專利名稱：剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及交通安全技術領域中的汽車安全，具體涉及一種在理論測算吸能量基礎上，在保持汽車車體結構、外形、外貌與功能不變的條件下，用剛柔結合高效緩沖吸能的前、后安全梁替代前、后防撞梁的新一代汽車被動安全裝置。
背景技術：
目前世界上最先進的汽車主動安全技術莫過于智能自動駕駛裝置，國內外對這種主動安全技術已經取得了初步成果，但還處于試驗、試用階段。這種主動安全裝置包括探測系統(tǒng)、電腦分析控制、發(fā)令于轉向和制動系統(tǒng)、發(fā)出各種警報等等，整個裝置系統(tǒng)復雜、線路繁雜、電子元件器很多。如果線路發(fā)生故障，電子元件器失效，再加上雷電、高壓線電磁和大霧天氣等外部因素的影響，這種主動安全裝置仍有可能發(fā)生不動作或誤動作。因此即使用上這種主動安全裝置，也并不能杜絕汽車碰撞(或追尾)事故的發(fā)生，再說道路的寬度有限，道路兩邊的情況復雜(例如正在橋上行使)，你想躲避也無處可躲。如果對方車輛一個勁兒的向你沖過來，發(fā)生碰撞(或追尾)事故的可能性不可避免。另外從其它相近領域也發(fā)現(xiàn)類似事例，例如，自動化程度很高、設備品質精良的高鐵列車竟然也在溫州附近發(fā)生了碰撞翻車。特別是這種主動安全裝置價格昂貴，只有高檔車可以問津，大量中低檔車是用不起的。所以針對汽車在道路上行駛時，碰撞和追尾事故時有發(fā)生的現(xiàn)實，著力探索研究對司乘人員保護有顯著實效，經濟實惠又能普遍推廣應用的被動安全技術具有十分重要的現(xiàn)實意義。汽車被動安全裝置是指在碰撞事故已發(fā)生的情況下，盡可能減少司乘人員受傷亡的保護裝置。常用的有小轎車上使用的安全帶、安全氣囊、另外汽車防撞梁和堅固而不易變形的車體等，也屬于被動安全裝置。它們雖然能夠在一定條件下減少碰撞車禍中司乘人員的傷亡，但遠達不到百分之百的可靠，且保護司乘人員傷亡的作用也十分有限。例如安全氣囊，當汽車發(fā)生正面碰撞時，要求同時達到一定的碰撞力度和角度才能打開并起保護作用。 在實際發(fā)生碰撞事故時，常有安全氣囊因未滿足上述條件而打不開，造成司乘人員仍然受到傷亡，所以安全氣囊不是一種理想的被動安全裝置，而且還因價格貴和其它技術原因，根本不可能在除小轎車以外的其它汽車上使用。另外，現(xiàn)有被動安全技術只能減少所謂的二次傷害。即由于運動慣性的人體與車體相碰撞帶來的傷害，以及由于車體變形對人體擠壓所致的傷害。至于汽車發(fā)生碰撞過程的初始階段的巨大加速度傷害則避免不了，這種加速度傷害即所謂一次傷害?，F(xiàn)在高速公路上車輛的速度一般都在80千米/小時以上，一旦發(fā)生碰撞事故，一次傷害也是很嚴重的，特別是對于嬰幼兒及少年階段的人群。因為其腦部發(fā)育成長尚未完善，巨大加速度對他(她)們大腦的傷害，很可能影響他們成年后的智力。因此，研究開發(fā)最大程度減輕或免除司乘人員一次傷害和二次傷害、力求實現(xiàn)零傷亡的汽車被動安全技術，是汽車安全裝置發(fā)展的趨勢和潮流。本發(fā)明正是順應了這一趨勢和潮流。根據我們多年研究總結的經驗，理想的汽車被動安全裝置應遵循以下的設計原則
第一、建立在理論分析與定量計算的基礎上進行設計。根據不同車型質量及速度， 計算所需吸能器的吸能量，再進行被動安全裝置的設計，使其達到只要發(fā)生碰撞或追尾事故，就能穩(wěn)定的、100 %的起到安全保護司乘人員的作用。第二、不僅可避免或減輕司乘人員在汽車碰撞和追尾車禍中的一次傷害和二次傷害，又能減輕汽車本身的損壞。第三、保持汽車原系統(tǒng)設計的外形與結構不變，不影響汽車的外觀，使社會存量車的換裝和汽車生產廠家的新車都樂意接受配套出廠。第四、拆舊裝新簡便，耗費工時少、不需維護檢修。第五、售價較低，能夠經濟實惠的配置在小轎車、越野車、中巴、面包車、公交車、旅行車、大客車、校車、輕卡、重卡、賽車及各種專用車輛上。目前，國內外的所有各類汽車及已經或正在研發(fā)的各類汽車被動安全裝置，能夠同時滿足上述五項設計原則的，尚未見任何報導或專利公開(公布)。

發(fā)明內容
本發(fā)明是發(fā)明人在《新型高效吸能的汽車前、后防撞梁》(公開號CN102085837A) 與《一種用于汽車碰撞或追尾時的高效吸能裝置》(專利號201120482796.0)的基礎上，歷經十年之久，開發(fā)出的一種能夠同時滿足上述設計原則的新一代汽車被動安全裝置。一、理論依據汽車發(fā)明以來，國內外眾多學者及專家對各種汽車高、中速碰撞的吸能方法、吸能材料與吸能器的選擇，進行了長期的、持續(xù)不斷的廣泛研究，但都未解決究竟吸能器要有多大的吸能量才能減免司乘人員的傷亡呢？這是至今汽車安全技術尚未突破的瓶頸，我們從長期觀察、研究、分析入手，發(fā)現(xiàn)了不少令人深思的碰撞個案感動中國2011年度人物吳菊萍，奮不顧身用雙手接住從10樓窗臺墜樓的兩歲小女孩妞妞，挽救了幼小生命，自己的手臂被瞬間巨大的沖擊力撞成兩處骨折電視節(jié)目主持人小丁說“中年婦女手臂只能承受45kg左右的力，而小女孩落到婦女手臂的沖擊力卻有 300多kg，這是物理學難以解釋的奇跡”。我們認為奇跡就在接小孩的人的手臂起到了緩沖吸能的作用，采用靜應力的計算方法進行測算，十樓窗臺至地面約28m，接小孩手臂至地面約lm，按自由落體計算，小女落至婦女手臂時的速度(考慮到空氣阻力，乘以O. 85的系數(shù))v=A/^gix0.85=^/2x9.8x(28-l) χθ.85= 19.55w/s = 70km/h小孩對婦女手臂的撞擊總能量(2歲小女孩的質量m 12kg)已總=l/2mv2= 1/2X 12X (19. 55)2X 1/102 = 22. 48KJ婦女手臂承受45kg力，同小女孩一起落地,行程約Im,吸收能量E吸=45X1X1/102 = O. 44KJ式中1/102是能量單位換算系數(shù)手臂的吸能量與小孩落至婦女手臂時的撞擊總能量之比E吸/E總=O. 44/22. 48X100%= I. 96%吳菊萍手臂的緩沖作用，僅僅吸收了小孩I. 96%的撞擊能量，就挽救了妞妞的生命，這對我們探索研究汽車碰撞的被動安全技術是一項很有啟發(fā)性的實例。據此，我們將以往研究與積累的汽車被動安全裝置試驗以及汽車發(fā)生碰撞事故的案例，用上述方法進行測算，發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律性的現(xiàn)象，如表I所示表I、已有汽車吸能器碰撞試驗與碰撞事故實測分析測算表
權利要求
1.剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁是一種能取代所有汽車防撞梁的新一代汽車被動安全裝置，其特征在于在理論測算吸能量基礎上，在保持車體結構、外形、外貌與功能不變的條件下，用剛柔結合高效緩沖吸能的前、后安全梁替代前、后防撞梁的新一代汽車被動安全裝置。經實施案例證實，其安全、技術、經濟等各項性能指標顯著優(yōu)于防撞梁，吸能效果顯著，能夠基本實現(xiàn)汽車高、中速正撞和追尾車禍時司乘人員的零傷亡。
2.根據權利要求I所述的剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁的新一代汽車被動安全裝置，其特征在于不同類型汽車配置的安全梁所需吸能量是經理論測算的，計算的基本式為E吸/E總 X100% 2%................................................... (I)E吸/E總 X 100% 34%................................................ (2)(1)式表述為吸能器吸能量Ens與碰撞總能量E,e；t比達到2%左右時，就可使碰撞和追尾車禍中的司乘人員避免死亡，并定名為L-C汽車碰撞零死亡安全最小吸能系數(shù)。(2) 式表述為吸能器吸能量Ens與碰撞總能量E,e；t比達到3-4%左右時，就可使碰撞和追尾車禍中的司乘人員避免傷亡,并定名為L-C汽車碰撞零傷亡安全吸能系數(shù)。
3.根據權利要求I所述的剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁的新一代汽車被動安全裝置，其特征在于確保E s/E,6= 3-4%的安全前提下，利用車體原有前、后防撞梁的位置與空腔，在汽車縱梁的前、后兩端面上安裝安全梁，安全梁由吸能器罩殼、若干個主、 副高效緩沖吸能器與底梁組成，其中底梁為剛性受力部分，罩殼與吸能器為柔性吸能部分， 具有剛柔結合的結構特征與顯著提高車體高效緩沖吸能的能力、確保司乘人員安全得到最大程度的保護。
4.根據權利要求I所述的剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁的新一代汽車被動安全裝置，其特征在于前、后安全梁的底梁內側正對車架底盤上縱梁中心線的位置上， 分別焊接裝配前、后各兩個主吸能器、再在前、后底梁中心線上及兩旁空腔位置，視不同載重車型所需吸能量的大小，均勻配裝若干個副吸能器。吸能器是由等高不等徑不等厚的薄壁波紋管和薄壁直管同心相間嵌套組成，再牢固焊接在正方形底板上及帶多條長形孔的正方形蓋板下(底板及蓋板邊長略大于最外層薄壁波紋管直徑)，焊好吸能器的底板按設計位置分別焊接安裝在前、后底梁內側。由于每個薄壁波紋管內外從上至下有多處折彎形成波形，在巨大撞擊力的作用下，有折彎處的波紋將率先沿著軸向潰縮變形吸能，從而使前、 后安全梁起到高效緩沖吸能的作用。
5.根據權利要求I所述的剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁的新一代汽車被動安全裝置，其特征在于，將已經焊接裝配有主、副吸能器的底梁上方，用活動連接的辦法將薄壁罩殼罩住吸能器和底梁。當車禍發(fā)生時，巨大的撞擊能量便首先作用于罩殼、多個吸能器及底梁上，并通過罩殼和吸能器的潰縮變形來緩沖和吸收撞擊的能量。
6.根據權利要求I所述的剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁的新一代汽車被動安全裝置，其特征在于底梁采用普通鋼板沖壓為槽型結構，其厚度為罩殼厚度的3-4 倍，經測算底梁的剛性大于原防撞梁，能夠提高車體承受碰撞的能力，減輕汽車的損壞程度，降低維修成本。
7.根據權利要求I所述的剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁的新一代汽車被動安全裝置，其特征在于前、后安全梁在原防撞梁位置上，分別用螺栓緊固在汽車縱梁前、后兩端面上，使前、后安全梁和汽車縱梁成為一個整體。當汽車遭遇高、中速碰撞或追尾事故時，巨大的撞擊能量在汽車縱梁和安全梁的底梁的抵抗下，在碰撞過程的關鍵時刻，使安全梁的罩殼和多個吸能器潰縮變形吸收部分能量，剩余的能量則通過底梁和縱梁傳遞到汽車底盤、輪胎、地面、車箱，使坐在車內的司乘人員僅感覺是緊急剎車一樣。
8.根據權利要求I所述的剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁的新一代汽車被動安全裝置，其特征在于設計了 E s/E,6= 3-4%時的不同類型汽車、不同載重與車速條件下，安全梁所需吸能量參數(shù)，就可以量體裁衣的方式設計制造不同規(guī)格型號的小轎車、校車、公交車、大中型客車等系列的剛柔結合高效緩沖吸能安全梁。
9.根據權利要求I所述的剛柔結合高效緩沖吸能的汽車前、后安全梁的新一代汽車被動安全裝置，其特征在于以現(xiàn)代圣達菲越野車為例，用本發(fā)明的安全梁與原裝車的防撞梁進行了具體設計參數(shù)與技術經濟性能的對比分析，證實本發(fā)明的安全梁在安全性、技術性、 經濟性等各個方面都較原裝防撞梁具有顯著的優(yōu)越性，用吸能效果十分顯著的安全梁取代防撞梁是汽車安全技術勢在必行的選擇。
全文摘要
本發(fā)明是在理論測算吸能量基礎上，在保持汽車車體結構、外形、外貌與功能不變的條件下，用剛柔結合高效緩沖吸能的前、后安全梁替代前、后防撞梁的新一代汽車被動安全裝置。它利用現(xiàn)有汽車安裝前、后防撞梁的位置與空腔，在汽車前、后縱梁的兩端面上安裝安全梁，安全梁由吸能器罩殼、若干個主、副高效緩沖吸能器與底梁組成，其中底梁為剛性受力部分，罩殼與吸能器為柔性吸能部分，具有剛柔結合結構特征、能夠消除高、中速碰撞時原防撞梁的有害作用，顯著提高汽車抗沖擊能力，最大程度保護司乘員的人身安全。經實施案例驗證，與現(xiàn)有汽車防撞梁相比，安全性、技術性、經濟性等各個方面都較原裝防撞梁優(yōu)越，用吸能效果十分顯著的安全梁取代防撞梁，必然會成為汽車安全技術發(fā)展的方向。
文檔編號B60R19/18GK102582546SQ20121010017
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權日2012年4月9日
發(fā)明者柳正清, 蔡桂元 申請人:蔡梅媛, 黃玉蘭