ЛЕГКОВОЙ АВТОМОБИЛЬ Российский патент 2002 года по МПК B60R21/02 

Предлагаемое изобретение относится к автомобильной технике и может быть использовано при создании автомобилей и электромобилей преимущественно малого и особо малого класса.

Известны легковые автомобили, кузов которых согласно патенту США 4874200, кл. В 62 D 25/00, содержит отдельные модули, скрепляемые при сборке болтами и запорами. Модули изготовляют и красят отдельно, что снижает требования к размерам окрасочной камеры. К его недостаткам относится плохая защищенность экипажа от столкновений и наездов.

Известен также легковой автомобиль "Мерседес" А-класса (см., например, журнал "За рулем", 9, 1996 г.), содержащий моторный отсек с двигателем и салон с прикрепленными к нему снизу продольными направляющими, к которым также прикреплен низкорасположенный двигатель таким образом, что при сверхкритическом лобовом столкновении он смещается по этим направляющим в пространство под салоном. Это техническое решение защищает экипаж автомобиля от проникновения двигателя в салон, но поскольку салон продолжает двигаться вперед, оно не препятствует проникновению туда багажника, расположенного в этом автомобиле над двигателем, а также самого препятствия, с которым столкнулся автомобиль. Экипаж также слабо защищен от наездов сзади и сбоку, т.е. меры пассивной безопасности этого автомобиля недостаточны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является легковой автомобиль согласно пат. США 4881756, кл. B 62 D 21/12, 1989 г. , шасси которого содержит два отдельных колесных модуля 1 и 2 (см. фиг. 1), жестко соединенных между собой центральной секцией 3 (салоном), выполняющей функции рамы. Основу каждого модуля образует сварной пространственный подрамник 4 или 8, изготовленный из труб прямоугольного сечения. Передний модуль 1 содержит силовой агрегат с двигателем 5, управляющие и одновременно ведущие колеса 6 с независимой пружинной подвеской и рулевое управление.

Задний модуль 2 содержит поддерживающие колеса 7 с подвеской. Шасси центральной секции 3 представляет собой прямоугольную раму, продольные балки 9 которой завершаются консольными концами с отверстиями, в которые вводятся вертикальные болты, соединяющие раму со специальными лапами подрамников 4 и 8. Это известное техническое решение позволяет ускорить процесс изготовления автомобиля, поскольку колесные модули и центральная секция могут собираться одновременно. Кроме того, прочная конструкция подрамников и центральной секции обеспечивает сохранность автомобиля при столкновениях и наездах. В этом, однако, заключено противоречие. Если конструкция чрезмерно жесткая, то, например, при лобовом столкновении на высокой скорости она мало изменит свои размеры, т. е. длина пути противодействия будет малой, а время противодействия Δt_o - коротким. Даже если конструкция не разрушится, то перегрузки экипажа (a_o = Δv/Δt_o→ 0), будут таковы, что их не выдержит организм. С другой стороны, если конструкция такова, что модуль 7 и частично центральная секция 3, сопротивляясь, сминаются, то путь и время противодействия увеличиваются, а перегрузки уменьшаются. Но при этом нельзя гарантировать, что при некоторой сверхкритической скорости передний модуль с двигателем не вторгнется в салон, разрушая все. Аналогично может случиться и при сверхкритическом наезде сзади, когда в салон проникнет багажник. Обычно в полноразмерных автомобилях эту проблему решают, и то до определенных пределов путем значительного увеличения размеров передней и задней частей машины, защищая салон. Но для автомобилей малого и особо малого класса этот способ, очевидно, не годится. Таким образом, недостаток известного технического решения - низкий уровень обеспечения безопасности при столкновениях и наездах на высоких скоростях.

Задача предлагаемого изобретения - повысить безопасность экипажа в этих условиях. При этом надо решить неочевидную и противоречивую задачу: не увеличивая габариты автомобиля, снизить перегрузки экипажа и не допустить проникновения в салон переднего или заднего модуля и их частей, а также препятствия.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в легковом автомобиле, содержащем центральную секцию (салон), выполняющую функции рамы и имеющую продольные балки, и два колесных модуля, передний и задний, на основе сварных пространственных подрамников, имеющих поперечные балки, на одном из которых закреплены силовой агрегат с двигателем и два колеса с подвеской, а на другом - два колеса с подвеской, при этом продольные балки центральной секции соединены болтами через отверстия на своих концах с поперечными балками подрамников, также имеющими отверстия, введены конструктивные изменения, а именно, продольные балки изогнуты концами кверху до уровня переднего и заднего стекла и в их передней части сделаны ослабления прочности конструкции, направленные по их длине через отверстия для болтов, а обращенные одна к другой поверхности продольных балок центральной секции и поперечных балок подрамников имеют повышенную фрикционную способность. Предусмотрены варианты конструктивных изменений, в одном из которых ослабления прочности конструкции аналогичным образом сделаны в задней части продольных балок, а в другом такие ослабления сделаны в поперечных балках подрамников, причем они также направлены по их длине через отверстия для болтов.

Введенные конструктивные изменения повышают безопасность экипажа автомобиля при столкновениях и наездах на высоких скоростях со всех направлений: спереди, сзади и сбоку, а также спереди-сбоку и сзади-сбоку.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с прототипом показывает, что новые и существенные отличия его от известного технического решения состоят в следующем:
1) продольные балки изогнуты концами кверху до уровня переднего и заднего стекла;
2) в передней части продольных балок сделаны ослабления прочности конструкции, направленные по их длине через отверстия для болтов;
3) обращенные одна к другой поверхности продольных балок центральной секции и поперечных балок подрамников имеют повышенную фрикционную способность;
4) в задней части продольных балок сделаны ослабления прочности конструкции, направленные по их длине через отверстия для болтов;
5) в поперечных балках подрамников сделаны ослабления прочности конструкции, направленные по их длине через отверстия для болтов.

Предлагаемое техническое решение является неочевидным и оригинальным, поскольку проведенный анализ известных технических решений в автомобильной и смежных отраслях техники не выявил чего-либо подобного.

Ниже дан пример осуществления предлагаемого технического решения в расчете на переднее расположение двигателя и повышенную защиту от сверхкритических столкновений и наездов спереди, сзади и сбоку, а также спереди-сбоку и сбоку-сзади. При этом к сверхкритическим относятся столкновения и наезды на таких скоростях, когда обычные средства защиты уже недостаточны, так что, например, при таком лобовом столкновении двигатель в известных автомобилях срывается с крепежей и вторгается в салон.

Автомобиль (см. фиг.2) содержит центральную секцию (салон) 11, выполняющую функции рамы, передний колесный модуль 12 на основе переднего сварного пространственного подрамника 13, на котором закреплены силовой агрегат с двигателем 14, два управляющих и ведущих колеса 15 с подвеской и органы рулевого управления, а также задний колесный модуль 16 на основе заднего сварного подрамника 17, на котором закреплены поддерживающие колеса 18 с подвеской. Багажник 19 может быть либо в составе модуля 16, либо вне его. Продольные балки 20 центральной секции 11 изогнуты концами кверху, образуя охватывающие салон снизу дуги, обращенные выпуклостью вниз, причем передние концы балок находятся на уровне нижней кромки переднего стекла 30 выше двигателя 14, а задние - на уровне нижней кромки заднего стекла 31 выше багажника 19. Продольные балки 20 на своих концах имеют отверстия, через которые они соединены болтами 22 с поперечными балками 23 и 24 подрамников 13 и 17, также имеющими отверстия для этих болтов. Болты 22 затянуты при сборке динамометрическим ключом и "законтрены" из того расчета, чтобы при продолжительной езде автомобиля по любым дорогам и при докритических столкновениях и наездах крепление не нарушалось, и лишь сверхкритический удар мог преодолеть силу затяжки и сдвинуть болты.

В продольных балках 20 и в поперечных балках 23 и 24 сделаны ослабления прочности конструкции 29 (показаны пунктиром), направленные по их длине через центры отверстий для болтов 22. Центральные части балок 20, 23 и 24 не имеют послабления, что обеспечивает ограничение при движении болтов 22 (могут быть также приварены дополнительные упоры). Для ослабления может быть, например, выбрана часть металла в виде "дорожки", или сделан ряд сквозных отверстий, или применен специальный профиль в виде незамкнутого прямоугольника. Степень ослабления выбрана такой, что прочность балок 20, 23 и 24 остается достаточной при продолжительном движении автомобиля по любым дорогам и при докритических столкновениях и наездах, и лишь при сверхкритическом ударе ослабленная "дорожка" служит направляющей для движения болтов 22.

Поверхности балок 20, 23 и 24, обращенные одна к другой, имеют повышенную фрикционную способность за счет специальных насечек или фрикционных накладок. Это обеспечивает повышенное трение балок при их взаимном перемещении, за счет чего дополнительно гасится энергия сверхкритического удара.

Центральная секция 11 имеет жесткий каркас 25, который содержит изогнутые балки 20, а также ряд других продольных и поперечных балок. К каркасу 25 внизу прикреплен упор 27, расположенный сзади рулевой колонки 28, нижним концом связанной с органами управления. Благодаря принятым мерам салон 11 превращается в прочный спасательный модуль, защищающий водителя и пассажиров даже в случаях сверхкритических столкновений и наездов. Это происходит следующим образом.

При слабых и средних по силе, т.е. докритических столкновениях и наездах безопасность обеспечивается за счет смятия переднего или заднего модуля, а также с помощью ремней, надувных подушек и т.п. Затяжка болтов 22 не позволяет балкам 20, 23 и 24 сдвинуться относительно друг друга. При сверхкритическом лобовом столкновении на скорости, например, 70-80 км/час, в дополнение к этому, сила воздействия центральной секции 11 и заднего модуля 16 преодолевает силу затяжки болтов 22, которые сдвигаются и вспарывают продольные балки 20 по заранее ослабленным местам. Секция 11 и модуль 16 вместе с продольными балками 20, выполняющими роль направляющих, преодолевая сопротивление "вспарыванию" этих балок и их трение о поперечные балки 23, начинают движение вперед-вверх-назад, опираясь на передний модуль 12, который удерживается препятствием 26. Центральная секция 11 как бы "встает на дыбы" перед препятствием 26, опираясь, однако, на передние 15 и задние 18 колеса (см. фиг.3). В зависимости от силы удара секция 11 проходит различное расстояние относительно модуля 12. В предельном случае передвижение ограничивается центральным участком балок 20, не имеющим ослабления конструкции, или специальным упором.

В результате двигатель 14 и остальные элементы переднего модуля 12, а также само препятствие 26 не вторгаются в салон, круша все, как это произошло бы в известных конструкциях автомобилей. Энергия удара эффективно гасится за счет "вспарывания" балок 20 и трения последних о поперечные балки 23. Увеличивается на длину передней части балки 20 (примерно на 1,5 м) путь противодействия, что эквивалентно удлинению передней защитной зоны автомобиля на такую же величину. За счет этого растягивается время Δt противодействия, что снижает перегрузки экипажа (a = Δv/Δt). Кроме того, в лучшую сторону перераспределяется направление перегрузок: от опасного направления "спина-грудь" к более устойчивому - "от головы к сидению вдоль позвоночника". Благодаря специальному упору 27, соединенному с каркасом 25, рулевая колонка 28 своей верхней частью уходит вперед-вниз относительно секции 11 и не ломает грудную клетку водителя ("баранка" сбрасывается с помощью торпедо).

В случае сверхкритического наезда сзади болты 22 "вспарывают" заднюю часть балок 20 и начинается движение с трением заднего колесного модуля 16 под центральную секцию 11, задняя часть которой приподнимается, опираясь спереди на передние колеса 15 (см. фиг.4). Аналогично наезду спереди увеличивается путь противодействия, гасится энергия удара, растягивается время противодействия, снижаются перегрузки экипажа, а багажник и совершивший наезд автомобиль 21 не вторгается в салон.

В случае сверхкритического наезда сбоку в районе салона 11 болтами 22 вспарываются поперечные балки 23 и/или 24 по заранее ослабленным местам. Обеспечивая защиту от проникновения внутрь боковой дверцы и совершившего наезд автомобиля, салон 11 сдвигается вбок относительно переднего колесного модуля 12 и/или заднего модуля 16 (или, наоборот, модули 12 или 16 сдвигаются вбок относительно салона, если удар произведен в них). Центральная неослабленная часть балок 23, 24 ограничивает это движение. При комбинированном сверхкритическом наезде, например, спереди-сбоку "вспарываются" и продольные балки 20, и поперечные балки 23, так что одновременно салон 11 "встает на дыбы", а передний модуль 12 сдвигается относительно него вбок в соответствии с разложением сил по осям. Аналогично происходит при наезде сбоку-сзади.

Таким образом, предлагаемое техническое решение увеличивает безопасность экипажа при сверхкритических столкновениях и наездах спереди, сзади, сбоку, спереди-сбоку и сзади-сбоку. Это особенно важно для автомобилей малого и особо малого класса, пассивную безопасность в которых на реальных скоростях обеспечить известными средствами практически невозможно.

Предлагаемое техническое решение увеличивает также ремонтопригодность автомобиля после сверхсильных столкновений, поскольку главная и наиболее дорогая часть - салон - не получает больших дефектов, а разрушенные модули 12 и 16 легко заменяются.

Изобретение относится к автомобильной технике и может быть использовано для создания автомобилей и электромобилей, преимущественно малого и особо малого класса. Сущность изобретения: легковой автомобиль содержит центральную секцию (салон) 11, выполняющую функцию рамы, и два колесных модуля 12 и 16 на основе сварных пространственных подрамников 13 и 17, один из которых содержит силовой агрегат 14, два передних колеса 15 с подвеской и органы рулевого управления, а другой - задние колеса 18 с подвеской. Продольные балки 20 центральной секции 11 изогнуты концами кверху до уровня переднего и заднего стекла и соединены на их концах болтами 22 с поперечными балками подрамников. Во всех балках сделаны направленные по их длине ослабления конструкции, а обращенные одна к другой их поверхности имеют насечки. Технический результат заключается в повышении безопасности экипажа при столкновениях и наездах на высоких скоростях за счет смещения центральной секции по траектории вперед-вверх-назад. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Легковой автомобиль, содержащий центральную секцию, выполняющую функцию рамы и имеющую продольные балки, и два колесных модуля на основе сварных пространственных подрамников, имеющих поперечные балки, на одном из которых закреплены силовой агрегат и два колеса с подвеской, а на другом - два колеса с подвеской, при этом продольные балки центральной секции соединены болтами через отверстия на своих концах с поперечными балками подрамников, также имеющими отверстия, отличающийся тем, что продольные балки выполнены изогнутыми для обеспечения возможности перемещения центральной секции вперед-вверх-назад относительно каждого модуля, в их передней и задней частях сделаны ослабления прочности конструкции, направленные по их длине через отверстия для болтов, а обращенные одна к другой поверхности продольных балок центральной секции и поперечных балок подрамников имеют насечки. 2. Легковой автомобиль по п. 1, отличающийся тем, что в поперечных балках подрамников сделаны ослабления прочности конструкции, направленные по их длине через отверстия для болтов.