БАМПЕРНОЕ ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2013 года по МПК B60R19/18 

Изобретение относится к автомобилестроению, к устройствам, обеспечивающим пассивную безопасность автомобиля.

Известно бамперное защитное устройство (патент РФ на полезную модель №79845. Защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля. Авторы: Эскин И.Д., Алкеев Р.И. Приоритет 15 сентября 2008 г.), содержащее бампер, выполненный в виде прямой балки коробчатого сечения, расположенной внутри корпуса, на длине бампера, имеющего также коробчатое сечение с боковыми зазорами, в которых с натягом расположены многослойные, многопролетные гофрированные пакеты, набранные из шлифованных, каленых, омедненных, стальных гофрированных лент "гофр в гофр", между ними расположены гладкие стальные, каленые, шлифованные ленты с большей, чем у гофрированных лент толщиной, на которые гофрированные пакеты опираются "вершина к вершине гофра", натяг по вершинам гофров у каждого пакета больше остаточного выгиба гофров в собранном пакете, а на концах гладких лент у бампера и на концах прямого участка корпуса имеются свободные участки, длина которых несколько больше проскальзывания конца каждой гофрированной ленты в направлении, перпендикулярном оси автомобиля, при полном выпрямлении пакетов, концы корпуса отогнуты к автомобилю таким образом, что между внутренней стенкой полости для размещения колеса и отогнутым концом имеется расстояние L, а длина отогнутого конца меньше расстояния от наружной рабочей поверхности корпуса до колесной пары, и на верхней и нижней поверхности имеются прямоугольные отверстия, через середины которых проходят приваренные к бамперу скобы, которыми он крепится к автомобилю, и размер отверстия в направлении оси автомобиля больше ответного размера опорной поверхности скобы на 2n₁f, где n₁ - число пакетов в каждом боковом зазоре, f - остаточный выгиб гофра гофрированных лент и размер отверстия в направлении, перпендикулярном оси автомобиля, больше на 2L ответного размера опорной поверхности скобы.

С точки зрения упрощения технологии изготовления гофрированных лент, обеспечения их прочности, обеспечения расчетности защитного бамперного устройства не только на первом размахе системы "бамперное устройство - автомобиль", но и на втором и всех последующих размахах при фронтальном ударе при краш-испытаниях выгодно использовать гофрированные пакеты с таким начальным выгибом гофра f₀, при котором при полном выпрямлении гофров пакета в гофрированных лентах не возникало бы пластических деформаций.

Но в этом случае, при изготовлении бамперного защитного устройства в допустимых габаритах, может оказаться, что на первом размахе величина рассеянной энергии удара и длительность первого размаха будут недостаточны для существенного снижения силы ударного воздействия на автомобиль.

Это бамперное защитное устройство по технической сущности наиболее близко к предлагаемому и принято за прототип.

Поэтому ставится задача существенного увеличения рассеянной защитным устройством энергии на первом размахе фронтального ударного воздействия и увеличения длительности этого размаха. Следовательно, увеличения эффективности гашения "сильного" фронтального удара и при этом обеспечения, по крайней мере, эффективности гашения бокового "сильного" удара не ниже, чем у прототипа, и удобства сборки бамперного защитного устройства.

Для пояснения употребляемых здесь терминов - "сильный", "средний " и "малый" - мы предлагаем следующую классификацию ударов: до 50 кН (5 тс) - "малые" удары, больше 50 кН и меньше 150 кН - "средние" удары и больше 150кН - "сильные" удары.

Отметим, что исходя из значения амплитуды сил, воздействующих на автомобиль при краш-испытаниях на фронтальный и боковой удары, по данной классификации эти удары относятся к сильным ударам.

Поставленная задача решается тем, что бамперное защитного устройство автомобиля, содержащее бампер, выполненный в виде балки коробчатого сечения, расположенный внутри корпуса, на длине бампера, имеющего коробчатое сечение, причем корпус имеет концы, отогнутые к автомобилю, и длина конца меньше расстояния от наружной стенки корпуса до колеса, между корпусом и бампером с натягом вставлены многослойные многопролетные гофрированные пакеты, набранные из стальных, каленых, шлифованных, омедненных, гофрированных лент "гофр в гофр", между которыми вставлены гладкие ленты с толщиной, большей толщины гофрированных лент, на которые пакеты опираются "вершина гофра к вершине гофра", и на концах гладких лент и на ответных участках корпуса и бампера имеются свободные участки с длиной, немного большей проскальзывания конца каждой гофрированной ленты в направлении, перпендикулярном оси автомобиля, при полном выпрямлении пакетов, а бампер крепежными деталями, проходящими через отверстия в корпусе, жестко скреплен с автомобилем, отличается тем, что бампер также имеет отогнутые к автомобилю концы коробчатого сечения и многослойные пакеты вставлены с натягом в оба зазора между отогнутыми концами бампера и корпуса, а также фронтальный зазор между корпусом и бампером, расположенный у наружной стенки корпуса, натяг по вершинам гофров каждого из гофрированных пакетов, расположенных во фронтальном зазоре, выбран минимально возможным, но таким, чтобы сохранилось взаимное расположение этих пакетов при транспортировке, хранении и монтаже устройства на автомобиль, а натяг каждого гофрированного пакета, расположенного в боковом зазоре, был немного больше остаточного выгиба f, и толщина гладких лент, расположенных между гофрированными пакетами в боковых зазорах, выбрана минимально возможной, но такой, чтобы при фронтальном ударе, при котором происходит полное выпрямление пакетов во фронтальном зазоре, не нарушалось последовательное соединение пакетов, расположенных в боковых зазорах, и расчетная схема определения суммарной деформации пакета, составленного из этих пакетов (последнее означает, что изгибная деформация гладких лент мала и ей можно пренебречь, или допустимо ее учесть простейшим способом), а толщина гладких лент, расположенных между гофрированными пакетами во фронтальном зазоре, выбрана минимально возможной, но такой, чтобы при боковом ударе, при котором происходит полное выпрямление пакетов в одном из боковых зазоров, не нарушались последовательное соединение пакетов во фронтальном зазоре и расчетная схема определения их суммарной деформации, и начальный выгиб гофров пакетов, расположенных в боковых зазорах f₀₂, выбирают так, чтобы пластическая деформация лент этих пакетов при их полном выпрямлении была меньше натяга по вершинам гофров у каждого из этих пакетов, при создании натяга гофры деформировались упруго, а начальный выгиб гофров пакетов, расположенных во фронтальном зазоре f₀₁, может быть выбран таким образом, что пластическая деформация лент этих пакетов при их полном выпрямлении оказывается больше натяга по вершинам гофров у каждого из этих пакетов, а при воздействии на устройство "малых" и "средних" фронтальных ударов эти пакеты деформируются упруго, другие параметры всех пакетов устройства подбираются из условия эффективного гашения "сильного" удара, а верхняя полка каждого из отогнутых концов корпуса срезана на длине, немного большей длины пакета в боковом зазоре, и сверху пакеты закрыты крышками, жестко соединенными с отогнутыми концами корпуса, и в задней стенке корпуса сделаны прямоугольные отверстия, через середины которых проходят кронштейны, жестко соединенные с бампером, которые крепятся к силовой раме автомобиля таким образом, что расстояние от задней стенки корпуса устройства до части кронштейна, которой он крепится к автомобилю, равно L₁≥n₁f₁, где n₁ - число пакетов во фронтальном зазоре, f₁ - остаточный выгиб пакетов, и размер отверстия в направлении, перпендикулярном оси автомобиля, больше ответного размера опорной поверхности кронштейна на 2L₂, и L₂≥n₂f₂, где n₂ - число пакетов в каждом из боковых зазоров, f₂ - остаточный выгиб гофров этих пакетов, и расстояния между поверхностями корпуса устройства, по которым он контактирует с автомобилем при "сильном" боковом ударе - торцы крышек и полок отогнутых концов корпуса, косо срезанные торцы фронтальной части корпуса, равны L₂, а снаружи на наружных стенках корпуса, его отогнутых концов, их верхних и нижних полок и крышек закреплена оболочка из полипропилена или полиуретана малой плотности.

Заметим, что описанные условия, налагаемые на выбор параметров пакетов устройства, могут быть осуществлены в реальной конструкции, так как параметры пакетов, удовлетворяющих этим условиям, могут быть определены расчетным путем, так как нами разработана теория фронтального и бокового ударного воздействия на эти устройства, являющаяся нашим "ноу-хау".

У прототипа при фронтальном ударе половина пакетов нагружается, половина разгружается. Нагружаемые пакеты при одной и той же деформации рассеивают приблизительно раза в полтора больше энергии, чем разгружаемые.

У предлагаемой конструкции при тех же габаритах, таких же параметрах пакетов, расположенных во фронтальном зазоре (при отсутствии пакетов в боковых зазорах), и таком же их количестве, при той же деформации каждого пакета, рассеивается на первом размахе системы "бамперное устройство - автомобиль" при фронтальном ударном воздействии существенно большее количество энергии (в 1,5-2 раза больше) за счет того, во-первых, что у предлагаемой конструкции все пакеты, расположенные во фронтальном зазоре, нагружаются, и, во-вторых, энергия, рассеиваемая пакетами до достижения деформации каждого пакета величины натяга по вершинам гофров у прототипа, вычитается из кинетической энергии удара, а у прототипа не вычитается.

Так как у предлагаемой конструкции все пакеты соединены последовательно, то при одной и той же деформации каждого пакета, расположенного во фронтальном зазоре, перемещение корпуса предлагаемого устройства (скорость перемещения корпуса у предлагаемого устройства такая же, как у прототипа) в направлении оси автомобиля в два раза больше, чем у прототипа. Это приводит у предлагаемого устройства к увеличению длительности ударного воздействия на первом размахе и при одной и той же кинетической энергии удара к снижению амплитуды силы удара.

Законы изменения ударной силы при фронтальном ударе у предлагаемого устройства и прототипа разные. Какой закон более выгоден и насколько, может быть определено сравнительным расчетом и экспериментально.

При отсутствии пакетов в боковых зазорах предлагаемое устройство не эффективно при воздействии на него бокового удара.

Отсутствие верхних полок у отогнутых концов корпуса на длине боковых пакетов обеспечивает удобство сборки в устройство этих пакетов. Крышки, жестко закрепленные на отогнутых концах корпуса, заменяют срезанные полки и являются вместе с нижними полками отогнутых концов ограничителями боковых смещений корпуса устройства.

Отметим, что наличие боковых пакетов в диапазоне изменения фронтальной силы удара F_{тр б}<F_удар<F_{удар max}, где f_{тр б} - равнодействующая сил трения, действующих по вершинам гофров боковых пакетов, контактирующих с отогнутыми концами корпуса, и обусловленных натягом этих пакетов, увеличивает рассеиваемую энергию при "сильном" фронтальном ударе за счет работы этих сил трения на смещениях, равных сумме деформаций фронтальных пакетов.

При настройке на "сильный" боковой удар у боковых пакетов создаются большой натяг по вершинам гофров этих пакетов и, следовательно, большие силы трения, приложенные к указанным вершинам. Это приводит к тому, что "малые" фронтальные удары, у которых амплитуда силы удара меньше F_{тр б,} не будут гаситься устройством.

Поэтому с целью обеспечения эффективного гашения как "малых" и "средних", так и "сильных" ударов предлагается бамперное защитное устройство, отличающееся от предыдущего только тем, что к концам корпуса жестко прикреплена гибкая стальная каленая полоса (лента) - форбампер устройства, между которой и корпусом с небольшим натягом размещен один, два и более многослойных, многопролетных, гофрированных пакета, набранных из стальных, шлифованных, каленых, омедненных, гофрированных лент, собранных "гофр в гофр", между которыми установлены гладкие, стальные, каленые, шлифованные, омедненные ленты с толщиной больше толщины гофрированных лент, на которые гофрированные ленты опираются "вершина гофра к вершине гофра", и на концах гладких лент имеются свободные участки с длиной, немного большей проскальзывания конца пакета при полном выпрямлении его гофров, и параметры этих пакетов подобраны таким образом, чтобы они эффективно гасили "малый " и "средний " фронтальные удары, а сила, деформирующая эти пакеты на деформацию, меньшую или равную деформации полного выпрямления гофров, равна или больше равнодействующей F_{тр б} сил трения по вершинам гофров, по которым боковые пакеты контактируют с отогнутыми концами корпуса устройства.

Фронтальные пакеты, расположенные между форбампером и корпусом, эффективно гасят "малые " и "средние" фронтальные удары, и при этом сила фронтального удара F_удар при деформациях этих пакетов, меньших или равных деформации f₃ полного выпрямления этих пакетов, может быть меньше равнодействующей F_{тр б}.

Кроме того, с целью многоразового использования лент даже после воздействия на устройство "сильного " фронтального или бокового удара и обеспечения расчетности параметров нового устройства с пакетами, собранными из этих лент, с использованием приближенных аналитических решений и расчета многослойных, многопролетных (без применения метода конечных элементов) гофрированных пакетов на несущую способность, а также обеспечения возможности применения для вновь изготовленных лент простейшей технологии изготовления путем прокатки каленых лент через зубчатые колеса - шаблоны с последующим их полным выпрямлением, во фронтальном и боковых пакетах или только в боковых используются гофрированные ленты с начальным выгибом f₀, при котором пакеты вплоть до полного выпрямления гофров деформируются без пластических деформаций.

После "сильного" удара, при котором гофры лент пакетов полностью выпрямляются, в лентах пакетов происходит пластическая деформация. При снятии нагрузки остается остаточный выгиб гофров f_{0 ост}, и последующая деформация пакетов в пределах этого выгиба (до полного выпрямления гофров пакета) будет происходить в упругой зоне деформаций, и, следовательно, эти пакеты (ленты) могут повторно использоваться в предлагаемом устройстве.

Аналогичное явление происходит при прокатке каленых лент через зубчатые колеса. После прокатки получаются ленты с "высоким" гофром с большим начальным выгибом f₀. При последующем их полном выпрямлении ленты пластически деформируются, и после снятия нагрузки при последующих нагружениях пакеты деформируются упруго.

Отметим, что нами разработана приближенная аналитическая теория расчета параметров пакета при его циклическом и ударном нагружении при деформации пакета в упругой зоне, и эти же задачи нами решены методом конечных элементов с использованием системы ANSYS для подсчета несущей способности пакетов при деформации их в упругопластической зоне. Поэтому параметры пакетов, удовлетворяющие вышеописанным условиям, могут быть определены расчетным путем.

Кроме того, с целью обеспечения свободного разъезжания вершин гофров каждого из пакетов, расположенных между форбампером и корпусом устройства, на свободном участке гладких лент при фронтальном ударе форбампер выполнен с отбортовками, отогнутыми на корпус, с длиной, немного большей длины гладких лент пакета, расположенного под форбампером.

Кроме того, с той же целью между форбампером и фронтальным пакетом, опирающимся на форбампер, вставлена жесткая вставка с длиной, большей длины гладких лент пакета, жестко скрепленная с форбампером.

Конструкция предлагаемого бамперного защитного устройства показана на фигурах:

на фиг.1 изображен вид сверху предлагаемых защитных устройств;

на фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1;

на фиг.3 изображен разрез по Б-Б на фиг.1;

на фиг.4 изображен разрез по В-В на фиг.1;

на фиг.5 изображен вариант предлагаемого устройства с гибким форбампером с отбортовками;

на фиг.6 изображен вариант предлагаемого устройства с гибким форбампером и жесткими вставками.

На фигурах пакеты в разрезах показаны условно без штриховки сечений лент и автомобиль изображен условно тонкими линиями, как "обстановка" на сборочном чертеже.

Предлагаемое бамперное защитное устройство (см. фиг.1 и 2) состоит из бампера 1, корпуса 2, фронтального 3 и двух боковых пакетов 4, полипропиленового или полиуретанового покрытия 5 корпуса 2 с малой плотностью (до 20 кг/м³), крышек 6 корпуса, кронштейнов 7, жестко скрепленных с бампером 1, служащих для жесткого крепления его на автомобиле, крепежных деталей 8 и 9, крепящих бампер к силовой раме автомобиля, и брезентовых покрышек 10, приклеенных к корпусу 2 и бамперу 1, предохраняющих от попадания грязи и посторонних предметов в боковые пакеты 4.

Бампер 1 выполнен в виде прямой на длине автомобиля балки с коробчатым поперечным сечением и может быть изготовлен из двух балок 11 и 12 швеллерного сечения, сваренных продольным швом. Балка 11 выполнена с отогнутыми к автомобилю концами 13 и приваренной к ней стенкой 14. Бампер может быть выполнен из стали или алюминиевого сплава. Бампер 1 (см. фиг.1, 2) располагается внутри корпуса 2 также с коробчатым поперечным сечением, выполненного из двух алюминиевых балок 15 и 16 (см. фиг.2), сваренных друг с другом.

Балка 15 имеет также концы 17 (см. фиг.1), отогнутые к автомобилю и имеющие длину, немного большую длины концов 13 бампера 1, но такую, как у штатных бамперов легковых автомобилей.

Во фронтальный 18 и два боковых зазора 19 (см. фиг.1) с натягом по вершинам гофров вставлены пакеты 3 и 4, набранные из многослойных, многопролетных гофрированных пакетов 20 и 21, набранных в свою очередь из стальных, каленых, шлифованных, гофрированных, омедненных лент 22 и 23 "гофр в гофр", между которыми располагаются гладкие, стальные, каленые, шлифованные, омедненные (или неомедненные) ленты 24 и 26, на которые гофрированные пакеты 20 и 21 опираются "вершина гофра к вершине гофра". Толщина гладких лент 24 выбирается из условий сохранения при "сильном" боковом ударе последовательного соединения пакетов и расчетной схемы деформаций сжатия этих пакетов при фронтальном ударе (см. выше), а толщина гладких лент 25 - из условий сохранения при "сильном" фронтальном ударе последовательного соединения пакетов 21 и расчетной схемы деформаций сжатия этих пакетов при "сильном" боковом ударе. На концах гладких лент 24 и 25 имеются свободные участки 26 и 27 (см. фиг.1), длина которых немного больше проскальзывания по гладкой ленте конца пакетов 20 и 21, соответственно, при их полном выпрямлении.

Натяг по вершинам гофров каждого из фронтальных пакетов 20 выбран минимально возможным, но таким, чтобы сохранялось взаимное расположение этих пакетов при транспортировке, хранении и монтаже устройства на автомобиль, а начальный выгиб гофров f₀ может быть выбран таким образом, что пластические деформации каждой из лент 22 при их полном выпрямлении оказываются больше натяга по вершинам гофров каждого из этих пакетов.

Натяг по вершинам гофров каждого из боковых пакетов 21 выбран немного большим остаточного выгиба f гофров лент 23 этих пакетов, а начальный выгиб гофров f₀₂ выбран так, чтобы пластическая деформация лент 23 при их полном выпрямлении была меньше натяга по вершинам гофров каждого пакета 21 и при создании натяга гофры деформировались бы упруго.

Остальные параметры всех пакетов 3 и 4 подобраны из условия эффективного гашения "сильных" фронтальных и боковых ударов с амплитудами ударных сил, не меньшими значений этих сил, получаемых на данном автомобиле с его штатным бампером при краш-испытаниях по системе EURO-NCAP или NCAP на фронтальный или боковой удары.

Верхняя полка каждого из отогнутых концов 17 корпуса 2 срезана на длине, немного большей длины боковых пакетов 21, и сверху эти пакеты закрыты крышками 6 (см. фиг.1 и 3), жестко скрепленными с концами 17 сваркой, а также с несрезанным участком верхней полки 28 и дополнительно со стенкой 29 каждого конца 17 винтами 30 с конической головкой, завернутыми в глухие резьбовые отверстия в стенке 29 (на фиг.4 они показаны условно).

В задней стенке балки 16 корпуса 2 выполнены прямоугольные отверстия 31 (см. фиг.1, 4), через середины которых проходят кронштейны 7, жестко соединенные с балкой 12 бампера 1, которыми бампер крепится к автомобилю с помощью болтов 8 (на фиг.1 и 2 они показаны условно) таким образом, что расстояние от задней стенки балки 16 корпуса 2 до части, которой кронштейны 7 (см. фиг.2) крепятся к силовой раме автомобиля, равно L₁≥n₁f₁, и размер каждого отверстия 31 в направлении, перпендикулярном оси автомобиля (см. фиг.1, 4), больше ответного размера опорной поверхности кронштейна 7 на 2L₂, и L₂≥n₂f₂, и расстояния между поверхностями корпуса 2, по которым он контактирует с автомобилем (см. фиг.1) - торцы крышек и полок отогнутых концов корпуса, косо срезанные торцы 32 его фронтальной части, - равны L₂.

Крепление бампера к автомобилю, показанное на фиг.2, изображено условно и разрабатывается для каждой марки автомобиля отдельно.

Снаружи отогнутые концы 13 наружных стенок бампера 1 могут быть закреплены на автомобиле с помощью винтов 33 (на фиг.1 они показаны условно).

Снаружи наружных стенок корпуса 2 и его отогнутых концов 17, на их верхних 28 и нижних полках 34 и крышках 6 (см. фиг.1, 2 и 4) закреплена оболочка 5 из полипропилена или полиуретана с малой плотностью (до 20 кг/м³).

Полости, в которых расположены боковые пакеты 4, сверху, снизу и с торцов (см. фиг.1 и 3) дополнительно закрыты брезентовыми покрышками 10, приклеенными к покрытию 5 отогнутых концов 17 корпуса 2, к отогнутым концам 13 бампера 1 и к торцам концов 13 и 17.

Кроме того, на корпусе 2 (см. фиг.5) может быть жестко закреплена стальная, каленая полоса форбампера 35 (например, приклепана, на фиг.5 заклепки не показаны). Между форбампером 35 и корпусом 2 с натягом по вершинам гофров, достаточным для предохранения от взаимных сдвигов пакетов, расположены пакеты 36, набранные из стальных, каленых, шлифованных, гофрированных, омедненных лент 37 "гофр в гофр", между которыми установлены гладкие, стальные, каленые, шлифованные омедненные ленты 38, на которые гофрированные пакеты 36 опираются "вершина гофра к вершине гофра". На концах гладких лент 38 имеются свободные участки 39, длина которых немного больше проскальзывания конца пакета 36 по гладкой ленте при полном выпрямлении этих пакетов.

Форбампер 35 (см. фиг.5) может быть выполнен с отбортовками 40, отогнутыми на корпус 2, с длиной, большей длины гладких лент 38.

Кроме того, между форбампером 35 (см. фиг.6) и пакетом 36, расположенным у форбампера, может быть вставлена жесткая вставка 41, закрепленная на форбампере 35 (точечной сваркой или заклепками), на фиг.6 они не показаны. Длина вставки 41 больше длины гладких лент 38 и выбирается из условия обеспечения свободы проскальзывания вершин гофров пакета 36 по свободным участкам 39 гладких лент 38 при фронтальном ударе, выпрямляющем эти пакеты.

Возможно практическое применение вариантов предлагаемых бамперных устройств, у которых гофрированные ленты пакетов 20, 21, 36 выполняются с начальными выгибами, при которых даже при полном выпрямлении гофров этих пакетов не присходит пластической деформации их лент, или такие выгибы могут быть выбраны для гофрированных лент только пакетов 36 или только для пакетов 36 и 21.

Сборка предлагаемых бамперных устройств производится следующим образом: на собранный вместе с кронштейнами 7 бампер 1 устанавливают собранные фронтальные пакеты 3, надевают на бампер 1 балки 15 и 16 корпуса 2, в специальном приспособлении смещают эти балки в положение, которое они должны занять в собранном корпусе 2, за счет чего создается требуемый натяг в пакетах, сваривают эти балки продольным швом, следя за тем, чтобы пакеты не нагревались свыше 300°С. Затем собранные с требуемым натягом по вершинам гофров в специальном приспособлении пакеты 21 выпрессовывают из приспособления в полости между отогнутыми концами 13 и 17. Устанавливают на концы 17 крышки 6, винтами 30 скрепляют их с концами 17 и дополнительно приваривают к верхней полке 28.

Затем на собранном бамперном устройстве закрепляют (приклеивают) полипропиленовое или полиуретановое покрытие 5 и приклеивают покрышки 10.

У вариантов предлагаемого бамперного устройства с различными конструктивными исполнениями форбампера 35 вначале собирают балку 15 с пакетами 36 и форбампером 35, который крепится к балке 15 заклепками (на фигурах не показаны). Затем собранную таким образом балку 15 описанным выше образом устанавливают на пакеты 3 бампера 1 и сваривают с балкой 16. Дальнейшая сборка бамперного устройства аналогична вышеописанной.

Предлагаемое бамперное защитное устройство, рассчитанное на восприятие "сильных" фронтальных и боковых ударов, например таких, которым подвергают автомобиль при краш-испытаниях на фронтальный или боковой удары по системе EURO-NCAP или NCAP, начинает рассеивать кинетическую энергию фронтального удара за счет взаимных проскальзываний с сухим трением вершин гофров пакета 20 по контактным поверхностям корпуса 2, бампера 1 и гладких лент 24, только когда амплитуда силы фронтального удара станет большей или равной равнодействующей силы сухого трения по вершинам гофров обоих пакетов 4, контактирующих с отогнутыми концами 17 корпуса 2.

При боковом ударе кинетическая энергия этого удара начинает рассеиваться, когда амплитуда силы бокового удара станет больше суммы равнодействующих сил сухого трения между бампером 1 и контактирующей с ним стенкой балки 16 корпуса 2. При дальнейшем нарастании амплитуды силы бокового удара кинетическая энергия будет рассеиваться как за счет работы этих сил трения на перемещениях корпуса 2, так и за счет работы сил сухого трения на контактных поверхностях пакетов 4.

В случае вариантов конструктивного исполнения предлагаемого бамперного защитного устройства с форбампером 35 и пакетами 36 кинетическая энергия фронтального удара начинает рассеиваться уже при "малых" ударах за счет работы сил сухого трения на контактных поверхностях пакетов 36.

Преимуществами предлагаемых бамперных защитных устройств являются:

- их универсальность, они могут быть поставлены на любую модель легкового автомобиля, при этом не ухудшая экстерьера автомобиля. Причем дизайн этих устройств разрабатывают конструкторы автомобиля (постановку на устройство противотуманных фар, поворотников, сцепок, выполнение выштамповок, для установки номеров и т.д.);

- эффективное гашение "сильных" фронтальных и боковых ударов. Эти устройства обладают в десятки и даже в сотню раз большей способностью рассеивания кинетической энергии ударов по сравнению с энергией, рассеиваемой за счет внутреннего трения в материале штатных бамперов, изготовленных из прочного полимерного материала, у которых эта энергия наибольшая;

- наличие полипропиленовых или полиуретаноаых покрытий малой плотности снижает уровень травмоопасности пешеходов при наезде на них автомобилей с небольшой скоростью.

В случае выполнения предлагаемых конструкций бамперных устройств с форбампером 35 и пакетами 36 (см. фиг.5 и 6) эти устройства могут гасить как "малые" и "средние", так и "сильные " фронтальные удары.

Эти устройства расчетны, то есть их требуемые параметры могут быть определены расчетом. В случае наличия конечно-элементной модели автомобиля, а такие модели имеются у ряда зарубежных фирм, может быть рассчитана 3D-картина аварии автомобиля.

Предлагаемые бамперные устройства технологичны, и технология их изготовления не будет сложной как при массовом, так и серийном и индивидуальном производстве. А это значит, что цена постановки предлагаемого устройства на автомобиль будет вполне доступна для автовладельцев с небольшим достатком.

Весовые характеристики и габариты предлагаемых устройств находятся в пределах вполне приемлемых для любых легковых автомобилей, в особенности при замене штатных бамперов на предлагаемые устройства.

Крепление бампера 1 с помощью кронштейнов 7 (см. фиг.2) к обеим полкам швеллеров силовой рамы автомобиля исключает возможность "сваливания" бамперного устройства при фронтальном ударе и обеспечивает при этом "сильном" ударе полную или почти полную реализацию поглощающих (рассеивающих) свойств предлагаемого бамперного защитного устройства.

В заключение отметим, что задача повышения пассивной безопасности автомобилей является одной из важнейших в автомобилестроении во всем мире.

Предлагаемые конструкции бамперных защитных устройств могут существенно повысить уровень пассивной безопасности автомобилей и в ряде случаев защитить водителей и пассажиров от серьезного травмирования их при аварии автомобиля или даже от летального исхода.

Изобретение относится к области автомобилестроения, к внешним защитным устройствам, повышающим безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля. Бампер выполнен в виде балки коробчатого сечения и корпуса, имеющего коробчатое сечение. Между корпусом и бампером с натягом вставлены многослойные гофрированные пакеты, набранные из лент "гофр в гофр", между которыми вставлены гладкие ленты с толщиной, большей толщины гофрированных лент. Пакеты вставлены с натягом в оба боковых зазора между отогнутыми концами бампера и корпуса и во фронтальный зазор между корпусом и бампером, расположенный у наружной стенки корпуса. Отличается выбором размеров толщины гладких лент, начального выгиба гофров в пакетах, параметров всех пакетов устройства, верхней полки каждого из отогнутых концов корпуса. Сверху пакеты закрыты крышками, жестко соединенными с отогнутыми концами корпуса, и в задней стенке корпуса сделаны прямоугольные отверстия, через середины которых проходят кронштейны, жестко соединенные с бампером, которые крепятся к силовой раме автомобиля. Снаружи наружных стенок корпуса, его отогнутых концов, их верхних и нижних полок и крышек закреплена оболочка из полипропилена или полиуретана малой плотности. Достигается увеличение эффективности гашения "сильного" фронтального удара и при этом обеспечение увеличения эффективности гашения "сильного" бокового удара. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Бамперное защитное устройство автомобиля, содержащее бампер, выполненный в виде балки коробчатого сечения, расположенный внутри корпуса, на длине бампера, имеющего коробчатое сечение, причем корпус имеет концы, отогнутые к автомобилю, и длина конца меньше расстояния от наружной стенки корпуса до колеса, между корпусом и бампером с натягом вставлены многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты, набранные из стальных, каленых, шлифованных, омедненных, гофрированных лент "гофр в гофр", между которыми вставлены гладкие ленты с толщиной, большей толщины гофрированных лент, на которые пакеты опираются "вершина гофра к вершине гофра", и на концах гладких лент и на ответных участках корпуса и бампера имеются свободные участки с длиной, немного большей проскальзывания конца каждого пакета при полном его выпрямлении, а бампер крепежными деталями, проходящими через отверстия, в корпусе жестко скреплен с автомобилем, отличающееся тем, что бампер имеет отогнутые к автомобилю концы коробчатого сечения, и многослойные пакеты вставлены с натягом в оба боковых зазора между отогнутыми концами бампера и корпуса, а также во фронтальный зазор между корпусом и бампером, расположенный у наружной стенки корпуса, натяг по вершинам гофров каждого из гофрированных пакетов, расположенных во фронтальном зазоре, выбран минимально возможным, но таким, чтобы сохранялось взаимное расположение этих пакетов при транспортировке, хранении и монтаже устройства на автомобиль, а натяг каждого гофрированного пакета, расположенного в боковом зазоре, был немного больше остаточного выгиба f, и толщина гладких лент между гофрированными пакетами в боковых зазорах выбрана минимально возможной, но такой, чтобы при фронтальном ударе, при котором происходит полное выпрямление пакетов в фронтальном зазоре, не нарушались последовательное соединение пакетов, расположенных в боковых зазорах, и расчетная схема определения суммарной деформации пакета, составленного из этих пакетов (изгибная деформация гладких лент мала и ей можно пренебречь или допустим ее учет простейшим образом), а толщина гладких лент, расположенных между гофрированными пакетами во фронтальном зазоре, также выбрана минимально возможной, но такой, чтобы при боковом ударе, при котором происходит полное выпрямление пакетов в одном из боковых зазоров, не нарушались последовательное соединение пакетов во фронтальном зазоре и расчетная схема определения их суммарной деформации, и начальный выгиб гофров в пакетах, расположенных в боковых зазорах f₀₂, выбран так, чтобы пластическая деформация лент этих пакетов при их полном выпрямлении была меньше натяга по вершинам гофров у каждого из этих пакетов и при создании натяга гофры деформировались упруго, а начальный выгиб гофров пакетов, расположенных во фронтальном зазоре f₀₁, может быть выбран таким образом, что пластическая деформация лент этих пакетов при их полном выпрямлении оказывается больше натяга по вершинам гофров у каждого из этих пакетов, и при воздействии на устройство "малых" и "средних" фронтальных ударов эти пакеты деформируются упруго, другие параметры всех пакетов устройства подбираются из условия эффективного гашения "сильного" удара, а верхняя полка каждого из отогнутых концов корпуса срезана на длине, немного большей длины пакета в боковом зазоре, и сверху пакеты закрыты крышками, жестко соединенными с отогнутыми концами корпуса, в задней стенке корпуса сделаны прямоугольные отверстия, через середины которых проходят кронштейны, жестко соединенные с бампером, которые крепятся к силовой раме автомобиля таким образом, что расстояние от задней стенки корпуса устройства до части, которой кронштейны крепятся к автомобилю, равно L₁≥n₁f₁, где n₁ - число пакетов во фронтальном зазоре, f₁ - остаточный выгиб пакетов, и размер отверстия в направлении, перпендикулярном оси автомобиля, больше ответного размера опорной поверхности кронштейна на 2L₂ и L₂≥n₂f₂, где n₂ - число пакетов в каждом из боковых зазоров, f₂ - остаточный выгиб гофров этих пакетов, и расстояние между поверхностями корпуса устройства, по которым он контактирует с автомобилем при "сильном" боковом ударе - торцы крышек и полок отогнутых концов корпуса, косо срезанные торцы фронтальной части корпуса, равны L, а снаружи наружных стенок корпуса, его отогнутых концов, их верхних и нижних полок и крышек закреплена оболочка из полипропилена или полиуретана малой плотности.

2. Бамперное защитное устройство автомобиля по п.1, отличающееся тем, что к концам корпуса жестко прикреплена гибкая стальная каленая полоса (лента) - форбампер устройства, между которой и корпусом с небольшим натягом размещен один, два и более многослойных, многопролетных, гофрированных пакетов, набранных из стальных шлифованных каленых омедненных гофрированных лент, "гофр в гофр", между которыми установлены гладкие стальные каленые шлифованные омедненные ленты с толщиной, большей толщины гофрированных лент, на которые гофрированные ленты опираются "вершина гофра к вершине гофра", и на концах гладких лент имеются свободные участки с длиной, немного большей проскальзывания конца пакета при полном его выпрямлении, и параметры этих пакетов подобраны таким образом, чтобы они эффективно гасили "малый" и "средний" фронтальные удары, а сила, деформирующая эти пакеты на деформацию, меньшую или равную деформации полного выпрямления гофров, равна или больше равнодействующей F_тр.б. сил трения по вершинам гофров, по которым боковые пакеты контактируют с отогнутыми концами корпуса устройства.

3. Бамперное защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что форбампер выполнен с отбортовками, отогнутыми на корпус, с длиной, немного большей длины гладких лент пакета, расположенного под форбампером.

4. Бамперное защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что между форбампером и фронтальным пакетом, опирающимся на форбампер, поставлена жесткая вставка с длиной, большей длины гладких лент фронтального пакета, жестко скрепленная с форбампером.

5. Бамперное защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что во фронтальных и боковых пакетах или только во фронтальных пакетах, расположенных между форбампером и корпусом, либо в них и в боковых пакетах используются гофрированные ленты с начальным выгибом f₀ (в свободном состоянии лент), при котором пакеты вплоть до полного выпрямления гофров деформируются без пластических деформаций.