一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶制造技术

本发明专利技术公开了一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶，包括拱形气撑式张弦支撑机构、纺锤形气撑式张弦支撑机构和气压控制模块，拱形气撑式张弦支撑机构包括拱形气囊、上弦杆一和下弦杆一，所述纺锤形气撑式张弦支撑机构包括纺锤形气囊、上弦杆二、下弦索二、轴承、微型电动伸缩杆、L型滑动卡头、模式控制器和U型卡头，所述气压控制模块包括控制器、电子气阀、充气泵、存储器、气压传感器、驱动器和气管。本发明专利技术的抗压车顶可承受更大的载荷，在轿车行驶中遇到工程车侧翻、山体滑坡、轿车翻车等突发情况下，本发明专利技术可以有效减缓压力对车顶结构的形变，从而保护乘车人员的人身安全当有重物砸击车顶时。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车安全领域，特别涉及一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶。
技术介绍
汽车已成为人们日常生活中不可缺少的必备工具。为了满足不同行业的需求，各种类型的车辆被生产出来，有用于日常生活的轿车，也有用于公共交通的公交车，还有用于建设的工程车辆，更有用于特种行业的专用车辆。这些不同类型的车辆共享相同的行车环境。由于这些类型的车辆体积相差很多，尤其是轿车和工程车辆在体积和重量上相差很多，二者之间的事故往往给轿车带来毁灭性的损伤，危及乘车人员的生命安全。轿车和工程车辆发生碰撞事故时，偶尔会有工程车辆侧翻压在轿车顶部，虽然此类事故发生的几率并不高，可是给轿车和里面的乘车人员带来毁灭性的伤害，车上乘员毫无生存的可能。目前，汽车车顶抗压方法主要采用抗拉强度大于800Mpa的高强度钢板制作汽车车顶、车身A柱、B柱及上横梁，但这种方法的成本较高，制作难度大，在汽车生产制作过程中还未广泛普及；另一种方法是单独设计汽车车顶抗压装置如电动液压千斤顶，可根据车顶外部雷达探头探测到的车顶障碍物来控制驱动液压缸中伸缩支柱工作，伸缩支柱推动托盘顶住车顶，从而提高车辆的抗压强度，但这种方法的缺点是托盘顶住车顶时车顶受力不均匀，影响抗压效果，而且液压千斤顶动作时间较慢，在车顶受到重压甚至变形时不能迅速推动托盘，造成抗压延迟。气撑式张弦结构是一种由低内压充气囊、柔性索、刚性杆件组成的轻型混合结构体系，目前主要应用于建筑领域。该结构特点是利用充气过程对结构施加预应力，无需张拉设备和反力装置，充气气囊为上弦构件提供连续支撑，避免撑杆结构的失稳，有效地降低结构自重，发挥其刚性、柔性材料的优势，使结构的延性和安全储备相对较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种抗压能力强、结构稳定性强、成本较低、响应及时的基于气撑式张弦结构的抗压车顶，可以有效提高车辆顶部的抗压强度。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶，包括拱形气撑式张弦支撑机构、纺锤形气撑式张弦支撑机构和气压控制模块16；拱形气撑式张弦支撑机构包括拱形气囊2、上弦杆一1和下弦杆一3，上弦杆一1与下弦杆一3的两端通过焊接连接，拱形气囊2固定于上弦杆一1与下弦杆一3的中间；所述纺锤形气撑式张弦支撑机构包括纺锤形气囊6、上弦杆二5、下弦索二7、轴承13、微型电动伸缩杆19、L型滑动卡头8、模式控制器21和U型卡头4，上弦杆二5与下弦索二7的两端通过U型卡头4连接，纺锤形气囊6固定于上弦杆二5与下弦索二7的中间；L型滑动卡头的侧端8-1通过轴承13与上弦杆二5相连接，L型滑动卡头的底端8-2紧扣于拱形气撑式张弦支撑机构的上弦杆一1；上弦杆二5的两端通过双头螺栓20连接在微型电动伸缩杆19上；所述气压控制模块16包括控制器、电子气阀、充气泵、存储器、气压传感器、驱动器和气管。所述抗压车顶中的纺锤形气撑式张弦支撑机构有展开式和收缩式两种工作状态，当汽车天窗开启时，通过模式控制器21控制微型电动伸缩杆19，将纺锤形气撑式张弦支撑机构收缩至车顶后部，呈收缩式；当汽车天窗关闭时，通过模式控制器21控制微型电动伸缩杆19，将纺锤形气撑式张弦支撑机构在车顶均匀展开，呈展开式。模式控制器21由蓄电池和转换开关组成。拱形气囊2和纺锤形气囊6可以采用PVC膜材为原料，其结构可以采用多隔型、复合型和强化型。上弦杆一1是截面为长方形的拱形钢板，与拱形气囊2粘接；下弦杆一3是截面为长方形的拱形钢板，与拱形气囊2的底部粘接。上弦杆二5是截面为长方形的拱形钢板，与纺锤形气囊6粘接；下弦索二7是截面为圆形的钢索，与纺锤形气囊6的底部粘接。轴承13是平推轴承，平推轴承的一面与上弦杆二5刚性连接，另一面与L型滑动卡头的侧端8-1刚性连接。拱形气撑式张弦支撑机构至少有两个，纺锤形气撑式张弦支撑机构至少有三个。抗压车顶中最后方的纺锤形气撑式张弦支撑机构的L型滑动卡头的底端8-2与拱形气撑式张弦支撑机构的上弦杆一1通过焊接连接；抗压车顶中其余的纺锤形气撑式张弦支撑机构中的L型滑动卡头的底端8-2与拱形气撑式张弦支撑机构的上弦杆一1通过卡扣连接，且可沿杆面滑动。各个拱形气囊之间采用可伸缩铝质气管二10连接，各个纺锤形气囊之间采用可伸缩铝质气管一9连接。所述气压控制模块中，控制器采用体积小、低功耗、低成本、高性能、高主频ARM架构的处理器，控制器通过驱动器来驱动充气泵；电子气阀为两位三通电磁阀，电子气阀的出气口一14和出气口二15分别通过气管一11、气管二12与拱形气囊2、纺锤形气囊6相连接，电子气阀的进气口与充气泵的出口相连接；安装在拱形气囊的气压传感器二18、安装在纺锤形气囊的气压传感器一17分别与控制器连接；存储器与控制器连接，用于存储纺锤形气囊6和拱形气囊2的内部最佳气压范围值。抗压车顶开始工作后，控制器读取存储器中纺锤形气囊6和拱形气囊2的内部预设最佳气压范围值，通过驱动器驱动充气泵给纺锤形气囊6和拱形气囊2充气，分别通过气压传感器一17和气压传感器二18采集纺锤形气囊6和拱形气囊2中的气压，并实时与两者预设的最佳气压范围值进行比较，通过闭环控制使得气囊内的气压处于正常工作状态。气压控制模块可根据汽车车身的实际情况放置在合适位置处，且可由汽车电源供电。本专利技术与现有技术相比具有如下优点和效果：(1)气撑式张弦支撑机构是一种自支撑、自平衡的结构体系，对边界约束的要求很低；上弦构件产生的水平推力由下弦柔性构件承担，使得边界约束主要以受竖向支反力为主，支座受力明确，易于设计与制作。(2)气压控制模块可实时监测纺锤形气囊和拱形气囊的内部气压，将其与存储模块中的最佳值范围进行比较，通过控制充气泵和电子气阀确保气囊内部气压在最佳值范围内，保证结构可靠性。(3)当需要开启天窗时，可以控制微型电动伸缩杆改变纺锤形气撑式张弦支撑机构的位置发生后移在天窗位置留空，当关闭天窗后，可以控制微型电动伸缩杆改变纺锤形气撑式张弦支撑机构的位置发生前移达到完整支撑效果。(4)本专利技术的抗压车顶可承受更大的载荷，在轿车行驶中遇到工程车侧翻、山体滑坡、轿车翻车等突发情况下，车顶受强烈重压会危及乘车人员的生命安全，当有重物砸击车顶时，本专利技术可以有效减缓压力对车顶结构的形变，从而保护乘车人员的人身安全。附图说明图1为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶内部结构展开示意图。图2为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶内部结构收缩示意图。图3为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶展开式整车示意图的侧视图。图4为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶收缩式整车示意图的侧视图。图5为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶展开式整车示意图的俯视图。图6为一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶收缩式整车示意图的俯视图。图7为纺锤形气撑式张弦支撑机构的结构示意图(正视图、侧视图和俯视图)。图8为纺锤形气撑式张弦支撑机构的侧端放大示意图(正视图)。图9为纺锤形气撑式张弦支撑机构的侧端放大示意图(侧视图)。图10为拱形气撑式张弦支撑机构结构示意图。图11气压控制模块结构框图。图12气压控制模块软件流程图。图中：1、上弦杆一；2、拱形气囊；3、下弦杆一；4、U形卡头；5、上弦杆二；6、纺锤形气囊；7、下弦索二；8、L型滑动卡头；8-1、L型滑动卡头的侧端；8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶，其特征在于：包括拱形气撑式张弦支撑机构、纺锤形气撑式张弦支撑机构和气压控制模块；拱形气撑式张弦支撑机构包括拱形气囊、上弦杆一和下弦杆一，上弦杆一与下弦杆一的两端通过焊接连接，拱形气囊固定于上弦杆一与下弦杆一的中间；所述纺锤形气撑式张弦支撑机构包括纺锤形气囊、上弦杆二、下弦索二、轴承、微型电动伸缩杆、L型滑动卡头、模式控制器和U型卡头，上弦杆二与下弦索二的两端通过U型卡头连接，纺锤形气囊固定于上弦杆二与下弦索二的中间；L型滑动卡头的侧端通过轴承与上弦杆二相连接，L型滑动卡头的底端紧扣于拱形气撑式张弦支撑机构的上弦杆一；上弦杆二的两端通过双头螺栓连接在微型电动伸缩杆上；所述气压控制模块包括控制器、电子气阀、充气泵、存储器、气压传感器、驱动器和气管。

【技术特征摘要】
1.一种基于气撑式张弦结构的抗压车顶，其特征在于：包括拱形气撑式张弦支撑机构、纺锤形气撑式张弦支撑机构和气压控制模块；拱形气撑式张弦支撑机构包括拱形气囊、上弦杆一和下弦杆一，上弦杆一与下弦杆一的两端通过焊接连接，拱形气囊固定于上弦杆一与下弦杆一的中间；所述纺锤形气撑式张弦支撑机构包括纺锤形气囊、上弦杆二、下弦索二、轴承、微型电动伸缩杆、L型滑动卡头、模式控制器和U型卡头，上弦杆二与下弦索二的两端通过U型卡头连接，纺锤形气囊固定于上弦杆二与下弦索二的中间；L型滑动卡头的侧端通过轴承与上弦杆二相连接，L型滑动卡头的底端紧扣于拱形气撑式张弦支撑机构的上弦杆一；上弦杆二的两端通过双头螺栓连接在微型电动伸缩杆上；所述气压控制模块包括控制器、电子气阀、充气泵、存储器、气压传感器、驱动器和气管。2.根据权利要求1所述的基于气撑式张弦结构的抗压车顶，其特征在于：所述抗压车顶中的纺锤形气撑式张弦支撑机构有展开式和收缩式两种工作状态，当汽车天窗开启时，通过模式控制器控制微型电动伸缩杆，将纺锤形气撑式张弦支撑机构收缩至车顶后部，呈收缩式；当汽车天窗关闭时，通过模式控制器控制微型电动伸缩杆，将纺锤形气撑式张弦支撑机构在车顶均匀展开，呈展开式。3.根据权利要求1所述的基于气撑式张弦结构的抗压车顶，其特征在于：上弦杆一是截面为长方形的拱形钢板，与拱形气囊粘接；下弦杆一是截面为长方形的拱形钢板，与拱形气囊的底部粘接。4.根据权利要求1所述的基于气撑式张弦结构的抗压车顶，其特征在于：上弦杆二是截面为长方形的拱形钢板，与纺锤形气囊粘接；下弦索...

【专利技术属性】
技术研发人员：李君，徐岩，姜锐，林小娟，肖博一，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44