汽车防碰撞方位传感器、电路与工作方法与流程

本发明属于汽车碰撞领域。

背景技术：

现有的汽车碰撞传感器往往只能检测碰撞强度以及大致碰撞方位，不能精确检测碰撞方位，一端碰到剧烈碰撞，车内的所有气囊都会全部一次性打开，这样不能精准的控制高档轿车的各个部位的安全气囊，而且在后续的追责和事故调查使也没有碰撞的具体方位记录。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能精准确定碰撞方位的汽车防碰撞方位传感器、电路与工作方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的汽车防碰撞方位传感器，包括安装在汽车上的碰撞方位传感器本体，所述碰撞方位传感器本体包括水平的圆形底盘、竖向筒形壳壁和半球状壳顶；所述圆形底盘、竖向筒形壳壁和半球状壳顶构成一个密闭的传感器壳体；

所述传感器壳体内设置有碗状球面回转壁体，所述碗状球面回转壁体的外壁通过若干支撑柱与所述圆形底盘固定连接；所述碗状球面回转壁体的球面内壁的球心与所述半球状壳顶的球心重合；

还包括竖向的金属中心回转体和环绕固定包裹在金属中心回转体四周的绝缘环体，所述金属中心回转体与绝缘环体的组合结构刚好构成一个完整的球体；

所述金属中心回转体的上端一体化同轴心连接有金属摆杆；所述金属摆杆上端高出所述球体上端所在高度；

所述球体的球心与所述半球状壳顶的球心重合；所述球体位于所述碗状球面回转壁体的碗体围合范围内；

所述碗状球面回转壁体的内壁呈圆周阵列分布固定有至少三个一号万向牛眼滚珠座，各个一号万向牛眼滚珠座内均转动设置有一个一号万向牛眼滚珠，若干个一号万向牛眼滚珠的呈圆周阵列于所述球体四周，且各一号万向牛眼滚珠的球心所在高度均与所述球体的球心所在高度一致，且各一号万向牛眼滚珠均与所述球体的球面滚动相切；

所述金属摆杆的上端固定连接有一个二号万向牛眼滚珠座，所述二号万向牛眼滚珠座内转动设置有二号万向牛眼滚珠，所述二号万向牛眼滚珠与所述半球状壳顶的壳顶球面内壁滚动相切；

所述碗状球面回转壁体的上端内壁一体化设置有环状内缘，所述环状内缘的弧面内壁与所述球体的球面间隙配合；所述球体的下表面与碗状球面回转壁体之间形成碗状水银腔，所述碗状水银腔内填充有液体水银；所述绝缘环体的密度记为ρ1、金属中心回转体的密度记为ρ2、液体水银的密度记为ρ3，满足ρ1＜ρ2＜ρ3；

所述金属中心回转体从上自下逐渐变粗，从而使球体的重心在所述球体的球心正下方；所述金属中心回转体的下端面为金属导电球面，所述绝缘环体的四周外侧面为绝缘球面

碗状水银腔内填充有液体水银对所述球体形成浮力为f，球体自身重量为g，满足f大于g，从而使二号万向牛眼滚珠向上顶压所述半球状壳顶的壳顶球面内壁，进而维持球体的平衡；自由状态下金属摆杆会自发为竖向状态；

所述碗状球面回转壁体的内壁贴合有碗状金属薄壁，所述碗状金属薄壁通过所述液体水银与所述金属导电球面电性连接；

还包括依次第一电极，所述第一电极依次穿过圆形底盘和碗状球面回转壁体的第一穿过孔和第二穿过孔并与所述碗状金属薄壁电性连接；所述球体上方与半球状壳顶之间形成触发腔，所述触发腔内设置有第二电极组件；第二电极组件整体呈水平环状，所述第二电极组件的环状结构同轴心于所述金属摆杆外侧；所述碰撞方位传感器本体的四周受到碰撞后所述金属摆杆能摆动到接触所述第二电极组件。

进一步的，二号万向牛眼滚珠在所述半球状壳顶的壳顶球面内壁滚动时存在阻尼。

进一步的，所述圆形底盘、竖向筒形壳壁和半球状壳顶构成一个密闭的传感器壳体为绝缘塑料或绝缘陶瓷材质；所述碗状球面回转壁体也为绝缘塑料或绝缘陶瓷材质。

进一步的，所述环状内缘的弧面内壁与所述球体的球面之间的间隙小于10μm，从而使成股涌动水银液体难以通过环状内缘的弧面内壁与所述球体的球面之间的间隙逃逸，即便存在少量逃逸也不会影响传感器的正常工作，由于圆形底盘、竖向筒形壳壁和半球状壳顶构成了一个密闭的传感器壳体，逃逸的水银气体也不会泄露到环境空气中。

进一步的，所述第二电极组件包括通过绝缘支架固定的水平的绝缘环，所述绝缘环同轴心于金属摆杆外侧；

所述绝缘环上沿逆时针方向依次螺旋卷挠有第一段螺旋电阻导线圈、第二段螺旋电阻导线圈、第三段螺旋电阻导线圈和第四段螺旋电阻导线圈；第一段螺旋电阻导线圈、第二段螺旋电阻导线圈、第三段螺旋电阻导线圈和第四段螺旋电阻导线圈沿绝缘环轴心呈圆周阵列分布；第一段螺旋电阻导线圈、第二段螺旋电阻导线圈、第三段螺旋电阻导线圈和第四段螺旋电阻导线圈分别对应在所述金属摆杆的前方、右方、后方和左方；

所述第一段螺旋电阻导线圈的顺时针端电性连接有第一导电头，所述第二段螺旋电阻导线圈的顺时针端电性连接有第二导电头、所述第三段螺旋电阻导线圈的顺时针端电性连接有第三导电头、所述第四段螺旋电阻导线圈的顺时针端电性连接有第四导电头；

第一导电头与第二段螺旋电阻导线圈的逆时针端通过第一绝缘材料绝缘；

第二导电头与第三段螺旋电阻导线圈的逆时针端通过第二绝缘材料绝缘；

第三导电头与第四段螺旋电阻导线圈的逆时针端通过第三绝缘材料绝缘；

第四导电头与第一段螺旋电阻导线圈的逆时针端通过第四绝缘材料绝缘；

第一导电头电性连接第一导线、第二导电头电性连接第二导线、第三导电头电性连接第三导线、第四导电头电性连接第四导线；

还包括直流电源，所述直流电源的正极串接一个电阻r后同时电性连接相互并联的第一导线、第二导线、第三导线和第四导线

所述第一导线、第二导线、第三导线和第四导线上还分别串联有第一检流器a1、第二检流器a2、第三检流器a3、第四检流器a4；所述直流电源的负极电性连通所述第一电极。

进一步的，第一段螺旋电阻导线圈、第二段螺旋电阻导线圈、第三段螺旋电阻导线圈和第四段螺旋电阻导线圈均为镍络合金。

进一步的，所述绝缘环体为工程塑料材质。

进一步的，所述金属中心回转体的材质为铜或铝。

进一步的，一号万向牛眼滚珠、二号万向牛眼滚珠均为钢制滚珠。

进一步的，汽车防碰撞方位传感器的工作方法：

汽车为静止时或匀速状态时，由于球体的重心与球心是不重合的，由于重力，球体的重心会自发维持到球心的正下方，从而实现实时保持金属摆杆的竖向状态；金属摆杆与第二电极组件上的第一段螺旋电阻导线圈、第二段螺旋电阻导线圈、第三段螺旋电阻导线圈和第四段螺旋电阻导线圈均处于分离断开状态；第一检流器a1、第二检流器a2、第三检流器a3和第四检流器a4均无法检测到电流；

当汽车为加速、减速或低强度碰撞时，这时不宜触发安全气囊，由于二号万向牛眼滚珠是向上顶压壳顶球面内壁的，二号万向牛眼滚珠与壳顶球面内壁滚动时存在阻尼，会抑制金属摆杆的低强度摆幅，从而使金属摆杆的摆动幅度不会碰到第一段螺旋电阻导线圈、第二段螺旋电阻导线圈、第三段螺旋电阻导线圈和第四段螺旋电阻导线圈，从而使第一检流器a1、第二检流器a2、第三检流器a3和第四检流器a4无法检测到电流

若汽车的正前方受到剧烈碰撞时，由于球体的重心在球心的下方，在本结构中，球体的球心相对于车是始终不变的，由于球体重心与球心不重合，从而在向前的惯性作用下，球体自身会形成一个以球心为中心的转矩，球体的重心会在惯性的作用下以球心为中心向前高速摆动，球体的重心向前高速摆动会使金属摆杆迅速向后摆动，从而使金属摆杆迅速向后摆动至接触到第三段螺旋电阻导线圈的中部；这时第三段螺旋电阻导线圈的一半、第三检流器a3与直流电源构成串联回路，从而使第三检流器a3检测到电流；这时系统即可判断汽车的正前方受到剧烈碰撞；

若汽车的前方受到剧烈碰撞，但是与正前方存在一定的偏角时，这时金属摆杆的向后摆动也会相应的产生一定的偏角，从而使使金属摆杆向后摆动至接触到第三段螺旋电阻导线圈的部位不在第三段螺旋电阻导线圈的正中间，造成第三段螺旋电阻导线圈的接入电阻发生变化，从而使这时的第三检流器a3所检测到电流大小与正前方碰撞的电流大小发生变化，而前部碰撞的偏角大小、第三段螺旋电阻导线圈的接入电阻大小、第三检流器a3的电流大小是线性相关的，因此可以通过第三检流器a3根据线性关系顺利的判断出前方受到剧烈碰撞的具体偏角；

按照上述规律，第一检流器a1检测到电流说明汽车受到后方碰撞、第二检流器a2检测到电流说明汽车受到左方碰撞、第三检流器a3检测到电流说明汽车受到前方碰撞、第四检流器a4检测到电流说明汽车受到右方碰撞；而且可以通过第一检流器a1、第二检流器a2、第三检流器a3和第四检流器a4所检测到的电流大小来判断碰撞的精确方位角。

有益效果：本发明的结构简单，利用接入电阻大小与电流的线性关系顺利的判断出受到剧烈碰撞的具体偏角。

附图说明

附图1为本装置的整体示意图；

附图2为碰撞方位传感器本体第一剖视图；

附图3为碰撞方位传感器本体第二剖视图；

附图4为碰撞方位传感器本体爆炸结构示意图；

附图5为第二电极组件结构示意图；

附图6为第二电极组件与球体配合示意图；

附图7为碗状球面回转壁体剖开结构示意图；

附图8为球体结构示意图；

附图9为球体剖视图；

附图10为球体的拆卸示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明，

如附图1至10所示的汽车防碰撞方位传感器，包括安装在汽车上的碰撞方位传感器本体50，所述碰撞方位传感器本体50包括水平的圆形底盘34、竖向筒形壳壁33和半球状壳顶9；所述圆形底盘34、竖向筒形壳壁33和半球状壳顶9构成一个密闭的传感器壳体；

所述传感器壳体内设置有碗状球面回转壁体16，所述碗状球面回转壁体16的外壁通过若干支撑柱32与所述圆形底盘34固定连接；所述碗状球面回转壁体16的球面内壁的球心与所述半球状壳顶9的球心重合；

还包括竖向的金属中心回转体23和环绕固定包裹在金属中心回转体23四周的绝缘环体24，所述金属中心回转体23与绝缘环体24的组合结构刚好构成一个完整的球体29；

所述金属中心回转体23的上端一体化同轴心连接有金属摆杆30；所述金属摆杆30上端高出所述球体29上端所在高度；

所述球体29的球心与所述半球状壳顶9的球心重合；所述球体29位于所述碗状球面回转壁体16的碗体围合范围内；

所述碗状球面回转壁体16的内壁呈圆周阵列分布固定有至少三个一号万向牛眼滚珠座14，各个一号万向牛眼滚珠座14内均转动设置有一个一号万向牛眼滚珠15，若干个一号万向牛眼滚珠15的呈圆周阵列于所述球体29四周，且各一号万向牛眼滚珠15的球心所在高度均与所述球体29的球心所在高度一致，且各一号万向牛眼滚珠15均与所述球体29的球面滚动相切；

所述金属摆杆30的上端固定连接有一个二号万向牛眼滚珠座8，所述二号万向牛眼滚珠座8内转动设置有二号万向牛眼滚珠7，所述二号万向牛眼滚珠7与所述半球状壳顶9的壳顶球面内壁11滚动相切；

所述碗状球面回转壁体16的上端内壁一体化设置有环状内缘13，所述环状内缘13的弧面内壁12与所述球体29的球面间隙配合；所述球体29的下表面与碗状球面回转壁体16之间形成碗状水银腔21，所述碗状水银腔21内填充有液体水银22；所述绝缘环体24的密度记为ρ1、金属中心回转体23的密度记为ρ2、液体水银的密度记为ρ3，满足ρ1＜ρ2＜ρ3；

所述金属中心回转体23从上自下逐渐变粗，从而使球体29的重心在所述球体29的球心正下方；所述金属中心回转体23的下端面为金属导电球面20，所述绝缘环体24的四周外侧面为绝缘球面10

碗状水银腔21内填充有液体水银22对所述球体29形成浮力为f，球体29自身重量为g，满足f大于g，从而使二号万向牛眼滚珠7向上顶压所述半球状壳顶9的壳顶球面内壁11，进而维持球体29的平衡；自由状态下金属摆杆30会自发为竖向状态；

所述碗状球面回转壁体16的内壁贴合有碗状金属薄壁17，所述碗状金属薄壁17通过所述液体水银22与所述金属导电球面20电性连接；

还包括依次第一电极18，所述第一电极18依次穿过圆形底盘34和碗状球面回转壁体16的第一穿过孔19和第二穿过孔70并与所述碗状金属薄壁17电性连接；所述球体29上方与半球状壳顶9之间形成触发腔25，所述触发腔25内设置有第二电极组件26；第二电极组件26整体呈水平环状，所述第二电极组件26的环状结构同轴心于所述金属摆杆30外侧；所述碰撞方位传感器本体50的四周受到碰撞后所述金属摆杆30能摆动到接触所述第二电极组件26。

二号万向牛眼滚珠7在所述半球状壳顶9的壳顶球面内壁11滚动时存在阻尼。

所述圆形底盘34、竖向筒形壳壁33和半球状壳顶9构成一个密闭的传感器壳体为绝缘塑料或绝缘陶瓷材质；所述碗状球面回转壁体16也为绝缘塑料或绝缘陶瓷材质。

所述环状内缘13的弧面内壁12与所述球体29的球面之间的间隙小于10μm，从而使成股涌动水银液体难以通过环状内缘13的弧面内壁12与所述球体29的球面之间的间隙逃逸，即便存在少量逃逸也不会影响传感器的正常工作，由于圆形底盘34、竖向筒形壳壁33和半球状壳顶9构成了一个密闭的传感器壳体，逃逸的水银气体也不会泄露到环境空气中。

所述第二电极组件26包括通过绝缘支架固定的水平的绝缘环1，所述绝缘环1同轴心于金属摆杆30外侧；

所述绝缘环1上沿逆时针方向依次螺旋卷挠有第一段螺旋电阻导线圈2.1、第二段螺旋电阻导线圈2.2、第三段螺旋电阻导线圈2.3和第四段螺旋电阻导线圈2.4；第一段螺旋电阻导线圈2.1、第二段螺旋电阻导线圈2.2、第三段螺旋电阻导线圈2.3和第四段螺旋电阻导线圈2.4沿绝缘环1轴心呈圆周阵列分布；第一段螺旋电阻导线圈2.1、第二段螺旋电阻导线圈2.2、第三段螺旋电阻导线圈2.3和第四段螺旋电阻导线圈2.4分别对应在所述金属摆杆30的前方、右方、后方和左方；

所述第一段螺旋电阻导线圈2.1的顺时针端电性连接有第一导电头4.1，所述第二段螺旋电阻导线圈2.2的顺时针端电性连接有第二导电头4.2、所述第三段螺旋电阻导线圈2.3的顺时针端电性连接有第三导电头4.3、所述第四段螺旋电阻导线圈2.4的顺时针端电性连接有第四导电头4.4；

第一导电头4.1与第二段螺旋电阻导线圈2.2的逆时针端通过第一绝缘材料01绝缘；

第二导电头4.2与第三段螺旋电阻导线圈2.3的逆时针端通过第二绝缘材料02绝缘；

第三导电头4.3与第四段螺旋电阻导线圈2.4的逆时针端通过第三绝缘材料03绝缘；

第四导电头4.4与第一段螺旋电阻导线圈2.1的逆时针端通过第四绝缘材料04绝缘；

第一导电头4.1电性连接第一导线3.1、第二导电头4.2电性连接第二导线3.2、第三导电头4.3电性连接第三导线3.3、第四导电头4.4电性连接第四导线3.4；

还包括直流电源38，所述直流电源38的正极串接一个电阻r后同时电性连接相互并联的第一导线3.1、第二导线3.2、第三导线3.3和第四导线3.4

所述第一导线3.1、第二导线3.2、第三导线3.3和第四导线3.4上还分别串联有第一检流器a1、第二检流器a2、第三检流器a3、第四检流器a4；所述直流电源38的负极电性连通所述第一电极18。

第一段螺旋电阻导线圈2.1、第二段螺旋电阻导线圈2.2、第三段螺旋电阻导线圈2.3和第四段螺旋电阻导线圈2.4均为镍络合金。

所述绝缘环体24为工程塑料材质。

所述金属中心回转体23的材质为铜或铝。

一号万向牛眼滚珠15、二号万向牛眼滚珠7均为钢制滚珠。

汽车防碰撞方位传感器的工作原理和工作方法如下：

汽车为静止时或匀速状态时，由于球体29的重心与球心是不重合的，由于重力，球体29的重心会自发维持到球心的正下方，从而实现实时保持金属摆杆30的竖向状态；金属摆杆30与第二电极组件26上的第一段螺旋电阻导线圈2.1、第二段螺旋电阻导线圈2.2、第三段螺旋电阻导线圈2.3和第四段螺旋电阻导线圈2.4均处于分离断开状态；第一检流器a1、第二检流器a2、第三检流器a3和第四检流器a4均无法检测到电流；

当汽车为加速、减速或低强度碰撞时，这时不宜触发安全气囊，由于二号万向牛眼滚珠7是向上顶压壳顶球面内壁11的，二号万向牛眼滚珠7与壳顶球面内壁11滚动时存在阻尼，会抑制金属摆杆30的低强度摆幅，从而使金属摆杆30的摆动幅度不会碰到第一段螺旋电阻导线圈2.1、第二段螺旋电阻导线圈2.2、第三段螺旋电阻导线圈2.3和第四段螺旋电阻导线圈2.4，从而使第一检流器a1、第二检流器a2、第三检流器a3和第四检流器a4无法检测到电流

若汽车的正前方受到剧烈碰撞时，由于球体29的重心在球心的下方，在本结构中，球体29的球心相对于车是始终不变的，由于球体29重心与球心不重合，从而在向前的惯性作用下，球体29自身会形成一个以球心为中心的转矩，球体29的重心会在惯性的作用下以球心为中心向前高速摆动，球体29的重心向前高速摆动会使金属摆杆30迅速向后摆动，从而使金属摆杆30迅速向后摆动至接触到第三段螺旋电阻导线圈2.3的中部；这时第三段螺旋电阻导线圈2.3的一半、第三检流器a3与直流电源38构成串联回路，从而使第三检流器a3检测到电流；这时系统即可判断汽车的正前方受到剧烈碰撞；

若汽车的前方受到剧烈碰撞，但是与正前方存在一定的偏角时，这时金属摆杆30的向后摆动也会相应的产生一定的偏角，从而使使金属摆杆30向后摆动至接触到第三段螺旋电阻导线圈2.3的部位不在第三段螺旋电阻导线圈2.3的正中间，造成第三段螺旋电阻导线圈2.3的接入电阻发生变化，从而使这时的第三检流器a3所检测到电流大小与正前方碰撞的电流大小发生变化，而前部碰撞的偏角大小、第三段螺旋电阻导线圈2.3的接入电阻大小、第三检流器a3的电流大小是线性相关的，因此可以通过第三检流器a3根据线性关系顺利的判断出前方受到剧烈碰撞的具体偏角；

按照上述规律，第一检流器a1检测到电流说明汽车受到后方碰撞、第二检流器a2检测到电流说明汽车受到左方碰撞、第三检流器a3检测到电流说明汽车受到前方碰撞、第四检流器a4检测到电流说明汽车受到右方碰撞；而且可以通过第一检流器a1、第二检流器a2、第三检流器a3和第四检流器a4所检测到的电流大小来判断碰撞的精确方位角。

本装置既可以作为单纯的用来识别碰撞方位的传感器，也可以同时作为碰撞触发条件与方位识别的两种功能；本实施例主要围绕碰撞方位的识别来阐述的，因此没有详细引入具体的碰撞强度；为了保证气囊的触发稳定性，可以在汽车中在单独增设一个碰撞强度传感器，作为安全气囊的触发条件，提高安全气囊的触发稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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