一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂制造技術

本發明專利技術公開了一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂，包括拱形氣撐式張弦支撐機構、紡錘形氣撐式張弦支撐機構和氣壓控制模塊，拱形氣撐式張弦支撐機構包括拱形氣囊、上弦桿一和下弦桿一，所述紡錘形氣撐式張弦支撐機構包括紡錘形氣囊、上弦桿二、下弦索二、軸承、微型電動伸縮桿、L型滑動卡頭、模式控制器和U型卡頭，所述氣壓控制模塊包括控制器、電子氣閥、充氣泵、存儲器、氣壓傳感器、驅動器和氣管。本發明專利技術的抗壓車頂可承受更大的載荷，在轎車行駛中遇到工程車側翻、山體滑坡、轎車翻車等突發情況下，本發明專利技術可以有效減緩壓力對車頂結構的形變，從而保護乘車人員的人身安全當有重物砸擊車頂時。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及汽車安全領域，特別涉及一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂。
技術介紹
汽車已成為人們日常生活中不可缺少的必備工具。為了滿足不同行業的需求，各種類型的車輛被生產出來，有用于日常生活的轎車，也有用于公共交通的公交車，還有用于建設的工程車輛，更有用于特種行業的專用車輛。這些不同類型的車輛共享相同的行車環境。由于這些類型的車輛體積相差很多，尤其是轎車和工程車輛在體積和重量上相差很多，二者之間的事故往往給轎車帶來毀滅性的損傷，危及乘車人員的生命安全。轎車和工程車輛發生碰撞事故時，偶爾會有工程車輛側翻壓在轎車頂部，雖然此類事故發生的幾率并不高，可是給轎車和里面的乘車人員帶來毀滅性的傷害，車上乘員毫無生存的可能。目前，汽車車頂抗壓方法主要采用抗拉強度大于800Mpa的高強度鋼板制作汽車車頂、車身A柱、B柱及上橫梁，但這種方法的成本較高，制作難度大，在汽車生產制作過程中還未廣泛普及；另一種方法是單獨設計汽車車頂抗壓裝置如電動液壓千斤頂，可根據車頂外部雷達探頭探測到的車頂障礙物來控制驅動液壓缸中伸縮支柱工作，伸縮支柱推動托盤頂住車頂，從而提高車輛的抗壓強度，但這種方法的缺點是托盤頂住車頂時車頂受力不均勻，影響抗壓效果，而且液壓千斤頂動作時間較慢，在車頂受到重壓甚至變形時不能迅速推動托盤，造成抗壓延遲。氣撐式張弦結構是一種由低內壓充氣囊、柔性索、剛性桿件組成的輕型混合結構體系，目前主要應用于建筑領域。該結構特點是利用充氣過程對結構施加預應力，無需張拉設備和反力裝置，充氣氣囊為上弦構件提供連續支撐，避免撐桿結構的失穩，有效地降低結構自重，發揮其剛性、柔性材料的優勢，使結構的延性和安全儲備相對較高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種抗壓能力強、結構穩定性強、成本較低、響應及時的基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂，可以有效提高車輛頂部的抗壓強度。本專利技術的目的通過下述技術方案實現：一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂，包括拱形氣撐式張弦支撐機構、紡錘形氣撐式張弦支撐機構和氣壓控制模塊16；拱形氣撐式張弦支撐機構包括拱形氣囊2、上弦桿一1和下弦桿一3，上弦桿一1與下弦桿一3的兩端通過焊接連接，拱形氣囊2固定于上弦桿一1與下弦桿一3的中間；所述紡錘形氣撐式張弦支撐機構包括紡錘形氣囊6、上弦桿二5、下弦索二7、軸承13、微型電動伸縮桿19、L型滑動卡頭8、模式控制器21和U型卡頭4，上弦桿二5與下弦索二7的兩端通過U型卡頭4連接，紡錘形氣囊6固定于上弦桿二5與下弦索二7的中間；L型滑動卡頭的側端8-1通過軸承13與上弦桿二5相連接，L型滑動卡頭的底端8-2緊扣于拱形氣撐式張弦支撐機構的上弦桿一1；上弦桿二5的兩端通過雙頭螺栓20連接在微型電動伸縮桿19上；所述氣壓控制模塊16包括控制器、電子氣閥、充氣泵、存儲器、氣壓傳感器、驅動器和氣管。所述抗壓車頂中的紡錘形氣撐式張弦支撐機構有展開式和收縮式兩種工作狀態，當汽車天窗開啟時，通過模式控制器21控制微型電動伸縮桿19，將紡錘形氣撐式張弦支撐機構收縮至車頂后部，呈收縮式；當汽車天窗關閉時，通過模式控制器21控制微型電動伸縮桿19，將紡錘形氣撐式張弦支撐機構在車頂均勻展開，呈展開式。模式控制器21由蓄電池和轉換開關組成。拱形氣囊2和紡錘形氣囊6可以采用PVC膜材為原料，其結構可以采用多隔型、復合型和強化型。上弦桿一1是截面為長方形的拱形鋼板，與拱形氣囊2粘接；下弦桿一3是截面為長方形的拱形鋼板，與拱形氣囊2的底部粘接。上弦桿二5是截面為長方形的拱形鋼板，與紡錘形氣囊6粘接；下弦索二7是截面為圓形的鋼索，與紡錘形氣囊6的底部粘接。軸承13是平推軸承，平推軸承的一面與上弦桿二5剛性連接，另一面與L型滑動卡頭的側端8-1剛性連接。拱形氣撐式張弦支撐機構至少有兩個，紡錘形氣撐式張弦支撐機構至少有三個。抗壓車頂中最后方的紡錘形氣撐式張弦支撐機構的L型滑動卡頭的底端8-2與拱形氣撐式張弦支撐機構的上弦桿一1通過焊接連接；抗壓車頂中其余的紡錘形氣撐式張弦支撐機構中的L型滑動卡頭的底端8-2與拱形氣撐式張弦支撐機構的上弦桿一1通過卡扣連接，且可沿桿面滑動。各個拱形氣囊之間采用可伸縮鋁質氣管二10連接，各個紡錘形氣囊之間采用可伸縮鋁質氣管一9連接。所述氣壓控制模塊中，控制器采用體積小、低功耗、低成本、高性能、高主頻ARM架構的處理器，控制器通過驅動器來驅動充氣泵；電子氣閥為兩位三通電磁閥，電子氣閥的出氣口一14和出氣口二15分別通過氣管一11、氣管二12與拱形氣囊2、紡錘形氣囊6相連接，電子氣閥的進氣口與充氣泵的出口相連接；安裝在拱形氣囊的氣壓傳感器二18、安裝在紡錘形氣囊的氣壓傳感器一17分別與控制器連接；存儲器與控制器連接，用于存儲紡錘形氣囊6和拱形氣囊2的內部最佳氣壓范圍值。抗壓車頂開始工作后，控制器讀取存儲器中紡錘形氣囊6和拱形氣囊2的內部預設最佳氣壓范圍值，通過驅動器驅動充氣泵給紡錘形氣囊6和拱形氣囊2充氣，分別通過氣壓傳感器一17和氣壓傳感器二18采集紡錘形氣囊6和拱形氣囊2中的氣壓，并實時與兩者預設的最佳氣壓范圍值進行比較，通過閉環控制使得氣囊內的氣壓處于正常工作狀態。氣壓控制模塊可根據汽車車身的實際情況放置在合適位置處，且可由汽車電源供電。本專利技術與現有技術相比具有如下優點和效果：(1)氣撐式張弦支撐機構是一種自支撐、自平衡的結構體系，對邊界約束的要求很低；上弦構件產生的水平推力由下弦柔性構件承擔，使得邊界約束主要以受豎向支反力為主，支座受力明確，易于設計與制作。(2)氣壓控制模塊可實時監測紡錘形氣囊和拱形氣囊的內部氣壓，將其與存儲模塊中的最佳值范圍進行比較，通過控制充氣泵和電子氣閥確保氣囊內部氣壓在最佳值范圍內，保證結構可靠性。(3)當需要開啟天窗時，可以控制微型電動伸縮桿改變紡錘形氣撐式張弦支撐機構的位置發生后移在天窗位置留空，當關閉天窗后，可以控制微型電動伸縮桿改變紡錘形氣撐式張弦支撐機構的位置發生前移達到完整支撐效果。(4)本專利技術的抗壓車頂可承受更大的載荷，在轎車行駛中遇到工程車側翻、山體滑坡、轎車翻車等突發情況下，車頂受強烈重壓會危及乘車人員的生命安全，當有重物砸擊車頂時，本專利技術可以有效減緩壓力對車頂結構的形變，從而保護乘車人員的人身安全。附圖說明圖1為一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂內部結構展開示意圖。圖2為一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂內部結構收縮示意圖。圖3為一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂展開式整車示意圖的側視圖。圖4為一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂收縮式整車示意圖的側視圖。圖5為一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂展開式整車示意圖的俯視圖。圖6為一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂收縮式整車示意圖的俯視圖。圖7為紡錘形氣撐式張弦支撐機構的結構示意圖(正視圖、側視圖和俯視圖)。圖8為紡錘形氣撐式張弦支撐機構的側端放大示意圖(正視圖)。圖9為紡錘形氣撐式張弦支撐機構的側端放大示意圖(側視圖)。圖10為拱形氣撐式張弦支撐機構結構示意圖。圖11氣壓控制模塊結構框圖。圖12氣壓控制模塊軟件流程圖。圖中：1、上弦桿一；2、拱形氣囊；3、下弦桿一；4、U形卡頭；5、上弦桿二；6、紡錘形氣囊；7、下弦索二；8、L型滑動卡頭；8-1、L型滑動卡頭的側端；8本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂，其特征在于：包括拱形氣撐式張弦支撐機構、紡錘形氣撐式張弦支撐機構和氣壓控制模塊；拱形氣撐式張弦支撐機構包括拱形氣囊、上弦桿一和下弦桿一，上弦桿一與下弦桿一的兩端通過焊接連接，拱形氣囊固定于上弦桿一與下弦桿一的中間；所述紡錘形氣撐式張弦支撐機構包括紡錘形氣囊、上弦桿二、下弦索二、軸承、微型電動伸縮桿、L型滑動卡頭、模式控制器和U型卡頭，上弦桿二與下弦索二的兩端通過U型卡頭連接，紡錘形氣囊固定于上弦桿二與下弦索二的中間；L型滑動卡頭的側端通過軸承與上弦桿二相連接，L型滑動卡頭的底端緊扣于拱形氣撐式張弦支撐機構的上弦桿一；上弦桿二的兩端通過雙頭螺栓連接在微型電動伸縮桿上；所述氣壓控制模塊包括控制器、電子氣閥、充氣泵、存儲器、氣壓傳感器、驅動器和氣管。

【技術特征摘要】
1.一種基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂，其特征在于：包括拱形氣撐式張弦支撐機構、紡錘形氣撐式張弦支撐機構和氣壓控制模塊；拱形氣撐式張弦支撐機構包括拱形氣囊、上弦桿一和下弦桿一，上弦桿一與下弦桿一的兩端通過焊接連接，拱形氣囊固定于上弦桿一與下弦桿一的中間；所述紡錘形氣撐式張弦支撐機構包括紡錘形氣囊、上弦桿二、下弦索二、軸承、微型電動伸縮桿、L型滑動卡頭、模式控制器和U型卡頭，上弦桿二與下弦索二的兩端通過U型卡頭連接，紡錘形氣囊固定于上弦桿二與下弦索二的中間；L型滑動卡頭的側端通過軸承與上弦桿二相連接，L型滑動卡頭的底端緊扣于拱形氣撐式張弦支撐機構的上弦桿一；上弦桿二的兩端通過雙頭螺栓連接在微型電動伸縮桿上；所述氣壓控制模塊包括控制器、電子氣閥、充氣泵、存儲器、氣壓傳感器、驅動器和氣管。2.根據權利要求1所述的基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂，其特征在于：所述抗壓車頂中的紡錘形氣撐式張弦支撐機構有展開式和收縮式兩種工作狀態，當汽車天窗開啟時，通過模式控制器控制微型電動伸縮桿，將紡錘形氣撐式張弦支撐機構收縮至車頂后部，呈收縮式；當汽車天窗關閉時，通過模式控制器控制微型電動伸縮桿，將紡錘形氣撐式張弦支撐機構在車頂均勻展開，呈展開式。3.根據權利要求1所述的基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂，其特征在于：上弦桿一是截面為長方形的拱形鋼板，與拱形氣囊粘接；下弦桿一是截面為長方形的拱形鋼板，與拱形氣囊的底部粘接。4.根據權利要求1所述的基于氣撐式張弦結構的抗壓車頂，其特征在于：上弦桿二是截面為長方形的拱形鋼板，與紡錘形氣囊粘接；下弦索...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李君，徐巖，姜銳，林小娟，肖博一，
申請(專利權)人：華南農業大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44