一種形狀記憶合金汽車智能吸能結(jié)構(gòu)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種形狀記憶合金汽車智能吸能結(jié)構(gòu)及 其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車保有量的增加，交通事故頻發(fā)，汽車安全問題已成為焦點(diǎn)問題。研究表 明，汽車發(fā)生正面碰撞、側(cè)面碰撞及尾部碰撞的概率分別為39%、38%、23%。汽車行業(yè)規(guī) 定，當(dāng)發(fā)生正面碰撞時(shí)，汽車前部吸能部件的吸能率要大于50%。因此，汽車前部薄壁結(jié)構(gòu) 起著極為重要的作用。
[0003] 傳統(tǒng)的汽車前部吸能部件，如中國專利CN104943636A、CN100480102C、 CN204197064U，結(jié)構(gòu)單一，質(zhì)量大，吸能量少，大大降低了對乘員及車輛的保護(hù)效果，且維修 成本高。
[0004]形狀記憶合金材料作為典型的智能材料，具有高阻尼、超彈性、抗沖擊等優(yōu)良特 性。在應(yīng)力或者溫度載荷下，形狀記憶合金材料會(huì)發(fā)生馬氏體和奧氏體的相互轉(zhuǎn)變，從而吸 收耗散掉大量能量，其吸能量可達(dá)幾兆焦到幾十兆焦每平方米，其阻尼性能比普通金屬材 料至少高一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，形狀記憶合金材料是一種理想的吸能材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)了一種形狀記憶合金汽車智能吸能結(jié)構(gòu)，目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中 吸能部件的結(jié)構(gòu)單一，質(zhì)量大，吸能量少，汽車安全性與輕量化之間的矛盾，并且維修成本 高等問題。本發(fā)明具有在多種碰撞環(huán)境下進(jìn)行多級(jí)可控碰撞吸能，最大限度保護(hù)乘員及車 輛的特點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明還設(shè)計(jì)開發(fā)了一種形狀記憶合金汽車智能吸能結(jié)構(gòu)的控制方法，目的是解 決現(xiàn)有技術(shù)中控制方法單一，對形狀記憶合金的加熱溫度控制性差等問題。本發(fā)明具有通 過微機(jī)控制系統(tǒng)對形狀記憶合金絲通以電流來控制其在低速碰撞、中高速碰撞和高速碰撞 情況下的等效剛度及吸能量，使各部件按最合理的梯度變形順序?qū)崿F(xiàn)緩沖吸能，保障乘員 和車輛安全的特點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0008]-種形狀記憶合金汽車智能吸能結(jié)構(gòu)，包括：
[0009] 防撞梁本體，其通過套筒式吸能盒與縱梁連接；
[0010] 前部緩沖吸能器，其通過形狀記憶合金絲與所述防撞梁本體連接；
[0011] 防側(cè)撞吸能器，其搭接于所述防撞梁本體兩端，所述防側(cè)撞吸能器后端板與所述 防撞梁本體端部之間通過所述形狀記憶合金絲連接；
[0012] 控制器，其能夠控制所述形狀記憶合金絲的加熱溫度。
[0013] 優(yōu)選的是，所述防撞體本體截面形狀為"U"型，在"U"型槽內(nèi)對稱布置加強(qiáng)板；以 及
[0014] 限制擋板，其用于限制所述防側(cè)撞吸能器的安裝位置。
[0015] 優(yōu)選的是，所述前部緩沖吸能器包括：前端板、連桿及后端板；
[0016] 其中，所述前端板通過所述連桿與所述后端板相連，所述后端板通過所述形狀記 憶合金絲與所述防撞梁本體連接。
[0017] 優(yōu)選的是，所述防側(cè)撞吸能器一端設(shè)置變形誘導(dǎo)槽。
[0018] 優(yōu)選的是，所述套筒式吸能盒由內(nèi)套筒和外套筒相互搭接組成，所述形狀記憶合 金絲均布在所述外套筒外側(cè)，一端連接在所述內(nèi)套筒后端板上，另一端連接在所述縱梁上。
[0019] 優(yōu)選的是，還包括位置傳感器、車速傳感器和制動(dòng)踏板力傳感器。
[0020] 優(yōu)選的是，所述形狀記憶合金絲為NiTi形狀記憶合金絲。
[0021] -種形狀記憶合金汽車智能吸能結(jié)構(gòu)的控制方法，包括如下步驟：
[0022] 步驟一：通過位置傳感器得到車距L，車速傳感器得到車速V，制動(dòng)踏板力傳感器 得到制動(dòng)踏板開合角度βc，當(dāng)同時(shí)滿足以下條件時(shí)，汽車發(fā)生碰撞：
[0023] (1)L<s；
[0025] 其中，s為安全距離，
F為汽車總制動(dòng)力，Μ為車重， f為汽車與地面摩擦系數(shù)，μ為路面附著系數(shù)，t為安全反應(yīng)時(shí)間，g為重力加速度，β為未 踩踏制動(dòng)踏板時(shí)的制動(dòng)踏板開合角度；
[0026] 步驟二：對汽車碰撞環(huán)境進(jìn)行判斷，分為低速碰撞、中高速碰撞及高速碰撞：
[0027] 當(dāng)V< 30km/h時(shí)，汽車發(fā)生低速碰撞；其中，將安全距離s校正為s'，s'= 1. 15s0·95；
[0028] 當(dāng)30km/h<V<60km/h時(shí)，汽車發(fā)生中高速碰撞；其中，將安全距離s校正為 s，，s，= 1. 28s0.95;
[0029] 當(dāng)V彡60km/h時(shí)，汽車發(fā)生高速碰撞；其中，將安全距離s校正為^^ = 0. 95s1·02；
[0030] 步驟三：根據(jù)碰撞環(huán)境，控制器控制形狀記憶合金絲進(jìn)行通電加熱，低速碰撞時(shí)， 將所述形狀記憶合金絲通電加熱到20°c~35°C;中高速碰撞時(shí)，將所述形狀記憶合金絲通 電加熱到50°C~70°C;高速碰撞時(shí)，將所述形狀記憶合金絲通電加熱到85°C~105°C。
[0031] 優(yōu)選的是，所述步驟一中，根據(jù)車重Μ將碰撞環(huán)境判斷的計(jì)算公式中的安全反應(yīng) 時(shí)間t校正為安全反應(yīng)時(shí)間t':
[0032]車重Μ滿足條件Μ< 1400kg時(shí)，t，=0·99沙003;
[0033] 車重Μ滿足條件 1400kg彡Μ< 1800kg，t' = 1. 01ta9S;
[0034] 車重M滿足條件M彡 1800kg時(shí)，t' = 1. 02t°·99。
[0035] 優(yōu)選的是，
[0036] 所述步驟一中，根據(jù)環(huán)境溫度T及相對濕度RH%將碰撞環(huán)境判斷的計(jì)算公式中的 安全反應(yīng)時(shí)間t校正為安全反應(yīng)時(shí)間t":
[0037] 當(dāng)環(huán)境溫度15°C彡T彡25°C時(shí)，
[0038] (1)相對濕度RH%滿足條件 75%彡RH%< 100%，t" = 1. 21t〇·91;
[0039] (2 相對濕度RH%滿足條件RH%= 100%，t" = 1. 30t°·87;
[0040] 所述步驟二中，根據(jù)碰撞環(huán)境，控制器控制對形狀記憶合金絲進(jìn)行通電加熱，低速 碰撞時(shí)，將所述形狀記憶合金絲通電加熱到20°C;中高速碰撞時(shí)，將所述形狀記憶合金絲通 電加熱到60°C;高速碰撞時(shí)，將所述形狀記憶合金絲通電加熱到90°C。
[0041] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較所具有的有益效果：
[0042] 1、該吸能結(jié)構(gòu)吸能量大、效率高且智能可控，一種形狀記憶合金汽車智能吸能結(jié) 構(gòu)由防撞梁本體、前部緩沖吸能器、防側(cè)撞吸能器和套筒式吸能盒組成，充分利用了形狀記 憶合金材料的高阻尼、抗沖擊特性，對汽車碰撞進(jìn)行緩沖吸能，并可通過微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù) 形狀記憶合金材料的相變特性來調(diào)節(jié)形狀記憶合金材料的等效剛度、吸能量等，使得智能 吸能結(jié)構(gòu)可在多種碰撞環(huán)境下按規(guī)定的梯度變形順序?qū)崿F(xiàn)多級(jí)吸能；
[0043] 2、當(dāng)發(fā)生低速正面碰撞時(shí)，前部緩沖吸能器及套筒式吸能盒中設(shè)置的形狀記憶合 金絲被拉伸吸能。維修時(shí)，只需加熱形狀記憶合金絲，吸能結(jié)構(gòu)便可恢復(fù)原狀；當(dāng)發(fā)生高速 正面碰撞時(shí)，前部緩沖吸能器及套筒式吸能盒中的形狀記憶合金絲被拉伸，實(shí)現(xiàn)一級(jí)能量 吸收，剩余能量由防撞梁本體及吸能盒套筒壓潰完成二級(jí)能量吸收；當(dāng)發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)，防 側(cè)撞吸能器可通過形狀記憶合金絲拉伸吸能和外伸部分壓潰吸能實(shí)現(xiàn)二級(jí)能量吸收。進(jìn) 一步的，可通過微機(jī)控制系統(tǒng)對形狀記憶合金絲通以電流來控制其在低速碰撞、中高速碰 撞和高速碰撞情況下的等效剛度及吸能量，使各部件按最合理的梯度變形順序?qū)崿F(xiàn)緩沖吸 能，保障乘員和車輛安全。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045] 圖2本發(fā)明所述的防撞梁本體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046] 圖3本發(fā)明所述的前部緩沖吸能器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047] 圖4本發(fā)明所述的前部緩沖吸能器工作原理圖；
[0048] 圖5本發(fā)明所述防側(cè)撞吸能器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049] 圖6本發(fā)明所述防側(cè)撞吸能器工作原理圖；
[0050] 圖7本發(fā)明所述套筒式吸能盒結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051] 圖8本發(fā)明所述套筒式吸能盒工作原理圖；
[0052] 圖9本發(fā)明所述微機(jī)控制系統(tǒng)工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0054] 如圖1~8所示，本發(fā)明提供了一種形狀記憶合金汽車智能吸能結(jié)構(gòu)，其包括防 撞梁本體110、前部緩沖吸能器120、防側(cè)撞吸能器130、套筒式吸能盒140和微機(jī)控制系統(tǒng) 200,在防撞梁本體110中間部位設(shè)置有前部緩沖吸能器120,前部緩沖吸能器120后端板與 防撞梁本體100之間連接有形狀記憶合金絲123 ;防撞梁本體110兩端設(shè)置有防側(cè)撞吸能 器130,防側(cè)撞吸能器130外伸部分加工有變形誘導(dǎo)槽137,防側(cè)撞吸能器130后端板134 與防撞梁本體110端部之間連接有形狀記憶合金絲133 ;防撞梁本體110通過套筒式吸能 盒140與縱梁150連接；當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，形狀記憶合金材料與吸能結(jié)構(gòu)先后完成緩沖吸能， 并且可通過汽車微機(jī)控制系統(tǒng)200來調(diào)節(jié)形狀記憶合金材料的等效剛度和吸能量等參數(shù)， 使其適應(yīng)于各種碰撞環(huán)境，微機(jī)控制系統(tǒng)200包括位置傳感器、車速傳感器、制動(dòng)踏板力傳 感器、汽車E⑶210、蓄電池220和控制電路230,微機(jī)控制系統(tǒng)200能夠通過位置傳感器、車 速傳感器和制動(dòng)踏板力傳感器分別把車距信息、車速信息和制動(dòng)信息反饋給汽車ECU210， 汽車E⑶210做出判斷，以此來控制蓄電池220通過控制電路230對形狀記憶合金絲通電加 熱，使形狀記憶合金絲的等效剛度和吸能量發(fā)生改變，以適應(yīng)不同碰撞環(huán)境，保護(hù)乘員和車 輛，微機(jī)控制系統(tǒng)200根據(jù)傳感器信息，將碰撞環(huán)境分為低速碰撞、中高速碰撞和高速碰撞 三類，在不同碰撞環(huán)境下，通過電加熱的方式把形狀記憶合金絲加熱到不同溫度，使其等效 剛度和吸能量與碰撞環(huán)境相匹配，以便各吸能部件滿足梯度變形順序，最大程度的吸收汽 車碰撞能量。
[0055] 在另一種實(shí)施例中，防撞梁本體100截面形狀為"U"型，且?guī)в蟹?，用于連接其 他吸能部件，防撞梁本體100 "U"型槽內(nèi)設(shè)置有加強(qiáng)板111，有效降低碰撞加速度峰值及折 彎變形現(xiàn)象，在防撞梁本體100內(nèi)還設(shè)置有限制擋板136,其用于限制所述防側(cè)撞吸能器 130的安裝位置。
[0056] 在另一種實(shí)施例中，前部緩沖吸能器120包括前端板121、連桿122及后端板124， 前端板121通過連桿122與后端板124相連，通過調(diào)節(jié)螺栓125調(diào)節(jié)后端板124的位置，通 過形狀記憶合金絲123 -端連接前部緩沖吸能器120的后端板124,另一端連接防撞梁本體 110,且在調(diào)節(jié)螺栓125的作用下處于張緊狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，首先是形狀記憶合金絲123 拉伸吸能，剩余能量再由防撞梁本體110變形吸收。
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