一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶的制作方法

本发明涉及汽车安全领域，特别涉及一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶。

背景技术：

汽车已成为人们日常生活中不可缺少的必备工具。为了满足不同行业的需求，各种类型的车辆被生产出来，有用于日常生活的轿车，也有用于公共交通的公交车，还有用于建设的工程车辆，更有用于特种行业的专用车辆。这些不同类型的车辆共享相同的行车环境。由于这些类型的车辆体积相差很多，尤其是轿车和工程车辆在体积和重量上相差很多，二者之间的事故往往给轿车带来毁灭性的损伤，危及乘车人员的生命安全。轿车和工程车辆发生碰撞事故时，偶尔会有工程车辆侧翻压在轿车顶部，虽然此类事故发生的几率并不高，可是给轿车和里面的乘车人员带来毁灭性的伤害，车上乘员毫无生存的可能。

目前，汽车车顶抗压方法主要采用抗拉强度大于800Mpa的高强度钢板制作汽车车顶、车身A柱、B柱及上横梁，但这种方法的成本较高，制作难度大，在汽车生产制作过程中还未广泛普及；另一种方法是单独设计汽车车顶抗压装置如电动液压千斤顶，可根据车顶外部雷达探头探测到的车顶障碍物来控制驱动液压缸中伸缩支柱工作，伸缩支柱推动托盘顶住车顶，从而提高车辆的抗压强度，但这种方法的缺点是托盘顶住车顶时车顶受力不均匀，影响抗压效果，而且液压千斤顶动作时间较慢，在车顶受到重压甚至变形时不能迅速推动托盘，造成抗压延迟。

气撑式张弦结构是一种由低内压充气囊、柔性索、刚性杆件组成的轻型混合结构体系，目前主要应用于建筑领域。该结构特点是利用充气过程对结构施加预应力，无需张拉设备和反力装置，充气气囊为上弦构件提供连续支撑，避免撑杆结构的失稳，有效地降低结构自重，发挥其刚性、柔性材料的优势，使结构的延性和安全储备相对较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种抗压能力强、结构稳定性强、成本较低、响应及时的基于气撑式张弦结构的抗压车顶，可以有效提高车辆顶部的抗压强度。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶，包括拱形气撑式张弦支撑机构、纺锤形气撑式张弦支撑机构和气压控制模块16；拱形气撑式张弦支撑机构包括拱形气囊2、上弦杆一1和下弦杆一3，上弦杆一1与下弦杆一3的两端通过焊接连接，拱形气囊2固定于上弦杆一1与下弦杆一3的中间；所述纺锤形气撑式张弦支撑机构包括纺锤形气囊6、上弦杆二5、下弦索二7、轴承13、微型电动伸缩杆19、L型滑动卡头8、模式控制器21和U型卡头4，上弦杆二5与下弦索二7的两端通过U型卡头4连接，纺锤形气囊6固定于上弦杆二5与下弦索二7的中间；L型滑动卡头的侧端8-1通过轴承13与上弦杆二5相连接，L型滑动卡头的底端8-2紧扣于拱形气撑式张弦支撑机构的上弦杆一1；上弦杆二5的两端通过双头螺栓20连接在微型电动伸缩杆19上；所述气压控制模块16包括控制器、电子气阀、充气泵、存储器、气压传感器、驱动器和气管。

所述抗压车顶中的纺锤形气撑式张弦支撑机构有展开式和收缩式两种工作状态，当汽车天窗开启时，通过模式控制器21控制微型电动伸缩杆19，将纺锤形气撑式张弦支撑机构收缩至车顶后部，呈收缩式；当汽车天窗关闭时，通过模式控制器21控制微型电动伸缩杆19，将纺锤形气撑式张弦支撑机构在车顶均匀展开，呈展开式。模式控制器21由蓄电池和转换开关组成。

拱形气囊2和纺锤形气囊6可以采用PVC膜材为原料，其结构可以采用多隔型、复合型和强化型。

上弦杆一1是截面为长方形的拱形钢板，与拱形气囊2粘接；下弦杆一3是截面为长方形的拱形钢板，与拱形气囊2的底部粘接。

上弦杆二5是截面为长方形的拱形钢板，与纺锤形气囊6粘接；下弦索二7是截面为圆形的钢索，与纺锤形气囊6的底部粘接。

轴承13是平推轴承，平推轴承的一面与上弦杆二5刚性连接，另一面与L型滑动卡头的侧端8-1刚性连接。

拱形气撑式张弦支撑机构至少有两个，纺锤形气撑式张弦支撑机构至少有三个。

抗压车顶中最后方的纺锤形气撑式张弦支撑机构的L型滑动卡头的底端8-2与拱形气撑式张弦支撑机构的上弦杆一1通过焊接连接；抗压车顶中其余的纺锤形气撑式张弦支撑机构中的L型滑动卡头的底端8-2与拱形气撑式张弦支撑机构的上弦杆一1通过卡扣连接，且可沿杆面滑动。

各个拱形气囊之间采用可伸缩铝质气管二10连接，各个纺锤形气囊之间采用可伸缩铝质气管一9连接。

所述气压控制模块中，控制器采用体积小、低功耗、低成本、高性能、高主频ARM架构的处理器，控制器通过驱动器来驱动充气泵；电子气阀为两位三通电磁阀，电子气阀的出气口一14和出气口二15分别通过气管一11、气管二12与拱形气囊2、纺锤形气囊6相连接，电子气阀的进气口与充气泵的出口相连接；安装在拱形气囊的气压传感器二18、安装在纺锤形气囊的气压传感器一17分别与控制器连接；存储器与控制器连接，用于存储纺锤形气囊6和拱形气囊2的内部最佳气压范围值。抗压车顶开始工作后，控制器读取存储器中纺锤形气囊6和拱形气囊2的内部预设最佳气压范围值，通过驱动器驱动充气泵给纺锤形气囊6和拱形气囊2充气，分别通过气压传感器一17和气压传感器二18采集纺锤形气囊6和拱形气囊2中的气压，并实时与两者预设的最佳气压范围值进行比较，通过闭环控制使得气囊内的气压处于正常工作状态。气压控制模块可根据汽车车身的实际情况放置在合适位置处，且可由汽车电源供电。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)气撑式张弦支撑机构是一种自支撑、自平衡的结构体系，对边界约束的要求很低；上弦构件产生的水平推力由下弦柔性构件承担，使得边界约束主要以受竖向支反力为主，支座受力明确，易于设计与制作。

(2)气压控制模块可实时监测纺锤形气囊和拱形气囊的内部气压，将其与存储模块中的最佳值范围进行比较，通过控制充气泵和电子气阀确保气囊内部气压在最佳值范围内，保证结构可靠性。

(3)当需要开启天窗时，可以控制微型电动伸缩杆改变纺锤形气撑式张弦支撑机构的位置发生后移在天窗位置留空，当关闭天窗后，可以控制微型电动伸缩杆改变纺锤形气撑式张弦支撑机构的位置发生前移达到完整支撑效果。

(4)本发明的抗压车顶可承受更大的载荷，在轿车行驶中遇到工程车侧翻、山体滑坡、轿车翻车等突发情况下，车顶受强烈重压会危及乘车人员的生命安全，当有重物砸击车顶时，本发明可以有效减缓压力对车顶结构的形变，从而保护乘车人员的人身安全。

附图说明

图1为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶内部结构展开示意图。

图2为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶内部结构收缩示意图。

图3为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶展开式整车示意图的侧视图。

图4为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶收缩式整车示意图的侧视图。

图5为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶展开式整车示意图的俯视图。

图6为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶收缩式整车示意图的俯视图。

图7为纺锤形气撑式张弦支撑机构的结构示意图(正视图、侧视图和俯视图)。

图8为纺锤形气撑式张弦支撑机构的侧端放大示意图(正视图)。

图9为纺锤形气撑式张弦支撑机构的侧端放大示意图(侧视图)。

图10为拱形气撑式张弦支撑机构结构示意图。

图11气压控制模块结构框图。

图12气压控制模块软件流程图。

图中：1、上弦杆一；2、拱形气囊；3、下弦杆一；4、U形卡头；5、上弦杆二；6、纺锤形气囊；7、下弦索二；8、L型滑动卡头；8-1、L型滑动卡头的侧端；8-2、L型滑动卡头的底端；9、可伸缩铝质气管一；10、可伸缩铝质气管二；11、气管一；12、气管二；13、轴承；14、出气口一；15、出气口二；16、气压控制模块；17、气压传感器一；18、气压传感器二；19、微型电动伸缩杆；20、双头螺栓；21、模式控制器。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所示，一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶，包括拱形气撑式张弦支撑机构、纺锤形气撑式张弦支撑机构和气压控制模块16；拱形气撑式张弦支撑机构包括拱形气囊2、上弦杆一1和下弦杆一3，上弦杆一1与下弦杆一3的两端通过焊接连接，拱形气囊2固定于上弦杆一1与下弦杆一3的中间；所述纺锤形气撑式张弦支撑机构包括纺锤形气囊6、上弦杆二5、下弦索二7、平推轴承13、微型电动伸缩杆19、L型滑动卡头8、模式控制器21和U型卡头4，所述上弦杆二5两端打孔，下弦索二7两端穿过上弦杆二5两端的孔并通过U型卡头4连接。纺锤形气囊6固定于上弦杆二5与下弦索二7的中间；L型滑动卡头的侧端8-1通过平推轴承13与上弦杆二5相连接，L型滑动卡头的底端8-2紧扣于拱形气撑式张弦支撑机构的上弦杆一1，上弦杆二5的两端通过双头螺栓20连接在微型电动伸缩杆19上。模式控制器21由蓄电池和转换开关组成；转换开关用于控制微型电动伸缩杆19的运动状态，改变纺锤形气撑式张弦支撑机构在车顶的分布形式。其中拱形气囊2和纺锤形气囊6均采用PVC膜材(杜肯B1005)；上弦杆一1、下弦杆一3、上弦杆二5均采用Q235钢板，下弦索二7采用钢绞线；L型滑动卡头8为不锈钢材质，通过轴承13与上弦杆二5连接，L型滑动卡头8可以绕着轴承13转动，L型滑动卡头8可以任意角度与拱形气撑式张弦支撑机构紧密贴合，保证最大接触面积，纺锤形气撑式张弦支撑机构可以稳定固定在拱形气撑式张弦支撑机构上弦杆一上。

如图11所示，气压控制模块16包括控制器、电子气阀、充气泵、存储器、气压传感器、驱动器和气管。气压传感器选用MS5611系列传感器，气压传感器分为气压传感器一17和气压传感器二18，气压传感器二18安装在拱形气囊的内壁，气压传感器一17安装在纺锤形气囊的内壁。拱形气撑式张弦支撑机构并列有两个，拱形气囊之间通过可伸缩铝质气管二10连接，纺锤形气撑式张弦支撑机构并列有五个，各个纺锤形气囊之间通过可伸缩铝质气管一9连接，气管一11和气管二12为公共进出气口，一端分别与电子气阀的出气口一14和出气口二15连接；另一端分别与可伸缩铝质气管一9和可伸缩铝质气管二10连接，充气泵的出口与电子气阀的进气口连接，控制器通过驱动器驱动充电泵。驱动器选取IRP520驱动器。微型电动伸缩杆19为直筒式伸缩杆。微型电动伸缩杆19与L型滑动卡头8通过材质为46#钢的双头螺栓20连接。微型电动伸缩杆19连接至模式控制器21，通过模式控制器21控制电动伸缩杆的伸缩，调节纺锤形气撑式张弦支撑机构的位置分布，既不妨碍汽车天窗的正常使用，而且对汽车增加了抗压保护。

如图12所示，抗压车顶开始工作后，控制器读取存储器中纺锤形气囊6和拱形气囊2的内部预设最佳气压范围值，同时开始采集纺锤形气囊气压值与拱形气囊气压值，并分别与预设最佳气压范围值进行比较，当检测到气囊气压值小于最佳气压范围值时，打开电子气阀的出气口一14和出气口二15并通过驱动器驱动充气泵给纺锤形气囊6和拱形气囊2充气，分别通过气压传感器一17和气压传感器二18采集纺锤形气囊6和拱形气囊2中的气压，并实时与两者预设的最佳气压范围值进行比较，直到纺锤形气囊6和拱形气囊2中的气压值在两者预设的最佳气压范围值内，关闭电子气阀的出气口一、出气口二和充气泵，通过闭环控制使得气囊内的气压处于正常工作状态。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。