智能汽车防爬装置研究

摘要：随着汽车保有量激增，交通事故频发，其中因汽车高速行驶碰撞导致的车辆攀爬、翻转等问题严重威胁驾乘人员生命安全。本文提出了一种智能汽车防爬装置设计，详细分析其研究背景、系统设计、创新点、试验验证过程与应用前景。本装置通过多级吸能结构与自适应控制算法，可显著抑制车辆碰撞时的爬叠效应，显著提升汽车被动安全性能，为道路交通安全提供有力保障，具有重要的现实意义与应用价值。

关键词：智能；汽车防爬装置；被动安全；吸能结构

引言

近年来，我国汽车产业迅猛发展，汽车保有量持续上升。公安部数据显示，2023年全国机动车保有量达4.35亿辆，其中汽车3.36亿辆。汽车在带来出行便利同时，交通安全问题日益严峻。2023年全国共发生道路交通事故175万起，死亡人数达50万人。在众多事故类型中，高速行驶下的追尾碰撞常引发车辆拱起、爬车、翻转等严重破坏现象，致使乘客生存空间大幅减小，伤亡风险大增。目前，汽车安全研究多集中于主动安全系统和部分被动安全装置，针对汽车防爬的研究较少。在轨道交通领域虽有成熟的防爬技术，但因其运行环境和车辆特性与汽车差异大，无法直接应用。因此，研发智能汽车防爬装置，提升汽车被动安全性能迫在眉睫，这对减少交通事故伤亡、填补技术空白、推动汽车安全技术发展具有重要意义。

一、相关技术综述

本节从机械结构、控制逻辑与工程实现三个维度，系统分析防爬装置的关键技术体系。

（一）防爬装置运作技术

当车辆发生碰撞，齿形板首先接触并相互啮合，第一刚性吸能区立即发挥作用，承受部分冲力。如果冲力超出其承受范围，就会破坏自锁销，使得触发底座动作。触发底座压缩缓冲区的蜂窝吸能单元，进一步吸收能量。最后，剩余的冲力由第二刚性吸能区承担并完成吸能过程。应力棒在其中起到关键的力学支撑和触发作用，保障整个吸能流程顺利进行，有效降低车辆在碰撞时发生攀爬的风险，保护车内人员安全。

（二）防爬装置智能控制技术

智能控制板与车载中控装置相连，为驾驶员提供了手动、自动、应急三种灵活的开启模式。手动模式下，驾驶员可根据实际情况，通过操作车辆中控器随时控制防爬装置的开启与关闭。自动模式则更为便捷，驾驶员只需提前在中控器上调节为自动开启模式，车辆启动时，防爬装置便会自动开启。应急启动模式是为避免驾驶员疏忽未开启防爬装置而设计的，当车辆高速行驶且与前车距离小于安全距离时，系统会自动检测并开启防爬装置，可伸缩式气动导向筒迅速加大气动动能，将齿形板伸出并贴合在前保险杠外侧，及时发挥防爬作用。

（三）防爬装置实用性技术

为确保防爬装置稳固安装在汽车上，采用了安装垫板和紧固件相结合的方式。安装垫板固定在汽车底架前部端梁内，防爬装置通过多个紧固件穿过安装垫板与底架前部端梁紧密固定。安装垫板大大增加了安装螺栓的螺纹连接接触面积，这种设计使得防爬装置的安装更加牢固，能有效防止在车辆行驶过程中因震动等原因导致防爬装置与底架前后部端梁出现滑丝现象，保障了装置的稳定性和可靠性。

二、智能汽车防爬装置系统架构

（一）智能灯杆系统架构概述

智能汽车的防爬装置系统是一种能够防止车辆在碰撞过程中发生爬叠现象的智能系统，实现保护乘客安全并减少车辆损坏的目的。该系统构架由传感器模块、控制模块、吸能模块、导向装置、安装基座、碰撞检测组成。传感器包括加速度传感器、坡度传感器和轮速传感器等，实时监测车辆状态。控制模块包括核心控制单元，接收并处理传感器数据，判断车辆是否有爬坡或滑坡的风险。吸能模块用于吸收碰撞能量，减少车辆和乘客的损伤。常见的吸能模块包括压溃管、蜂窝结构等。导向装置确保防爬装置在碰撞过程中能够稳定工作，防止吸能模块发生偏移。安装基座用于将防爬装置牢固地安装在车体上，确保其在碰撞时能够正常发挥作用。碰撞检测在车辆发生碰撞时，防爬装置通过传感器或机械结构检测到碰撞信号，触发防爬齿的啮合和吸能模块的启动。以上是智能汽车防爬装置系统构架的概述，该系统不仅有效削减车辆攀爬风险，而且显著提升汽车被动安全性能，为道路交通安全提供有力保障。

（二）系统安全性分析

智能汽车防爬装置系统中，安全性是一个非常重要的考量因素，相关的技术和算法必须考虑到安全性。在智能汽车防爬装置系统中，安全性要求必须考虑到系统的可靠性、安全性和完整性。防爬装置的吸能效率是衡量其安全性的重要指标。通过合理的结构设计和材料选择，可以显著提高吸能效率。例如，某研究中提到的防爬装置在碰撞试验中吸收的能量达到了设计吸收能力的80%以上。此外，通过优化压溃管的直径和厚度，可以进一步提升吸能效率。材料的强度和可靠性直接影响防爬装置的安全性。在设计中，需要确保材料在碰撞过程中不会发生屈服或失效。例如，防爬器的吸能管最大应力为440.7 MPa，小于其屈服强度550 MPa。此外，通过可靠性优化，可以进一步提高防爬装置的可靠性。

三、智能防爬装置的设计与实现

（一）防爬装置结构设计

智能汽车防爬装置的防爬装置部分，包括可伸缩式气动导向筒，所述导向筒的一侧固定连接有齿形板，所述导向筒的另一侧固定连接有安装板，所述形板的侧开设有诱导槽，其特征在于：导向筒内部的左侧开设有第一刚性吸能区，导向筒内部的中间开设有缓冲区，导向内部的中间开设有第二刚性吸能区，安装板的一侧活动连接有电机，电机的一侧旋转连接有螺纹丝杆，螺纹丝杆的一端活动连接有触发底座，触发底座的外侧固定连接有应力棒，缓冲区中填充有蜂窝吸能单元。

（二）防爬装置与车辆连接结构设计

防爬装置安装结构，该安装结构用于将汽车防爬装置与汽车车辆的底架前后部端梁连接，该安装结构包括若干个安装垫板，所述安装垫板固定在所述底架前部端梁内，所述防爬装置通过若干个紧固件与所述底架前部端梁固定，若干个所述紧固件均贯穿过安装垫板。使用便捷，使得防爬装置安装得更加牢靠，防止防爬装置与底架前后部端梁滑丝。

（三）防爬装置智能控制板的设计

本项目基于汽车车辆的工艺性以及美观性，设计出防爬装置智能控制板。该控制板与汽车搭载的车载电脑相连接。防爬装置的启停状态可通过车载中控器进行人工调控，有三种模式可调节：手动开启、自动开启、应急启动。

（四）智能防爬装置的实现

该装置安装于汽车防爬装置与汽车车辆的底架前后部端梁底之间。当事故发生时，触发底座中间固定安装的弹簧柱销以及内外侧所连接的柱销底座、推进斜块和自锁销同时被激活，当气压管检测到冲击力度不大于600KN时，其中的应力棒会通过外侧的孔中穿过插入诱导槽中。随后齿形板发生形变先由第一刚性吸能区吸能冲力，当冲力过大就会损坏自锁销使得触发底座开始压缩蜂窝吸能单元，最后冲力由第二刚性吸能区吸能完成。

四、结束语

本研究旨在设计可靠有效的智能汽车防爬装置，目的在于提供一种可靠有效的方案来应对紧急的交通事故。当然此技术会不断升级改进，在保护人们自身安全的情况下，最大程度的减轻事故的破坏性，除此之外未来可能会出现智能化的防爬架，通过传感装置和控制系统实现自动升降或调整，提高适应性和便利性同时不仅只针对汽车，也可以适用于任何交通工具上，以实现更好的智能交通管理。

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基金项目：2025年大连科技学院大学生创新创业训练计划项目“智能防爬新域-让守护精准于行”。