ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩИЙ БУФЕР ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2006 года по МПК B60R19/18 F16F7/12 

Предлагаемое изобретение относится к средствам пассивной безопасности транспортных средств при столкновениях, средствам защиты, которые обладают высокой энергопоглощающей способностью, и может найти применение в качестве передних и задних бамперов легковых автомобилей различных классов, микроавтобусов и других транспортных средств.

Известны многочисленные конструкции энергопоглощающих бамперов, включающие жесткие опорные поверхности, наружные обшивки и расположенные между ними амортизирующие устройства и элементы различных видов; однако, они не обладают высокой энергопоглощающей способностью и не обладают возможностью многоразового применения после выполнения определенных ремонтных операций.

Наиболее близкими аналогами являются конструкции энергопоглощающих буферов для автомобилей [1-3], которые имеют схожие совокупности признаков, а "Энергопоглощающий буфер легкового автомобиля" [2] является прототипом предлагаемой конструкции. Указанное устройство включает наружную обшивку, бампер П-образного сечения, присоединенный к несущей конструкции автомобиля, расположенные между ними и равномерно расположенные по длине бампера на расстоянии друг от друга энергопоглощающие устройства, присоединенные к наружной поверхности бампера, пластинчатые пружины и другие вспомогательные элементы. Каждое энергопоглощающее устройство включает определенное количество прилегающих друг к другу энергопоглощающих элементов, каждый из которых является зеркальным отображением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом "памяти формы", металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает основание, перемычку и раскос, причем основания всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства по всей своей длине присоединены к наружной поверхности бампера, перемычки соответственно расположены соосно друг другу и взаимодействуют своей боковой поверхностью с наружной поверхностью бампера, а прилегающие друг к другу раскосы расположены в одной плоскости, соединены между собой по всей своей длине и направлены наружу относительно бампера, причем два центральных энергопоглощающих устройства, каждое из которых является зеркальным отображением другого, прилегают друг к другу, основания и раскосы всех энергопоглощающих элементов расположены горизонтально, перемычки всех энергопоглощающих элементов расположены вертикально, а раскосы всех энергопоглощающих устройств левой половины буфера и раскосы всех энергопоглощающих устройств правой половины буфера обращены под заданным углом в разные стороны, соответственно в направлениях от середины к краям буфера, при этом каждое энергопоглощающее устройство снабжено подвижным основанием в виде жесткой пластины, выполненной за одно целое с боковыми выступами, и пластинчатыми пружинами, присоединенными к тыльной поверхности подвижного основания и выполненными, в частности, из материала, обладающего эффектом "памяти формы".

Данное устройство отличается простотой конструкции, высокой энергоемкостью, стабильностью характеристик амортизации и возможностью многоразового использования, соответственно после выполнения несложных ремонтных операций и замены наружной обшивки.

К числу недостатков данной конструкции необходимо отнести, во-первых, отсутствие возможности выхода из-под удара при столкновении - в случае воздействия ударной нагрузки в центральную секцию буфера, а, во-вторых, невысокую эффективность защиты при воздействии интенсивной локальной ударной нагрузки, например, при столкновении со столбом или деревом и, особенно, в том случае, когда указанная нагрузка воздействует на два центральных энергопоглощающих устройства и прилегающие участки буфера.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая конструкция, заключается в повышении эффективности защиты легкового автомобиля при столкновении с локальной преградой или другим легковым автомобилем, причем защиты, обладающей высокой энергопоглощающей способностью и стабильностью характеристик амортизации.

Технический результат заключается в том, что конструкция буфера в определенной степени обеспечивает возможность ухода в ту или иную сторону (по касательной) из-под воздействия ударной нагрузки при столкновении, причем даже при частично деформированной конструкции буфера, при этом обеспечено значительное увеличение энергопоглощения и хода амортизации в случае воздействия ударных нагрузок в тот или иной участок буфера и обеспечена возможность многоразового использования конструкции энергопоглощающего буфера и полного восстановления заданных характеристик после деформации вследствие воздействия ударных нагрузок и соответственно после проведения несложных ремонтных операций и замены ряда элементов и наружной обшивки.

Указанные технические результаты достигаются тем, что энергопоглощающий буфер легкового автомобиля, включающий наружную обшивку, опорную поверхность в виде профиля П-образного сечения, присоединенного к несущей конструкции автомобиля, и расположенные между обшивкой и опорной поверхностью и равномерно расположенные по длине профиля П-образного сечения на расстоянии друг от друга энергопоглощающие устройства, присоединенные к наружной поверхности профиля П-образного сечения и включающие каждое определенное количество прилегающих друг к другу энергопоглощающих элементов, каждый из которых является зеркальным отображением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом "памяти формы", металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает основание, перемычку и раскос, причем основания всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства по всей своей длине присоединены к наружной поверхности профиля П-образного сечения, перемычки соответственно расположены соосно друг другу и взаимодействуют своей боковой поверхностью с наружной поверхностью профиля П-образного сечения, а прилегающие друг к другу раскосы расположены в одной плоскости, соединены между собой по всей своей длине и направлены наружу относительно опорной поверхности, основания и раскосы всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства расположены горизонтально, перемычки энергопоглощающих элементов соответственно расположены вертикально, а раскосы всех энергопоглощающих устройств левой половины буфера и раскосы всех энергопоглощающих устройств правой половины буфера обращены каждый под заданным углом в разные стороны, соответственно в направлениях от середины к краям буфера, при этом каждое энергопоглощающее устройство снабжено подвижным основанием в виде жесткой пластины, выполненной за одно целое с двумя горизонтальными боковыми выступами, и включает изогнутые пластинчатые пружины, выполненные, в частности, из материала, обладающего эффектом "памяти формы", и присоединенные одним своим концом к наружной поверхности П-образного профиля опорной поверхности, дополнительно выполнен следующим образом: П-образный профиль опорной поверхности буфера по всей своей длине выполнен в виде дуги, каждый энергопоглощающий элемент каждого энергопоглощающего устройства снабжен выполненными с ним за одно целое дополнительной перемычкой, расположенной вертикально, дополнительным раскосом, расположенным горизонтально, и дополнительным основанием, расположенным вертикально и в одной плоскости с дополнительным раскосом, в составе каждого энергопоглощающего устройства прилегающие друг к другу дополнительные раскосы соединены между собой по всей своей длине, дополнительные основания соединены между собой, а дополнительные перемычки расположены соосно друг другу, при этом дополнительные раскосы всех энергопоглощающих устройств левой половины буфера и дополнительные раскосы всех энергопоглощающих устройств правой половины буфера направлены наружу относительно опорной поверхности и обращены каждый под заданным углом в разные стороны, соответственно в направлениях от середины к краям буфера, жесткие пластины подвижных оснований присоединены к дополнительным раскосам энергопоглощающих устройств, а к основным раскосам присоединены жесткие направляющие пластины, снабженные горизонтальными боковыми выступами, буфер снабжен центральным амортизирующим устройством, включающим две полого изогнутые пластинчатые пружины, которые выполнены за одно целое и присоединены к опорной поверхности, и присоединенную к ним и выполненную полого изогнутой центральную пластину, причем пластинчатые пружины амортизирующего устройства взаимодействуют своими боковыми поверхностями с направляющими пластинами обоих центральных энергопоглощающих устройств, и в полости между двумя полого изогнутыми пластинчатыми пружинами амортизирующего устройства размещен объем твердого пеноматериала, который выполнен овального поперечного сечения и заключен в герметизирующую оболочку, а изогнутые пластинчатые пружины расположены по краям буфера, присоединены другим своим концом каждая к дополнительным раскосам крайних энергопоглощающих устройств левой и правой половины буфера, при этом в полостях между раскосами энергопоглощающих устройств расположены блоки твердого пеноматериала, заключенные каждый в герметизирующую оболочку и имеющие каждый ромбовидное поперечное сечение, а в полостях между раскосами и дополнительными раскосами крайних энергопоглощающих устройств и изогнутыми пластинчатыми пружинами размещены дополнительные объемы твердого пеноматериала, заключенные каждый в герметизирующую оболочку и прилегающие к поверхностям раскосов и пластинчатых пружин; кроме этого, блоки твердого пеноматериала ромбовидного поперечного сечения могут быть выполнены каждый за одно целое с дополнительными ромбовидными сегментами твердого пеноматериала, которые соответственно расположены в полостях между дополнительными раскосами всех энергопоглощающих устройств левой и правой половины буфера, а между тыльной поверхностью обшивки и концевыми участками дополнительных раскосов энергопоглощающих устройств расположен толстый слой эластично-упругого материала.

Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на фиг.1 представлены продольное сечение энергопоглощающего буфера - вид а (но без блоков твердого пеноматериала и наружной обшивки) и продольный разрез энергопоглощающего буфера - вид б; на фиг.2 показано увеличенное изображение - разрезы левого - вид а и правого - вид б энергопоглощающих устройств конструкции буфера; на фиг.3 показано увеличенное изображение совокупности энергопоглощающих элементов одного энергопоглощающего устройства - вид сбоку (слева) на левое энергопоглощающее устройство; на фиг.4 представлено увеличенное изображение - продольный разрез центральной части конструкции буфера; на фиг.5 показано увеличенное изображение - поперечный разрез конструкции буфера и вид слева на левое энергопоглощающее устройство, причем блок твердого пеноматериала, частично закрывающий устройство, для удобства восприятия не показан; на фиг.6 показано увеличенное изображение - сечения направляющей пластины и подвижного основания энергопоглощающего устройства; на фиг.7 представлено увеличенное изображение - разрез правого энергопоглощающего устройства в различных видах и стадиях деформирования, причем направления поворота раскосов условно показаны стрелками, а исходное и промежуточные положения раскосов показаны пунктиром; на фиг.8 показано увеличенное изображение - разрез сегмента энергопоглощающего буфера в другом варианте конструктивного исполнения.

Конструкция энергопоглощающего буфера, присоединенного к несущей конструкции автомобиля, включает (см. фиг.1, 4, 8) опорную поверхность 1 в виде жесткого металлического профиля 1 П-образного сечения, который по всей своей длине выполнен в виде дуги с заданной кривизной. К наружной поверхности профиля 1 присоединены равномерно расположенные по его длине и на расстоянии друг от друга энергопоглощающие устройства 2 и 3, при этом на левой половине профиля 1 расположена группа левых энергопоглощающих устройств 2, а на правой половине профиля 1 расположена группа правых энергопоглощающих устройств 3, причем все левые 2 и все правые 3 энергопоглощающие устройства (см. фиг.1, 2, 4) соответственно являются зеркальным отображением друг друга.

Каждое энергопоглощающее устройство 2 и 3 включает (см. фиг.2, 3) определенное количество, а именно четыре, энергопоглощающих элемента: два энергопоглощающих элемента 4 и два энергопоглощающих элемента 5, являющихся зеркальным отображением друг друга, расположенных определенным заданным образом и вплотную прилегающих друг к другу определенными участками. Каждый энергопоглощающий элемент 4 и 5 изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом "памяти формы" [4], металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает горизонтальное основание 6, вертикальную перемычку 7, горизонтальный раскос 8, дополнительную вертикальную перемычку 9, дополнительный горизонтальный раскос 10 и дополнительное основание 11, расположенное вертикально и в одной плоскости с дополнительным раскосом 10. В составе каждого энергопоглощающего устройства 2 и 3 все прилегающие друг к другу раскосы 8 и соответственно дополнительные раскосы 10 по всей своей длине соединены между собой посредством сварочных швов 12, при этом дополнительные основания 11 также соединены между собой посредством сварочных швов 12. Каждый раскос 8 расположен под заданным углом ϕ₀ относительно основания 6 и является рычагом, обеспечивающим скручивание перемычки 7, являющейся пластическим торсионом, относительно неподвижного основания 6 при воздействии ударной нагрузки, а каждый дополнительный раскос 10 расположен под заданным углом ϕ₀ относительно раскоса 8 и является рычагом, обеспечивающим скручивание дополнительной перемычки 9, являющейся пластическим торсионом, относительно раскоса 8. В составе каждого энергопоглощающего устройства 2 и 3 все раскосы 8 и соответственно все дополнительные раскосы 10 расположены в одной плоскости, вертикальные перемычки 7 и соответственно дополнительные вертикальные перемычки 9 всех энергопоглощающих элементов 4 и 5 расположены соосно друг другу; горизонтальные основания 6 (см. фиг.4, 5) всех энергопоглощающих устройств по всей своей длине присоединены посредством сварочных швов 12 к наружной поверхности П-образного профиля 1, причем прилегающие друг к другу основания 6 также соединены между собой посредством сварочного шва 12.

Конструкция каждого энергопоглощающего устройства 2 и 3 также включает (см. фиг.1, 4, 5, 6) жесткую направляющую пластину 13, выполненную за одно целое с двумя боковыми горизонтальными выступами и присоединенную посредством сварочных швов 12 к раскосам 8, и подвижное основание 14, выполненное в виде жесткой пластины, снабженной двумя горизонтальными боковыми выступами, и присоединенное посредством сварочных швов 12 к дополнительным раскосам 10.

Конструкция энергопоглощающего буфера содержит также центральное амортизирующее устройство, которое (см. фиг.1, 5) включает две полого изогнутые пластинчатые пружины 15 и 16, являющиеся зеркальным отображением друг друга, которые присоединены к опорной поверхности 1 и, в частности, могут быть выполнены за одно целое, и присоединенную к пластинчатым пружинам 15 и 16 полого изогнутую центральную пластину 17, причем полого изогнутые пластинчатые пружины 15 и 16 амортизирующего устройства взаимодействуют своими боковыми поверхностями с направляющими пластинами 13 обоих центральных энергопоглощающих устройств 2 и 3, которые являются зеркальным отображением друг друга. Следует отметить, что центральная пластина 17 (см. фиг.5) может быть выполнена полого изогнутой, но она также может быть выполнена с той или иной заданной большей кривизной, и, в этом случае, на заключительном этапе деформирования амортизирующего устройства изогнутая центральная пластина 17 будет выполнять роль пластинчатой пружины, обладающей заданной жесткостью, которая, после того, как упрется своими боковыми участками в соседние энергопоглощающие устройства 2 и 3, будет изгибаться под воздействием нагрузки, поглощая определенную долю энергии нагрузки.

Кроме этого, конструкция энергопоглощающего буфера содержит две боковые изогнутые пластинчатые пружины 18, которые расположены по краям буфера и присоединены одним своим концом к опорной поверхности 1, а другим своим концом к дополнительным раскосам 10 крайних (боковых) энергопоглощающих устройств 2 и 3 левой и правой половины буфера. Следует отметить, что концевые участки дополнительных раскосов 10 крайних энергопоглощающих устройств 2 и 3 левой и правой половины буфера могут быть, в частности, выполнены изогнутыми и непосредственно к указанным дополнительным раскосам 10 (см. фиг.1 вид а), причем по всей их длине могут быть присоединены посредством сварочных швов пластинчатые пружины 18, выполняющие в этом случае своим данным дополнительным участком роль пластин подвижных оснований указанных крайних энергопоглощающих устройств 2 и 3 левой и правой половины буфера.

Конструкция энергопоглощающего буфера (см. фиг.1, 4, 8) также включает: центральный объем твердого пеноматериала 19, например пенопласта или пеноэпоксида, который выполнен овального поперечного сечения и размещен в полости между двумя полого изогнутыми пластинчатыми пружинами 15 и 16 центрального амортизирующего устройства; блоки твердого пеноматериала 20, которые выполнены ромбовидного поперечного сечения и размещены каждый в полости между раскосами 8 соседних энергопоглощающих устройств 2 и 3 левой и правой половины буфера; а также боковые объемы твердого пеноматериала 21, которые расположены в полостях между раскосами 8 и дополнительными раскосами 10 крайних энергопоглощающих устройств 2 и 3 левой и правой половины буфера и изогнутыми пластинчатыми пружинами 18 и прилегают к ним своими поверхностями. Кроме этого, каждый блок твердого пеноматериала 20 ромбовидного поперечного сечения может быть снабжен выполненным с ним за одно целое дополнительным сегментом твердого пеноматериала 22, который также имеет ромбовидное поперечное сечение и расположен в полости между дополнительными раскосами 10 соседних энергопоглощающих устройств 2 и 3 левой и правой половины буфера. При этом каждый объем 19 и 21 и каждый блок 20, включая, в частности, и сегмент 22, твердого пеноматериала, имеющие высоту, соответственно равную высоте амортизирующего и энергопоглощающих устройств буфера, заключен в герметизирующую оболочку 23, выполненную, например, из резины с оплеткой, и может быть присоединен, например, посредством клеевого соединения к поверхностям пластинчатых пружин 15, 16 и 18, а также к поверхностям направляющих пластин 13 и поверхностям пластин подвижных оснований 14 энергопоглощающих устройств 2 и 3 конструкции буфера.

Конструкция энергопоглощающего буфера также включает (см. фиг.1, 4) достаточно толстый слой 24 эластично-упругого материала, который непрерывен по всей длине буфера и обеспечивает возможность упругого деформирования буфера в определенных заданных пределах, и наружную обшивку 25, которая выполнена в виде профиля П-образного сечения с закругленными боковыми участками, причем слой 24 эластично-упругого материала присоединен к тыльной поверхности обшивки 25 посредством клеевого соединения.

Изготовление и сборка предлагаемой конструкции буфера очень просты и выполняются обычными известными методами. Большинство конструктивных элементов изготавливается из обычных сталей и сплавов; обычными методами выполняются пластинчатые пружины, направляющие пластины и подвижные основания, опорная поверхность в виде П-образного профиля и наружная обшивка в виде П-образного профиля. И только к изготовлению энергопоглощающих элементов 4, 5 любого энергопоглощающего устройства 2 и 3, которые, в частности, могут быть выполнены из различных сталей - Ст.20, Ст.40Х и других, а также, с целью упрощения и ускорения ремонтных работ, из материала, обладающего эффектом "памяти формы" [4], например никелида титана, предъявляются определенные требования. Каждый отрезок металлического прута заготовки энергопоглощающего элемента 4, 5 (см. фиг.2, 3) данного энергопоглощающего устройства, имеющего соответственно заданные размеры и определенный диаметр, последовательно изгибают во взаимно перпендикулярных плоскостях соответственно под заданными углами, причем в случае изготовления энергопоглощающего элемента из материала, обладающего эффектом "памяти формы", гибку прута осуществляют при температуре задания "памяти формы". В последнем случае пластинчатые пружины 15, 16 и 18 также целесообразно выполнять из материала, обладающего эффектом "памяти формы", и формование пружин соответственно осуществляют при температуре задания "памяти формы". Изготовленные энергопоглощающие элементы соединяют друг с другом по месту прилегания их оснований, раскосов и дополнительных раскосов (см. фиг.3) с помощью сварочных швов, а затем присоединяют к тыльной поверхности направляющих пластин и пластин подвижных оснований также с помощью сварочных швов, расположенных соответственно по всей длине их раскосов и дополнительных раскосов. Далее основания 6 частично собранных энергопоглощающих устройств 2 и 3 с помощью сварочных швов присоединяют по месту к наружной поверхности П-образного профиля 1, причем основания всех энергопоглощающих элементов приваривают (см. фиг.4, 5) по всей их длине, включая и их торцевые участки. Затем обычными методами присоединяют по месту пластинчатые пружины центрального амортизирующего устройства, к которым присоединяют центральную пластину, и боковые пластинчатые пружины, которые присоединяют к дополнительным раскосам или пластинам подвижных оснований крайних энергопоглощающих устройств буфера. После этого устанавливают по месту блоки и объемы твердого пеноматериала, заключенные каждый в герметизирующую оболочку, и присоединяют их указанным выше образом, а в последнюю очередь одевают наружную обшивку 25 с присоединенным к ее тыльной поверхности, например, посредством клеевого соединения толстым слоем 24 эластично-упругого материала и присоединяют ее с помощью разъемных соединений к опорной поверхности буфера и центральной пластине амортизирующего устройства.

В случае столкновения энергопоглощающего буфера с локальной преградой или другим автомобилем происходит следующее. В первую очередь по месту воздействия ударной нагрузки происходит упругое деформирование - сжатие толстого слоя эластично-упругого материала 24 и смещение наружной обшивки 25. После этого, в случае воздействия интенсивной ударной нагрузки в левую или в правую часть буфера, происходит разрушение наружной обшивки 25 и начинается деформирование (см. фиг.1, 4, 7) энергопоглощающих устройств 2 или 3 левой или правой половины буфера, деформирующихся соответственно в разные стороны; при этом толстый слой 24 эластично-упругого материала подвергается растяжению, а на заключительной стадии деформирования энергопоглощающих устройств может быть даже порван в одном или двух местах соответственно. В том случае, когда воздействие ударной нагрузки приходится на центральную часть буфера, то происходит деформирование центрального амортизирующего устройства и деформирование прилегающих к нему энергопоглощающих устройств 2 и 3 и левой, и правой половины буфера, которые деформируются соответственно в разные стороны.

При воздействии интенсивной ударной нагрузки на центральную пластину 17 амортизирующего устройства (см. фиг.1, 4) полого изогнутые пластинчатые пружины 15 и 16, обладающие заданной жесткостью и взаимодействующие своей боковой поверхностью с направляющими пластинами 13, соединенными с раскосами 8 центральных энергопоглощающих устройств 2 и 3, деформируются, изгибаясь под воздействием нагрузки, и при этом происходит разрушение и последующее раздробление объема 19 твердого пеноматериала, расположенного в полости между пластинчатыми пружинами 15 и 16; одновременно с этим происходит и первая стадия деформирования прилегающих энергопоглощающих устройств 2 и 3.

Воздействие нагрузки, величина которой превышает силу сопротивления скручиванию дополнительных вертикальных перемычек 9, являющихся пластическими торсионами, на наружную поверхность подвижных оснований 14 вызывает их поворот (см. фиг.7 вид а) к наружной поверхности П-образного профиля 1 и соответственно поворот соединенных с ними дополнительных раскосов 10 относительно раскосов 8, что обуславливает пластическое скручивание четырех соосных вертикальных перемычек 9 энергопоглощающих устройств 2, 3 и соответственно поглощение энергии воздействующей нагрузки. При этом может происходить (см. фиг.1, 4, 8) и разрушение дополнительных сегментов 22 твердого пеноматериала, расположенных в полостях между дополнительными раскосами 10 энергопоглощающих устройств 2 и 3.

На первой стадии деформирования общая величина энергопоглощения каждого энергопоглощающего устройства 2 или 3 и всех энергопоглощающих устройств 2 или 3 буфера, на которые непосредственно пришлось соударение, соответственно складывается из величин энергопоглощения, обеспечиваемых указанными выше торсионами 9 при скручивании. Поворот подвижных оснований 14 и соединенных с ними дополнительных раскосов 10 энергопоглощающих устройств 2 и 3 происходит либо до прекращения воздействия ударной нагрузки, и тогда указанные энергопоглощающие устройства остаются в каком-то промежуточном деформированном положении (см. фиг.7 вид а), обусловленном величиной воздействующей нагрузки; в этом случае дополнительные раскосы 10 оказываются повернуты на тот или иной угол относительно раскосов 8 и соответственно на этот же угол будут скручены соосные пластические торсионы - вертикальные перемычки 9 энергопоглощающих устройств, либо продолжается, в частности, совместно с поворотом раскосов 8 данных энергопоглощающих устройств до тех пор, пока ход амортизации и энергопоглощающая способность данных устройств не будут исчерпаны.

Следует отметить, что в ряде случаев, а также в случае воздействия интенсивной, но локальной ударной нагрузки, например, при столкновении с деревом или столбом, энергопоглощающее устройство 2 или 3 может быть дополнительно деформировано (см. фиг.7 вид а, где исходное и промежуточное положение дополнительных раскосов условно показано пунктиром) следующим образом. Если граница воздействия ударной нагрузки приходится только на пластину подвижного основания 14, то происходит дальнейший поворот только указанного основания 14 и соединенных с ним дополнительных раскосов 10 на угол и обусловленное этим дополнительное скручивание дополнительных перемычек-торсионов 9 и последующее разрушение блока 20 твердого пеноматериала, заключенного в герметизирующую оболочку 23, а направляющая пластина 13 и соединенные с ней основные раскосы 8, подкрепленные с обоих сторон блоками 20 твердого пеноматериала, данного энергопоглощающего устройства 2 или 3 остаются в исходном состоянии.

Здесь следует отметить, что после первой стадии деформирования энергопоглощающих устройств 2 или 3 соответственно левой или правой половины буфера (см. фиг.1, 4, 8 и фиг.7), когда пластины подвижных оснований 14 и дополнительные раскосы 10 уже повернуты на определенный угол и расположены параллельно основаниям 6 данных энергопоглощающих устройств 2 или 3 (т.е. расположены фактически эквидистантно изогнутой опорной поверхности 1 буфера), совокупность подвижных оснований 14 деформированных энергопоглощающих устройств 2 или 3 представляет собой жесткую огибающую защитную поверхность, которая способна к последующему деформированию с заданной силой сопротивления, причем каждым своим участком - пластиной подвижного основания 14 энергопоглощающего устройства 2 или 3 - в отдельности или совместно с другими в зависимости от вида воздействующей нагрузки.

После того, как дополнительные раскосы 10 энергопоглощающего устройства 2 или 3 уже повернуты на определенный угол (т.е., когда они расположены эквидистантно поверхности П-образного профиля 1) и ударная нагрузка начинает воздействовать на дополнительные перемычки 9 и направляющие пластины 13 (см. фиг.7 вид б) - начинается вторая стадия деформирования энергопоглощающих устройств 2 или 3. В этом случае продолжающееся воздействие ударной нагрузки вызывает поворот направляющих пластин 13 и соединенных с ними основных раскосов 8 и, обусловленное этим, скручивание перемычек-торсионов 7 и разрушение блоков 20 твердого пеноматериала. Поворот направляющих пластин 13 и соединенных с ними раскосов 8 энергопоглощающих устройств 2 и 3 происходит либо до прекращения воздействия ударной нагрузки, и тогда указанные энергопоглощающие устройства остаются в каком-то промежуточном деформированном положении (см. фиг.7 вид б), обусловленном величиной воздействующей нагрузки; в этом случае раскосы 8 оказываются повернуты на тот или иной угол относительно оснований 6 и соответственно на этот же угол будут скручены пластические торсионы - вертикальные перемычки 7 энергопоглощающих устройств, либо продолжается до тех пор, пока ход амортизации и энергопоглощающая способность данных устройств не будут исчерпаны. В последнем случае пластины подвижных оснований 13 будут в пределе повернуты почти на угол , соответственно на этот же угол будут скручены соосные пластические торсионы - вертикальные перемычки 7 энергопоглощающих устройств 2 или 3, при этом раскосы 8 своими концевыми участками будут прижаты к направляющей пластине 13 соседнего деформированного энергопоглощающего устройства, дополнительные раскосы 10 будут прижаты к подвижному основанию 14 соседнего деформированного энергопоглощающего устройства, а блок 20 твердого пеноматериала, заключенный в герметизирующую оболочку 23, будет полностью раздроблен на мелкие крупицы.

Следует отметить, что при воздействии локальной ударной нагрузки возможен и такой вариант деформирования, когда дополнительные раскосы 10 данного энергопоглощающего устройства 2 или 3, уже повернутые на угол относительно раскосов 8, упрутся своими концами в направляющую пластину 13 соседнего энергопоглощающего устройства 2 или 3 и далее под воздействием нагрузки будут поворачиваться в обратную сторону, скручивая, таким образом, дополнительные перемычки-торсионы 9 в обратном направлении; при этом раскосы 8 данного энергопоглощающего устройства будут продолжать (см. фиг.7 вид б) поворачиваться в том же направлении, продолжая скручивать соосные перемычки-торсионы 7 относительно оснований 6 на тот или иной угол , обусловленный величиной воздействующей нагрузки.

Крайние (боковые) энергопоглощающие устройства 2, 3 конструкции буфера деформируются аналогичным образом, причем одновременно с ними деформируются, изгибаясь под воздействием нагрузки, и боковые пластинчатые пружины 18, обладающие заданной жесткостью, и разрушаются боковые объемы 21 твердого пеноматериала, которые совместно защищают крайние энергопоглощающие устройства 2, 3 буфера от воздействия боковой ударной нагрузки.

Необходимо подчеркнуть, что в составе конструкции буфера все энергопоглощающие устройств 2 или 3, деформирующиеся совместно по месту воздействия ударной нагрузки, способны деформироваться как одновременно, так и поочередно в случае воздействия "скользящей" ударной нагрузки.

Следует отметить, что энергопоглощающие устройства 2 и 3 обладают высокой энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, которые присущи амортизирующим устройствам, включающим пластические торсионы [1-3 и др.], подвергаемые кручению, и, тем более, торсионы, подкрепленные деформирующимися одновременно с ними блоками твердого пеноматериала, обладающими заданной жесткостью. При этом энергопоглощающие элементы и все пластинчатые пружины могут быть, в частности, выполнены из материала, обладающего эффектом "памяти формы", и в этом случае они являются пластическими амортизирующими элементами, необратимо деформирующимися при воздействии нагрузки.

Следует подчеркнуть, что общая величина энергопоглощения и ход амортизации каждого энергопоглощающего устройства могут быть заданы в широких пределах путем увеличения или уменьшения величины соответствующих углов ϕ₀ и между раскосами и основаниями и, соответственно, между раскосами и дополнительными раскосами, определяющими предельную величину скручивания перемычек-торсионов энергопоглощающих элементов, путем задания определенных размеров и соотношений размеров - длин и диаметров перемычек-торсионов энергопоглощающих элементов, а также задания длин раскосов и дополнительных раскосов, являющихся рычагами, и, тем самым, задания различных величин усилий их сопротивления деформированию, а также путем задания определенных сочетаний характеристик энергопоглощающих элементов, блоков и объемов твердого пеноматериала и пластинчатых пружин в составе конструкции буфера.

Энергопоглощающие устройства 2 и 3 данной конструкции обладают и другим положительным качеством, заключающимся в том, что частично или полностью деформированное устройство может быть вновь и многократно приведено в исходное положение, а его энергопоглощающая способность восстановлена, что обеспечивается путем проведения определенных ремонтных работ, причем без замены каких-либо элементов.

В том случае, когда энергопоглощающие элементы и пластинчатые пружины выполнены из материала, обладающего эффектом "памяти формы" [4], например никелида титана, для этого достаточно одновременно нагреть указанные элементы нагревательным устройством, например паяльной лампой, до температуры восстановления "памяти формы", после чего эти элементы сами вернутся в исходную заданную форму, соединенные с ними элементы также вернутся в исходное положение, а конструкция энергопоглощающего и амортизирующего устройства и энергопоглощающая способность будут полностью восстановлены.

В том случае, когда энергопоглощающие элементы и пластинчатые пружины выполнены из обычных сталей и сплавов, необходимо (в полном соответствии с конструкцией прототипа) применение силовых устройств, например гидроцилиндров с выдвижным штоком или домкратов, присоединяемых к соответствующим элементам (например, к участку П-образного профиля и пластине подвижного основания, к участку П-образного профиля и направляющей пластине) отдельных энергопоглощающих устройств и посредством воздействия создаваемой ими нагрузки, подвергающих перемычки-торсионы медленному принудительному деформированию в обратном направлении. Указанную выше совокупность ремонтных операций можно проводить и без отсоединения конструкции буфера от несущей конструкции автомобиля, а количество циклов "деформирование под воздействием ударной нагрузки - обратное принудительное деформирование" составляет, как минимум, несколько сотен циклов, в зависимости от материала, из которого изготовлены энергопоглощающие элементы и пластинчатые пружины, и соотношения размеров - длин и диаметров перемычек-торсионов энергопоглощающих элементов. После того, как все деформированные ранее энергопоглощающие устройства приведены в исходное положение, заменены разрушенные блоки и объемы твердого пеноматериала и заменены при необходимости пластинчатые пружины, одевают и присоединяют новую наружную обшивку и конструкция буфера вновь готова к восприятию ударных нагрузок, а его энергопоглощающая способность восстановлена.

Таким образом, можно сделать вывод, что данная конструкция энергопоглощающего буфера, обладающая высокой энергопоглощающей способностью, значительным ходом и стабильностью характеристик амортизации, обеспечивает определенную возможность ухода по касательной в сторону из-под воздействия ударной нагрузки при столкновении, причем даже при частично деформированной конструкции буфера, когда подвижные основания энергопоглощающих устройств расположены эквидистантно изогнутой опорной поверхности буфера, что обусловлено приданием буферу округлой формы, а также видом выполнения и заданным расположением энергопоглощающих устройств в составе конструкции буфера; обеспечивает эффективную защиту легкового автомобиля при различных видах столкновений, что обусловлено применением и видом выполнения центрального амортизирующего устройства, видом выполнения энергопоглощающих устройств, каждое из которых имеет две стадии деформирования и способно деформироваться самостоятельно, и определенным заданным расположением энергопоглощающих устройств в составе конструкции буфера. При этом обеспечено значительное увеличение энергопоглощения и хода амортизации энергопоглощающих устройств, каждое из которых включает определенное количество дополнительных перемычек-торсионов и дополнительных раскосов, обеспечивающих их скручивание, обеспечено увеличение энергопоглощения за счет применения значительных по величине и многочисленных блоков и объемов твердого пеноматериала, обладающих заданной жесткостью и разрушающихся вследствие деформирования энергопоглощающих устройств, а также обеспечена возможность многократного восстановления конструкции буфера и ее энергопоглощающей способности после деформирования под воздействием ударной нагрузки, причем без замены основных элементов. Данный энергопоглощающий буфер отличается простотой конструкции, простотой изготовления и проведения ремонтных работ, а также невысокими весовыми характеристиками; при этом конструкция каждого из энергопоглощающих устройств позволяет в широких пределах задавать общую величину энергоемкости и ход амортизации путем задания определенных углов между основаниями, раскосами и дополнительными раскосами энергопоглощающих элементов, задания определенных размеров и соотношений размеров - длин и диаметров их торсионов и длин их раскосов, а также путем задания определенных сочетаний характеристик энергопоглощающих элементов, пластинчатых пружин, объемов и блоков твердого пеноматериала в составе конструкции буфера.

Конструкция энергопоглощающего буфера может найти применение в качестве передних и задних бамперов легковых автомобилей различных классов, микроавтобусов и других транспортных средств и в значительной степени повысить их защищенность при столкновениях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2207261 от 27.06.2003 г., "Энергопоглощающий буфер грузового автомобиля", В 60 R 19/56.

2. Патент РФ №2243910 от 10.01.2005 г., "Энергопоглощающий буфер легкового автомобиля", В 60 R 19/18.

3. Патент РФ №2243911 от 10.01.2005 г., "Боковой энергопоглощающий буфер легкового автомобиля", В 60 R 19/42.

4. Тихонов А.С.и др. "Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении" М., Машиностроение, 1981 г.

Изобретение относится к средствам защиты транспортных средств при столкновениях и может найти применение в качестве переднего и заднего бамперов различных легковых автомобилей, микроавтобусов и других транспортных средств. Конструкция буфера, присоединенного к несущей конструкции автомобиля, включает наружную обшивку, к которой присоединен слой эластично-упругого материала, и опорную поверхность в виде изогнутого с заданной кривизной П-образного профиля, к наружной поверхности которого присоединены равномерно расположенные на расстоянии друг от друга энергопоглощающие устройства, каждое из которых включает определенное количество соединенных друг с другом энергопоглощающих элементов, каждый из которых является зеркальным отображением другого, выполнен за одно целое из отрезка круглого металлического прута и включает основание, перемычку, раскос, дополнительную перемычку и дополнительный раскос, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Основания энергопоглощающих устройств присоединены к опорной поверхности, все перемычки, являющиеся торсионами, расположены вертикально, раскосы расположены горизонтально и объединены направляющими пластинами, дополнительные раскосы расположены горизонтально и присоединены к пластинам подвижных оснований, при этом раскосы и дополнительные раскосы энергопоглощающих устройств левой и правой половин буфера направлены наружу относительно опорной поверхности и обращены под заданными углами каждый в разные стороны, соответственно в направлениях от середины к краям буфера. Конструкция буфера снабжена центральным амортизирующим устройством, включающим две полого изогнутые пластинчатые пружины, выполненные за одно целое и присоединенные к опорной поверхности, и присоединенную к ним изогнутую пластину, по краям буфера расположены изогнутые пластинчатые пружины, присоединенные к опорной поверхности и крайним энергопоглощающим устройствам, при этом в полостях между энергопоглощающими устройствами и пластинчатыми пружинами расположены блоки и объемы твердого пеноматериала. Технический результат заключается в простоте конструкции, высокой энергопоглощающей способности, значительном ходе и стабильности характеристик амортизации, которые можно задавать в широких пределах; при этом обеспечена возможность многоразового использования конструкции и полного восстановления заданных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Энергопоглощающий буфер легкового автомобиля, включающий наружную обшивку, опорную поверхность в виде профиля П-образного сечения, присоединенного к несущей конструкции автомобиля, и расположенные между обшивкой и опорной поверхностью и равномерно расположенные по длине профиля П-образного сечения на расстоянии друг от друга энергопоглощающие устройства, присоединенные к наружной поверхности профиля П-образного сечения и включающие каждое определенное количество прилегающих друг к другу энергопоглощающих элементов, каждый из которых является зеркальным отображением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом "памяти формы", металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает основание, перемычку и раскос, причем основания всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства по всей своей длине присоединены к наружной поверхности профиля П-образного сечения, перемычки соответственно расположены соосно друг другу и взаимодействуют своей боковой поверхностью с наружной поверхностью профиля П-образного сечения, а прилегающие друг к другу раскосы расположены в одной плоскости, соединены между собой по всей своей длине и направлены наружу относительно опорной поверхности, основания и раскосы всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства расположены горизонтально, перемычки энергопоглощающих элементов соответственно расположены вертикально, а раскосы всех энергопоглощающих устройств левой половины буфера и раскосы всех энергопоглощающих устройств правой половины буфера обращены каждый под заданным углом в разные стороны, соответственно в направлениях от середины к краям буфера, при этом каждое энергопоглощающее устройство снабжено подвижным основанием в виде жесткой пластины, выполненной за одно целое с двумя горизонтальными боковыми выступами, и включает изогнутые пластинчатые пружины, выполненные, в частности, из материала, обладающего эффектом "памяти формы", и присоединенные одним своим концом к наружной поверхности П-образного профиля опорной поверхности, отличающийся тем, что П-образный профиль опорной поверхности буфера по всей своей длине выполнен в виде дуги, каждый энергопоглощающий элемент каждого энергопоглощающего устройства снабжен выполненными с ним за одно целое дополнительной перемычкой, расположенной вертикально, дополнительным раскосом, расположенным горизонтально, и дополнительным основанием, расположенным вертикально и в одной плоскости с дополнительным раскосом, в составе каждого энергопоглощающего устройства прилегающие друг к другу дополнительные раскосы соединены между собой по всей своей длине, дополнительные основания соединены между собой, а дополнительные перемычки расположены соосно друг другу, при этом дополнительные раскосы всех энергопоглощающих устройств левой половины буфера и дополнительные раскосы всех энергопоглощающих устройств правой половины буфера направлены наружу относительно опорной поверхности и обращены каждый под заданным углом в разные стороны, соответственно в направлениях от середины к краям буфера, жесткие пластины подвижных оснований присоединены к дополнительным раскосам энергопоглощающих устройств, а к основным раскосам присоединены жесткие направляющие пластины, снабженные горизонтальными боковыми выступами, буфер снабжен центральным амортизирующим устройством, включающим две полого изогнутые пластинчатые пружины, которые выполнены за одно целое и присоединены к опорной поверхности, и присоединенную к ним изогнутую центральную пластину, причем пластинчатые пружины амортизирующего устройства взаимодействуют своими боковыми поверхностями с направляющими пластинами обоих центральных энергопоглощающих устройств, и в полости между двумя полого изогнутыми пластинчатыми пружинами амортизирующего устройства размещен объем твердого пеноматериала, который выполнен овального поперечного сечения и заключен в герметизирующую оболочку, а изогнутые пластинчатые пружины расположены по краям буфера, присоединены другим своим концом каждая к дополнительным раскосам крайних энергопоглощающих устройств левой и правой половин буфера, при этом в полостях между раскосами энергопоглощающих устройств расположены блоки твердого пеноматериала, заключенные каждый в герметизирующую оболочку и имеющие каждый ромбовидное поперечное сечение, в полостях между раскосами и дополнительными раскосами крайних энергопоглощающих устройств и изогнутыми пластинчатыми пружинами расположены дополнительные объемы твердого пеноматериала, заключенные каждый в герметизирующую оболочку и прилегающие своими боковыми поверхностями к поверхностям раскосов и пластинчатых пружин, а к тыльной поверхности наружной обшивки присоединен толстый слой эластично-упругого материала, взаимодействующий с концевыми участками дополнительных раскосов энергопоглощающих устройств.2. Энергопоглощающий буфер легкового автомобиля по п.1, отличающийся тем, что блоки твердого пеноматериала ромбовидного поперечного сечения выполнены каждый за одно целое с дополнительными ромбовидными сегментами твердого пеноматериала, которые соответственно расположены в полостях между дополнительными раскосами всех энергопоглощающих устройств левой и правой половин буфера.