本发明涉及碰撞防护技术领域，更为具体地，本发明涉及一种弹性汽车碰撞摆动式防撞装置。
背景技术：
通常情况下，高速公路中间都建有隔离栅墙，高速公路隔离栅墙是高速公路上必不可少的设施，其起到了隔离对向车辆以及隔离对向车辆灯光的作用。但有些隔离栅墙为金属或者硬物制成，汽车在高速行驶时撞到中间隔离带容易对车辆造成毁伤。因此，期望对隔离栅墙提供一种防护措施，其能够减少高速公路中间隔离栅墙对故障车辆的毁伤，并且成本比较低。现有技术中的防撞道路交通护栏，均能够起到一定的缓冲吸收汽车撞击能量和对汽车行进方向进行引导的作用，其能够在一定程度上对车辆的毁伤并且减少对人员的伤害。
但现有技术中的各种道路交通防护栏存在以下缺点：
应用范围比较小，其均应用在市内交通道路或低速交通道路的进口拐弯处、道路边界等地方。这些应用场所由于对车的行驶速度都限制在比较低的工况，大多都是发生一些剐蹭和追尾等事故，在高速行驶的碰撞实际中防撞意义不大；其基本结构均具有一定的弹性、一个可以同轴转动的转轮，可以变形吸收汽车的撞击动能，转轮由一个钢制的转轴和转轴上下各一个轴承连接形成可以轴向旋转的机械结构，轴承由钢架支撑，支撑轴承的钢架安装在金属材料制作的道路隔离栅墙上，形成弹性道路交通护栏，现有技术中各道路交通防护栏的区别主要在于具体的连接结构、转轴型式、充填的弹性防撞材料以及安装、更换的便利程度上，在原理上并没有本质上的区别。由于都有一个共同的使防撞轮转动的机械结构的存在，制作成本比较高，安装上耗费的工时也比较多，这个共同的特点，使得大规模推广应用在成本上难以接受，故此不能形成有效的供给规模。而本申请希望能够解决高速公路行驶过程中减少车辆和人员的伤害最迫切需解决的问题，是高速公路中间隔离栅墙的防撞问题。目前已知的防撞装置，由于其防撞原理和结构上存在的问题，均不能解决这个最迫切最应先行解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其为一种低成本弹性无转轴摆动式防撞装置，能够减少高速行驶车辆撞击高速路中间隔离栅墙对车辆和人员造成的伤害，降低交通事故死亡率；具体地，其解决了高速公路中间的隔离墙为单层水泥硬质材料堆砌而成，当事故车辆与其发生撞击时，水泥墙体基本不能发生塑性变形来吸收车辆的撞击动能，而是依靠斜面使车辆爬升吸收撞击能量的问题，其也解决了现有技术中双层波形梁拦阻装置依靠波形梁的变形来吸收撞击能量。两种护栏与车辆之间是滑动摩擦，摩擦系数很大，造成车辆方向失去控制反弹回来，伤及车和人员，甚至还会造成次生的撞车事故的问题。
本发明的技术方案如下：
一种弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其包括防撞摆动体，所述防撞摆动体固定至所述隔离栅墙，所述隔离栅墙设置在路面上，所述防撞摆动体通过防撞摆动体连接基板连接至所述隔离栅墙；所述防撞摆动体为进行弹性变形以实现防撞的吸能弹性摆动体，其能够部分吸收撞击能量并且对汽车进行导向作用，填充物设置在外壳内，所述摆动轴心为压紧固定轴；所述压紧固定轴为中心压紧立轴，其设置在所述防撞摆动体连接基板的外表面，所述防撞摆动体在发生撞击时能够做弹性变形吸收车辆撞击能量并且能够沿该中心压紧立轴转动从而实现在车辆行进方向做90°范围内的摆动运动，从而起到减少车辆承受的撞击应力对汽车行进方向的引导作用
优选地，所述隔离墙为水泥隔离墙，所述隔离栅为金属隔离栅。
优选地，所述隔离墙具有相对的斜面。
优选地，所述隔离墙的沿着与道路延伸方向垂直的方向上的横截面为梯形，所述隔离墙的顶部的尺寸小于所述隔离墙的底部的尺寸，以便在隔离墙相对的两个侧面形成用于爬升的斜坡，以减少撞击时的冲撞力。
优选地，所述防撞摆动体通过防撞摆动体连接基板连接至所述隔离墙的侧面的向上爬坡的斜面上，且所述防撞摆动体连接基板的高度接近于，例如，等于隔离墙斜面的高度。
优选地，所述防撞摆动体为弹性摆动体。
优选地，所述外壳为织物面，所述填充物为多个弹性球；所述防撞摆动体为四分之一圆柱体，初始状态下所述防撞摆动体的第一侧面紧贴防撞摆动体连接基板；所述防撞摆动体的外侧面朝向汽车的行进方向；发生撞击后，汽车与所述防撞摆动体的外侧面接触，所述防撞摆动体发生摆动，防撞摆动体的第二侧面与所述防撞摆动体连接基板的外侧面接触。
优选地，所述防撞摆动体在汽车行进方向上等间距均匀设置。
优选地，防撞摆动体的设置间距t的范围为200mm至500mm，其能够根据高速公路的等级确定。
优选地，所述防撞摆动体内填充的弹性球为中空的球体，单一直径球体或不同直径球体混装，也可采用其他几何形状。
所述摆动弹性体撞击数学模型符合下式，以下陈述中将摆动体作为防护桶；
在撞击防护桶的过程中，转化的旋转动能：er＝(jz×ω2n)/2
在撞击防护桶的过程中，转化的形变能：ex＝k×δ2/2
其中，v0---车辆撞击点初速度，vn---车辆撞击第n个弹性体时的速度，δ---形变量，δ1---撞击第一个弹性体的形变量，δn---撞击第n个弹性体的形变量，r---防护桶的半径，m---车辆质量，jz---防护桶的转动惯量，k---刚度系数，ω---角速度，h---撞击第h个桶，撞击结束。
优选地，所述隔离隔离栅墙为硬质隔离墙、护栏或上部设置有隔离栅的隔离墙。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其是由柔性材料制作，没有金属栅栏，支架、转轴、轴承、连接螺栓等金属构件，成本很低，能够在进行大规模应用；防撞弹性体的外壁是由韧性和拉伸强度都很高的化纤织物构成，可摆动弹性体中间填充弹性中空球作为吸能材料，摆动弹性体的几何形状、摆动体之间的距离、摆动体的转动惯量jz，刚度系数k,可以依据不同路段对车辆最高限速设计不同的参数，在保证车辆安全的前提下，实现最低成本；本发明无轴式摆动体的吸能及调正车辆的作用比轴式转筒的方法要简单有效，能够更好地保护车辆和乘员。
附图说明
本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置中高速公路隔离栅的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置中高速公路隔离栅与防撞摆动体的连接示意图。
图3是根据本发明实施例的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置的防撞滚筒的撞击前的结构示意图。
图4是根据本发明实施例的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置的防撞滚筒的撞击后的结构示意图。
图5是根据本发明实施例的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置的撞击受力示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1至图5所示的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，所述隔离隔离栅墙为硬质隔离墙、半刚性护栏或上部设置有隔离栅的隔离墙。优选地，所述隔离墙具有相对的斜面。优选地，所述隔离墙的沿着与道路延伸方向垂直的方向上的横截面为梯形，所述隔离墙的顶部的尺寸小于所述隔离墙的底部的尺寸，以便在隔离墙相对的两个侧面形成用于爬升的斜坡，以减少撞击时的冲撞力。
优选地，所述防撞摆动体通过防撞摆动体连接基板连接至所述隔离墙的侧面的向上爬坡的斜面上，且所述防撞摆动体连接基板的高度接近于隔离墙斜面的高度。
优选地，所述外壳为织物面，所述填充物为多个弹性球；所述防撞摆动体为四分之一圆柱体，圆柱半径r在8mm至30mm之间，半径r根据高速公路设计等级确定，所述圆柱高度在250mm—600mm之间，初始状态下所述防撞摆动体的第一侧面紧贴防撞摆动体连接基板；所述防撞摆动体的外侧面朝向汽车的行进方向；发生撞击后，汽车与所述防撞摆动体的外侧面接触，所述防撞摆动体发生摆动，防撞摆动体的第二侧面与所述防撞摆动体连接基板的外侧面接触。
优选地，所述防撞摆动体在汽车行进方向上等间距均匀设置。
优选地，防撞摆动体的设置间距t的范围为200mm至500mm，其能够根据高速公路的等级确定。优选地，所述防撞摆动体内填充的弹性球为实体或中空的球体，单一直径球体或不同直径球体混装，也可采用其他几何形状，其能够与高速公路的隔离栅墙进行连接，以减少高速公路事故中对车辆的毁伤。
所述弹性汽车碰撞摆动式防撞装置100，其包括隔离栅墙1和防撞摆动体4，如图1和图2所示，所述隔离栅墙包括隔离墙11和隔离栅12，所述隔离墙设置在路面13上，所述隔离栅12设置在隔离墙11的顶部。优选地，所述隔离墙11为水泥隔离墙，所述隔离栅12为金属隔离栅。所述防撞摆动体1通过防撞摆动体连接基板2连接至所述隔离墙11。所述防撞摆动体连接基板2的外表面设置有压紧立轴3，所述防撞摆动体4能够沿该中心压紧立轴3转动从而实现在车辆行进方向做90°范围内的摆动运动，从而起到对汽车行进方向的引导作用。
优选地，所述隔离墙11具有相对的斜面，优选地，所述隔离墙11的沿着与道路延伸方向垂直的方向上的横截面为梯形，即所述隔离墙11的顶部的尺寸小于所述隔离墙11的底部的尺寸，以便在隔离墙11相对的两个侧面形成用于爬升的斜坡，以减少撞击时的冲撞力。
优选地，所述防撞摆动体4通过防撞摆动体连接基板2连接至所述隔离墙11的侧面的向上爬坡的斜面上，优选地，所述防撞摆动体连接基板2的高度等于隔离墙斜面的高度。
优选地，所述防撞摆动体为弹性摆动体。
优选地，所述防撞摆动体包括外壳41、填充物42以及摆动轴心。所述摆动轴心配置用于实现所述防撞摆动体的摆动运动。所述外壳为织物面，所述填充物为多个弹性球。所述摆动轴心为压紧固定轴。所述防撞摆动体为四分之一圆柱体，初始状态下，即防撞摆动体位于位置1，所述防撞摆动体的第一侧面紧贴防撞摆动体连接基板。所述防撞摆动体的外侧面朝向汽车的行进方向。发生撞击后，汽车与所述防撞摆动体的外侧面接触，所述防撞摆动体发生摆动，防撞摆动体的第二侧面与所述防撞摆动体连接基板的外侧面接触，即防撞摆动体位于位置2，如图3和图4所示。
优选地，所述防撞摆动体在汽车行进方向上等间距均匀设置。
如图5所示，有一个力f作用在摆动体上，摆动体在f1力作用下沿压紧轴的方向摆动，可使分力f1增加，f2减少，从而实现减少对车和车上乘客的伤害。每个摆动体都可沿轴摆动90°，所起作用：一是减低对车的反作用力；二是可以调节车的前进方向，可使车沿公路轴向前行；三是随着车与不同摆动体的逐个滚动撞击，使车逐点减速。导向防撞摆动体的几何形状、间距t、内填充的弹性球的硬度、弹性、直径，用软件撞击模拟实验确定范围。
所述摆动弹性体撞击数学模型符合下式，以下陈述中将摆动体作为防护桶；
在撞击防护桶的过程中，转化的旋转动能：er＝(jz×ω2n)/2
在撞击防护桶的过程中，转化的形变能：ex＝k×δ2/2
其中，v0--车辆撞击点初速度，δ--形变量，r--防护桶的半径，m--车辆质量，jz--防护桶的转动惯量，k--刚度系数，ω--角速度，h--撞击第n个桶，撞击结束；
具体地，vn---车辆撞击第n个弹性体时的速度，δ---形变量，δ1---撞击第一个弹性体的形变量，δn---撞击第n个弹性体的形变量，r---防护桶的半径，m---车辆质量，jz---防护桶的转动惯量，k---刚度系数，ω---角速度，h---撞击第h个桶，撞击结束。。
所述弹性汽车碰撞摆动式防撞装置还能够用于仅仅为硬质水泥墙或护栏作为高速功率隔离带的情况。
本发明的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其是由柔性材料制作，没有金属栅栏，支架、转轴、轴承、连接螺栓等金属构件，成本很低，能够在进行大规模应用；防撞弹性体的外壁，即，外壳，是由韧性和拉伸强度都很高的化纤织物构成，可摆动弹性体中间填充弹性中空球作为吸能材料，摆动弹性体的几何形状、摆动体之间的距离、摆动体的转动惯量jz，刚度系数k,可以依据不同路段对车辆最高限速设计不同的参数，在保证车辆安全的前提下，实现最低成本；本发明无轴式摆动体的吸能及调正车辆的作用比轴式转筒的方法要简单有效，能够更好地保护车辆和乘员。
高速公路上下行间的隔离栅墙均为硬质材料刚性设计或半刚性材料组成，当高速行进的车辆撞击时，对车载人员和车辆都会产生比较大的伤害。从隔离栅的角度看，分析其产生毁伤的原因，一是刚性设计且硬度很大，不能产生塑性变形来吸收汽车的撞击能量。半刚性设计虽然可以依靠变形来吸收撞击能量，但依据jtgb0501-《公路护栏安全评价标准》给出的合格判据：刚性护栏小于20g，半刚性护栏小于10g。该指标远不能达到保护人员安全的程度。与舰载机飞行员承受的加速度比较，仅为5g，小于普通人2-4倍。当车以某一个角度撞击栅墙时，这个与栅墙成一定角度的力可分解为平行于汽车原行驶方向的力,(也就是平行于高速公路方向的力)和垂直于栅墙的反作用力分力，这个分力是造成车和人员毁伤的主要原因。二是隔离栅墙的材料摩擦系数较大，会与车之间产生很大的滑动摩擦阻力，造成车的方向失控，改变了车的行进方向易造成二次事故。本防撞系统的设计要点有两个，一是设计成弹性材料，在弹性摆动体内加装弹性材料，使车在撞击时防撞摆动体有一定的弹性变形，其作用是在一定程度上吸收车的撞击能量和防止车向相对方向运动。二是将摆动体设计成柱形几何体，当车撞击这个具有摆动运动的几何体时，除了有一定的弹性变形，还可以沿车行进的方向做轴向摆动一定的角度，使滑动摩擦转换成滚动摩擦，可以较大的减少摩擦阻力。这样随着行进中的车辆连续撞击弹性摆动体，车速逐次下降直至停止。车的行进方向也会随着摆动体的辅助转向作用使其调正为与高速公路的轴向方向一致，从而起到最大程度的减少对车乘人员的伤害和对车辆的损毁，同时也可以降低二次事故的概率。
高速公路中间隔离栅的防撞装置主要是围绕着两个要点起到防撞作用的。一是在汽车撞击这个防撞装置时，通过弹性变形来吸收汽车的撞击动能；二是通过防撞装置上的摆动部件随着汽车前进方向摆动使滑动摩擦转换为滚动摩擦，并且对汽车的行进方向有一定的引导作用。本发明的关键点是：
(一)本发明的防撞摆动体不是围绕着一个刚性轴转动，而是沿一个中心压紧立轴沿车辆行进方向做摆动运动90°，从而起到对汽车行进方向的引导作用。
(二)防撞摆动体采用韧性和拉伸强度很高的化纤织物制作，摆动体中间充填具有很大弹性的实心或中空圆球形填料，起到变形吸能作用。
(三)本设计的独特之处还在于，这个防撞摆动体可以在高速公路上不同的限速区段及高架立交桥、涵洞等易造成交通堵塞的敏感地段，依据汽车的最高限速设计不同的几何形状的摆动体，其转动惯量jz、刚度系数k、摆动体的半径r。在保证一定标准的防撞性能前提下，最大限度的降低该装置的成本。
(四)本设计不需要任何的刚性金属机构支撑件、旋转件、紧固件等，整体上全部用柔性材料制作。
(五)本设计的用途与现有的道路交通防撞墙均有所不同，它主要解决高速公路中间隔离栅在高速行进的汽车撞击时能起到一定的防护作用，还可以应用在城市及其他道路交通事故敏感地区如高架桥、涵洞上两边的护墙，做成防撞式的。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“至少三个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其特征在于，其包括防撞摆动体，所述防撞摆动体固定至隔离栅墙，所述隔离栅墙设置在路面上，所述防撞摆动体通过防撞摆动体连接基板连接至所述隔离栅墙；所述防撞摆动体为进行弹性变形以实现防撞的吸能弹性摆动体，其能够部分吸收撞击能量并且对汽车进行导向作用，填充物设置在外壳内，所述摆动轴心为压紧固定轴；所述压紧固定轴为中心压紧立轴，其设置在所述防撞摆动体连接基板的外表面，所述防撞摆动体在发生撞击时能够弹性变形吸收车辆撞击能量并且能够沿该中心压紧立轴转动从而实现在车辆行进方向做90°范围内的摆动运动，从而起到减少车辆承受的撞击应力对汽车行进方向的引导作用。
2.如权利要求1所述的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其特征在于，所述隔离栅墙为硬质隔离墙、半刚性护栏或上部设置有隔离栅的隔离墙。
3.如权利要求2所述的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其特征在于，所述隔离墙具有相对的斜面。
4.如权利要求3所述的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其特征在于，所述隔离墙的沿着与道路延伸方向垂直的方向上的横截面为梯形，所述隔离墙的顶部的尺寸小于所述隔离墙的底部的尺寸，以便在隔离墙相对的两个侧面形成用于爬升的斜坡，以减少撞击时的冲撞力。
5.如权利要求4所述的弹性汽车碰撞式防撞装置，其特征在于，所述防撞摆动体通过防撞摆动体连接基板连接至所述隔离墙的侧面的向上爬坡的斜面上，且所述防撞摆动体连接基板的高度等于隔离墙斜面的高度。
6.如权利要求5所述的弹性汽车碰撞式防撞装置，其特征在于，所述外壳为织物面，所述填充物为多个弹性球；所述防撞摆动体为四分之一圆柱体，圆柱半径r在8mm至30mm之间，半径r根据高速公路设计等级确定，所述圆柱高度在250mm—600mm之间，初始状态下所述防撞摆动体的第一侧面紧贴防撞摆动体连接基板；所述防撞摆动体的外侧面朝向汽车的行进方向；发生撞击后，汽车与所述防撞摆动体的外侧面接触，所述防撞摆动体发生摆动，防撞摆动体的第二侧面与所述防撞摆动体连接基板的外侧面接触。
7.如权利要求6所述的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其特征在于，所述防撞摆动体在汽车行进方向上等间距均匀设置。
8.如权利要求7所述的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其特征在于，防撞摆动体的设置间距t的范围为200mm至500mm，其能够根据高速公路的等级确定。
9.如权利要求8所述的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其特征在于，所述防撞摆动体内填充的弹性球为实体或中空的球体，单一直径球体或不同直径球体混装，也可采用其他几何形状。
10.如权利有要求9所述的弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其特征在于，所述摆动弹性体撞击数学模型符合下式,
在撞击防护桶的过程中，转化的旋转动能：er＝(jz×ω2n)/2
在撞击防护桶的过程中，转化的形变能：ex＝k×δ2/2
v0---车辆撞击点初速度，vn---车辆撞击第n个弹性体时的速度，δ---形变量，δ1---撞击第一个弹性体的形变量，δn---撞击第n个弹性体的形变量，r---防护桶的半径，m---车辆质量，jz---防护桶的转动惯量，k---刚度系数，ω---角速度，h---撞击第h个桶，撞击结束。
技术总结
本发明涉及一种弹性汽车碰撞摆动式防撞装置，其包括隔离栅墙和防撞摆动体，所述隔离栅墙包括隔离墙和隔离栅，所述隔离墙设置在路面上，所述隔离栅设置在隔离墙的顶部，所述防撞摆动体通过防撞摆动体连接基板连接至所述隔离墙；所述防撞摆动体包括外壳、填充物以及摆动轴心，填充物设置在外壳内，所述摆动轴心为压紧固定轴；所述压紧固定轴为中心压紧立轴，其设置在所述防撞摆动体连接基板的外表面，所述防撞摆动体能够沿该中心压紧立轴转动从而实现在车辆行进方向做90°范围内的摆动运动，从而起到对汽车行进方向的引导作用。
技术研发人员：韩英泉;巩勇智
受保护的技术使用者：韩英泉
技术研发日：.11.05
技术公布日：.02.14
