ЛЕГКОВОЙ АВТОМОБИЛЬ С РАМОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Российский патент 1996 года по МПК B62D21/15 B62D63/02 

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к конструктивным средствам обеспечения безопасности людей и предохранения легкового автомобиля от необратимых деформаций в результате лобового, продольного удара или сжатия.

Использование рамы автомобиля для гашения энергии удара и предотвращения деформации кузова и агрегатов как пассивной формы защиты людей и автомобиля при лобовых, продольных столкновениях характерно для многих технических решений. Однако, при этом не обеспечивается достаточно эффективная безопасность людей, находящихся в зоне потенциально опасных деформаций, и возможность использования автомобиля непосредственно после столкновения.

В целях поглощения энергии удара рамы изготавливают таким образом, чтобы продольные элементы рамы деформировались постепенно по направлению удара. Такие решения при сильном ударе не обеспечивают должной безопасности людей и сохранения пригодности автомобиля к дальнейшей эксплуатации.

Жесткие рамы позволяют до некоторой степени избежать сжатия кузова, кабины, но плохо поглощают энергию удара, вследствие чего люди в автомобиле испытывают сильные мгновенные перегрузки и вытекающие из этого травматические последствия.

Имеющиеся на сегодняшний день технические решения предполагают, что нахождение людей при столкновениях в зоне деформации конструкций автомобиля неизбежно, а их жизнь зависит от ограниченных пределов прочности этих конструкций.

Известен деформируемый лонжерон рамы (патент США N 4684151, опублик. 04.08.87). Лонжерон является продольным элементом рамы швеллерной формы с множеством поперечных канавок, выемок по всей длине. При продольном ударе лонжерон последовательно сминается по выемкам в продольном направлении, начиная с конца, по которому совершен удар, тем самым поглощая энергию удара на различных длинах деформируемой части лонжерона, соответствующих силе приложенного удара.

Недостатком этого решения является необратимость деформации конструкций автомобиля при продольном ударе, даже когда незначительна длина пути, на котором конструкции автомобиля оказывают сопротивление удару и гасят его энергию. Другим недостатком является то, что при столкновении люди находятся в зоне потенциальных деформаций, и если при ударе или продольном сжатии ресурс поглощения лонжероном энергии удара или сжатия будет исчерпан, то людей спасти практически невозможно.

Известна пространственная рама (патент США N 4810028, опублик. 07.08.89), которая представляет собой овальную в поперечнике и сильно заостренную спереди и сзади конструкцию. Заостренные концы рамы смещены к земле так, что они находятся ниже бампера обычного автомобиля.

При столкновениях с однотипными конструкциями взаимный удар приходится по касательной и машины либо расходятся, отталкиваясь друг от друга, либо одна из них наезжает на другую и переворачивается. При столкновении с автомобилем традиционной формы заостренный конец рамы попадает в пространство между землей и днищем обычного автомобиля и переворачивает его.

Первым недостатком такого решения является то, что при столкновении как однотипных, так и разнотипных автомобилей один из них либо оба выбрасываются на параллельные полосы движения или за полотно дороги с вытекающими из этого последствиями.

Вторым недостатком является то, что предлагаемая форма рамы не обеспечивает безопасности при лобовом, нескользящем столкновении с несдвигаемым препятствием или тяжелой автомашиной (стена, колонна, автобус и т.д.). В этих случаях избежать разрушающих деформаций и опасности для жизни людей невозможно.

Наиболее близким к изобретению является техническое решение, в котором рама легкового автомобиля выполнена из передней и задней частей, каждая из которых составлена из продольных и поперечных элементов с бамперами и имеет Н-образную форму [1]
Первый недостаток решения состоит в том, что поглощение энергии удара сопровождается разрушающей деформацией конструкций автомобиля пропорционально силе удара. Второй недостаток в том, что в случае сильного удара, когда ресурс сопротивляемости конструкций автомобиля исчерпан, или находятся в опасной для жизни зоне.

Изобретение предназначено для преодоления недостатков, характерных для предшествующего уровня техники: недостаточная безопасность людей вследствие того, что при столкновении они находятся в зоне опасных для жизни деформаций автомобильных конструкций; разрушающая деформация конструкций автомобиля и, как следствие, непригодность автомобиля к дальнейшей эксплуатации.

Предлагаемая конструкция рамы безопасности легкового автомобиля значительно повысит безопасность людей и сохранит невредимость автомобиля после столкновения на большой скорости за счет удаления из зоны потенциально опасных деформаций кабины с людьми в момент столкновения, благодаря изменению геометрии рамы в вертикальной и/или горизонтальной плоскости и обеспечению неразрушающей амортизации удара на глубину, превышающую 25% длины автомобиля. Полная безопасность людей и невредимость конструкций автомобиля при лобовом столкновении или продольном сжатии достигается за счет конструкции рамы, составленной из связанных между собой трубчатых передка и задника Н-образной формы, телескопического амортизатора, установленного между поперечинами передка и задника, штоков проходящих внутри труб передка и соединенных с подпружиненным бампером, при ударе освобождающих подпружиненные чеки, обеспечивающие сохранение исходной геометрии конструкции в условиях неаварийной эксплуатации. При ударе взаимодействие элементов конструкции рамы приводит к выведению кабины с людьми из зоны потенциальных деформаций, а после прекращения действия ударно-инерционных сил конструктивные элементы рамы сами возвращаются в исходное положение.

Изменение геометрии рамы при столкновениях возможно в следующих вариантах.

1. Рама складывается по поднимающейся вверх оси соединения передка и задника, а также кабина перемещается в вертикальное положение выше зоны потенциальных деформаций.

2. Продольные трубчатые элементы передка и задника телескопически входят друг в друга на длину освободившегося от кабины места.

3. Кабина занимает вертикальное положение, опираясь на шарнир между нею и багажником за счет качения на роликах переднего нижнего края кабины по скошенной вверх линии разъема кабины и моторной части, а затем за счет качения роликов, установленных на моторной части, по днищу кабины.

4. Кабина занимает вертикальное положение, опираясь задней частью на шарнир, при помощи гидроцилиндра, давление в котором создается при сжатии связанного с ним телескопического амортизатора.

5. Кабина занимает горизонтальное положение выше зоны потенциальных деформаций за счет системы из четырех пар рычагов, каждая пара рычагов имеет на одном конце общую ось, укрепленную на днище кабины, а самостоятельные оси каждой пары закрепляются одна на передке, а другая на заднике рамы.

При использовании варианта рамы безопасности с осевым соединением передка и задника в случае падения автомобиля в воду из кабины подрываются пиропатроны, установленные в цилиндрах и разрушающие осевое соединение рамы, последовательно отделяются моторная часть вместе с передком, багажник с задником, а кабина остается на плаву на время, достаточное для эвакуации людей.

На фиг. 1 изображена рама безопасности, вид сверху (вариант I); на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 предельный неразрушающий излом рамы (вариант I); на фиг. 4 узел I на фиг. 1 (вариант I); на фиг. 5 узел II на фиг. 2 (вариант I); на фиг. 6 рама безопасности, вид сверху (вариант II); на фиг. 7 то же, (вид сбоку); на фиг. 8 уменьшение длины рамы при сжатии, вызывающее подъем кабины при помощи качения на роликах; на фиг. 9 подъем кабины с помощью гидроцилиндра при уменьшении длины рамы; на фиг. 10 рама безопасности, снабженная рычагами подъема кабины (вид сверху, фрагмент); на фиг. 11 то же, вид сбоку; на фиг. 12 предельное продольное сжатие рамы с рычагами, не вызывающее деформации конструкций автомобиля.

Рама безопасности легкового автомобиля состоит из трубчатых передка 1 и задника 2 Н-образной формы, соединенных осями 3, торцы которых, обращенные внутрь рамы, выполнены в виде поршней, заключенных в цилиндры 4. Между поперечинами передка 1 и задника 2 установлен телескопический амортизатор 5. На торцевых концах рамы установлены подпружиненные бамперы 6 и 7, снабженные роликами 8. Передний бампер 6 снабжен входящими в полости труб передка 1 штоками 9 со скошенными вверх концами. Шарнирные узлы рамы сверху охватываются П-образными коробами 10, сквозь которые также проходят оси 3. На верхней части каждого короба 1 закреплены зеркально установленные пары подпружиненных чек 11, которые проходят через прорези труб передка 1 и задника 2, фиксируют между собой короб 10, передок 1 и задник 2 и препятствуют произвольному излому рамы в шарнирных узлах при неаварийной эксплуатации автомобиля. Внутри цилиндров 4, прикрепленных к коробам 10, установлены пиропатроны 12. К раме крепятся колеса 13 и способные отделяться друг от друга моторная часть 14, кабина 15, приваренная к коробам 10, и багажник 16. По местонахождению моторная часть 14 и багажник 16 взаимозаменимы, а предпочтительнее для предлагаемых технических решений заднее расположение мотора.

Предлагаемая конструкция рамы безопасности легкового автомобиля (вариант I) работает следующим образом.

При лобовом, продольном столкновении или сжатии автомобиля шток, движимый бампером 6, освобождает переднюю чеку 11 и выжимает ее вверх, создавая начальный угол излома рамы по оси 3, который далее увеличивается за счет ударно-инерционных или сдавливающих сил. Кабина 15 с багажником 16 отделяются от моторной части 14 и, опережая сдавливание, принимают вертикальное положение, выводя находящихся в автомашине людей из зоны потенциальных деформаций. Силы инерции, действующие на людей, гасятся сидениями. После прекращения стороннего воздействия конструкция под действием обратного хода амортизатора 5 и собственного веса возвращается в исходное положение.

При падении автомобиля в воду приводятся в действие пиропатроны 12, оси 3 выбиваются, более тяжелая моторная часть 14 в воде вызывает дифферент автомобиля в ее сторону, передок 1 выскальзывает из чек 11, телескопический амортизатор 5 отсоединяется и моторная часть 14 отделяется от кабины 15 и багажника 16. Возникает дифферент в сторону багажника 16, который отделяется аналогичным образом. Кабина остается на плаву на время, достаточное для спасения людей.

Во втором варианте рамы безопасности легкового автомобиля продольные элементы передка 1 связаны с соответствующими элементами задника 2 путем телескопического соединения 17. Чеки 11 фиксируют в целое кабины 15, в конструкцию которой входят ролики 18 и раму. Моторная часть 14 снабжена роликами 19, а багажник 16 имеет шарнир 20, подвижно соединяющий багажник 16 и кабину 15. Для подъема кабины 15 может быть также использован гидроцилиндр 21 или система рычагов 22.

Модификация варианта 11 конструкции рамы безопасности легкового автомобиля работают следующим образом.

При столкновении или сжатии шток 9, движимый бампером 6, освобождает чеку 11, прижимающую кабину 15 к раме. Дальнейшее сжатие рамы приводит к тому, что ролик 18, установленный на кабине, перемещаясь по скошенной вверх линии разъема кабины 15 и моторной части 14, поднимает переднюю часть кабины 15 вверх, тогда как задняя часть кабины 15 опирается на шарнир 20. После того, как ролик 18 выходит за линию разъема кабины 15 и моторной части 14, дальнейший подъем кабины 15 происходит за счет перемещения ролика 19, установленного на моторной части 14, по днищу кабины 15.

При использовании гидроцилиндра 21 продольное сжатие рамы вызывает повышение давления жидкости в телескопическом амортизаторе 5, которое передается в гидроцилиндр 21 и обеспечивает подъем кабины 14. При использовании рычагов 22 продольное сжатие рамы приводит их в действие и они поднимают кабину 15 в горизонтальном положении. При любом варианте исполнения конструкции после столкновения она возвращается в исходное положение за счет энергии, накопленной при ударе, сжатии.

Использование: относится к автомобилестроению, в частности к конструктивным средствам обеспечения безопасности людей и предохранения легкового автомобиля от необратимых деформаций в результате удара. Сущность изобретения: легковой автомобиль с рамой безопасности содержит раму, состоящую из передней и задней частей, которые при ударе могут складываться в вертикальной и/или горизонтальной плоскостях, а также телескопически входить одна в другую, выводя кабину из зоны деформации. Вывод кабины из зоны деформации осуществляется различными путями. После прекращения действия удара кабина и рама возвращаются в исходное положение за счет энергии, накопленной при ударе. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 12 ил.

1. ЛЕГКОВОЙ АВТОМОБИЛЬ С РАМОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, содержащий моторный отсек, кабину и багажник, которые установлены на раме, состоящей из связанных между собой передачей и задней частей, каждая из которых выполнена Н-образной формы из продольных и поперечных элементов с бамперами, отличающийся тем, что передняя и задняя части рамы связаны между собой посредством осей с возможностью поворота этих частей относительно одна другой вокруг указанных осей, причем поперечные элементы рамы соединены между собой телескопическим амортизатором, а бамперы подпружинены относительно рамы и передний из них имеет штоки, размещенные в продольных элементах передней части рамы и выполнены с возможностью взаимодействия с фиксаторами, установленными на охватывающих продольные элементы передней и задней частей рамы П-образных коробах, которые также выполнены в виде опор осей, связывающих переднюю и заднюю части рамы. 2. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что на П-образных коробах расположены пиропатроны. 3. Легковой автомобиль с рамой безопасности, содержащий моторный отсек, кабину и багажник, которые установлены на раме, состоящей из связанных между собой передней и задней частей, каждая из которых выполнена Н-образной формы из продольных и поперечных элементов с бамперами, отличающийся тем, что продольные элементы частей рамы связаны между собой телескопически, поперечные элементы соединены между собой телескопическим амортизатором, а бамперы подпружинены относительно рамы и передний из них имеет штоки, размещенные в продольных элементах передней части рамы и выполненные с возможностью взаимодействия с фиксаторами, которые соединяют кабину с продольными элементами рамы, причем кабина шарнирно соединена с багажником и имеет возможность перемещения по наклонной поверхности моторного отсека с помощью роликов. 4. Автомобиль по п.3, отличающийся тем, что кабина соединена с задней частью рамы посредством гидроцилиндра, связанного гидромагистралями с телескопическим амортизатором. 5. Автомобиль по п. 3, отличающийся тем, что кабина связана с рамой посредством четырех пар рычагов, которые одними концами шарнирно соединены с одной из частей рамы, причем рычаги, связанные с одной частью рамы, другими концами соединены общей осью с другими концами рычагов, связанных с другой частью рамы.