Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля Российский патент 2020 года по МПК B60R19/18 

Изобретение относится к области защитных устройств, повышающих пассивную безопасность автомобиля.

Известно защитное устройство, повышающее уровень безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля (см. патент РФ на полезную модель №82171. МПК B60R 19/00. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля / И.Д. Эскин, Р.И. Алкеев. Опубл. 20.04.2009. Бюл. №11), содержащее корпус - балку, два многослойных, многопролетных гофрированных пакета, набранных "гофр в гофр" из омедненных, стальных, шлифованных, каленых или нагартованных, гофрированных лент, и толкатель. Корпус - балка выполнен из двух жестко соединенных по их длине деталей - прямой балки с П-образным поперечным сечением и основанием, изготовленным в виде полосы. Толкатель, расположенный внутри корпуса - балки, выполнен в виде полосы с прямоугольным сечением, а гофрированные пакеты с натягом по вершинам гофров, больше остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем. Толкатель без пластических деформаций гофров может смещаться относительно корпуса - балки при ударе по нему в процессе аварии автомобиля. По нашим оценкам, одно это устройство при расчетных настраиваемых конструктивных параметрах, например, может рассеивать на первом размахе ударного воздействия до 1,5-2% кинетической энергии удара при лобовом ударе легкового автомобиля с массой до 3000 кг об упругое препятствие с коэффициентом перекрытия 40% на скорости 64 км/час (условие краш - испытаний легкового автомобиля на фронтальный удар о сминаемый барьер по системе EURO NCAP). Важным его достоинством является расчетность его параметров. Это устройство можно рассматривать как классический демпфер сухого трения, упругогистерезисные петли которого представляют горизонтально расположенные прямоугольники. Эти устройства целесообразно использовать для легковых автомобилей с массой, большей 1500 кг. Эта рекомендация основана не только на том, что для автомобилей с массой М≤1500 кг для эффективной защиты автомобиля, оцениваемой высокой или максимальной балльной оценкой по системе EURO NCAP, достаточно одного бамперного защитного устройства (например, см. Бамперное защитное устройство для легковых автомобилей и способ изготовления его упругогистерезисного элемента. Авторы Эскин И.Д., Алкеев Р.И., Сусликов В.И. Патент на изобретение Российской Федерации RU 2559675 С1, МПК B60R 19/18. Патентообладатель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)» (СГАУ) (RU)), существенно меньшего по весу и лучше вписывающегося в конструкцию и дизайн автомобиля, чем несколько этих пенальных устройств, обеспечивающих такую же защиту, но и потому, что при настройке каждого из них на рассеивание при краш испытании на фронтальный удар, например, 2-х процентов кинетической энергии этого удара, сила удара, при которой эти устройства начнут работать, как демпфера сухого трения, окажется больше амплитуды ударной силы, действующей на первом размахе ударного воздействия на автомобиль при краш испытаниях, и устройства окажутся бесполезными. В патенте РФ на полезную модель №82171 предложено пенальное устройство, в котором этот недостаток устранен засчет разделения толкателя на части и расположения этих частей с заданными промежутками между ними таким образом, что обеспечивается в процессе краш испытаний работа этих устройств, как демпферов с сухим трением, причем зависимость ударной силы от времени на первом размахе ударного воздействия будет иметь ступенчатый характер.

Отметим, что эти пенальные устройства для защиты легковых автомобилей большой массы (М≥1500 кг) предложено использовать в соединении с бамперным защитным устройством (см. патент РФ №2478052, МПК B60R 19/18. Защитное устройство для повышения уровня безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля/ Эскин И.Д., Храмова А.А., Сусликов В.И. Опубл. 27.03.2013. Бюл. №9). В этом случае, при должном подборе расчетом параметров обоих этих устройств удается существенно улучшить УФХ комбинированного защитного устройства, состоящего из этих устройств. По нашим оценкам, величина амплитудного значения ударной силы на первом размахе ударного воздействия при краш-испытаниях на фронтальный удар о сминаемый барьер, действующая на находящийся в эксплуатации автомобиль с массой М≥2500 кг, может достигать Р_а ≥ 800 кН. Поэтому задача снижения в разы этой силы по прежнему остается актуальной.

Устройство по патенту РФ на полезную модель №82171 по технической сущности наиболее близко к предполагаемому изобретению и выбрано за прототип.

Поэтому ставится задача разработки пенального защитного устройства, которое бы без существенного усложнения конструкции увеличило энергию, поглощенную им (см. ниже) на первом размахе ударного воздействия при краш испытаниях на фронтальный удар о сминаемый барьер до 3-4-х процентов кинетической энергии удара. При этом защитное устройство должно обладать возможностью подбора расчетом его параметров, обеспечивающих хорошие или оптимальные упругофрикционные характеристики (УФХ) для различных марок легковых автомобилей с большой массой М≥1500÷3000 кг, обеспечивающие возможность получения автомобилем хорошей или максимальной балльной оценки по системе EURO NCAP, а для легковых военных внедорожников эффективную защиту при таранном ударном воздействии.

Поставленная задача решается тем, что предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля (термин "пенальное" взят из прототипа), содержащее корпус - балку и два многослойных, многопролетных гофрированных пакета, набранных, "гофр в гофр" из омедненных, стальных, шлифованных, каленых или нагартованных гофрированных лент, корпус - балка выполнен из двух жестко соединенных по их длине деталей - прямой балки с П-образным поперечным сечением и основанием, внутри корпуса - балки расположен толкатель, выполненный в виде полосы с прямоугольным сечением, и толкатель со стороны действия ударной нагрузки выступает на величину, большую хода толкателя а гофрированные пакеты с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем, отличающееся тем, что рабочие поверхности прямой балки корпуса - балки и основания, на которые опираются гофрированные пакеты, образуют пустое пространство в форме усеченного клина, с осью симметрии, совпадающей с продольной осью пенального устройства, с углом клина α, обеспечивающим самоторможение толкателя в любом его положении относительно корпуса - балки на втором и всех последующих размахах ударного воздействия, и горизонтальная сторона прямоугольного поперечного сечения этого клина имеет постоянный размер, а вертикальная - уменьшается по высоте по мере удаления от точки приложения ударной нагрузки, а толкатель в продольном сечении выполнен в форме клина, ответного этому клину, и обеспечивающего одинаковость натяга δ в мм по всем вершинам гофрированных пакетов, рабочие поверхности корпуса - балки по обоим концам гофрированных пакетов имеют свободные участки длиной, большей смещения крайней вершины гофрированного пакета по рабочей поверхности при полном выпрямлении гофрированного пакета, ширина толкателя меньше ширины гофрированного пакета и между боковыми сторонами толкателя и стенками корпуса - балки имеются зазоры Ь, основание выполнено с продольными боковыми фланцами с отверстиями для крепления пенального устройства к раме автомобиля, корпус - балка имеет горизонтальный разъем и его обе детали - прямая балка и основание скреплены винтами, причем два из них, расположенные в сечении, проходящем через центральные вершины гофрированных пакетов, проходят через выкружки, выполненные в боковых сторонах гофрированных пакетов, и фиксируют пакеты, при ударном воздействии, от смещения, как твердого тела, вдоль продольной оси пенального устройства, и параметры пенального защитного устройства расчетом подобраны так, что при постановке пенальных устройств и бамперного защитного устройства на автомобиль, находящийся в эксплуатации, обеспечивают ему хорошую или максимальную балльную оценку, а вновь создаваемому автомобилю -максимальную балльную оценку при краш - испытании по системе EURO NCAP на фронтальный удар о сминаемый и несминаемый барьеры, конструктивны и хорошо вписываются в дизайн автомобиля, а при постановке этих защитных устройств на легковой военный внедорожник - чтобы обеспечивалась эффективная защита его экипажа при таранном воздействии на препятствие, и величина зазоров b расчетом подобрана так, что обеспечивается высокая эффективность защиты при любом направлении бокового удара в бампер автомобиля.

В предлагаемом устройстве не только при сборке устройства создан одинаковый натяг в мм по вершинам гофров гофрированных пакетов, но и при ударном воздействии гофры пакетов сжимаются (в направлении выгиба гофров) на одну и ту же величину в мм. Фиксация гофрированных пакетов от смещения, как твердого тела, в направлении продольной оси устройства, с помощью двух винтов, расположенных в выкружках, выполненных с обоих боков в лентах пакетов, в плоскости, проходящей через вершины центральных гофров обоих пакетов, не препятствует при ударном воздействии упругому смещению вершин гофров по контактным поверхностям корпуса - балки и толкателя и взаимным упругим проскальзываниям лент пакетов, с сухим трением вдоль продольной оси устройства.

Будем оценивать эффективность предлагаемого устройства не только по величине энергии, рассеиваемой им на первом размахе ударного воздействия при краш-испытаниях на фронтальный удар и по величине амплитуды ударной силы на этом размахе, но и степени комфортности для водителя и пассажиров закона изменения этой силы во времени.

Если принять, что среднее значение равнодействующей сил сухого трения на первом размахе ударного воздействия у предлагаемого устройства и прототипа одинаково, то при одинаковом ходе толкателя у обоих устройств, работа сил сухого трения на первом размахе ударного воздействия на контактных поверхностях толкателя предлагаемого устройства будет приблизительно равна энергии, рассеиваемой на этом размахе прототипом.

Этот результат объясняется тем, что при сжатии пакетов предлагаемого устройства вершина центрального гофра каждого пакета остается на месте, а другие вершины гофров смещаются от этой вершины к концам пакетов. Причем смещение вершин гофров возрастает с возрастанием номера вершины, отсчитываемого от вершины центрального гофра (смещение j- ой вершины гофра вдоль рабочей поверхности толкателя s_j=Δs_j+s_j-1, где Δs_j - собственное смещение вершины J - ого гофра, вызванное его сжатием). Тогда работу сил сухого трения на контактных рабочих поверхностях толкателя на первом размахе ударного воздействия при его смещении на ход у предлагаемого устройства можно записать в виде где T₁ - среднее значение равнодействующей сил сухого трения на первом размахе ударного воздействия, m - номер вершины крайних гофров пакетов, опирающихся на толкатель, ΔT_j - приращение сил сухого трения на j -ых вершинах обоих пакетов устройства на первом размахе ударного воздействия, - приращение работы сил сухого трения на j -ых вершинах обоих пакетов устройства на первом размахе ударного воздействия. Работа сил сухого трения прототипа при смещении его толкателя на первом размахе ударного воздействия на ход (энергия, рассеянная прототипом на этом размахе) равна Но в предлагаемом пенальном устройстве большая энергия рассеивается еще в результате работы сил сухого трения W₃ на проскальзываниях вершин гофров пакетов по рабочим поверхностям корпуса - балки и меньшая энергия W₄=(10÷15%)⋅W₃ - на взаимных проскальзываниях с сухим трением лент пакетов. Кроме того, кинетическая энергия удара тратиться на создание на первом размахе ударного воздействия потенциальной энергии упругой деформации пакетов W₅, которая вследствие того, что предлагаемое устройство выполнено самотормозящимся, не превращается в кинетическую энергию на втором размахе, и если пакеты деформируются еще и пластически, на энергию пластических деформаций пакета. В результате поглощенная (здесь под термином «поглощенная» понимается энергия, затраченная на первом размахе ударного воздействия, не превратившаяся в кинетическую энергию на втором размахе (см. ниже)) на первом размахе ударного воздействия энергия W₆=W₁+W₃+W₄+W₅ при тех же величинах Т₁ и в разы больше энергии W₂, затраченной прототипом на первом размахе ударного воздействия. Это фактически и обеспечивает при должном расчетном подборе конструктивных параметров предлагаемого пенального защитного устройства успешное решение выше поставленной задачи.

Разработанная нами методология (наше «ноу хау»), использующая данные о массе автомобиля и результатах краш испытаний автомобилей на фронтальный удар, опубликованные в Интернете, и разработанные нами расчетные модели предложенных ранее бамперных защитных устройств (см., например, патенты РФ №2559675 и патент РФ №2478052) и пенальных устройств - прототипа и предлагаемого, позволяет достаточно точно для достоверности оценки эффективности этих устройств определять прочностные и упругофрикционные характеристики этих устройств, определять величины поглощенной энергии и законы изменения ударной силы на первом и втором размахах ударного воздействия при краш-испытаниях автомобиля на фронтальный удар о сминаемый и несминаемый барьеры (см. ниже), позволяет по результатам расчета провести сравнение и оценку уровня пассивной безопасности автомобиля без предложенных бамперного и пенальных защитных устройств, автомобиля, у которого в качестве пенального устройства использован прототип, и автомобиля, у которого в качестве пенального устройства использовано предлагаемое пенальное устройство. Кроме того, разработанная нами методология позволяет расчетным подбором для каждого конкретного легкового автомобиля достаточно достоверно определить оптимальные значения параметров предлагаемого пенального защитного устройства.

При любом по направлению боковом ударе в боковой конец балки корпуса бамперного защитного устройства, которая непосредственно взаимодействует с препятствием при аварийном столкновении, толкатели пенальных устройств автомобиля, шарнирно соединенные с этой балкой, с сухим трением по вершинам гофров пакетов пенальных устройств перекосятся в пределах зазоров b по боковым сторонам толкателя и балка корпуса бамперного защитного устройства с сухим трением по вершинам гофрированного пакета бамперного устройства будет смещаться в направлении, перпендикулярном продольной оси автомобиля, и сжимать гофры этого пакета в направлении этой продольной оси.

Кинетическая энергия боковых косых касательных ударов в десяток раз может быть меньше кинетической энергии фронтальных ударов. Такие столкновения случаются чаще, чем боковые столкновения под большим углом к продольной оси автомобиля. Расчетом может быть определена конструктивная величина зазора b, обеспечивающая хорошую эффективность предлагаемого пенального защитного устройства при боковых косых касательных ударах.

С целью снижения веса предлагаемого пенального защитного устройства предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, отличающееся тем, что детали корпуса - балки - прямая балка и основание изготовлены из алюминиевого сплава.

Для легковых автомобилей с массой М=1500÷1800 кг с целью обеспечения возможности повторного использования после ДТП после переборки деталей предлагаемого устройства, или только лент его пакетов, предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, отличающееся тем, что параметры гофрированных, многослойных, многопролетных пакетов выбраны так, что не только натяг по вершинам гофров пакетов, созданный при сборке устройства, но и деформация гофров вплоть до полного их выпрямления происходила в упругой зоне деформации пакетов.

В этом случае после разборки устройства, побывавшего в ДТП, гофрированные ленты пакетов полностью восстанавливают свою начальную геометрию и снова пригодны к использованию в устройстве.

С целью повышения УФХ предлагаемого устройства предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, отличающееся тем, что параметры гофра гофрированных лент подобраны так, что при фронтальном ударе при краш испытании гофры деформируются, не только упруго, но и пластически, и при этом даже допускается при полном выпрямлении гофров образование пластического шарнира и даже поломка гофрированных лент в сечении, расположенном в вершине центрального гофра.

В этом случае повышении УФХ достигается, прежде всего, засчет применения гофров с большим начальным выгибом ƒ, чем обеспечивается большая величина суммарного проскальзывания с сухим трением вершин гофров пакета по контактным рабочим поверхностям корпуса - балки и толкателя и большая величина суммарного взаимного проскальзывания с сухим трением лент пакетов, и, следовательно, рассеянной устройством энергии особенно при полном выпрямлении гофров пакета, и дополнительно энергия удара тратиться на пластические деформации гофров.

Чем больше ход толкателя пенального защитного устройства, чем выше его эффективность. Но размер пространства, в котором размещается пенальное устройство, в направлении продольной оси автомобиля ограничен. Поэтому с целью обеспечения возможности размещения в этом пространстве предлагаемого пенального устройства с возможно большим ходомпредлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, отличающееся тем, что толкатель состоит из нескольких частей, установленных встык вдоль продольной оси устройства, причем длина первой части толкателя L₁=(L₂+L₃+2) мм, где L₂ - длина крепежной части толкателя, L₃ - длина корпуса - балки, и суммарная длина остальных k частей толкателя и длина любой = 2, 3, …, k - ой части толкателя равна L_i=(1,5÷2)t, где t шаг гофров пакетов пенального устройства.

При ударном воздействии первая часть толкателя выталкивает все или только часть остальных частей толкателя из корпуса - балки на дорогу. Поэтому ход толкателя может быть увеличен на величину где - величина хода толкателя, выполненного цельным, L_s - длина части толкателя с наибольшей длиной из частей =2, 3, …, k - ой.

Для установки на легковые автомобили - внедорожники предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, отличающееся тем, что толкатели выполнены с отогнутыми вверх концами и предлагаемые устройства установлены так на автомобиль, что отогнутые концы толкателей выступают за штатный бампер автомобиля на расстояние и к этим концам винтами и гайками крепится кенгурятник.

Напомним, что при смещении толкателя при ударе на ход толкатель заклинивает в корпусе - балке, и это исключает обратную отдачу толкателя и уменьшает повторную ударную нагрузку на водителя и пассажиров.

Конструкция предлагаемых пенальных защитных устройств поясняется иллюстрациями.

На фиг. 1 изображен продольный разрез пенального защитного устройства.

На фиг. 2 изображено соединение вида слева и разрез по А-А на фиг. 1 пенального защитного устройства.

На фиг. 3 изображен вид по стр. Б на фиг. 1.

На фиг. 4 изображен разрез по В-В на фиг. 3.

На фиг. 5 изображен продольный разрез пенального защитного устройства, у которого толкатель состоит из нескольких частей, установленных встык вдоль продольной оси устройства.

На фиг. 6 изображен легковой автомобиль - внедорожник с пенальными защитными устройствами, на отогнутых концах толкателей которых закреплен кенгурятник.

На фиг. 7 изображено соединение вида слева и разрез по А-А на фиг. 1 варианта пенального защитного устройства, у которого в качестве корпуса использован лонжерон кузова автомобиля, а в качестве основания устройства - дно кузова автомобиля.

На фиг. 8 изображены три пенальных устройства, собранные в общем корпусе, жестко соединенным заклепками с общим основанием.

Предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля (см. фиг. 1), содержащее корпус - балку 1 и два многослойных, многопролетных гофрированных пакета 2, набранных, "гофр в гофр" из омедненных, стальных, шлифованных, каленых или нагартованных гофрированных лент 3 и толкатель 4. Корпус - балка 1 выполнен из двух жестко соединенных по их длине деталей - прямой балки с П-образным поперечным сечением 5 (см. фиг. 2) и основанием 6, выполненным с продольными боковыми фланцами 7 с отверстиями 8 для крепления пенального устройства к раме автомобиля. Толкатель 4, расположенный внутри корпуса - балки 1, выполнен в виде полосы с прямоугольным поперечным сечением и со стороны действия ударной нагрузки (см. фиг. 1) выступает из корпуса - балки на величину, равную или большую Гофрированные пакеты 2 с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем 4. Рабочие поверхности прямой балки 5 корпуса - балки 1 и основания 6, на которые опираются гофрированные пакеты, образуют пустое пространство в форме усеченного клина, с осью симметрии, совпадающей с продольной осью пенального устройства, с углом клина α, обеспечивающим самоторможение толкателя в любом его положении относительно корпуса - балки на втором и всех последующих размахах ударного воздействия. Горизонтальная сторона прямоугольного поперечного сечения этого клина имеет постоянный размер, а вертикальная - уменьшается по высоте по мере удаления от точки приложения ударной нагрузки. Толкатель 4 в продольном сечении также выполнен, в форме клина, ответного этому клину, и обеспечивающего одинаковость натяга δ в мм по всем вершинам гофрированных пакетов 2. Рабочие поверхности корпуса - балки 1 по обоим концам гофрированных пакетов имеют свободные участки 9 длиной, большей смещения крайней вершины гофрированного пакета по рабочей поверхности при полном выпрямлении гофрированного пакета. Ширина толкателя 4 (см. фиг. 2) меньше ширины гофрированного пакета 2 и между боковыми сторонами толкателя и стенками корпуса - балки имеются зазоры b. Корпус - балка 1 имеет горизонтальный разъем и его обе детали - прямая балка 5 и основание 6 скреплены винтами 10 (см. фиг. 3), причем два из них (см. фиг. 3 и 4), расположенные в сечении, проходящем через центральные вершины гофрированных пакетов 2, проходят через выкружки 11, выполненные в боковых сторонах гофрированных пакетов, и фиксируют пакеты 2, при ударном воздействии, от смещения, как твердого тела, вдоль продольной оси пенального устройства. Параметры пенального защитного устройства расчетом подобраны так, что при постановке пенальных устройств и бамперного защитного устройства на автомобиль, находящийся в эксплуатации, обеспечивают ему хорошую или максимальную балльную оценку, а вновь создаваемому автомобилю - максимальную балльную оценку, при краш испытании по системе EURO NCAP на фронтальный удар о сминаемый и несминаемый барьеры, конструктивны и хорошо вписываются в дизайн автомобиля, а при постановке этих защитных устройств на легковой военный внедорожник - чтобы обеспечивалась эффективная защита его экипажа при таранном воздействии на препятствие, и величина зазоров b расчетом подобрана так, что обеспечивается высокая эффективность защиты при любом направлении бокового удара в бампер автомобиля.

Предлагается также пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля (см. фиг. 1), отличающееся тем, что детали корпуса - балки 1 - прямая балка 5 и основание 6 изготовлены из алюминиевого сплава.

Предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, отличающееся тем, что параметры гофрированных, многослойных, многопролетных пакетов 2 выбраны так, что не только натяг по вершинам гофров пакетов, созданный при сборке устройства, но и деформация гофров вплоть до полного их выпрямления происходила в упругой зоне деформации пакетов.

Предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, отличающееся тем, что параметры гофра гофрированных лент 3 подобраны так, что при фронтальном ударе при краш-испытании гофры деформируются, не только упруго, но и пластически, и при этом даже допускается при полном выпрямлении гофров образование пластического шарнира и даже поломка гофрированных лент в сечении, расположенном в вершине центрального гофра.

Предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, отличающееся тем, что толкатель 4 (см. фиг. 5) состоит из нескольких частей 12, установленных встык вдоль продольной оси устройства, причем длина первой части толкателя L₁=(L₂+L₃+2) мм, где L₂ - длина крепежной части толкателя, L₃ - длина корпуса - балки и суммарная длина остальных k частей толкателя и длина любой =2, 3,…, k - ой части 12 толкателя 4 равна L_i=(1,5÷2)t, где t шаг гофров пакетов 2 пенального устройства.

Кроме того, предлагается пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля (см. фиг. 6), отличающееся тем, что толкатели 4 выполнены с отогнутыми вверх концами 13 и предлагаемые устройства установлены так на автомобиль, что отогнутые концы 13 толкателей 4 выступают за штатный бампер 14 автомобиля на расстояние и к этим концам винтами 10 и гайками 15 (на фиг. показаны условно) крепится кенгурятник 16.

Кроме того, как и у одного из вариантов прототипа, корпус пенального защитного устройства (см. фиг. 7) может быть выполнен как лонжерон 17 кузова автомобиля, а в качестве основания используется дно 18 кузова автомобиля, к которому крепится лонжерон 17.

Также, как и у прототипа, на фиг. 8 показан возможный вариант исполнения предлагаемых пенальных защитных устройств - три пенальных устройства, собраны в общем корпусе 19, жестко соединенным винтами 10 с общим основанием 20.

Сборка предлагаемых пенальных защитных устройств проста, ясна из описания их конструкции и иллюстраций, и не описывается.

Работа предлагаемых пенальных защитных устройств в основном описана выше.

Доля кинетической энергии удара, потраченная на работу сил сухого трения в устройстве, превращается в тепло, а доля кинетической энергии, пошедшая на создание упругой деформации пакетов устройства на первом размахе ударного воздействия превращается в потенциальную энергию упругой деформации и, как уже указывалось, остается «запертой» в устройстве. Чем интенсивнее и больше на размахе ударного воздействия поглощается кинетической энергии, тем интенсивнее и больше убывает скорость соударения на этом размахе, и в результате также интенсивно растет длительность размаха. На основании третьего закона Ньютона можно утверждать, что во сколько раз возрастает длительность размаха ударного воздействия, во столько раз уменьшается амплитуда ударной силы на этом размахе.

Предлагаемое пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля конструктивно просто. Технологии его изготовления и сборки также достаточно просты. Поэтому это устройство не будет дорогим.

Оно универсально и может быть применено на любых марках легковых, да и не только легковых автомобилей, но, как уже указывалось, его целесообразно и предпочтительно применять в соединении с ранее предложенными нами бамперными защитными устройствами (см., например, бамперное защитное устройство по патенту РФ №2478052) на тяжелых легковых автомобилях и микроавтобусах с массой М≥1500÷3000 кг. Ниже для удобства изложения шарнирное соединение бамперного защитного устройства с предлагаемыми пенальными защитными устройствами будем называть защитным комплексом.

Оно расчетно. Нами разработаны конечно элементные модели с учетом упругой и пластической деформацией гофров их пакетов, как бамперных защитных устройств, с которыми шарнирно соединяются предлагаемые пенальные защитные устройства, так и самих предлагаемых пенальных устройств, для расчета фронтального удара вдоль продольной оси автомобиля и бокового удара в направлении, перпендикулярном продольной оси автомобиля.

Для доказательства высокой эффективности этих защитных комплексов для повышения пассивной безопасности любого легкового автомобиля - их универсальности и полезности, необходимо доказать их достаточно высокую эффективность в наиболее трудном для такого эффективного повышения безопасности случае - у легкового серийно выпускаемого автомобиля с большой массой и низкой балльной оценкой.

В проведенном нами расчетном исследовании в качестве такого автомобиля выбран серийно выпускаемый автомобиль с массой М=2700 кг с очень низкой балльной оценкой - всего 3,7 балла (из 16 возможных по системе EURO - NCAP).

К сожалению, опубликованные результаты краш испытаний этого автомобиля не полны и не дают возможности определить его УФХ, необходимые для определения УФХ этого автомобиля с установленным на него защитным комплексом. Из опубликованных результатов краш-испытаний этого автомобиля на фронтальный удар о сминаемый барьер нам удалось, для определения УФХ этого автомобиля (без защитного комплекса) воспользоваться только тремя параметрами: длительностью первого размаха системы «сминаемый барьер - автомобиль» T₁=0.06 сек., зоной смятия барьера 5 S_мб=300 мм и зоной смятия автомобиля S_мa=400÷460 мм. Зная массу автомобиля М, длительность Т₁ и стандартную начальную скорость соударения при краш испытаниях на фронтальный удар о сминаемый барьер V₀ в м/сек., из третьего закона Ньютона сразу найдем величину амплитуды ударной силы Р_а (для формы ударного импульса в виде прямоугольного синуса) на первом размахе системы «сминаемый барьер - автомобиль». Для выбранного автомобиля Р_а ≈ 8000 кН.

Нами разработана методика, которая даже при указанной неполноте базы данных позволяет определять достаточно достоверно эффективность использования предлагаемого защитного комплекса (и, следовательно предлагаемого пенального защитного устройства) на конкретном легковом автомобиле, определяемую коэффициентом эффективности - параметром E_ƒ=Р_а / P_aп, где Р_ап - амплитуда ударной силы при краш испытании автомобиля с пенальными устройствами.

Эта методика здесь не описывается, так как пока является нашим «ноухау».

Проведенные нами расчетные исследования, выполненные по этой методики, позволили для легкового автомобиля, по энергетическим параметрам подобного вышеописанному, разработать несколько вариантов защитного комплекса, обеспечивающих при краш - испытаниях на фронтальный удар системе «сминаемый барьер - защитный комплекс -автомобиль» коэффициент эффективности E_ƒ ≈ 1, 5. Следовательно, постановка на легковой автомобиль предлагаемого защитного комплекса даже в таком тяжелом случае, как выше описанный, снижает амплитуды сил при ударном воздействии при краш испытании на фронтальный удар более, чем в 1,5 раза. Заметим, что такое снижение ударной силы, по - видимому, может повысить балльную оценку этого автомобиля, если не до максимальной, то до очень высоких значений. Сейчас этот автомобиль стоит в десяток раз меньше легковых автомобилей такой же массы, но с максимальной балльной оценкой. Постановка предлагаемого защитного комплекса на этот автомобиль увеличит его стоимость всего на несколько тысяч рублей, но существенно повысит его кокурентноспосбность и превликательность для покупателей.

Заметим, что постановка предлагаемых защитных устройств на любой автомобиль никак не мешает использованию на нем других средств его защиты, в том числе индивидуальных средств защиты водителя и пассажиров. Наоборот, из рассмотренного примера видно, что длительность первого размаха системы при ударном воздействии также увеличивается более, чем в 1,5 раза. А это упрощает создание и доводку подушек безопасности, более, чем существующие, комфортно воздействующих на потерпевших.

Предлагаемые устройства относятся к механическим средствам защиты. Поэтому защиту автомобилей этими средствами логично назвать механической. По нашему мнению, у механической защиты всех типов автомобилей большие резервы. Поэтому логично также предположить, что разработка и внедрение таких механических защитных устройств, для защиты автомобиля спереди, сзади и с обоих боков, основанные на новейших достижениях научной, конструкторской мысли и дизайна, снова станут обязательными для каждого автомобиля, как одно из важнейших средств, повышающих пассивную безопасность автомобиля и значительно снижающих травматизм и смертность при ДТП.

Изобретение относится к области защитных устройств, повышающих пассивную безопасность автомобиля. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля содержит корпус-балку и два многослойных, многопролетных гофрированных пакета, набранных "гофр в гофр" из омедненных, стальных, шлифованных, каленых или нагартованных гофрированных лент. Корпус-балка выполнен из двух жестко соединенных по их длине деталей прямой балки с П-образным поперечным сечением и основания. Внутри корпуса-балки расположен толкатель, выполненный в виде полосы с прямоугольным сечением, и толкатель со стороны действия ударной нагрузки выступает на величину, большую хода толкателя, а гофрированные пакеты с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем. Рабочие поверхности прямой балки, корпуса-балки и основания, на которые опираются гофрированные пакеты, образуют пустое пространство в форме усеченного клина, с осью симметрии, совпадающей с продольной осью пенального устройства, с углом клина α, обеспечивающим самоторможение толкателя в любом его положении относительно корпуса-балки на втором и всех последующих размахах ударного воздействия, и горизонтальная сторона прямоугольного поперечного сечения этого клина имеет постоянный размер, а вертикальная - уменьшается по высоте по мере удаления от точки приложения ударной нагрузки. Толкатель в продольном сечении выполнен в форме клина, ответного этому клину, и обеспечивающего одинаковость натяга по всем вершинам гофрированных пакетов. Рабочие поверхности корпуса-балки по обоим концам гофрированных пакетов имеют свободные участки длиной, большей смещения крайней вершины гофрированного пакета по рабочей поверхности при полном выпрямлении гофрированного пакета. Ширина толкателя меньше ширины гофрированного пакета и между боковыми сторонами толкателя и стенками корпуса-балки имеются зазоры. Основание выполнено с продольными боковыми фланцами с отверстиями для крепления пенального устройства к раме автомобиля. Обеспечивается эффективная защита экипажа при любом направлении бокового удара в бампер автомобиля. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, содержащее корпус-балку и два многослойных многопролетных гофрированных пакета, набранных "гофр в гофр" из омедненных, стальных, шлифованных, каленых или нагартованных гофрированных лент, корпус-балка выполнен из двух жестко соединенных по их длине деталей прямой балки с П-образным поперечным сечением и основания, внутри корпуса-балки расположен толкатель, выполненный в виде полосы с прямоугольным сечением, и толкатель со стороны действия ударной нагрузки выступает на величину, большую хода толкателя, а гофрированные пакеты с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем, отличающееся тем, что рабочие поверхности прямой балки, корпуса-балки и основания, на которые опираются гофрированные пакеты, образуют пустое пространство в форме усеченного клина с осью симметрии, совпадающей с продольной осью пенального устройства, с углом клина α, обеспечивающим самоторможение толкателя в любом его положении относительно корпуса-балки на втором и всех последующих размахах ударного воздействия, и горизонтальная сторона прямоугольного поперечного сечения этого клина имеет постоянный размер, а вертикальная - уменьшается по высоте по мере удаления от точки приложения ударной нагрузки, а толкатель в продольном сечении выполнен в форме клина, ответного этому клину, и обеспечивающего одинаковость натяга δ в мм по всем вершинам гофрированных пакетов, рабочие поверхности корпуса-балки по обоим концам гофрированных пакетов имеют свободные участки длиной, большей смещения крайней вершины гофрированного пакета по рабочей поверхности при полном выпрямлении гофрированного пакета, ширина толкателя меньше ширины гофрированного пакета и между боковыми сторонами толкателя и стенками корпуса-балки имеются зазоры b, основание выполнено с продольными боковыми фланцами с отверстиями для крепления пенального устройства к раме автомобиля, корпус-балка имеет горизонтальный разъем и его обе детали прямая балка и основание скреплены винтами, причем два из них, расположенные в сечении, проходящем через центральные вершины гофрированных пакетов, проходят через выкружки, выполненные в боковых сторонах гофрированных пакетов, и фиксируют пакеты, при ударном воздействии, от смещения, как твердого тела, вдоль продольной оси пенального устройства, и параметры пенального защитного устройства расчетом подобраны так, что при постановке пенальных устройств и бамперного защитного устройства на автомобиль, находящийся в эксплуатации, обеспечивают ему хорошую или максимальную балльную оценку, а вновь создаваемому автомобилю - максимальную балльную оценку при краш-испытании по системе EURO NCAP на фронтальный удар о сминаемый и несминаемый барьеры, конструктивны и хорошо вписываются в дизайн автомобиля, а при установке этих защитных устройств на легковой военный внедорожник обеспечивают эффективную защиту его экипажа при таранном воздействии на препятствие, и величина зазоров b расчетом подобрана так, что обеспечивается высокая эффективность защиты при любом направлении бокового удара в бампер автомобиля.

2. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.1, отличающееся тем, что детали корпуса-балки прямая балка и основание изготовлены из алюминиевого сплава.

3. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.2, отличающееся тем, что параметры гофрированных многослойных многопролетных пакетов выбраны так, что не только натяг по вершинам гофров пакетов, созданный при сборке устройства, но и деформация гофров вплоть до полного их выпрямления происходила в упругой зоне деформации пакетов.

4. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.3, отличающееся тем, что параметры гофра гофрированных лент подобраны так, что при фронтальном ударе при краш-испытании гофры деформируются, не только упруго, но и пластически, и при этом даже допускается при полном выпрямлении гофров образование пластического шарнира и даже поломка гофрированных лент в сечении, расположенном в вершине центрального гофра.

5. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.4, отличающееся тем, что толкатель состоит из нескольких частей, установленных встык вдоль продольной оси устройства, причем длина первой части толкателя L₁=(L₂+L₃+2) мм, где L₂ - длина крепежной части толкателя, L₃ - длина корпуса - балки и суммарная длина остальных k частей толкателя и длина любой =2, 3,…, k - ой части толкателя равна L_i=(1,5÷2)t, где t шаг гофров пакетов пенального устройства.

6. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.5, отличающееся тем, что толкатели выполнены с отогнутыми вверх концами и предлагаемые устройства установлены так на автомобиль, что отогнутые концы толкателей выступают за штатный бампер автомобиля на расстояние и к этим концам винтами и гайками крепится кенгурятник.