本發(fā)明屬于汽車碰撞安全領(lǐng)域，特別是一種利用電磁力減緩并輔助汽車保險杠防碰撞的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，隨著汽車的普及我國汽車保有量每年都有大幅增加。因此交通安全問題日益顯現(xiàn)，交通事故已成為我國乃至世界汽車行業(yè)的社會性問題，汽車的碰撞安全性也成為汽車行業(yè)首要考慮的問題。

現(xiàn)有的汽車碰撞安全技術(shù)主要集中于被動的防御方面，很少應用主動安全，并且汽車和駕駛員以及汽車與汽車之間交互性基本沒有。現(xiàn)在也有一些主動保險杠的研究，比如在汽車前部安裝安全氣囊以及在保險杠上安裝頂出式橫梁，它們的基本原理都是根據(jù)一系列的傳感器信號，在將要發(fā)生碰撞時進行主動防御，并和駕駛員具有一定的交互性。但是這些技術(shù)的缺點也很明顯：與傳統(tǒng)的碰撞安全系統(tǒng)一樣，它們都不能減少碰撞時的碰撞力以及碰撞時間，因此產(chǎn)生的瞬時沖擊力也很大，對駕駛員及乘客產(chǎn)生較大的傷害；它們都是利用汽車車身變形為代價進行主動防御的，碰撞發(fā)生后汽車損壞嚴重。另外，安全氣囊也不能重復利用其經(jīng)濟性也比較差。因而針對以上問題，本發(fā)明提出了一種利用電磁原理為基礎(chǔ)的全新的汽車碰撞安全技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種電磁輔助汽車保險杠防碰撞系統(tǒng)，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，提高汽車碰撞的安全性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的電磁輔助汽車保險杠防碰撞系統(tǒng)，包括防碰撞機構(gòu)和監(jiān)測電路。所述防碰撞機構(gòu)由加強鋁合金橫梁、汽車車身承載結(jié)構(gòu)和汽車保險杠組成。所述監(jiān)測電路用于監(jiān)測車速、相對車距、相互作用電磁力，其由中央處理器，以及通過數(shù)據(jù)線與中央處理器相連的汽車電池、整流器、升壓變壓器、電磁線圈、位移傳感器和速度傳感器組成。

所述加強鋁合金橫梁焊接在汽車車身承載結(jié)構(gòu)上面，用于承載來自每個電磁線圈上的力，并把力傳至汽車車身承載結(jié)構(gòu)。

所述汽車車身承載結(jié)構(gòu)裝在汽車底盤上，用于安裝加強鋁合金橫梁；該汽車車身承載結(jié)構(gòu)是整個汽車框架，將其中的加強鋁合金橫梁直接焊接在汽車保險杠處。

所述電磁線圈有多個，均內(nèi)含有鐵芯和力傳感器，并且都通過電磁線圈定位槽固定在加強鋁合金橫梁上面；其作用是產(chǎn)生強大的磁場，吸收汽車的碰撞力減緩碰撞過程。

所述力傳感器采用壓力傳感器，其作用是將電磁線圈所受的力信號傳到中央處理器進行分析。

所述位移傳感器采用線性位移傳感器，其安裝在汽車頭部下方和尾部下方，其作用是將車距信號傳到中央處理器進行分析。

所述速度傳感器采用霍爾速度傳感器，其安裝在汽車頭部下方和尾部下方，其作用是將前后兩車的相對速度傳到中央處理器進行分析。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下主要的有益效果：

1.利用電磁力的非接觸特點，在碰撞發(fā)生前就已經(jīng)開始吸收碰撞能量，將碰撞過程產(chǎn)生的能量提前消耗在車身承載結(jié)構(gòu)上，減緩甚至避免了傳統(tǒng)碰撞以犧牲汽車車身為代價的接觸式碰撞。

2.利用電磁力的大小與距離的二次方成反比的特點，將傳統(tǒng)碰撞力的突變變?yōu)榫€性變化，有效的減緩了碰撞沖擊。

3.實現(xiàn)了人——車——人的閉環(huán)控制以及良好的駕駛員與汽車、汽車與汽車以及駕駛員與駕駛員之間的交互作用。

4.電磁輔助保險杠碰撞系統(tǒng)不僅拉長了碰撞距離而且延長了碰撞過程的作用時間，在兩車同向行駛追尾碰撞過程中，產(chǎn)生的電磁力方向與后面汽車的行駛方向相反，使后面汽車的行駛速度有所減?。粚τ谇懊嫫嚩裕a(chǎn)生的電磁力的方向與其行駛方向相同，使前面汽車的速度有所增加；從而使碰撞接觸前的兩車距離減少的速度變小，進而增加碰撞接觸前的時間，安全性大大的提高。

5.系統(tǒng)的中央處理器可以根據(jù)接受到的力、速度以及車距信號不斷調(diào)整通過電磁線圈的電流，實現(xiàn)碰撞過程的智能化控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電磁輔助保險杠碰撞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為兩車同向碰撞過程示意圖。

圖3為兩車相向碰撞過程示意圖。

圖4為本發(fā)明電磁輔助保險杠碰撞系統(tǒng)的工作原理流程圖。

圖中：1.汽車電池，2.整流器，3.升壓變壓器，4.中央處理器，5.電磁線圈，6.電磁線圈定位槽，7.加強鋁合金橫梁，8.位移傳感器，9.速度傳感器，10.力傳感器，11.汽車車身承載結(jié)構(gòu)，12.汽車保險杠，13.車頭，14.車尾箱。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明，但不限于這些實施例。

本發(fā)明提供的電磁輔助汽車保險杠防碰撞系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括防碰撞機構(gòu)和監(jiān)測電路，其中：防碰撞機構(gòu)由高強度鋁合金橫梁7、汽車車身承載結(jié)構(gòu)11和汽車保險杠12。監(jiān)測電路由中央處理器4和通過數(shù)據(jù)線與該中央處理器相連的汽車電池1、整流器2、升壓變壓器3、電磁線圈5、位移傳感器8、速度傳感器9、力傳感器10。

所述加強鋁合金橫梁7焊接在車身承載結(jié)構(gòu)上面，用于承載來自每個電磁線圈上的力，并把力傳至汽車車身承載結(jié)構(gòu)11。該高強度鋁合金橫梁由組成，其中：(請補充其組成及各部件之間的連接關(guān)系)

所述汽車車身承載結(jié)構(gòu)11安裝在汽車底盤上，用于安裝鋁合金橫梁。該汽車車身承載結(jié)構(gòu)是整個汽車框架，將其中的加強鋁合金橫梁7直接焊接在汽車保險杠12處。

所述汽車保險杠12安裝在汽車車頭13前部，用于保護乘客。該汽車保險杠由鋁合金制成。

所述監(jiān)測電路，用于監(jiān)測車速、相對車距、相互作用電磁力。

所述汽車電池1裝在車尾箱14處，其作用是為電磁線圈提供所需的電流，從而使電磁線圈產(chǎn)生磁場。該汽車電池可以采用汽車上點火使用的蓄電池。

所述整流器2可以采用直流變交流逆變器，其通過電線與升壓器相連。該整流器的作用是將汽車電池1的直流電變?yōu)榻涣麟姟?/p>

所述升壓變壓器3可以采用小型電源高頻變壓器，其通過電線與中央處理器相連。該升壓變壓器的作用是將整流器傳來的交流電進行升壓滿足電磁線圈所需的電壓。

所述中央處理器4，可以采用電路設(shè)計根據(jù)速度和位移信號控制電流大小，其作用是接受來自位移傳感器以及速度傳感器的信號來決定是否接通電路對電磁線圈通電以產(chǎn)生磁場力并把汽車當前的各個參數(shù)傳遞給駕駛員實現(xiàn)良好的人車交互。

所述電磁線圈5有多個，它們均通過電磁線圈定位槽6固定在加強鋁合金橫梁7上面，其作用是產(chǎn)生強大的磁場，吸收汽車的碰撞力減緩碰撞過程。該電磁線圈5內(nèi)含鐵芯和力傳感器10(圖1中未畫)。

所述電磁線圈定位槽6，其作用是用來卡緊電磁線圈5，使電磁線圈不會發(fā)生移動。

所述位移傳感器8可以采用線性位移傳感器，其安裝在汽車頭部下方和尾部下方，其作用將車距信號傳到中央處理器4進行分析。

所述速度傳感器9可以采用霍爾速度傳感器，其安裝在汽車頭部下方和尾部下方，其作用是將前后兩車的相對速度傳到中央處理器4進行分析。

所述力傳感器10可以采用壓力傳感器，其安裝在橫梁上的線圈處，其作用是將電磁線圈5所受的力信號傳到中央處理器4進行分析。

上述的包括整流器、升壓器、中央處理器以及人機交互裝置，可以由其組成一套控制電磁力的簡單的電路控制單元。

本發(fā)明提供的電磁輔助保險杠碰撞系統(tǒng)，是利用電磁力作用將碰撞過程中的汽車的慣性力吸收并通過鋁合金橫梁分散到汽車車身的承載結(jié)構(gòu)上的一種車載系統(tǒng)，其主要運用在輕型轎車以及電動汽車中，具體工作原理如下：

首先由汽車電池提供電流，電池的直流電流經(jīng)過整流器變?yōu)檎医涣麟?，正弦交流電?jīng)過升壓變壓器將原來較低的電壓升高到較高的電壓以滿足電磁線圈產(chǎn)生較大的磁場有效的吸收碰撞時產(chǎn)生的能量；升壓變壓器連接著中央處理器，中央處理器通過分析由速度傳感器、位移傳感器以及力傳感器傳來的信號來判定是否接通電路，中央處理器還可以根據(jù)接受的力、速度以及相對位移的信號來判斷碰撞過程的變化從而不斷地調(diào)整通過電磁線圈中電流大小，進而根據(jù)實際情況調(diào)整電磁力的大小。

正常狀況下中央處理器將電路斷開，電磁線圈不通電，整個系統(tǒng)處于不工作的狀態(tài)，只有當速度超過一定閥值(比如30km/s)并且兩車的相對位移也超過一定閥值(比如10m)時中央處理器才會將電路接通，電路接通后經(jīng)過升壓器的電壓被加載到電磁線圈的兩端，電磁線圈在交流電的作用下便產(chǎn)生出磁場；為了實現(xiàn)兩車可以產(chǎn)生磁場力，在汽車的車頭和車尾部分分別安裝一套橫梁和電磁線圈結(jié)構(gòu)，兩套結(jié)構(gòu)共用一個中央處理器，整個系統(tǒng)在車輛上的布置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當兩車同向行駛時(如圖2所示)，兩車達到安全距離以及安全速度閥值時，中央處理器接通電路，每個電磁線圈上都產(chǎn)生磁場，向外的為n極，向內(nèi)的為s極；對于后面的汽車車頭部分來說向前的方向為n極，對于前面汽車的車尾部分來說，向后的方向為n極，這樣在兩車接近的過程中兩車產(chǎn)生同一極性的磁場，由于同性相斥原理，兩車在未接觸時就已經(jīng)產(chǎn)生磁場力作用。由力的相互作用原理，對于后面的汽車，磁場力的方向與汽車行駛方向相反，從而使后車速度降低，減緩兩車靠近的速度；對于前面的汽車，磁場力方向與汽車行駛方向相同，使前面汽車速度有所增加，進一步減緩兩車靠近的速度；另外磁場力的大小與距離的二次方成反比，隨著兩車距離的接近磁場力也迅速增大，從而將傳統(tǒng)汽車碰撞過程中產(chǎn)生的強大的瞬時力稀釋為隨著時間逐漸增大的力，避免了碰撞瞬時沖擊力對駕駛員及乘客的傷害。

另外，在電磁力作用過程中，安裝在電磁線圈一側(cè)的力傳感器將其所受的磁場力傳到中央處理器，中央處理器將磁場力以及兩車距離和速度信息傳到駕駛員顯示屏界面上，駕駛員根據(jù)這些信息可以及時對車輛進行連續(xù)跟蹤控制，駕駛員進行操作后，車輛達到另一狀態(tài)，中央處理器又將此時的磁場力、車距以及相對速度傳到駕駛員顯示屏上進行反饋，從而形成了一個閉環(huán)控制；由于前車尾部也裝有同樣的系統(tǒng)，所以前車駕駛員也能及時看到碰撞過程中電磁力、車距以及兩車速度的信息，從而進行上面所訴的閉環(huán)控制，實現(xiàn)了汽車與汽車、汽車與駕駛員以及駕駛員與駕駛員之間的交互。電磁輔助保險杠碰撞系統(tǒng)在兩車未接觸時就已經(jīng)開始進行消耗碰撞過程的能量，將碰撞的時間拉長，從而增加了駕駛員采取剎車等措施的時間，安全性大大增加。

當兩車相向行駛碰撞時(如圖3所示)，對于兩車而言，磁極n極均與汽車行駛方向相反，從而產(chǎn)生與兩車前進方向相反的力，后面的過程與兩車同向行駛碰撞時一樣，這里不在贅述。

圖4是本發(fā)明電磁輔助保險杠碰撞系統(tǒng)工作原理流程圖。

碰撞過程中的能量計算：

當兩車的電磁系統(tǒng)都開始發(fā)揮作用時，相當于兩個相互排斥的磁鐵，兩塊磁鐵之間的排斥力沒有系統(tǒng)的計算方法，但有參考的公式：(k為磁荷單位，q1、q2為磁荷)，理論上隨著距離的減小磁力可以無限的增大。由于磁力的變化是非線性的，而且中央控制單元會隨著距離的減小來增大電流的輸出從而磁場的強度也在不斷變化，所以從這一方面很難計算，但從能量守恒的角度考慮就變得簡單了。

經(jīng)查閱文獻得知：一般的輕型轎車的質(zhì)量大約為1700kg，蓄電池容量約為60ah，放電電壓為12v，所以蓄電池所儲存的能量是60ah×12v＝720wh＝0.72kwh，即0.72度電，所以其能量為0.72×3600000＝2592000j。

假定汽車的初始速度為100km/h即30m/s，靜止時速度為0，其動能的變化量為

當汽車速度為132km/h即40m/s時，汽車靜止速度為0，其動能變化量為

由計算可知：蓄電池所含的能量滿足汽車減速所需要的能量。

另外，大多汽車都是只要蓄電池放電發(fā)動機就帶動電動機給蓄電池進行充電，因此可以源源不斷的供給蓄電池的電量，進一步將汽車動能轉(zhuǎn)化為電磁能進而被消耗掉，進一步增加安全性。