專利名稱：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)于一種在汽車在碰撞交通事故中減輕車內(nèi)人員傷害和車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)：
隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車數(shù)量與日俱增，汽車碰撞交通事故的發(fā)生難以避 免。在各類交通事故中尤以碰撞事故占首位，因此對汽車的碰撞安全要求也越來越高。為了 降低碰撞事故的損害程度，有效保證成員的人身安全，世界各國都在積極開展防撞方面的 研究。目前防撞裝置的安全設(shè)計主要集中在發(fā)生碰撞的瞬間，通過車身的前部潰縮來吸收 碰撞產(chǎn)生的能量，同時通過安全帶、空氣囊等緩沖裝置將乘員所受到的傷害降低到最小值。 如剛性保險杠或塑性吸能保險杠，對碰撞能量的耗散相對有限，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，不能有效保證車內(nèi)人員的安全性。中國發(fā)明專利汽車受到撞擊時的液壓緩沖裝置(申請?zhí)?00610015318. 2，申請 日2008年2月20日)公開了一種通過活塞缸、活塞、活塞桿和緩沖啟動裝置組成的液壓 緩沖裝置，通過活塞的前后運動擠壓活塞缸中的油脂，實現(xiàn)緩沖。緩沖啟動裝置用以固定活 塞與活塞缸的相對位置，當(dāng)汽車受撞力達到液壓緩沖裝置的啟動力時，液壓緩沖裝置啟動。 但上述裝置存在阻尼不可控的缺點，無法有效控制在活塞缸中流動的油脂的運動狀態(tài)及應(yīng) 力。目前阻尼可控的液壓緩沖裝置僅是通過調(diào)節(jié)節(jié)流孔(即活塞缸中前腔與后腔之間的連 通孔)的開度大小來實現(xiàn)，通常采用機電或電液伺服系統(tǒng)，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、頻率響 應(yīng)低等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有汽車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能，有效耗散碰撞過程中的碰撞能量，達到勻減速緩沖，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，對內(nèi)容物進行保護。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放端，所述開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)置多級徑向環(huán)形阻尼通道。所述多級徑向環(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連通艙室，每個艙室中設(shè)置一個實心片狀的 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，并將原來呈直線型的 阻尼通道變成多級徑向環(huán)形徑向阻尼通道，增加了阻尼通道的有效長度，增強了碰撞能量 耗散裝置對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)簡單，實施方便。本發(fā)明通過外部電流驅(qū)動器調(diào)節(jié)磁流變脂中的磁場，改變磁流變脂的流動特性， 將碰撞能量轉(zhuǎn)化為磁流變脂中的熱能，有效耗散汽車碰撞過程中的碰撞能量。本發(fā)明的阻 尼控制通過應(yīng)用磁流變脂粘度系數(shù)隨磁通強度大小的可變性來實現(xiàn)，具有響應(yīng)速度快，調(diào) 節(jié)范圍大的優(yōu)點；克服了現(xiàn)有技術(shù)中由于通過調(diào)節(jié)節(jié)流孔的開度大小來實現(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)低等問題。當(dāng)采用磁流變脂作為阻尼材料時，本發(fā)明的多級徑向環(huán)形徑向阻尼通道還可以解 決勵磁線圈引線的密封問題，實現(xiàn)磁通的方向與磁流變液流動方向垂直的設(shè)計要求。由于 阻尼通道的形狀為蛇形，阻尼通道的有效長度遠大于阻尼通道的軸向長度，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-磁場發(fā)生器；81-外筒；82-上端蓋；83-下端 蓋；84-勵磁線圈；85-導(dǎo)線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行說明。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背面的多個碰 撞能量耗散組件2。如圖2所示，本發(fā)明的一個實施例為，每個碰撞能量耗散組件2包括一 個油囊3和一個油缸4，其中油囊3的封閉端與防撞板1的背面相貼合，油囊3的開放端密封設(shè)置于油缸4的頂部，且油囊3與油缸4通過油缸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。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盏呐鲎矂幽苻D(zhuǎn)化為熱能耗散掉。為了能夠充分地將碰撞動能轉(zhuǎn)化為熱能，需要在油缸4中設(shè)計足夠長的阻尼通 道，本實施例中油缸4內(nèi)的空腔被設(shè)置在油缸4內(nèi)壁上的N個中空的環(huán)形隔離板41分隔成 N+1個連通的艙室，其中N為自然數(shù)常數(shù)。每個艙室中部固定設(shè)置一個實心片狀的中心隔離 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路徑足 夠長，可以使阻尼材料7充分吸收碰撞動能，通過阻尼材料7與阻尼通道相摩擦產(chǎn)生的熱能 將碰撞動能消耗掉。如圖2所示，本發(fā)明的另一個實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外部的磁場發(fā)生器8，磁場發(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)動器通過導(dǎo)線85向勵磁線 圈84供電。油囊3的開放端與磁場發(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。為了確保勵磁線圈84通電產(chǎn)生的磁通通過徑向阻尼 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)率高且磁飽和強度高的低碳鋼制作，更優(yōu)選為10 號鋼。磁流變脂是具有流變學(xué)特性的磁流變流體，可在短時間內(nèi)隨外加磁場發(fā)生流體表 面粘度的可逆變化，本實施例利用磁流變脂在不同磁場強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能轉(zhuǎn)化為熱能耗散的阻尼材料7。當(dāng)電流驅(qū)動器通過導(dǎo)線85向勵 磁線圈84通電時，勵磁線圈84產(chǎn)生的磁通通過上端蓋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動方向垂直于磁場方向切割磁通，本實施例的碰撞能量耗散裝置滿足 磁流變器件的磁路設(shè)計準(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。同 時外部電流驅(qū)動器調(diào)節(jié)電流輸入勵磁線圈84，勵磁線圈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動切割磁通，從而使磁流變脂的粘度系數(shù)變大，實現(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時，磁流變脂與環(huán)形 隔離板41和中心隔離板42表面產(chǎn)生流動摩擦，使大部分撞擊動能轉(zhuǎn)化為熱能儲存于磁流 變脂中，磁流變脂溫度升高。當(dāng)導(dǎo)線85中的勵磁電流為零時，勵磁線圈84不產(chǎn)生磁場，阻尼 通道中的磁流變脂的粘度系數(shù)減小，回歸流動特性好的原始狀態(tài)，因此碰撞能量耗散組件2中耗散的能量小，不影響汽車的正常運行。 應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實施方式
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，盡管本說明書參照附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng) 造已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改 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，其均應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范圍當(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放端，所述開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 分隔成多個連通艙室，每個艙室中設(shè)置一個實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，并將原來呈直線型的阻尼通道變成多級環(huán)形徑向阻尼通道，增加了阻尼通道的有效長度，增強了碰撞能量耗散裝置對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)簡單，實施方便。
文檔編號B60R19/36GK101797910SQ201010139628
公開日2010年8月11日 申請日期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 申請人:重慶大學(xué)