本發(fā)明屬于汽車(chē)碰撞安全領(lǐng)域，特別是一種利用電磁力減緩并輔助汽車(chē)保險(xiǎn)杠防碰撞的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著汽車(chē)的普及我國(guó)汽車(chē)保有量每年都有大幅增加。因此交通安全問(wèn)題日益顯現(xiàn)，交通事故已成為我國(guó)乃至世界汽車(chē)行業(yè)的社會(huì)性問(wèn)題，汽車(chē)的碰撞安全性也成為汽車(chē)行業(yè)首要考慮的問(wèn)題。

現(xiàn)有的汽車(chē)碰撞安全技術(shù)主要集中于被動(dòng)的防御方面，很少應(yīng)用主動(dòng)安全，并且汽車(chē)和駕駛員以及汽車(chē)與汽車(chē)之間交互性基本沒(méi)有?，F(xiàn)在也有一些主動(dòng)保險(xiǎn)杠的研究，比如在汽車(chē)前部安裝安全氣囊以及在保險(xiǎn)杠上安裝頂出式橫梁，它們的基本原理都是根據(jù)一系列的傳感器信號(hào)，在將要發(fā)生碰撞時(shí)進(jìn)行主動(dòng)防御，并和駕駛員具有一定的交互性。但是這些技術(shù)的缺點(diǎn)也很明顯：與傳統(tǒng)的碰撞安全系統(tǒng)一樣，它們都不能減少碰撞時(shí)的碰撞力以及碰撞時(shí)間，因此產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊力也很大，對(duì)駕駛員及乘客產(chǎn)生較大的傷害；它們都是利用汽車(chē)車(chē)身變形為代價(jià)進(jìn)行主動(dòng)防御的，碰撞發(fā)生后汽車(chē)損壞嚴(yán)重。另外，安全氣囊也不能重復(fù)利用其經(jīng)濟(jì)性也比較差。因而針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種利用電磁原理為基礎(chǔ)的全新的汽車(chē)碰撞安全技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種電磁輔助汽車(chē)保險(xiǎn)杠防碰撞系統(tǒng)，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，提高汽車(chē)碰撞的安全性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的電磁輔助汽車(chē)保險(xiǎn)杠防碰撞系統(tǒng)，包括防碰撞機(jī)構(gòu)和監(jiān)測(cè)電路。所述防碰撞機(jī)構(gòu)由加強(qiáng)鋁合金橫梁、汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)和汽車(chē)保險(xiǎn)杠組成。所述監(jiān)測(cè)電路用于監(jiān)測(cè)車(chē)速、相對(duì)車(chē)距、相互作用電磁力，其由中央處理器，以及通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與中央處理器相連的汽車(chē)電池、整流器、升壓變壓器、電磁線(xiàn)圈、位移傳感器和速度傳感器組成。

所述加強(qiáng)鋁合金橫梁焊接在汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)上面，用于承載來(lái)自每個(gè)電磁線(xiàn)圈上的力，并把力傳至汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)。

所述汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)裝在汽車(chē)底盤(pán)上，用于安裝加強(qiáng)鋁合金橫梁；該汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)是整個(gè)汽車(chē)框架，將其中的加強(qiáng)鋁合金橫梁直接焊接在汽車(chē)保險(xiǎn)杠處。

所述電磁線(xiàn)圈有多個(gè)，均內(nèi)含有鐵芯和力傳感器，并且都通過(guò)電磁線(xiàn)圈定位槽固定在加強(qiáng)鋁合金橫梁上面；其作用是產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，吸收汽車(chē)的碰撞力減緩碰撞過(guò)程。

所述力傳感器采用壓力傳感器，其作用是將電磁線(xiàn)圈所受的力信號(hào)傳到中央處理器進(jìn)行分析。

所述位移傳感器采用線(xiàn)性位移傳感器，其安裝在汽車(chē)頭部下方和尾部下方，其作用是將車(chē)距信號(hào)傳到中央處理器進(jìn)行分析。

所述速度傳感器采用霍爾速度傳感器，其安裝在汽車(chē)頭部下方和尾部下方，其作用是將前后兩車(chē)的相對(duì)速度傳到中央處理器進(jìn)行分析。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下主要的有益效果：

1.利用電磁力的非接觸特點(diǎn)，在碰撞發(fā)生前就已經(jīng)開(kāi)始吸收碰撞能量，將碰撞過(guò)程產(chǎn)生的能量提前消耗在車(chē)身承載結(jié)構(gòu)上，減緩甚至避免了傳統(tǒng)碰撞以犧牲汽車(chē)車(chē)身為代價(jià)的接觸式碰撞。

2.利用電磁力的大小與距離的二次方成反比的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)碰撞力的突變變?yōu)榫€(xiàn)性變化，有效的減緩了碰撞沖擊。

3.實(shí)現(xiàn)了人——車(chē)——人的閉環(huán)控制以及良好的駕駛員與汽車(chē)、汽車(chē)與汽車(chē)以及駕駛員與駕駛員之間的交互作用。

4.電磁輔助保險(xiǎn)杠碰撞系統(tǒng)不僅拉長(zhǎng)了碰撞距離而且延長(zhǎng)了碰撞過(guò)程的作用時(shí)間，在兩車(chē)同向行駛追尾碰撞過(guò)程中，產(chǎn)生的電磁力方向與后面汽車(chē)的行駛方向相反，使后面汽車(chē)的行駛速度有所減??；對(duì)于前面汽車(chē)而言，產(chǎn)生的電磁力的方向與其行駛方向相同，使前面汽車(chē)的速度有所增加；從而使碰撞接觸前的兩車(chē)距離減少的速度變小，進(jìn)而增加碰撞接觸前的時(shí)間，安全性大大的提高。

5.系統(tǒng)的中央處理器可以根據(jù)接受到的力、速度以及車(chē)距信號(hào)不斷調(diào)整通過(guò)電磁線(xiàn)圈的電流，實(shí)現(xiàn)碰撞過(guò)程的智能化控制。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明電磁輔助保險(xiǎn)杠碰撞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為兩車(chē)同向碰撞過(guò)程示意圖。

圖3為兩車(chē)相向碰撞過(guò)程示意圖。

圖4為本發(fā)明電磁輔助保險(xiǎn)杠碰撞系統(tǒng)的工作原理流程圖。

圖中：1.汽車(chē)電池，2.整流器，3.升壓變壓器，4.中央處理器，5.電磁線(xiàn)圈，6.電磁線(xiàn)圈定位槽，7.加強(qiáng)鋁合金橫梁，8.位移傳感器，9.速度傳感器，10.力傳感器，11.汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)，12.汽車(chē)保險(xiǎn)杠，13.車(chē)頭，14.車(chē)尾箱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但不限于這些實(shí)施例。

本發(fā)明提供的電磁輔助汽車(chē)保險(xiǎn)杠防碰撞系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括防碰撞機(jī)構(gòu)和監(jiān)測(cè)電路，其中：防碰撞機(jī)構(gòu)由高強(qiáng)度鋁合金橫梁7、汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)11和汽車(chē)保險(xiǎn)杠12。監(jiān)測(cè)電路由中央處理器4和通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與該中央處理器相連的汽車(chē)電池1、整流器2、升壓變壓器3、電磁線(xiàn)圈5、位移傳感器8、速度傳感器9、力傳感器10。

所述加強(qiáng)鋁合金橫梁7焊接在車(chē)身承載結(jié)構(gòu)上面，用于承載來(lái)自每個(gè)電磁線(xiàn)圈上的力，并把力傳至汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)11。該高強(qiáng)度鋁合金橫梁由組成，其中：(請(qǐng)補(bǔ)充其組成及各部件之間的連接關(guān)系)

所述汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)11安裝在汽車(chē)底盤(pán)上，用于安裝鋁合金橫梁。該汽車(chē)車(chē)身承載結(jié)構(gòu)是整個(gè)汽車(chē)框架，將其中的加強(qiáng)鋁合金橫梁7直接焊接在汽車(chē)保險(xiǎn)杠12處。

所述汽車(chē)保險(xiǎn)杠12安裝在汽車(chē)車(chē)頭13前部，用于保護(hù)乘客。該汽車(chē)保險(xiǎn)杠由鋁合金制成。

所述監(jiān)測(cè)電路，用于監(jiān)測(cè)車(chē)速、相對(duì)車(chē)距、相互作用電磁力。

所述汽車(chē)電池1裝在車(chē)尾箱14處，其作用是為電磁線(xiàn)圈提供所需的電流，從而使電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。該汽車(chē)電池可以采用汽車(chē)上點(diǎn)火使用的蓄電池。

所述整流器2可以采用直流變交流逆變器，其通過(guò)電線(xiàn)與升壓器相連。該整流器的作用是將汽車(chē)電池1的直流電變?yōu)榻涣麟姟?/p>

所述升壓變壓器3可以采用小型電源高頻變壓器，其通過(guò)電線(xiàn)與中央處理器相連。該升壓變壓器的作用是將整流器傳來(lái)的交流電進(jìn)行升壓滿(mǎn)足電磁線(xiàn)圈所需的電壓。

所述中央處理器4，可以采用電路設(shè)計(jì)根據(jù)速度和位移信號(hào)控制電流大小，其作用是接受來(lái)自位移傳感器以及速度傳感器的信號(hào)來(lái)決定是否接通電路對(duì)電磁線(xiàn)圈通電以產(chǎn)生磁場(chǎng)力并把汽車(chē)當(dāng)前的各個(gè)參數(shù)傳遞給駕駛員實(shí)現(xiàn)良好的人車(chē)交互。

所述電磁線(xiàn)圈5有多個(gè)，它們均通過(guò)電磁線(xiàn)圈定位槽6固定在加強(qiáng)鋁合金橫梁7上面，其作用是產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，吸收汽車(chē)的碰撞力減緩碰撞過(guò)程。該電磁線(xiàn)圈5內(nèi)含鐵芯和力傳感器10(圖1中未畫(huà))。

所述電磁線(xiàn)圈定位槽6，其作用是用來(lái)卡緊電磁線(xiàn)圈5，使電磁線(xiàn)圈不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。

所述位移傳感器8可以采用線(xiàn)性位移傳感器，其安裝在汽車(chē)頭部下方和尾部下方，其作用將車(chē)距信號(hào)傳到中央處理器4進(jìn)行分析。

所述速度傳感器9可以采用霍爾速度傳感器，其安裝在汽車(chē)頭部下方和尾部下方，其作用是將前后兩車(chē)的相對(duì)速度傳到中央處理器4進(jìn)行分析。

所述力傳感器10可以采用壓力傳感器，其安裝在橫梁上的線(xiàn)圈處，其作用是將電磁線(xiàn)圈5所受的力信號(hào)傳到中央處理器4進(jìn)行分析。

上述的包括整流器、升壓器、中央處理器以及人機(jī)交互裝置，可以由其組成一套控制電磁力的簡(jiǎn)單的電路控制單元。

本發(fā)明提供的電磁輔助保險(xiǎn)杠碰撞系統(tǒng)，是利用電磁力作用將碰撞過(guò)程中的汽車(chē)的慣性力吸收并通過(guò)鋁合金橫梁分散到汽車(chē)車(chē)身的承載結(jié)構(gòu)上的一種車(chē)載系統(tǒng)，其主要運(yùn)用在輕型轎車(chē)以及電動(dòng)汽車(chē)中，具體工作原理如下：

首先由汽車(chē)電池提供電流，電池的直流電流經(jīng)過(guò)整流器變?yōu)檎医涣麟?，正弦交流電?jīng)過(guò)升壓變壓器將原來(lái)較低的電壓升高到較高的電壓以滿(mǎn)足電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)有效的吸收碰撞時(shí)產(chǎn)生的能量；升壓變壓器連接著中央處理器，中央處理器通過(guò)分析由速度傳感器、位移傳感器以及力傳感器傳來(lái)的信號(hào)來(lái)判定是否接通電路，中央處理器還可以根據(jù)接受的力、速度以及相對(duì)位移的信號(hào)來(lái)判斷碰撞過(guò)程的變化從而不斷地調(diào)整通過(guò)電磁線(xiàn)圈中電流大小，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整電磁力的大小。

正常狀況下中央處理器將電路斷開(kāi)，電磁線(xiàn)圈不通電，整個(gè)系統(tǒng)處于不工作的狀態(tài)，只有當(dāng)速度超過(guò)一定閥值(比如30km/s)并且兩車(chē)的相對(duì)位移也超過(guò)一定閥值(比如10m)時(shí)中央處理器才會(huì)將電路接通，電路接通后經(jīng)過(guò)升壓器的電壓被加載到電磁線(xiàn)圈的兩端，電磁線(xiàn)圈在交流電的作用下便產(chǎn)生出磁場(chǎng)；為了實(shí)現(xiàn)兩車(chē)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)力，在汽車(chē)的車(chē)頭和車(chē)尾部分分別安裝一套橫梁和電磁線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，兩套結(jié)構(gòu)共用一個(gè)中央處理器，整個(gè)系統(tǒng)在車(chē)輛上的布置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當(dāng)兩車(chē)同向行駛時(shí)(如圖2所示)，兩車(chē)達(dá)到安全距離以及安全速度閥值時(shí)，中央處理器接通電路，每個(gè)電磁線(xiàn)圈上都產(chǎn)生磁場(chǎng)，向外的為n極，向內(nèi)的為s極；對(duì)于后面的汽車(chē)車(chē)頭部分來(lái)說(shuō)向前的方向?yàn)閚極，對(duì)于前面汽車(chē)的車(chē)尾部分來(lái)說(shuō)，向后的方向?yàn)閚極，這樣在兩車(chē)接近的過(guò)程中兩車(chē)產(chǎn)生同一極性的磁場(chǎng)，由于同性相斥原理，兩車(chē)在未接觸時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)力作用。由力的相互作用原理，對(duì)于后面的汽車(chē)，磁場(chǎng)力的方向與汽車(chē)行駛方向相反，從而使后車(chē)速度降低，減緩兩車(chē)靠近的速度；對(duì)于前面的汽車(chē)，磁場(chǎng)力方向與汽車(chē)行駛方向相同，使前面汽車(chē)速度有所增加，進(jìn)一步減緩兩車(chē)靠近的速度；另外磁場(chǎng)力的大小與距離的二次方成反比，隨著兩車(chē)距離的接近磁場(chǎng)力也迅速增大，從而將傳統(tǒng)汽車(chē)碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)大的瞬時(shí)力稀釋為隨著時(shí)間逐漸增大的力，避免了碰撞瞬時(shí)沖擊力對(duì)駕駛員及乘客的傷害。

另外，在電磁力作用過(guò)程中，安裝在電磁線(xiàn)圈一側(cè)的力傳感器將其所受的磁場(chǎng)力傳到中央處理器，中央處理器將磁場(chǎng)力以及兩車(chē)距離和速度信息傳到駕駛員顯示屏界面上，駕駛員根據(jù)這些信息可以及時(shí)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行連續(xù)跟蹤控制，駕駛員進(jìn)行操作后，車(chē)輛達(dá)到另一狀態(tài)，中央處理器又將此時(shí)的磁場(chǎng)力、車(chē)距以及相對(duì)速度傳到駕駛員顯示屏上進(jìn)行反饋，從而形成了一個(gè)閉環(huán)控制；由于前車(chē)尾部也裝有同樣的系統(tǒng)，所以前車(chē)駕駛員也能及時(shí)看到碰撞過(guò)程中電磁力、車(chē)距以及兩車(chē)速度的信息，從而進(jìn)行上面所訴的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)與汽車(chē)、汽車(chē)與駕駛員以及駕駛員與駕駛員之間的交互。電磁輔助保險(xiǎn)杠碰撞系統(tǒng)在兩車(chē)未接觸時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行消耗碰撞過(guò)程的能量，將碰撞的時(shí)間拉長(zhǎng)，從而增加了駕駛員采取剎車(chē)等措施的時(shí)間，安全性大大增加。

當(dāng)兩車(chē)相向行駛碰撞時(shí)(如圖3所示)，對(duì)于兩車(chē)而言，磁極n極均與汽車(chē)行駛方向相反，從而產(chǎn)生與兩車(chē)前進(jìn)方向相反的力，后面的過(guò)程與兩車(chē)同向行駛碰撞時(shí)一樣，這里不在贅述。

圖4是本發(fā)明電磁輔助保險(xiǎn)杠碰撞系統(tǒng)工作原理流程圖。

碰撞過(guò)程中的能量計(jì)算：

當(dāng)兩車(chē)的電磁系統(tǒng)都開(kāi)始發(fā)揮作用時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)相互排斥的磁鐵，兩塊磁鐵之間的排斥力沒(méi)有系統(tǒng)的計(jì)算方法，但有參考的公式：(k為磁荷單位，q1、q2為磁荷)，理論上隨著距離的減小磁力可以無(wú)限的增大。由于磁力的變化是非線(xiàn)性的，而且中央控制單元會(huì)隨著距離的減小來(lái)增大電流的輸出從而磁場(chǎng)的強(qiáng)度也在不斷變化，所以從這一方面很難計(jì)算，但從能量守恒的角度考慮就變得簡(jiǎn)單了。

經(jīng)查閱文獻(xiàn)得知：一般的輕型轎車(chē)的質(zhì)量大約為1700kg，蓄電池容量約為60ah，放電電壓為12v，所以蓄電池所儲(chǔ)存的能量是60ah×12v＝720wh＝0.72kwh，即0.72度電，所以其能量為0.72×3600000＝2592000j。

假定汽車(chē)的初始速度為100km/h即30m/s，靜止時(shí)速度為0，其動(dòng)能的變化量為

當(dāng)汽車(chē)速度為132km/h即40m/s時(shí)，汽車(chē)靜止速度為0，其動(dòng)能變化量為

由計(jì)算可知：蓄電池所含的能量滿(mǎn)足汽車(chē)減速所需要的能量。

另外，大多汽車(chē)都是只要蓄電池放電發(fā)動(dòng)機(jī)就帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)給蓄電池進(jìn)行充電，因此可以源源不斷的供給蓄電池的電量，進(jìn)一步將汽車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電磁能進(jìn)而被消耗掉，進(jìn)一步增加安全性。