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一種車輛應急開門裝置及具有該裝置的汽車.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510432434.3

申請日:

2015.07.21

公開號:

CN104989215A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):E05F 15/611申請日:20150721|||公開
IPC分類號: E05F15/611(2015.01)I; E05F15/627(2015.01)I; E05F15/72(2015.01)I; E05B81/32(2014.01)I; E05B81/64(2014.01)I; B60R21/01; B60R21/02 主分類號: E05F15/611
申請人: 青島大學
發明人: 師苑; 鄧高輝; 唐國龍; 龔奧軍; 高健; 皇咪咪
地址: 266071山東省青島市市南區寧夏路308號
優先權:
專利代理機構: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221 代理人: 趙妍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510432434.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.02.01|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種車輛應急開門裝置及具有該裝置的汽車。裝置部分主要包括車門和車門框,車門上具有車門鎖及用于控制車門鎖控的開門拉桿,所述車門上具有方管,方管通過鉸鏈與轉動軸相連接,轉動軸通過軸承座安裝于車門框上;所述車門框上具有動力機構,動力機構具有動力源,動力源通過蝸桿將動力傳遞給轉動軸上的蝸輪實現車門的開啟。本裝置通過設計全新的結構,實現車門在緊急情況下的開啟,能極大的提高車內成員的生還幾率。

權利要求書

權利要求書
1.  一種車輛應急開門裝置,包括車門和車門框,車門上具有車門鎖及用于控制車門鎖控的開門拉桿,其特征在于,所述車門上具有方管,方管通過鉸鏈與轉動軸相連接,轉動軸通過軸承座安裝于車門框上;
所述車門框上具有動力機構,動力機構具有動力源,動力源通過蝸桿將動力傳遞給轉動軸上的蝸輪實現車門的開啟。

2.  根據權利要求1所述的車輛應急開門裝置,其特征在于,所述動力機構包括與所述車門框固定連接的承載板,所述動力源為電機,電機安裝于承載板上,承載板上具電機,電機分別通過與各自對應設置的齒輪將動力傳遞給套管,任一套管上均纏繞有拉線,電機的動力通過拉線傳遞給車門上的開門機構。

3.  根據權利要求2所述的車輛應急開門裝置,其特征在于,所述開門機構包括與所述方管固定連接的兩螺紋套管,任一螺紋套管內均安裝有絲杠,不與螺紋套管相連接的絲杠端通過軸承座固定于車門上,絲杠在動力機構的作用下實現自身轉動。

4.  根據權利要求3所述的車輛應急開門裝置,其特征在于,所述開門機構還包括兩端分別與所述螺紋套管固定連接的支撐軸,支撐軸上套有滑塊,滑塊與多連桿機構相鉸接,多連桿機構的其中一個連桿通過滾軸活動連接于車門的滑軌架上。

5.  根據權利要求4所述的車輛應急開門裝置,其特征在于,所述多連桿機構包括與滑塊相鉸接的第一連桿,第一連桿的另一端與第五連桿的桿部相鉸接;所述第五連桿的一端與第四連桿的桿部相鉸接,第五連桿的另一端鉸接于軸承座上;
所述第四連桿的一端與第二連桿的一端相鉸接,第二連桿的另一端與第一連桿的桿部相鉸接;第四連桿的另一端部通過滾軸安裝在滑軌架的滑軌內;所述第五連桿的桿部還與第三連桿的一端相鉸接,第三連桿上安裝有齒輪,第三連桿的另一端與轉動架相鉸接,轉動架鉸接于滑軌架上;所述滑軌架內還設置有齒條,齒條通過滾軸鉸接于第四連桿上,齒條與齒輪嚙合。

6.  根據權利要求1所述的車輛應急開門裝置,其特征在于,所述車門上還具有凸輪滾子,車門框安裝有與所述凸輪滾子相適配的凸輪機構,凸輪滾子在凸輪機構的導向下帶動車門相對于車門框移動。

7.  根據權利要求6所述的車輛應急開門裝置,其特征在于,所述凸輪機構包括通過滑軌與所述車門框相連接的支撐架,車門框上具多個插環,插環內插接有插桿,插桿上套有掛環,掛環與連桿固定連接,連桿的兩端各與一移動滑塊固定連接,兩移動滑塊之間為與所述凸輪滾子相適配的導軌;移動滑塊與所述滑軌滑動配合;所述移動滑塊通過彈簧與車門固定連接,在連桿的作用下將彈簧壓緊。

8.  一種汽車,該汽車具有車體,該車體具有控制器,其特征在于,車體上安裝有權利要求1-7任一項所述的車輛應急開門裝置,且所述車體內安裝有溫度傳感器和一氧化碳傳感器,車體外安裝有水位傳感器,任一傳感器均通過控制器控制電機轉動。

說明書

說明書一種車輛應急開門裝置及具有該裝置的汽車
技術領域
本發明涉及車輛工程領域,具體的說,是涉及一種車輛應急開門裝置及具有該裝置的汽車。
背景技術
隨著社會的發展和人們生活水平的提高,汽車已成為人們不可缺少的工具。但它在給我們帶來方便的同時也給人帶來許多災難。近年來由于汽車溺水、自燃和車內人員中毒等事故成了很大的人員傷亡,無論是給家庭還是社會都帶來了不可愈合的傷害。車內部空間較小,一旦落入水中,乘車人員由于慌張會失去理智,無法做出正確的判斷并采取相應措施,導致很多人在汽車落水后無法成功逃出車內,最終溺水死亡。
有關人士做了這樣一個實驗,他們將兩個年輕力壯身手敏捷的小伙子乘坐于車中,讓他們開著汽車緩緩行駛在一段斷橋上,最后落入水中,兩個小伙子費了好大的力氣才砸破了車窗玻璃從里面逃出來,其中還有一個由于車窗的碎玻璃把手臂劃破了。在有準備的情況下逃生都如此困難,那么,在絲毫不可能有準備的事故下,逃生更加困難。
還有的人夏天里喝完酒在車內休息,因為開著空調內循環,緊閉車門使車內集聚大量二氧化碳使人窒息的事件也有發生。前一段時間還看到這樣一則報道:夏天,父母將年幼的孩子反鎖在車內,自己去逛商場,結果因車內溫度過高使孩子窒息死亡的事件,凡此種種,不勝枚舉。
縱觀現有的汽緊急狀態下自救類的專利,基本是利用車窗玻璃和擋風玻璃,將它們降下或爆破,也有利于汽車內部的附加的氧氣來幫助水下呼吸的,但其功能較為單一,結構偏于復雜,還會對汽車本身的安全性產生影響,且技術的復雜性較高,不便于維護,也無法大規模推廣。
因此,如何設計一種裝置,實現車輛在緊急狀態下車門的順利開啟,是本領域技術人員亟需解決的問題。
發明內容
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足,提供一種車輛應急開門裝置。本裝置通過設計全新的結構,實現車門在緊急情況下的開啟,能極大的提高車內成員的生還幾率。
為了達成上述目的,本發明采用如下技術方案:
一種車輛應急開門裝置,包括車門和車門框,車門上具有車門鎖及用于控制車門鎖控的開門拉桿,所述車門上具有方管,方管通過鉸鏈與轉動軸相連接,轉動軸通過軸承座安 裝于車門框上;
所述車門框上具有動力機構,動力機構具有動力源,動力源通過蝸桿將動力傳遞給轉動軸上的蝸輪實現車門的開啟。
優選的,所述動力機構包括與所述車門框固定連接的承載板,所述動力源為電機,電機安裝于承載板上,承載板上具電機,電機分別通過與各自對應設置的齒輪將動力傳遞給套管,任一套管上均纏繞有拉線,電機的動力通過拉線傳遞給車門上的開門機構。
優選的,所述開門機構包括與方管固定連接的兩螺紋套管,任一螺紋套管內均安裝有絲杠,不與螺紋套管相連接的絲杠端通過軸承座固定于車門上,絲杠在動力機構的作用下實現自身轉動。
優選的,所述開門機構還包括兩端分別與所述螺紋套管固定連接的支撐軸,支撐軸上套有滑塊,滑塊與多連桿機構相鉸接,多連桿機構的其中一個連桿通過滾軸活動連接于車門的滑軌架上。
優選的,所述多連桿機構包括與滑塊相鉸接的第一連桿,第一連桿的另一端與第五連桿的桿部相鉸接;所述第五連桿的一端與第四連桿的桿部相鉸接,第五連桿的另一端鉸接于軸承座上;
所述第四連桿的一端與第二連桿的一端相鉸接,第二連桿的另一端與第一連桿的桿部相鉸接;第四連桿的另一端部通過滾軸安裝在滑軌架的滑軌內;所述第五連桿的桿部還與第三連桿的一端相鉸接,第三連桿上安裝有齒輪,第三連桿的另一端與轉動架相鉸接,轉動架鉸接于滑軌架上;所述滑軌架內還設置有齒條,齒條通過滾軸鉸接于第四連桿上,齒條與齒輪嚙合。
優選的,所述車門上還具有凸輪滾子,車門框安裝有與所述凸輪滾子相適配的凸輪機構,凸輪滾子在凸輪機構的導向下帶動車門相對于車門框移動。
優選的,所述凸輪機構包括通過滑軌與所述車門框相連接的支撐架,車門框上具多個插環,插環內插接有插桿,插桿上套有掛環,掛環與連桿固定連接,連桿的兩端各與一移動滑塊固定連接,兩移動滑塊之間為與所述凸輪滾子相適配的導軌;移動滑塊與所述滑軌滑動配合;所述移動滑塊通過彈簧與車門固定連接,在連桿的作用下將彈簧壓緊。
本發明還提供了一種汽車,該汽車具有車體,車體具有控制器,車體上安裝有上述車輛應急開門裝置,且所述車體內安裝有溫度傳感器和一氧化碳傳感器,車體外安裝有水位傳感器,任一傳感器均通過控制器控制電機轉動。
本發明的有益效果是:
(1)通過設置一氧化碳傳感器和溫度傳感器實現了車輛在緊急狀態下車門的自動開 啟,提高了車內成員的生還幾率;
(2)通過設置水位傳感器,使得車門在完全浸入水中之前開啟,防止因車外水壓較大影響后續逃生;
(3)通過多連桿機構和凸輪機構的作用,實現車門的順利開啟。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖;
圖2是圖1中A處的局部放大圖;
圖3是圖1中B處的局部放大圖;
圖4是本發明中車門的裝配示意圖;
圖5是本發明中動力機構的結構示意圖;
圖6是本發明中凸輪機構的后視圖;
圖中:1、車門鎖,2、開門拉桿,3、車門,4、凸輪滾子,5、軸承座,6、絲杠,7、滑塊,8、支撐軸,9、第二驅動齒輪,10、第一連桿,11、第二連桿,12、第三連桿,13、第四連桿,14、門框方管,15、第五連桿,16、螺紋套筒,17、齒輪,18、齒條,19、滑軌;20、第四套管,21、第四單向軸承,22、第三單向軸承,23、第二單向軸承,24、第一單向軸承,25、第一光軸,26、第一驅動齒輪,27、第一驅動電機,28、承載板,29、第二驅動電機,30、轉動架,31、鉸鏈,32、轉動軸,33、支撐架,34、車門框,35、掛環,36、動力機構,37、軸承座,38、蝸輪,39、蝸桿,40、插桿,41、倒T型連接桿,42、滑軌,43、彈簧,44、移動滑塊;45、滑軌架,46、滾軸,47、第二光軸,48、第三光軸,50、第四光軸,51、第一套管,52、第二套管,53、第三套管,54、導軌,55、插環,56、第一拉繩,57、第二拉繩,58、第三拉繩,59、第四拉繩,60、第五拉繩,61、第六拉繩。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明進行詳細說明。
實施例1:一種車輛應急開門裝置,其結構如圖1-3所示:包括車門3與車門框34,所述車門3的左側設有車門鎖1及控制車門鎖1的開門拉桿2;所述車門3的右側安裝有開門機構,開門機構通過鉸鏈31與轉動軸32相連接,轉動軸32通過軸承座安裝于車門框34上,轉動軸32的一端與蝸輪38相連接,蝸輪38被蝸桿39驅動,所述車門框34上還安裝有動力機構36,動力機構36為蝸桿39和開門機構提供動力。
如圖4所示,開門機構包括與所述鉸鏈31相連接的門框方管14,門框方管14的兩端分別與一螺紋套筒16固定連接,螺紋套筒16位于門框方管14和車門之間,任一螺紋套筒16內均相對應的絲杠6的螺紋端相配合,絲杠6的另一端(光軸端)位于軸承座5當中, 軸承座5安裝在車門3上;
一支撐軸8的兩端分別與兩螺紋套管16固定連接,支撐軸8上套接有一滑塊7,滑塊7上鉸接有多連桿機構,多連桿機構中的一個連桿與轉動架30相鉸接,轉動架30鉸接于滑軌架45上,滑軌架45固定連接于車門3上。
所述多連桿機構包括第一連桿10,第一連桿10的一端與滑塊7相鉸接,第一連桿10的另一端與第五連桿15的桿部相鉸接;
所述第五連桿15的一端與第四連桿13的桿部相鉸接,第五連桿15的另一端鉸接于車門3靠下部分的軸承座16上;
所述第四連桿13的一端與第二連桿11的一端相鉸接,第二連桿11的另一端與第一連桿10的桿部相鉸接;第四連桿13的另一端部通過滾軸46安裝在滑軌架45的滑軌19內;滑軌架45固定連接于車門3上;
所述第五連桿15的桿部還與第三連桿12的一端相鉸接,第三連桿12上安裝有齒輪17,第三連桿12的另一端與轉動架30相鉸接;
所述轉動架30內還設置有齒條18,齒條18通過滾軸46鉸接于第四連桿13上,齒條18與齒輪17嚙合。
如圖5所示,所述動力機構36包括承載板28,承載板28安裝于車門框34上,承載板28上分別設有第一驅動電機27和第二驅動電機29,第一驅動電機27傳動給第一驅動齒輪26;第一驅動齒輪26通過分別與其嚙合的兩個小齒輪(圖中未示出)來傳動給第一光軸25和第二光軸47,第一光軸25和第二光軸47分別與第一單向軸承24和第二單向軸承23相匹配,第一單向軸承24和第二單向軸承23均安裝于承載板28上;
所述第二驅動電機29傳動給第二驅動齒輪9;第二驅動齒輪9通過分別與其嚙合的兩個小齒輪(圖中未示出)來傳動給第三光軸48和第四光軸50,第三光軸48和第四光軸50分別與第三單向軸承22和第四單向軸承21相匹配,第三單向軸承22和第四單向軸承21也是安裝于承載板28上。
作為較佳的選擇,兩個驅動電機可以是蝸輪蝸桿電機,也可以是其他類型的減速電機。
上述動力機構36中,第一光軸25、第二光軸47、第三光軸48和第四光軸50上對應設置有第一套管51、第二套管52、第三套管53和第四套管20;
第一套管51通過纏繞在其上的第一拉繩56傳遞拉力給開門拉桿2;
第二套管52通過纏繞在其上的第二拉繩57傳遞拉力給兩個絲杠6(第二拉繩57為Y型,是具有兩個末端的結構);
第三套管53通過纏繞在其上的第三拉繩58傳遞拉力給蝸桿39;
第四套管20通過纏繞在其上的第四拉繩59傳遞拉力給滑塊7。
所述車門鎖1的上下兩側的車門4上還分別具有一個凸輪滾子4,且所述車門框34上安裝有與所述凸輪滾子4相適配的凸輪機構;
如圖6所示,任一凸輪機構均包括支撐架33,支撐架33通過滑軌42與車門框34相連接,車門框34的背面具有多個插環55,插環55內插接有插桿40,插桿40將位于兩插環55之間的掛環35貫穿,掛環35與倒T型連接桿41固定連接,倒T型連接桿41的兩端各與一移動滑塊44固定連接,任一移動滑塊44均與設置在支撐架33上的滑軌42滑動配合,兩移動滑塊44之間為導軌56;且所述移動滑塊44通過彈簧43與車門框34固定連接,在倒T型連接桿41的作用下將彈簧43壓緊。
所述支撐軸8的上下兩側還分別纏繞有第五拉繩60和第六拉繩61,第五拉繩60和第六拉繩61的另一端分別與相對應的插桿40相連接。
同時,本發明還提供了一種汽車,該汽車包括車體,車體上具有控制器,車體上安裝有上述應急開門裝置,且車體內部安裝有一氧化碳傳感器、溫度傳感器、烷類氣體傳感器和紅外人體傳感器,其中,溫度傳感器、有烷類氣體傳感器放在車內離駕乘人員較近的部分,由于各個傳感器功能不相同,它們不能集中放置。并且,烷類氣體中各個氣體密度不同,所以安放位置相應不同。二氧化碳相對空氣密度大,所以二氧化碳傳感器放在車內下側座位前部,烷類氣體傳感器可以與它平行放置,一氧化碳傳感器可以安裝在閱讀燈附近。溫度傳感器采用18B20型,其功耗低,利用I IC通信,抗干擾能力強,一根線上可掛載多個,安放位置為乘客前下方。例如司機一側放在剎車和離合器上方儀表盤空隙處,其余類似。車體外安裝有多個水位傳感器,水位傳感器則放有多個,位置有高有低,最低的高出車輪五厘米,最高的放在汽車發動機進氣口,其余若干放在中間位置。每一個傳感器均固定在車體上且四周空出來。當有較低位置的水位傳感器檢測到有水后將進行計時,等到下幾個不同位置的傳感器檢測到水,判斷其中間間隔時間。
如果時間過短則說明車從高處落入水中,此時迅速啟動開門機構,若長時間內沒有檢測到水的則視為偶然事件。當最高位置水位傳感器和其下方若干傳感器同時間檢測到有水,測迅速啟動開門機構。
紅外人體傳感器采用數字電平信號,而溫度傳感器利用IIC通信協議,可以實現各個溫度測量,便于設計溫度報警信號,水位傳感器和烷類氣體傳感器利用模擬量輸入,可以檢測水的深度和氣體濃度,能設計預警信號,當其中任意一個傳感器發出預警信號后車內發出報警信號,提醒乘客。
當指標達到上限后控制器發出開門信號,整個開門機構啟動。控制用的這款芯片具有 功耗低性能高,運算速度快,可以有數字信號模擬信號同時輸入輸出。并且可以運行CAN總線,便于與汽車內部的控制器相連接,實現統一調度。
所有的傳感器均與控制器相連通,控制器控制第一驅動電機27和第二驅動電機29正反轉;
其中,控制器可選擇STM32F103TEZ6芯片或其他具有處理數據功能的裝置。
本發明的原理是:車輛落水時,車外的多個水位傳感器會依次檢測到水位,發送信號給控制器,控制器會判定出車輛處于緊急狀態;若車內溫度超標或車內一氧化碳濃度超標,控制器同樣會判定車輛處于緊急狀態。
判定完成后,第一驅動電機27正向轉動,由于有第一單向軸承24的存在,會帶動帶動繞在第一光軸25上的第一套管51轉動,拉動第一拉繩56,第二拉繩57不會轉動。第一拉繩56拉開車門鎖1,開鎖后第一驅動電機27暫停。與此同時第二驅動電機29運作,通過第三拉繩58拉動蝸桿39轉動,來帶動蝸輪38轉動,固連在蝸輪38上的轉動軸32隨之轉動,在鉸鏈31的作用下車門3向前移動,且凸輪滾子4沿著支撐架33上的導軌54轉動,使車門3整體向前運動的同時還會水平移動,開出一道縫隙。車門3整體向前運作時由于驅動電機運作時間的限定,在車門3達到凸輪滾子4的最高點時,轉動軸32轉角達到最大,與轉動軸32上下兩側連接的第五拉繩60和第六拉繩61會拉動上下兩個插桿40向前運動,使得上下兩個插桿40脫落,則彈簧43的彈性能釋放,兩移動滑塊44向下移動,使得導軌54一同向下移動。即使在外力的作用下多連桿機構推著車門3往回移動時凸輪滾子4也無法再次進入導軌54當中,所以無法就不會沿著原來的軌跡返回。同時第一驅動電機27反轉控制繞在第二單向軸承23上的第二拉繩57轉動,第二拉繩57拉動上下兩個絲杠6轉動,每個絲杠6都會與相對應的螺紋套筒16脫離,進而與車門框34脫離。第二驅動電機29反轉,纏繞在第四套管20上的第四拉繩59繞緊,第四拉繩59拉動滑塊7沿著支撐軸8向下運動,第一連桿10向下移動,且發生一定程度的轉動,第五連桿15和第二連桿11隨之逆時針轉動,第三連桿12受力后順時針轉動,齒輪17隨之轉動,齒條18在齒輪17的作用下開始上升,第四連桿13的下端在移動的同時還逆時針轉動,當齒條18脫離齒輪17時滾軸46即處于自由狀態,且第三連桿12通過轉動架30側向推開車門3。當車門3側向開到一定距離時,車門3可能會觸地。由于多連桿機構隨車門3繞轉動軸32轉動時伴隨有傾斜的轉動。第三連桿12一端上的齒輪17也會轉動,進而帶動齒條18移動,將固定在滑軌架45里的第四連桿13另一端打開,第四連桿13上的滾軸46處于自由狀態后會沿著滑軌19轉動,使車門3不會因為接觸到地面而被卡死。
而日常開門由于蝸輪38和蝸桿39的自鎖,轉動軸32不會轉動.
本發明中:兩個驅動電機的功率為30W,第一拉繩、第二拉繩、第三拉繩和第四拉繩運動的最大速度3m/s,控制器的反應時間1-2s,完成功能所用時間30s以內。
鉸鏈31固定端強度校核:
σ=Mmax Ymax/I Mmax=25N*m Y=10cm
I為慣性距
σmax=3.55Kpa
σmax<<[σ]
故可知強度符合。
對連桿的剛度校核:
由彎矩產生的剪應力τ=Fs*Sz/(Iz*b) τmax=27.378Kpa    Sz為靜距。Iz為對軸的慣性距。
由壓力F產生的剪應力τ=F/(S1-S2) τ=26.3Kpa
τmax+τ<<[τ]
故可知剛度符合。
連桿的穩定性校核
1)轉角:
EIθ=∫Mdx+C1  由邊界條件可知C1=0。
θmax=-F*L2/2EI
      =-1.06*10∧-7rad
E為彈性模量,E=186Gpa
θmax<<[θ]  故轉角符合。
2)撓度:
EIω=∫θdx+C2  由邊界條件可知C2=0。
ωmax=-F*L3/3EI
      =1.7*10∧-5m
ωmax<[ω]   故撓度符合。
自由度計算
多連桿機構自由度計算:
構件數目n=7,
轉動副數目pl1=8,
移動副數目pl2=1,
高副ph=1,自由度N=3*n-2*(pl1+pl2)-ph=2,機構自由度N=2,該機構具有確定的運動軌跡,符合要求。
對所公開的實施例的上述說明,使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現,未予以詳細說明的部分,為現有技術,在此不進行贅述。因此,本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和特點相一致的最寬的范圍。

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