УДАРОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1999 года по МПК B60R19/28 

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к устройствам для повышения пассивной и активной безопасности транспортных средств, и может быть использовано, в частности, в легковых автомобилях.

Известны ударозащитные устройства, состоящие либо из жесткого бамперного бруса, покрытого эластичным материалом, либо из жесткого бруса без покрытия, но связанного упруго-демпфирующей связью с рамой транспортного средства (ТС): патент США N 3841683, кл. B 60 R 19/10, 1974 г., патент Великобритании N 1370267, кл. B 60 R 19/00, 1974 г. и патент Франции N 2159931, кл. B 60 R 19/00, 1973 г.

Недостатком перечисленных и им подобных устройств является то, что они предохраняют легковой автомобиль либо при столкновении на малых скоростях 4 - 8 км/ч (не травмируя при этом ни пешеходов, вовлеченных в аварию, ни повреждая ТС), либо при столкновении на несколько больших скоростях, но ценою разрушения самого бампера и нанося вред пешеходам (предметам соударения).

За прототип настоящего изобретения принято ударозащитное устройство транспортного средства, содержащее поперечный жесткий брус с закрепленными упругими элементами в виде, по крайней мере, двух пружин сжатия, установленных симметрично относительно продольной оси транспортного средства для связи с кузовом транспортного средства (патент США N 3712657, кл. B 60 R 19/06, 1973 г.)
Недостатком такой конструкции является наличие цилиндрических пружин, требующих для размещения достаточно большого пространства, делая нерациональной их установку между кузовом и ударозащитным устройством (бампером) и требуя их выноса в моторный отсек транспортного средства,
а также требует введения силовых штанг для соединения пружин с бампером для использования их в качестве направляющего аппарата, что усложняет и утяжеляет конструкцию.

Сущность изобретения заключается в том, что в ударозащитном устройстве транспортного средства, содержащем поперечный жесткий брус с закрепленными упругими элементами в виде, по крайней мере, двух пружин сжатия, установленных симметрично относительно продольной оси транспортного средства для связи с кузов транспортного средства, пружины выполнены коническими с овальными вытянутыми вдоль поперечного жесткого бруса витками.

Фронтальная поверхность бруса снабжена слоем эластичного материала, имеющего способность восстанавливать свою форму после удара, например композита, в качестве которого использован органопластик или эпоксидная смола, армированная стеклянным волокном, что позволяет сохранять товарный вид и свойства на малых - до 10 км/ч скоростях столкновения.

Устройство может иметь четыре конические пружины с овальной формой витков, соединенных попарно и закрепленных шарнирно между собой.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в эффективном снижении энергетического уровня, воспринимаемого кузовом легкового автомобиля при ударе и обеспечении сохранности конструкции бампера и передних панелей кузова.

Выполнение упругих элементов в виде конических пружин с овальными витками, большие оси которых располагаются вдоль линии бампера при складывании пружин в пределе в плоскость, обеспечивает максимальное использование пространства для деформации, а эластичное покрытие воспринимает часть энергии удара при столкновении на малых скоростях, что позволяет сохранить товарный вид передней части ТС после соударения.

На фиг. 1 показана конструкция бампера,
на фиг. 2 - сечение A-A фиг. 1,
на фиг. 3 - сечение B-B фиг. 1,
на фиг. 4 - геометрические размеры пружины овальной формы,
на фиг. 5 - геометрические размеры пружины круглой формы,
на фиг. 6 - соотношение размеров пружин на рис. 5 и 6.

Устройство содержит бамперный брус 1, эластичное покрытие 2 и конические пружины 3 с овальной формой витков.

Устройство работает следующим образом. При соударении ТС с каким-либо препятствием жесткий бамперный брус 1 воспринимает ударную нагрузку и распределяет ее равномерно по всей фронтальной плоскости передней части автомобиля, передавая ее на упругие узлы крепления, выполненные в виде конических пружин 3. При фронтальном столкновении на небольших скоростях, лежащих в диапазоне парковки, упругое эластичное покрытие 2 бамперного бруса 1 деформируясь принимает часть энергии удара, самовосстанавливаясь после столкновения и сохраняя товарный вид передней части автомобиля. При фронтальном столкновении на более значительных скоростях в работу по отнятию энергии включается упругая связь бампера с кузовом. Конические пружины 3, сжимаясь, отнимают основную часть энергии удара, одновременно обеспечивая максимальное использование пространства для деформации и положительно влияя на безопасность как самого ТС, так и людей, вовлеченных в дорожно-транспортное происшествие.

Как известно, сила соударения упругого тела с неподвижным препятствием может быть выражена зависимостью:

где v₀ начальная скорость;
m - масса тела;
c - жесткость упругой связи.

Таким образом, для каждой скорости соударения сила удара может быть ограничена выбором определенной жесткости в пределах тех сил, которые исключают повреждаемость бампера. При этом чем меньше жесткость, тем меньше сила удара. Основным резервом снижения жесткости является применение конических пружин с овальной формой витков, которое позволяет использовать заготовку максимальной длины (исходя из того объема пространства, которое заключено между бампером и кузовом автомобиля) и тем самым способствует ослаблению силы удара, аккумулированию потенциальной энергии при сжатии пружин, обеспечивая отсутствие деформаций бампера при малых скоростях соударения и снижение энергетического уровня воздействия на кузов при больших скоростях соударения. Жесткость пружины определяется следующей зависимостью:

где G - модуль сдвига материала пружины;
J_p - момент инерции при кручении;
l - длина заготовки.

Для пружин с овальной формой витков:

где m = h₁/b₁ = h₂/b₂ (>1);

b₁, b₂, h₁, h₂ - геометрические размеры (см. фиг. 4).

Для пружин с круглой формой витков:

где
d, D - геометрические размеры (см. фиг. 5).

Поэтому, как следует из формул (2) - (4), при замене конических пружин с круглой формой витков на конические пружины с овальной формой витков (как показано на фиг. 6) всегда будет иметь место возможность уменьшения жесткости за счет более значительного роста длины (поскольку овальная форма витков позволяет использовать пружины с большими длинами заготовки при одинаковых остальных параметрах пружины) по сравнению с размером h.

Применение конических пружин с овальной формой витков позволяет наиболее рационально использовать имеющееся пространство и размещать в нем пружины с наибольшей длиной заготовки, увеличивая аккумулируемую ею часть энергии удара. То обстоятельство, что при осадке пружины каждый последующий меньший виток входит в больший предыдущий, позволяет обходиться без направляющих элементов, упрощая конструкцию ударозащитного устройства и снижая его материалоемкость.

Использование: изобретение относится к ударозащитным устройствам в области транспортной техники, в частности к бамперам легковых автомобилей, и касается устройств активной и пассивной безопасности (ПБ) транспортных средств (ТС). Сущность изобретения заключается в том, что ударозащитное устройство содержит поперечный жесткий бамперный брус с закрепленными на нем для соединения с рамой ТС упругими элементами, выполненными в виде двух конических пружин. Витки конических пружин выполнены овальной формы и вытянуты вдоль линии бампера. Поверхность бруса покрыта слоем эластичного, восстанавливаемого после снятия ударной нагрузки материала. Устройство может иметь как вариант четыре конические пружины, соединенные попарно и закрепленные шарнирно между собой. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в наиболее рациональном использовании пространства между кузовом ТС и стампером, эффективном снижении энергетического уровня, воспринимаемого кузовом легкового автомобиля при ударе, и обеспечении сохранности конструкции бампера и передних панелей при малых скоростях соударения. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ударозащитное устройство транспортного средства, преимущественно для легкового автомобиля, содержащее поперечный жесткий брус с закрепленными упругими элементами в виде по крайней мере двух пружин сжатия, установленных симметрично относительно продольной оси автомобиля, для связи с кузовом, отличающееся тем, что пружины выполнены коническими с овальными вытянутыми вдоль поперечного бруса витками. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фронтальная поверхность поперечного бруса снабжена слоем эластичного материала, имеющего способность восстанавливать свою форму после удара, например, композита. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве композита использован органопластик или эпоксидная смола, армированная стеклянным волокном. 4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что при выполнении упругих элементов в виде четырех пружин они соединены попарно и закреплены шарнирно между собой.