一种汽车碰撞磁流变脂缓冲装置

技术领域

本发明涉及缓冲装置技术领域，尤其涉及一种汽车碰撞磁流变脂缓冲装置。

背景技术

汽车在行使过程中发生碰撞时，主要依赖汽车车身的变形来吸收能量，从而减小对车上人员的伤害。对于汽车碰撞的主要特征如下：

(1)汽车发生碰撞时瞬时能量大，汽车的质量非常大，轿车的车身质量大约在500～2500kg之间。另外，碰撞损伤严重的事故中，碰撞速度同样的比较大，正是由于这两方面的因素导致汽车碰撞中的碰撞能量非常大。

(2)碰撞持续时间短，汽车碰撞过程是指从汽车碰撞接触瞬间到脱离接触瞬间的时间历程，这一过程持续时间极其短暂，而汽车磁流变脂缓冲装置起到缓冲作用的时间只有几十毫秒。

(3)需要比较大的位移量，发生碰撞时主要依赖汽车车身上的变形来吸收能量来降低传到驾驶员身上的能量。为了吸收大部分汽车碰撞能量是需要比较大的位移量。

为了提升汽车的安全性能，减少碰撞事故中的人员伤亡是待解决的一个关键问题。随着人们研究的进展，出现了各种吸能方式，例如：渐进压溃式、液压阻尼式、摩擦式、气囊式等等；以这些吸能方式创造的缓冲装置在碰撞时发挥了重要的作用。但是这些吸能元件存在阻尼不能主动调节。

随着汽车安全标准的提升以及磁流变材料的出现，让专家学者们看到了汽车碰撞吸能的新方向。这种随着磁场变化其流变特性也发生改变并且它的改变是迅速、连续、可逆转的智能材料，这种材料设计的缓冲装置具备阻尼力可调、高效吸能等诸多优点。

在传统磁流变缓冲装置中材料的选择通常应用磁流变液，而这种材料还存在着一定缺陷，比如：易沉降、稳定性差、阻尼力可调范围小等缺点。而其中的磁流变脂具备不易沉降、稳定好等特点，既可较好地弥补磁流变液的缺点，又保持着磁流变液快速响应、粘度与剪切屈服应力变化大的优点。但磁流变脂材料较为粘稠，相对于磁流变液材料流动性较差，因此在汽车碰撞过程中亟需解决这一问题。

发明内容

基于上述问题，本发明提出一种磁流变脂缓冲装置，通过两个阶段，吸收碰撞产生的能量；第一阶段利用活塞内部通孔可以及时有效降低冲击力的峰值，第二阶段利用磁流变脂的机理特性，在磁场的作用下变得粘稠产生阻尼力进而缓解剩余冲击力。同时为了增加磁场利用率，设计一种导磁环和非导磁环交替连接的方式，使得励磁线圈产生的磁场多次垂直经过阻尼通道，增加了磁场的使用率，也增加了磁流变脂的输出阻尼力。

所采用的技术方案是：一种汽车碰撞磁流变脂缓冲装置，包括缓冲平台、活塞杆、弹簧、筒体、活塞、外部导磁环和内部导磁环；

活塞杆，一侧开有线孔；其一端与缓冲平台通过螺纹连接，另一端与活塞连接；

活塞位于筒体内；中间开有环形槽，环形槽内缠绕有励磁线圈，励磁线圈一端从活塞杆的线孔内引出；活塞内还开有两个通孔，通孔内安装有通流杆；

通流杆为中空，且一侧开孔；其一端通过螺纹固定在筒体的底部，另一端位于活塞内部的通孔；

筒体内部充满磁流变脂，其上部设有上端盖进行密封；上端盖与缓冲平台之间安装有弹簧；筒体内安装有外部导磁环和内部导磁环；内部导磁环和外部导磁环依次套设在活塞的外侧，且内部导磁环和外部导磁环之间形成间隙，间隙为磁流变阻尼通道；

内部导磁环，套设在活塞外侧且紧贴活塞外侧；由导磁环和非导磁环依次交替连接而成；

外部导磁环，位于内部导磁环的外侧且紧贴筒体的内壁；由导磁环和非导磁环依次交替连接而成；；

导磁环上均匀开有四个安装孔；非导磁环上设有四个轴，轴与安装孔配合，将导磁环和非导磁环进行固定。

进一步的，通流杆上的孔，位于通流杆的中间。

进一步的，环形槽高度至少为活塞的高度的二分之一。

进一步的，内部导磁环和外部导磁环的高度分别与活塞的高度相同。

进一步的，内部导磁环由第一导磁环、第一非导磁环、第二导磁环、第二非导磁环和第三导磁环依次交替配合而成。

进一步的，外部导磁环由第四导磁环、第四非导磁环和第五导磁环依次交替配合而成。

本发明一种新型汽车碰撞磁流变脂缓冲装置，通过设计两阶段缓冲，吸收碰撞能量，同时在筒体内设置多级通道，缓解磁流变脂的流动性。

缓冲过程可分为两个阶段，第一阶段，当汽车发生碰撞时，冲击力急剧上升，冲击力第一时间传递到冲击平台上，冲击平台与活塞杆通过螺纹连接，弹簧位于冲击平台和上端盖之间，冲击平台带动活塞杆往下移动，在移动过程中压缩弹簧。活塞杆同时会带动活塞往下移动，在活塞移动之前，通流杆上的孔位于活塞下方，不在活塞内部，由于筒体内充满磁流变脂，在碰撞时由于压缩作用，通流杆上的孔流过零磁场的磁流变脂，可以增加磁流变脂的流动，通过通流孔和弹簧会在冲击力急剧上升后缓解峰值冲击力。

第二阶段是随着活塞的往下移动，通流杆上的孔会处于活塞内部，此时的通流孔内将不在通过磁流变脂，这时将完全依靠阻尼通道内的磁流变脂来提供阻尼力。活塞上缠绕有励磁线圈，励磁线圈的引线可通过活塞杆上的线孔引出。活塞外侧套设内部导磁环，导磁环的作用是引导励磁线圈产生的磁场，非导磁环的作用是隔绝磁场，使磁场线按照设计要求进行流通。导磁环上的孔与非导磁环上的轴相连，两者相交替连接形成内部导磁环。外部导磁环位于筒体内壁上，外部导磁环与内部导磁环之间的间隙即为阻尼通道。磁流变脂在压力的作用下通过环形阻尼通道，励磁线圈产生的磁场在导磁环和非导磁环交替排列的作用下多次有效穿过环形阻尼通道，从而使得阻尼通道内的磁流变脂变得粘稠，增加阻尼力。在磁流变脂缓冲装置外部有传感器和控制器，传感器可以测量出碰撞产生力的大小，控制器根据力的大小输出相应的电流给励磁线圈，在碰撞结束后，控制器停止对励磁线圈通电。磁流变脂会在失去磁场后重新又变得稀释状。

本发明可以多次重复使用。采用多级通道首先可以有效降低冲击力的峰值，再者利用磁流变脂的机理特性，在磁场的作用下变得粘稠产生阻尼力进而缓解剩余冲击力。

附图说明

图1为本发明一种汽车碰撞磁流变脂缓冲装置的结构示意图；

图2为本发明一种汽车碰撞磁流变脂缓冲装置的分解图；

图3为本发明一种汽车碰撞磁流变脂缓冲装置中内部导磁环、外部导磁环及活塞的分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1至图3所示，一种汽车碰撞磁流变脂缓冲装置，包括缓冲平台1、活塞杆2、弹簧3、筒体4、活塞5、外部导磁环7和内部导磁环6。

活塞杆2一侧开有线孔21；活塞杆2的一端与缓冲平台1通过螺纹连接，另一端与活塞5连接；

活塞5位于筒体4内；中间开有环形槽，环形槽高度至少为活塞4的高度的二分之一；环形槽内缠绕有励磁线圈9，励磁线圈9一端从活塞杆2的线孔21内引出；活塞5内还开有两个通孔51，通孔内安装有通流杆8；

通流杆8为中空，且一侧的中间开孔81；其一端通过螺纹固定在筒体4的底部，另一端位于活塞内；正常状态下，开孔81位于活塞5的下方。

筒体4与活塞5之间的空间内部充满磁流变脂，其上部设有上端盖41进行密封；上端盖41与缓冲平台1之间安装有弹簧3；筒体4内安装有外部导磁环7和内部导磁环6；内部导磁环6和外部导磁环7依次套设在活塞5的外侧，且内部导磁环6和外部导磁环7之间形成间隙10，间隙10为磁流变阻尼通道；活塞5、内部导磁环6和外部导磁环7的高度相同。内部导磁环6随着活塞5上下移动。

内部导磁环6套设在活塞5外侧且紧贴活塞外侧；内部导磁环6由第一导磁环61、第一非导磁环62、第二导磁环63、第二非导磁环64和第三导磁环65依次交替配合而成。

外部导磁环7，位于内部导磁环6的外侧且紧贴筒体4的内壁；外部导磁环由7第四导磁环71、第四非导磁环72和第五导磁环73依次交替配合而成。

各导磁环上均匀开有四个安装孔11；非导磁环上设有四个轴12，轴12与安装孔11配合，将导磁环和非导磁环进行固定。