专利名称：一种基于气体喷射的客车侧翻主被动综合安全保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及客车安全技术领域。特别是涉及一种既可以主动防止客车发生侧翻，同时又可以在侧翻不可避免时，降低客车侧翻时碰撞能量的客车侧翻安全技术。
背景技术：
汽车被誉为改变了世界的机器，随着我国社会和经济的发展，汽车保有量逐年增力口，在给人们的生产、生活带来极大方便的同时，随之而来的能源紧缺、环境污染、道路拥堵，也随之日益凸显。为解决上述问题，增大公路里程、提高路网密度、大力发展公共交通已成为社会各界的共识。截止到2010年底，我国公路总里程已经超过400万公里、高速公路总里程达到7. 4万公里、汽车保有量约7400万辆。在这种大环境下，公路客运以其方便、灵活、快捷、经济的特点，不但是短途客运的主要形式，也是很多地区唯一的客运形式，在交通领域逐渐发挥起越来越重要的作用。公路客车车速快、重心高、运营时间长、乘客密度大，所以客车安全问题也受到了高度的重视。在客车的各种事故形式中，侧翻事故是最为严重的一种，客车一旦发生侧翻事故，极易导致群死群伤的严重后果。所以，侧翻安全性是评价客车安全性的重要指标，随着近年来世界各国的安全法规逐渐完善，如何提高客车的安全性、尤其是侧翻安全性，成为业内最关注的话题之一。目前，提高客车侧翻安全性的措施，主要是通过改变车身骨架的结构和材料的壁厚，使车身骨架在碰撞时发生有效的塑性变形、吸收足够多的碰撞能量，并保证乘员的生存空间。但是，受限于功能的要求，车身骨架的结构往往难以进行较大的改动，车身侧围和顶架空间有限、也很难布置有效的缓冲吸能结构。所以，在大多数情况下，设计者只能通过增大立柱杆件的截面尺寸和壁厚的方式，来提高客车的侧翻安全性。使用更大截面和更厚的钢管，虽然可以达到改善侧翻安全性的目的，但势必造成客车自重的显著增大，既不利于客车的动力性和燃油经济性，也不利于降低生产成本。无论是改变车身骨架的结构还是材料的壁厚，均属于被动防护措施，即只能单纯地降低事故发生时车身结构的变形、避免侵入乘员空间，却不能预防或制止事故的发生。
发明内容为了解决客车侧翻安全性与轻量化设计之间的矛盾、并在一定程度上主动地预防和制止客车侧翻事故的发生，本实用新型提供了一种保护装置，该保护装置为主被动综合防护装置，既可以在客车侧翻的初始阶段提供回正力矩，主动预防侧翻发生，又可以在客车不可避免地发生侧翻时降低其与地面撞击的速度、减小碰撞能量，从而降低对车身骨架结构性能的要求，在不显著提高成本的前提下，改善客车的侧翻安全性。结合附图，说明如下一种基于气体喷射的客车侧翻主被动综合安全保护装置，包括倾角传感器13、模拟-数字转换14、电子控制单元15和气体喷射总成2，所述的气体喷射总成2为一组或多组，均布在客车顶盖I上，每组喷射总成2包括若干个一级气体发生器4及二级气体发生器 5，分别为左侧一级气体发生器、左侧二级气体发生器、右侧一级气体发生器、右侧二级气体发生器，且喷嘴分别指向客车外侧，倾角传感器13设置在整车重心附近，并将采集的信号经模拟-数字转换14传至电子控制单元15，电子控制单元15的输出信号通过继电器16与同侧同级的每一个气体发生器的点火装置12电连接。—级气体发生器4和二级气体发生器5间隔排列，两侧的同级气体发生器相对设置，并以螺栓连接的方式固定在焊接于顶盖I管件上方的底板3上。所述的每一个气体发生器由外壳7、喷嘴8、封口 9、引火剂10、产气剂11和点火装置12组成。在所述的每一组的喷射总成2之上设置一防护罩6。所述的电子控制单元15还分别与强制关闭开关17、保险丝18电连接。本实用新型的有益效果是可以在侧翻的初始阶段中止侧倾继续进行，预防侧翻事故的发生；在侧翻事故不可避免时，还可以有效降低客车侧翻时的碰撞能量，提高侧翻时的乘员安全性；降低了对车身骨架结构碰撞吸能性能的要求，为进一步实现轻量化设计提供条件；结构和控制方法简单易行，实现成本低廉。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1、2为气体喷射总成为二组时在客车顶盖上的安装位置示意图；图3为气体喷射总成工作时的示意图；图4为气体喷射总成中气体发生器的布置示意图；图5为气体喷射总成在客车Y-Z平面上的截面图；图6为气体发生器的安装和结构示意图；图7为电子控制系统原理图。其中1、客车顶盖；2、气体喷射总成；3、底板；4、一级气体发生器；5、二级气体发生器；6、防护罩；7、外壳；8、喷嘴；9、封口 ；10、引火剂；11、产气剂；12、点火装置；13、倾角传感器；14、模拟-数字转换；15、电子控制单元；16、继电器；17、强制关闭开关；18、保险丝具体实施方式
结合附图，对本实用新型作进一步说明在客车顶盖I之上，安装一组或多组气体喷射总成2。气体喷射总成包括底板3、 一级气体发生器4、二级气体发生器5和防护罩6。底板3焊接在顶盖I管件的上方；一级气体发生器4和二级气体发生器5集中布置在气体喷射总成2内，并均以螺栓连接的方式固定在底板3上；单个的气体发生器，由外壳7、喷嘴8、封口 9、引火剂10、产气剂11和点火装置12组成，其喷口指向外侧；防护罩6覆盖于所有气体发生器之上。车内设有电子控制单元15，其输入信号为车体倾角，由车内安装的倾角传感器13采集；输出信号有四路，分别通过继电器16控制左右侧气体发生器的点火装置；此外，还设有强制关闭开关17和保险丝 18。[0024]在客车行驶过程中，倾角传感器13将车体的侧倾方向和角度，以电压信号的形式，经模拟-数字转换14后输入电子控制单元15。当车体侧倾角度超过预设的临界角度Dl时、即将发生侧翻时，电子控制单元15通过继电器16接通侧倾一侧一级气体发生器4内点火装置12的电流回路，首先点燃引火剂10，引火剂10燃烧使产气剂11释放出大量气体。这些气体击穿喷嘴前的封口 9，通过喷嘴8加速，向车外快速喷射，短时间产生了与侧翻方向相反的反力、提供摆正力矩，抑制并中止侧翻的继续进行，实现侧翻主动安全防护功能。若一级气体发生器4未能摆正车身，车体侧倾角度将继续增大，电子控制单元继续对该角度进行监控，当侧倾角度达到预设定的阀值角度D2时，启动即将发生碰撞一侧二级气体发生器5内点火装置12的电流回路，引火和产气的过程与一级气体发生器4类似，但由于药剂配比和喷嘴尺寸的原因，二级气体发生器5需向倾覆方向持续喷射一段时间、直至车身侧围接触地面，在这段时间内产生一个相对稳定的反力，其方向与侧翻方向相反，以此降低车身与地面的相对速度、减小碰撞能量、提高侧翻时的被动安全性。[0025]一级和二级气体发生器的数量、装药量、配比、触发角度阈值、以及是否设置第三级或更多级次喷射，需要根据具体车型及喷射器特性采用理论分析与试验相结合的方式确定。所选用产气剂应确保所释放的气体中有毒有害成分较少，且温度较低不致引起火灾，确保安全、以车体较大的12米公路客车为例，最大总质量按法规规定小于18吨、质心高度约I. 5米、总高度通常在3. 5米以上。在超过临界角度5度左右时，其倾覆力矩约为28000Nm。而恢复力矩的力臂可达3. 7米以上，理论上只要有一个10500N的反向推力就可以使车身回正，若在此时启动一组推力为15000N、作用时间O. 2秒的一级气体发生器，就可以很容易地将车身推回至临界角度以内，实现主动防止侧翻的目标。根据有限元分析，一款12米左右的公路客车发生侧翻，其碰撞能量约为170000J，车顶高度约为3米。按照ECE-R66法规标准，从临界位置到发生碰装喷射器安装点行程约
3.6米，若采用一组推力为15000N的气体喷射装置，理论上可产生最大的负功为54000J，使碰撞能量减小约30%，效果显著。
权利要求1.一种基于气体喷射的客车侧翻主被动综合安全保护装置，包括倾角传感器(13)、模拟-数字转换(14)、电子控制单元(15)和气体喷射总成(2)，其特征在于所述的气体喷射总成(2)均布在客车顶盖(I)上，包括若干个一级气体发生器(4)及二级气体发生器(5)， 分别为左侧一级气体发生器、左侧二级气体发生器、右侧一级气体发生器、右侧二级气体发生器，且喷嘴分别指向客车外侧，倾角传感器(13)设置在整车重心附近，并将采集的信号经模拟-数字转换(14)传至电子控制单元(15)，电子控制单元(15)的输出信号通过继电器(16)与同侧同级的每一个气体发生器的点火装置(12)电连接。
2.根据权利要求I所述的一种基于气体喷射的客车侧翻主被动综合安全保护装置，其特征在于所述的气体喷射总成(2)为一组或多组，一级气体发生器(4)和二级气体发生器(5)间隔排列，两侧的同级气体发生器相对设置，并以螺栓连接的方式固定在焊接于顶盖⑴管件上方的底板⑶上。
3.根据权利要求I或2所述的一种基于气体喷射的客车侧翻主被动综合安全保护装置，其特征在于所述的每一个气体发生器由外壳(7)、喷嘴(8)、封口(9)、引火剂(10)、产气剂(11)和点火装置(12)组成。
4.根据权利要求3所述的一种基于气体喷射的客车 侧翻主被动综合安全保护装置，其特征在于在所述的每一组的喷射总成(2)之上设置一防护罩(6)。
5.根据权利要求I所述的一种基于气体喷射的客车侧翻主被动综合安全保护装置，其特征在于所述的电子控制单元(15)还分别与强制关闭开关(17)、保险丝(18)电连接。
专利摘要一种基于气体喷射的客车侧翻主被动综合安全保护装置涉及客车安全技术领域。该装置包括倾角传感器(13)、模拟-数字转换(14)、电子控制单元(15)和气体喷射总成(2)，其特征在于所述的气体喷射总成(2)为一组或多组，均布在客车顶盖(1)上，每组喷射总成(2)包括若干个一级气体发生器(4)及二级气体发生器(5)，分别为左侧一级气体发生器、左侧二级气体发生器、右侧一级气体发生器、右侧二级气体发生器，且喷嘴分别指向客车外侧，倾角传感器(13)设置在整车重心附近，并将采集的信号经模拟-数字转换(14)传至电子控制单元(15)，电子控制单元(15)的输出信号通过继电器(16)与同侧同级的每一个气体发生器的点火装置(12)电连接。该结构和控制方法简单易行。
文档编号B60R21/013GK202358031SQ20112052572
公开日2012年8月1日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者关丹丹, 刘霄希, 王秋林, 王童, 王达, 那景新, 高尖峰 申请人:吉林大学