本發(fā)明涉及汽車安全領(lǐng)域，特別涉及一種基于氣撐式張弦結(jié)構(gòu)的抗壓車頂。

背景技術(shù)：

汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚谋貍涔ぞ?。為了滿足不同行業(yè)的需求，各種類型的車輛被生產(chǎn)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(shè)的工程車輛，更有用于特種行業(yè)的專用車輛。這些不同類型的車輛共享相同的行車環(huán)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(fā)生碰撞事故時(shí)，偶爾會(huì)有工程車輛側(cè)翻壓在轎車頂部，雖然此類事故發(fā)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(qiáng)度大于800Mpa的高強(qiáng)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(chǎn)制作過程中還未廣泛普及；另一種方法是單獨(dú)設(shè)計(jì)汽車車頂抗壓裝置如電動(dòng)液壓千斤頂，可根據(jù)車頂外部雷達(dá)探頭探測(cè)到的車頂障礙物來控制驅(qū)動(dòng)液壓缸中伸縮支柱工作，伸縮支柱推動(dòng)托盤頂住車頂，從而提高車輛的抗壓強(qiáng)度，但這種方法的缺點(diǎn)是托盤頂住車頂時(shí)車頂受力不均勻，影響抗壓效果，而且液壓千斤頂動(dòng)作時(shí)間較慢，在車頂受到重壓甚至變形時(shí)不能迅速推動(dòng)托盤，造成抗壓延遲。

氣撐式張弦結(jié)構(gòu)是一種由低內(nèi)壓充氣囊、柔性索、剛性桿件組成的輕型混合結(jié)構(gòu)體系，目前主要應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是利用充氣過程對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，無需張拉設(shè)備和反力裝置，充氣氣囊為上弦構(gòu)件提供連續(xù)支撐，避免撐桿結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，有效地降低結(jié)構(gòu)自重，發(fā)揮其剛性、柔性材料的優(yōu)勢(shì)，使結(jié)構(gòu)的延性和安全儲(chǔ)備相對(duì)較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種抗壓能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、成本較低、響應(yīng)及時(shí)的基于氣撐式張弦結(jié)構(gòu)的抗壓車頂，可以有效提高車輛頂部的抗壓強(qiáng)度。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于氣撐式張弦結(jié)構(gòu)的抗壓車頂，包括拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)、紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)和氣壓控制模塊16；拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(dòng)伸縮桿19、L型滑動(dòng)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(dòng)卡頭的側(cè)端8-1通過軸承13與上弦桿二5相連接，L型滑動(dòng)卡頭的底端8-2緊扣于拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)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(dòng)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(chǔ)器、氣壓傳感器、驅(qū)動(dòng)器和氣管。

所述抗壓車頂中的紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)有展開式和收縮式兩種工作狀態(tài)，當(dāng)汽車天窗開啟時(shí)，通過模式控制器21控制微型電動(dòng)伸縮桿19，將紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)收縮至車頂后部，呈收縮式；當(dāng)汽車天窗關(guān)閉時(shí)，通過模式控制器21控制微型電動(dòng)伸縮桿19，將紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)在車頂均勻展開，呈展開式。模式控制器21由蓄電池和轉(zhuǎn)換開關(guān)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(jié)構(gòu)可以采用多隔型、復(fù)合型和強(qiáng)化型。

上弦桿一1是截面為長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)卡頭的側(cè)端8-1剛性連接。

拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)至少有兩個(gè)，紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)至少有三個(gè)。

抗壓車頂中最后方的紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)的L型滑動(dòng)卡頭的底端8-2與拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)中的L型滑動(dòng)卡頭的底端8-2與拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)的上弦桿一1通過卡扣連接，且可沿桿面滑動(dòng)。

各個(gè)拱形氣囊之間采用可伸縮鋁質(zhì)氣管二10連接，各個(gè)紡錘形氣囊之間采用可伸縮鋁質(zhì)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(gòu)的處理器，控制器通過驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(chǔ)器與控制器連接，用于存儲(chǔ)紡錘形氣囊6和拱形氣囊2的內(nèi)部最佳氣壓范圍值。抗壓車頂開始工作后，控制器讀取存儲(chǔ)器中紡錘形氣囊6和拱形氣囊2的內(nèi)部預(yù)設(shè)最佳氣壓范圍值，通過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)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(shí)時(shí)與兩者預(yù)設(shè)的最佳氣壓范圍值進(jìn)行比較，通過閉環(huán)控制使得氣囊內(nèi)的氣壓處于正常工作狀態(tài)。氣壓控制模塊可根據(jù)汽車車身的實(shí)際情況放置在合適位置處，且可由汽車電源供電。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：

(1)氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)是一種自支撐、自平衡的結(jié)構(gòu)體系，對(duì)邊界約束的要求很低；上弦構(gòu)件產(chǎn)生的水平推力由下弦柔性構(gòu)件承擔(dān)，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(shè)計(jì)與制作。

(2)氣壓控制模塊可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)紡錘形氣囊和拱形氣囊的內(nèi)部氣壓，將其與存儲(chǔ)模塊中的最佳值范圍進(jìn)行比較，通過控制充氣泵和電子氣閥確保氣囊內(nèi)部氣壓在最佳值范圍內(nèi)，保證結(jié)構(gòu)可靠性。

(3)當(dāng)需要開啟天窗時(shí)，可以控制微型電動(dòng)伸縮桿改變紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)的位置發(fā)生后移在天窗位置留空，當(dāng)關(guān)閉天窗后，可以控制微型電動(dòng)伸縮桿改變紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)的位置發(fā)生前移達(dá)到完整支撐效果。

(4)本發(fā)明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(cè)翻、山體滑坡、轎車翻車等突發(fā)情況下，車頂受強(qiáng)烈重壓會(huì)危及乘車人員的生命安全，當(dāng)有重物砸擊車頂時(shí)，本發(fā)明可以有效減緩壓力對(duì)車頂結(jié)構(gòu)的形變，從而保護(hù)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(jié)構(gòu)的抗壓車頂內(nèi)部結(jié)構(gòu)展開示意圖。

圖2為一種基于氣撐式張弦結(jié)構(gòu)的抗壓車頂內(nèi)部結(jié)構(gòu)收縮示意圖。

圖3為一種基于氣撐式張弦結(jié)構(gòu)的抗壓車頂展開式整車示意圖的側(cè)視圖。

圖4為一種基于氣撐式張弦結(jié)構(gòu)的抗壓車頂收縮式整車示意圖的側(cè)視圖。

圖5為一種基于氣撐式張弦結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖、側(cè)視圖和俯視圖)。

圖8為紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)的側(cè)端放大示意圖(正視圖)。

圖9為紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)的側(cè)端放大示意圖(側(cè)視圖)。

圖10為拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11氣壓控制模塊結(jié)構(gòu)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(dòng)卡頭；8-1、L型滑動(dòng)卡頭的側(cè)端；8-2、L型滑動(dòng)卡頭的底端；9、可伸縮鋁質(zhì)氣管一；10、可伸縮鋁質(zhì)氣管二；11、氣管一；12、氣管二；13、軸承；14、出氣口一；15、出氣口二；16、氣壓控制模塊；17、氣壓傳感器一；18、氣壓傳感器二；19、微型電動(dòng)伸縮桿；20、雙頭螺栓；21、模式控制器。

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的；相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件；附圖中描述位置關(guān)系的用語(yǔ)僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

如圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所示，一種基于氣撐式張弦結(jié)構(gòu)的抗壓車頂，包括拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)、紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)和氣壓控制模塊16；拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)包括紡錘形氣囊6、上弦桿二5、下弦索二7、平推軸承13、微型電動(dòng)伸縮桿19、L型滑動(dòng)卡頭8、模式控制器21和U型卡頭4，所述上弦桿二5兩端打孔，下弦索二7兩端穿過上弦桿二5兩端的孔并通過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(dòng)卡頭的側(cè)端8-1通過平推軸承13與上弦桿二5相連接，L型滑動(dòng)卡頭的底端8-2緊扣于拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)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(dòng)伸縮桿19上。模式控制器21由蓄電池和轉(zhuǎn)換開關(guān)組成；轉(zhuǎn)換開關(guān)用于控制微型電動(dòng)伸縮桿19的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，改變紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)在車頂?shù)姆植夹问健Ｆ渲泄靶螝饽?和紡錘形氣囊6均采用PVC膜材(杜肯B1005)；上弦桿一1、下弦桿一3、上弦桿二5均采用Q235鋼板，下弦索二7采用鋼絞線；L型滑動(dòng)卡頭8為不銹鋼材質(zhì)，通過軸承13與上弦桿二5連接，L型滑動(dòng)卡頭8可以繞著軸承13轉(zhuǎn)動(dòng)，L型滑動(dòng)卡頭8可以任意角度與拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)緊密貼合，保證最大接觸面積，紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)可以穩(wěn)定固定在拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)上弦桿一上。

如圖11所示，氣壓控制模塊16包括控制器、電子氣閥、充氣泵、存儲(chǔ)器、氣壓傳感器、驅(qū)動(dòng)器和氣管。氣壓傳感器選用MS5611系列傳感器，氣壓傳感器分為氣壓傳感器一17和氣壓傳感器二18，氣壓傳感器二18安裝在拱形氣囊的內(nèi)壁，氣壓傳感器一17安裝在紡錘形氣囊的內(nèi)壁。拱形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)并列有兩個(gè)，拱形氣囊之間通過可伸縮鋁質(zhì)氣管二10連接，紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)并列有五個(gè)，各個(gè)紡錘形氣囊之間通過可伸縮鋁質(zhì)氣管一9連接，氣管一11和氣管二12為公共進(jìn)出氣口，一端分別與電子氣閥的出氣口一14和出氣口二15連接；另一端分別與可伸縮鋁質(zhì)氣管一9和可伸縮鋁質(zhì)氣管二10連接，充氣泵的出口與電子氣閥的進(jìn)氣口連接，控制器通過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)充電泵。驅(qū)動(dòng)器選取IRP520驅(qū)動(dòng)器。微型電動(dòng)伸縮桿19為直筒式伸縮桿。微型電動(dòng)伸縮桿19與L型滑動(dòng)卡頭8通過材質(zhì)為46#鋼的雙頭螺栓20連接。微型電動(dòng)伸縮桿19連接至模式控制器21，通過模式控制器21控制電動(dòng)伸縮桿的伸縮，調(diào)節(jié)紡錘形氣撐式張弦支撐機(jī)構(gòu)的位置分布，既不妨礙汽車天窗的正常使用，而且對(duì)汽車增加了抗壓保護(hù)。

如圖12所示，抗壓車頂開始工作后，控制器讀取存儲(chǔ)器中紡錘形氣囊6和拱形氣囊2的內(nèi)部預(yù)設(shè)最佳氣壓范圍值，同時(shí)開始采集紡錘形氣囊氣壓值與拱形氣囊氣壓值，并分別與預(yù)設(shè)最佳氣壓范圍值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)到氣囊氣壓值小于最佳氣壓范圍值時(shí)，打開電子氣閥的出氣口一14和出氣口二15并通過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)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(shí)時(shí)與兩者預(yù)設(shè)的最佳氣壓范圍值進(jìn)行比較，直到紡錘形氣囊6和拱形氣囊2中的氣壓值在兩者預(yù)設(shè)的最佳氣壓范圍值內(nèi)，關(guān)閉電子氣閥的出氣口一、出氣口二和充氣泵，通過閉環(huán)控制使得氣囊內(nèi)的氣壓處于正常工作狀態(tài)。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。