一种碰撞防护装置的制作方法

本发明涉及车辆防护技术领域，具体设计一种碰撞防护装置。

背景技术：

碰撞防护装置是车辆防护中的重要装置。常见的如货车的后下部防护装置，在小客车追尾载货汽车事故中起缓冲吸能的作用，减轻因“钻撞”而造成小客车驾驶室内人员伤亡情况，是高效且易安装的被动安全技术装置。我国于2001年颁布了《汽车和挂车后下防护装置要求》，2017年在原标准基础上进一步修改完善后颁布实施了《gb11567-2017汽车及挂车侧面和后下部防护要求》。目前，我国小客车追尾“钻撞”载货汽车的事故比例和事故损害程度明显高于欧美国家。一方面，是因为我国汽车后下部防护装置的应用状况普遍较差。另一方面，是因为我国汽车后下部防护装置结构形式不统一，不能达到标准要求，起不到应有的防“钻撞”和吸能的保护作用。因此，随着法规的不断升级还有降低“钻撞”人员伤亡情况的迫切需求，一款具有通用性又能达到标准要求的防护装置是各大主机厂所迫切需要的。

现有技术中，有如专利申请号为201910615918.x的中国发明专利所公开的一种货车及其后防护装置，该后防护装置具有结构强度高，防护效果好的特点，但是，其结构通用性差，不能适用于不同的货车车辆。

另外有如专利申请号为201621467070.9的中国实用新型专利公开的一种货车后下部吸能防护装置，该装置通过铰接和阻尼器固定在车架纵梁上，起到防撞吸能和防止追尾车辆转入货车底部的作用。但是该机构高度方向占用尺寸较大，导致车辆通过性能较差。另外其防撞横梁由于在高度方向没有固定，车辆在行驶过程中受路面颠簸防撞横梁产生振动噪音。

技术实现要素：

因此，针对上述问题，本发明提出一种结构优化的碰撞防护装置。

本发明采用如下技术方案实现：

本发明提出一种碰撞防护装置，用于对被保护物体提供防护，包括防护横梁、传力摆臂、减震装置以及限位机构，所述传力摆臂第一端与所述防护横梁固定连接，所述传力摆臂第二端直接或间接地与所述被保护物体可转动连接在一起，所述减震装置连接在所述传力摆臂上，所述传力摆臂在受较大作用力作用而相对所述被保护物体转动时，带动所述减震装置运动从而吸收能量，所述限位机构安装在所述传力摆臂上，用于限制所述传力摆臂转动的角度范围，所述限制包括部分限制，所述部分限制是：提供一个限制阈值，当所述传力摆臂在受到较小作用力时，如果该较小作用力小于所述限制阈值，则限制所述传力摆臂相对所述被保护物体转动，如果该较小作用力大于或等于所述限制阈值，则限制所述传力摆臂相对所述被保护物体转动一定的角度范围。

其中，为提高结构稳定性，增加减震效果，所述限制还包括完全限制，所述完全限制是：当所述传力摆臂在受到较大作用力和/或持续的较小作用力时，在所述传力摆臂相对所述被保护物体转动到最大的角度范围后对所述传力摆臂的转动进行完全限制。

其中，为提高结构稳定性，所述限位机构包括限位杆和限位套，所述限位套固定安装在所述传力摆臂上，所述限位杆穿过所述限位套设置，所述限位杆远离所述限位套的一端直接或间接地与所述被保护物体连接，所述减震装置一端连接在所述传力摆臂上，一端直接或间接地与所述被保护物体连接，所述限位机构与传力摆臂和减震装置形成大致三角形结构。

其中，为提高部件的通用性，还包括一安装支架，所述安装支架与所述被保护物体连接，所述传力摆臂、限位机构和减震装置通过安装在所述安装支架上实现与所述被保护物体的间接连接。

其中，基于生产和成本考虑，所述限位机构包括用于实现所述部分限制的第一限位机构，所述第一限位机构包括：

在所述限位杆上沿杆身线性排列的若干个卡槽；

在所述限位套内设置的与所述卡槽的形状相匹配的卡块；

在所述限位套内设置的、以弹性恢复力推动所述卡块抵触在所述卡槽内的弹性元件；

所述的限制阈值是：能够在所述传力摆臂受到较小作用力时，克服所述弹性恢复力而使所述卡块脱离所抵触的卡槽，进而使所述传力摆臂转动的最小作用力。

其中，为提高稳定性和减躁效果，所述卡槽与卡块设置有相向设置的至少两组；所述卡块是由弹性材质构成。

其中，为提高减躁效果，所述卡槽的截面形状是沿所述限位杆的杆身逐渐由浅及深复而由深及浅。

其中，为实现完全限制，所述限位机构还包括实现完全限制的第二限位机构，包括在所述限位杆靠近所述传力摆臂的一端设置的挡止件，当所述传力摆臂在受到较大作用力和/或持续的较小作用力从而相对所述被保护物体转动到最大的角度时，所述挡止件阻挡所述传力摆臂继续相对所述被保护物体转动。

其中，基于生产和成本考虑，所述挡止件是设置在所述限位杆靠近所述传力摆臂的一端的t字型的头部，所述传力摆臂上开设有让所述挡止件的t字型的头部无法通过的限位孔。

其中，基于生产和成本考虑，所述传力摆臂具有中空的内腔，所述传力摆臂的外壁上具有宽度小于所述t字型的头部的通孔作为所述限位孔，所述限位杆杆身穿过所述限位孔，所述t字型的头部设置在所述内腔中。

本发明具有以下有益效果：本发明设有限位机构，受到较小的碰撞力时不会产生噪音；部件总成通用性好，所需安装空间小，不必浪费过多空间，装置小巧也便于安装和拆卸；采用可拆卸的连接结构，便于维护和零件更换；本发明根据所受碰撞力的大小具有多级工作模式，充分适应不同的情况。

附图说明

图1是实施例中碰撞防护装置的轴测图(其一)；

图2是实施例中碰撞防护装置的轴测图(其二)；

图3是实施例中以车架示例的示意图；

图4是实施例中碰撞防护装置的正视图；

图5是实施例中碰撞防护装置的俯视图；

图6是实施例中碰撞防护装置的左视图；

图7是实施例中横梁矩管的示意图；

图8是实施例中传力摆臂的示意图；

图9是图6中m处的局部方法大图；

图10是实施例中横梁连接支架与连接支架的示意图；

图11是实施例中铰接钢套的示意图；

图12是实施例中安装板的示意图；

图13是实施例中减震器总成的示意图；

图14是实施例中减震器安装支架的示意图；

图15是实施例中限位机构的示意图；

图16是实施例中限位机构的剖视图；

图17是实施例中拉杆的示意图；

图18是实施例中限位套各组件的爆炸图；

图19是实施例中限位销的示意图；

图20是实施例中限位套的剖视图；

图21是实施例中限位机构的安装方式的示意图；

图22是实施例中碰撞防护装置的工作原理图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参阅图1-图22所示，作为本发明的优选实施例，提供一种碰撞防护装置，主要结构包括防护横梁总成1、传力摆臂2、限位机构3、安装板4、减震器总成5、减震器安装支架6。

如图2-图3中所示，以上述的传力摆臂2、限位机构3、安装板4、减震器总成5、减震器安装支架6组合形成一个左传力减震总成7，在防护横梁总成1上设置一个与左传力减震总成7结构相同的右传力减震总成8，右传力减震总成8与左传力减震总成7呈左右两侧镜像布置，增强结构的稳定性的同时方便进行安装。示例性地，图3中还标示了车架9，碰撞防护装置安装在车架9上，以作为本实施例安装的一种参考方式。为了便于描述，以下说明主要以左传力减震总成7的结构展开。

参阅图7-图10，所述的防护横梁总成1包括横梁矩管11，以及一左一右固定连接在横梁矩管11上的两个连接支架12。左传力减震总成7与右传力减震总成8分别对应地与所述左侧和右侧的连接支架12连接。具体地，在传力摆臂2一端固定设置有横梁连接支架26，横梁连接支架26与连接支架12通过螺栓连接在一起，以实现传力摆臂2与防护横梁总成1的连接。传力摆臂2与防护横梁总成1的连接方式并不受上述的螺栓连接方式所限，其也可以是焊接，但因为防护横梁总成1作为受碰撞力的直接部位，受碰撞后容易损坏变形，采用螺栓连接有利于部件的更换。为保证防护横梁总成1与传力摆臂2的结构强度和刚度，横梁连接支架26与连接支架12被设置为：当横梁连接支架26与连接支架12被螺栓连接在一起后，二者间形成大致匹配防护横梁总成1外形的夹持部位。具体参阅图9和图10，本实施例中，横梁矩管11是矩形管件(但也可以是圆形管、实心圈杆等等，不受此形状限制)，而横梁连接支架26与连接支架12都具有直角折弯的部位，二者被螺栓连接在一起后，之间形成大致为矩形(匹配防护横梁总成1外形)的夹持部200，能稳定地紧密固定传力摆臂2与横梁矩管11，使传力摆臂2与横梁矩管11形成一个刚性防护横梁摆臂。值得注意的是，虽然横梁矩管11的外形不受限制，但设置为矩形管件既能以其具有的矩形平面较好地吸收碰撞力，也方便横梁连接支架26与连接支架12的生产制造，有如本实施例中，横梁连接支架26与连接支架12经钣金工艺即可得到。

所述的传力摆臂2包括传力臂矩管21，在传力臂矩管21的一端设置有上述的横梁连接支架26，另一端设置有铰接钢套22以及u型件23。在传力臂矩管21上开设有第一安装孔24以及第二安装孔25。其中，铰接钢套22为具有第三安装孔221(通孔)的圆筒形套管，传力臂矩管21设置有与铰接钢套22的外径相配合的、供铰接钢套22穿伸的安装孔，则铰接钢套22以过盈配合固定在传力臂矩管21上。铰接钢套22也可以用诸如紧定螺钉抵紧、粘接、甚至一体铸造成型的方式与传力臂矩管21连接，需要说明的是，铰接钢套22的设置目的是在此处形成安装孔以将传力摆臂2和安装板4连接，因本实施例采用了中空的传力臂矩管21，所以使用铰接钢套22可以有效提高此处安装孔的强度。u型件23上设有用于与减震器5相连接的通孔。第一安装孔24以及第二安装孔25用于安装限位机构3。具体安装和连接方式将在下方进一步说明。

再次参阅图12，所述的安装板4包括大致为片状的安装板基体41以及固定连接在安装板基体41上向同侧凸伸的限位器固定销轴42和摆臂固定销轴43。安装板4上开有若干个通孔，可以用于将安装板4安装在应用了本实施例所提供的碰撞防护装置的物体上(例如图3中的车架9)。安装板4的形状可以是多种多样的，其主要作用是提供一个安装和连接的基体以将传力摆臂2、限位机构3、减震器总成5等部件与受防护的物体(例如图3中的车架9)连接，本领域的技术人员可以对其形状、连接结构的位置等做各种各样的适应性改进，以适应不同的应用场合，并且也可以不设置安装板4，将力摆臂2、限位机构3、减震器总成5等部件与受防护的物体直接连接，但这样整个碰撞防护装置的通用性较差。限位器固定销轴42和摆臂固定销轴43的位置和样式也并非是固定的，如本实施例中二者位于安装板基体41同侧，但也可以设置为不同侧。安装时，摆臂固定销轴43穿过传力摆臂2的铰接钢套22设置，摆臂固定销轴43上可以开有螺纹(其螺纹长度和光杆的长度应以实际情况为准)，摆臂固定销轴43穿过传力摆臂2的铰接钢套22后，再使用螺母将传力摆臂2向安装板4的方向锁入，即可将传力摆臂2和安装板4螺纹连接在一起。在其他实施例中，也可以选择不设置摆臂固定销轴43，只在摆臂固定销轴43的位置开设通孔，直接将传力摆臂2和安装板4螺栓连接在一起，也是可行的，但这种方案会在安装板4背向传力摆臂2的一侧加设螺栓头或者螺母，较为占用安装空间，因此本实施例中的方案为佳。限位器固定销轴42的设置方式也与摆臂固定销轴43同理，限位器固定销轴42主要用于将限位机构3与安装板4螺接在一起。值得一提的是，上述使用限位器固定销轴42和摆臂固定销轴43来将限位机构3和传力摆臂2螺接在安装板4上的方式，能使限位机构3和传力摆臂2可以相对安装板4转动，同时，调节螺接的强度还可以使限位机构3和传力摆臂2能够承受一定的弯矩，调节其介于半刚性连接和铰接之间的强度也可以作为承担冲击能量的一种调节方式。

再次参阅图13，减震器总成5包括减震器51、压弹簧52以及减震器安装板53。减震器51一端与减震器安装板53连接固定，另一端具有第四安装孔510，压弹簧52的两端抵靠在减震器51和减震器安装板53上。减震器安装板53上具有固定螺栓530。减震器总成5以其第四安装孔510与传力摆臂2上的u型件23螺栓连接固定，以其固定螺栓530与减震器安装支架6上的第五安装孔62螺栓连接。与上述的情况类似的，减震器总成5也可以采用焊接等其他方式与传力摆臂2和减震器安装支架6固定，但采用螺栓连接的方式在保证连接强度的同时易于拆卸和更换。

再次参阅图14，减震器安装支架6大致为l型的折弯板，包括减震器安装支架基体61，还包括开设在减震器安装支架基体61上的，用于连接减震器总成5的第五安装孔62和用于将减震器安装支架6本身螺栓连接在安装板4上的第六安装孔64。减震器安装支架6上还具有加强筋63以增加结构强度。

限位机构3是实现碰撞防护装置的多级工作模式的构件。参阅图6，限位机构3两端分别安装在传力摆臂2和安装板4上，和减震器总成5、传力摆臂2共同形成大致为三角形的结构，提高结构的稳定性，也使传力摆臂2和限位机构3不易摆动产生噪音。参阅图15-图20，限位机构3主要包括拉杆31以及限位套32，其中，拉杆31大致为一矩形体，拉杆31的一端开设有用于将拉杆31与限位器固定销轴42螺纹连接的第七安装孔311(安装方式类似于摆臂固定销轴43与铰接钢套22的连接)，另一端具有t型限位块313，拉杆31的杆身上具有沿杆身线性排列的若干个卡槽312，拉杆31穿过第二安装孔25设置，其t型限位块313位于传力摆臂2的内部，t型限位块313与第二安装孔25的尺寸满足：将拉杆31向外拉时，t型限位块313会被传力臂矩管21的管体抵触限位，或者说t型限位块313的长度尺寸大于第二安装孔25的最大尺寸，这样，当传力臂矩管21绕传力摆臂2螺接在安装板4上的连接节点转动时，最终就会被t型限位块313所挡止限位。限位套32包括限位套上盖321、限位销323、弹簧组件324以及限位套下盖322。限位套上盖321和限位套下盖322扣合在一起则形成一中空的内腔，限位销323和弹簧组件324被设置在所述中空的内腔内部。限位销323包括大致为半圆柱形(椭圆柱)的卡接部3231，连接于卡接部3231的限位板3232，设置在连接板3232的凸柱3233，弹簧组件324套设于凸柱3233，一端抵靠在连接板3232上，另一端抵靠在限位套上盖321上(类似的，限位套上盖321上也可以设置凸柱3233)，凸柱3233的设置是为了弹簧组件324能够更好地定位。在限位套上盖321内部具有一限位壁3212(见于图20)，限位销323朝向拉杆31运动到一定行程时，限位壁3212会抵住限位板3232，防止限位销323继续朝拉杆31运动，上述由限位壁3212和限位板3232限定出的运动行程是可控的，其主要目的在于不使限位销323对拉杆31的作用力太大，当然也可作为一种调节卡接强度的手段。限位套上盖321和限位套下盖322上对应的位置分别开有供拉杆31穿伸的第一通孔3211和第二通孔3221，以及用于将限位套32固定连接在传力摆臂2上的第三通孔3210和第四通孔3220。

卡槽312的形状与卡接部3231的形状是相匹配的，且沿所述限位杆的杆身逐渐由浅及深复而由深及浅，并且优选地，其截面形状是本实施例中具有平滑曲面的c字型的，在其他实施例中，卡槽312也可以是“<”字型的，但这种形状的施力作用不如c字型来得均匀，降噪效果稍不如前者。当所述传力摆臂2受到作用力带动限位套32在拉杆31杆身上滑动时，拉杆31可以挤压弹簧组件342使卡接部3231朝远离拉杆31的方向运动，进而使卡接部3231越过前一个卡槽312再落入后一个卡槽312内(部分限制传力摆臂2的转动)，如此不断循环，直至拉杆31的t型限位块313被传力臂矩管21的管体抵触限位(完全限制传力摆臂2的转动)。依据上述的运动模式，定义一个限制阈值，该限制阈值是实现使卡接部3231越过前一个卡槽312再落入后一个卡槽312内的最小作用力，并定义实现上述部分限制的卡槽312和限位销323为第一限位机构，实现上述完全限制的t型限位块313和第二安装孔25为第二限位机构。

为了提高稳定性，卡槽312和卡接部3231设有相向的两组，弹簧组件324也设有相向的两组以夹持拉杆31，增强稳定性的同时也防止拉杆31与传力臂矩管21刮擦产生噪音，优选地，为了提高减震效果，本实施例中的限位销323是尼龙或者具有弹性的材质的。通过第三通孔3210和第四通孔3220将限位套32固定连接在传力摆臂2上之后，受到两侧限位销323抵靠的拉杆31就大致垂直于传力摆臂2的传力臂矩管21。因为尺寸关系，装入拉杆31时，会需要将拉杆31倾斜一定的角度，将t型限位块313推入第二安装孔25中，再进行限位套32的连接(如图21所示)。

本发明的工作原理如下：

请参阅图22，假定本碰撞防护装置受到碰撞力f，碰撞力f作用于防护横梁总成1，因为传力摆臂2与横梁矩管11形成一个刚性防护横梁摆臂，能够共同承受碰撞力f——

1.本发明由传力摆臂2、减震装置及限位机构3形成了一个大致三角形结构，而限位机构3上又具有限制阈值约束，从而当碰撞力f(如行驶的颠簸导致的横梁矩管11的受力)小于限制阈值时，该限位机构3上用于具有限制阈值约束作用的第一限位机构能够吸收这个力量，使得传力摆臂2与横梁矩管11形成的刚性防护横梁摆臂而不作摆动；

2.当碰撞力f(如行驶的颠簸导致的横梁矩管11的受力，或者是后车的轻微追尾碰撞受力)大于限制阈值时，传力摆臂2与横梁矩管11形成的刚性防护横梁摆臂在力f的作用下绕传力摆臂2和安装板4的螺栓连接节点处(图中a处)转动，在转动的同时，因为传力摆臂2与减震器总成5连接，压缩减震器总成5，使之产生相应压缩行程，则此时减震器总成5将发挥吸能和缓冲的作用；此时，由于传力摆臂2绕a点旋转，限位套32在拉杆31杆身上滑动，限位机构3的限位销323克服弹簧的弹力落入卡槽312，根据碰撞力f的大小，限位销323位于拉杆31上不同位置的卡槽312内；二者(减震器总成5和第一限位机构3)共同吸收碰撞力f的碰撞能量；

3.当碰撞力f(如较重的后车追尾碰撞受力)巨大时，传力摆臂2与横梁矩管11形成的刚性防护横梁摆臂在力f的作用下绕传力摆臂2和安装板4的螺栓连接处(图中a处)转动，由于限位机构3的卡槽312长度有限，限位套32在拉杆31杆身上不断滑动后，最终传力臂矩管21被拉杆31的t型限位块313抵触限位，刚性防护横梁摆臂无法继续转动，减震器总成5达到较大压缩行程，此时碰撞力f传递给安装有本碰撞防护装置的物体(例如机动车车架)，该物体(例如机动车车架)与本碰撞防护装置共同承受巨大的碰撞力；这种情况下，由减震器总成5和安装有本碰撞防护装置的物体作为吸收碰撞能量的主要承担者，而限位机构3仅在前期阶段消耗掉一小部分的能量冲击。

由上述说明可知本实施例可以根据受碰撞力f的大小具有不同的工作模式，当本实施例应用在车辆碰撞保护领域时，较小的碰撞力f可以是颠簸等作用在车体上的力；较大的碰撞力f可以是车体被其他车辆碰撞产生的力。

本发明具有以下优点：

1.设有限位机构，受到较小的碰撞力时(如应用在机动车后车时，在车辆行驶过程中受路面颠簸)，不会产生噪音。

2.部件总成通用性好，例如安装板4可以采用各种不同的结构和形式，以适应不同的应用场合。

3.所需安装空间小，不必浪费过多空间，装置小巧也便于安装和拆卸。

4.采用可拆卸的连接结构，便于维护和零件更换。

5.根据所受碰撞力的大小具有多级工作模式，充分适应不同的情况。

6.具有吸能和缓冲的作用，有效减少因碰撞而产生的损伤。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。