)中由于通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流孔的開(kāi)度大小來(lái)實(shí)現(xiàn)阻尼控制，而 導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、頻率響應(yīng)低等問(wèn)題。當(dāng)采用磁流變脂作為阻尼材料時(shí)，本發(fā)明的多級(jí)徑向環(huán)形徑向阻尼通道還可以解 決勵(lì)磁線圈引線的密封問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)磁通的方向與磁流變液流動(dòng)方向垂直的設(shè)計(jì)要求。由于 阻尼通道的形狀為蛇形，阻尼通道的有效長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于阻尼通道的軸向長(zhǎng)度，從而有效提高 了碰撞能量耗散裝置的碰撞能量耗散能力和磁場(chǎng)發(fā)生器的可靠性。


圖1是本發(fā)明的碰撞能量耗散裝置的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的碰撞能量耗散組件的結(jié)構(gòu)示意中各標(biāo)號(hào)如下1-防撞板；2-碰撞能量耗散組件；3-油囊；4-油缸；41-環(huán)形隔離板；42-中心隔 離板；5-入油孔；6-出油孔；7-阻尼材料；8-磁場(chǎng)發(fā)生器；81-外筒；82-上端蓋；83-下端 蓋；84-勵(lì)磁線圈；85-導(dǎo)線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的防撞裝置包括一防撞板1和連接在防撞板1背面的多個(gè)碰 撞能量耗散組件2。如圖2所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為，每個(gè)碰撞能量耗散組件2包括一 個(gè)油囊3和一個(gè)油缸4，其中油囊3的封閉端與防撞板1的背面相貼合，油囊3的開(kāi)放端密封設(shè)置于油缸4的頂部，且油囊3與油缸4通過(guò)油缸4頂部的入油孔5相連通。油缸4的底部設(shè)置出油孔5，油缸4底部與一回收腔密封連接，回收腔通過(guò)出油孔5與油缸4相連通， 且出油孔6與回收腔之間設(shè)置由出油孔6流向回收腔的單向閥門(mén)。油囊3和油缸4的內(nèi)部 填充阻尼材料7，如高聚物阻尼材料7，能夠?qū)⑽盏呐鲎矂?dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。為了能夠充分地將碰撞動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，需要在油缸4中設(shè)計(jì)足夠長(zhǎng)的阻尼通 道，本實(shí)施例中油缸4內(nèi)的空腔被設(shè)置在油缸4內(nèi)壁上的N個(gè)中空的環(huán)形隔離板41分隔成 N+1個(gè)連通的艙室，其中N為自然數(shù)常數(shù)。每個(gè)艙室中部固定設(shè)置一個(gè)實(shí)心片狀的中心隔離 板42，中心隔離板42的邊緣與油缸4的內(nèi)壁之間留有間隙，其中環(huán)形隔離板41的內(nèi)徑小于 中心隔離板42的外徑。油缸4中環(huán)形的環(huán)形隔離板41和片狀的中心隔離板42共同組成 阻尼材料7的多級(jí)徑向環(huán)形徑向阻尼通道，保證阻尼材料7在阻尼通道的有效流動(dòng)路徑足 夠長(zhǎng)，可以使阻尼材料7充分吸收碰撞動(dòng)能，通過(guò)阻尼材料7與阻尼通道相摩擦產(chǎn)生的熱能 將碰撞動(dòng)能消耗掉。如圖2所示，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例為基于磁流變脂的碰撞能量耗散裝置，碰撞 能量耗散組件2還包括設(shè)置在油缸4外部的磁場(chǎng)發(fā)生器8，磁場(chǎng)發(fā)生器8的外殼包括外筒 81、上端蓋82和下端蓋83，三者的接縫處密封連接。油缸4設(shè)置在外殼內(nèi)部，上端蓋82作 為油缸4的頂部，下端蓋83作為油缸4的底部，油缸4的側(cè)壁與外筒81之間存在一定距離。 勵(lì)磁線圈84設(shè)置在外筒81與油缸4側(cè)壁之間的空腔內(nèi)，電流驅(qū)動(dòng)器通過(guò)導(dǎo)線85向勵(lì)磁線 圈84供電。油囊3的開(kāi)放端與磁場(chǎng)發(fā)生器8的上端蓋82密封連接，上端蓋82上設(shè)置入油 孔5，下端蓋83上設(shè)置出油孔6，入油孔5和出油孔6均為通孔。本實(shí)施例中，油囊3與油 缸4中填充磁流變脂作為阻尼材料。為了確保勵(lì)磁線圈84通電產(chǎn)生的磁通通過(guò)徑向阻尼 通道，油缸4的材料優(yōu)選磁導(dǎo)率低的ICrlSNiOTi不銹鋼，外筒81、上端蓋82、下端蓋83、環(huán) 形隔離板41和中心隔離板42均優(yōu)選磁導(dǎo)率高且磁飽和強(qiáng)度高的低碳鋼制作，更優(yōu)選為10 號(hào)鋼。磁流變脂是具有流變學(xué)特性的磁流變流體，可在短時(shí)間內(nèi)隨外加磁場(chǎng)發(fā)生流體表 面粘度的可逆變化，本實(shí)施例利用磁流變脂在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度的作用下粘度系數(shù)的可變性， 以磁流變脂作為將碰撞動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能耗散的阻尼材料7。當(dāng)電流驅(qū)動(dòng)器通過(guò)導(dǎo)線85向勵(lì) 磁線圈84通電時(shí)，勵(lì)磁線圈84產(chǎn)生的磁通通過(guò)上端蓋82、外筒81、下端蓋83、磁流變脂、中 心隔離板42和環(huán)形隔離板41。勵(lì)磁線圈84產(chǎn)生沿油缸4軸向方向的磁通，而磁流變脂在 阻尼通道中的流動(dòng)方向是沿中心隔離板42和環(huán)形隔離板41表面的徑向方向，因此磁流變 脂在阻尼通道中的運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁場(chǎng)方向切割磁通，本實(shí)施例的碰撞能量耗散裝置滿(mǎn)足 磁流變器件的磁路設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。碰撞發(fā)生的瞬間，防撞板1的變形導(dǎo)致碰撞能量耗散裝置2的油囊3發(fā)生變形，將 油囊3磁流變脂通過(guò)入油孔5壓入油缸4中，磁流變脂在油缸4的阻尼通道中徑向流動(dòng)。同 時(shí)外部電流驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)電流輸入勵(lì)磁線圈84，勵(lì)磁線圈84在油缸4中產(chǎn)生軸向的磁通，磁 流變脂在阻尼通道中的徑向運(yùn)動(dòng)切割磁通，從而使磁流變脂的粘度系數(shù)變大，實(shí)現(xiàn)碰撞能 量耗散裝置的阻尼控制。當(dāng)粘度系數(shù)大的磁流變脂在阻尼通道中流動(dòng)時(shí)，磁流變脂與環(huán)形 隔離板41和中心隔離板42表面產(chǎn)生流動(dòng)摩擦，使大部分撞擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存于磁流 變脂中，磁流變脂溫度升高。當(dāng)導(dǎo)線85中的勵(lì)磁電流為零時(shí)，勵(lì)磁線圈84不產(chǎn)生磁場(chǎng)，阻尼 通道中的磁流變脂的粘度系數(shù)減小，回歸流動(dòng)特性好的原始狀態(tài)，因此碰撞能量耗散組件2中耗散的能量小，不影響汽車(chē)的正常運(yùn)行。 應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說(shuō)明書(shū)參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng) 造已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改 或者等同替換，總之，一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專(zhuān)利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種碰撞能量耗散組件，其特征在于它包括軸向方向依次設(shè)置的油囊和油缸，所述油囊包括封閉端和開(kāi)放端，所述開(kāi)放端與所述油缸相連通，所述油囊和油缸中填充阻尼材料；所述油缸中沿軸向設(shè)置多級(jí)徑向環(huán)形阻尼通道。
2.如權(quán)利要求1所述的一種碰撞能量耗散組件，其特征在于所述多級(jí)徑向環(huán)形阻尼 通道包括在所述油缸內(nèi)壁中沿軸向方向設(shè)置的多片中空的環(huán)形隔離板，將所述油缸沿軸向 分隔成多個(gè)連通艙室，每個(gè)艙室中設(shè)置一個(gè)實(shí)心片狀的中心隔離板。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種碰撞能量耗散組件，其特征在于所述油缸外部設(shè)置 外殼，所述油缸的外側(cè)壁和外殼之間設(shè)置勵(lì)磁線圈。
4.如權(quán)利要求3所述的一種碰撞能量耗散組件，其特征在于所述阻尼材料為磁流變脂。
5.如權(quán)利要求3所述的一種碰撞能量耗散組件，其特征在于所述油缸的材料為磁導(dǎo) 率低的lCrl8Ni9Ti不銹鋼。
6.如權(quán)利要求3所述的一種碰撞能量耗散組件，其特征在于所述外殼、中心隔離板和 環(huán)形隔離板的材料為磁導(dǎo)率高且磁飽和強(qiáng)度高的低碳鋼。
7.一種采用如權(quán)利要求1-7所述的碰撞能量耗散組件的碰撞能量耗散裝置，其特征在 于它包括一防撞板和連接在防撞板背面的至少一個(gè)碰撞能量耗散組件，所述碰撞能量耗散 組件沿垂直于防撞板的方向設(shè)置；所述碰撞能量耗散組件的油囊的封閉端設(shè)置在所述防撞 板的背面。
全文摘要
本發(fā)明一種基于磁流變脂的碰撞能量耗散組件與裝置，其碰撞能量耗散組件包括沿垂直于防撞板的軸向方向依次設(shè)置的油囊和油缸，所述油囊的封閉端設(shè)置在所述防撞板的背面，開(kāi)放端與所述油缸相連通，所述油囊和油缸中填充阻尼材料；所述油缸中沿軸向設(shè)置多級(jí)徑向環(huán)形阻尼通道。這樣在油缸前設(shè)置與油缸連通的油囊，并將原來(lái)呈直線型的阻尼通道變成多級(jí)環(huán)形徑向阻尼通道，增加了阻尼通道的有效長(zhǎng)度，增強(qiáng)了碰撞能量耗散裝置對(duì)碰撞能量的耗散能力。本發(fā)明還采用由環(huán)形隔離板和中心隔離板組成的阻尼通道，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施方便。
文檔編號(hào)B60R19/36GK101797910SQ201010139628
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者廖昌榮, 李興, 駱靜 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)