Изобретение относится к бамперам транспортного средства такого как легковые и грузовые автомобили, автобусы и тому подобное. Более определенно данное изобретение относится к эластомерному бамперу, способному поглощать энергию удара транспортного средства о препятствие.
Непневматические поглощающие энергию бамперы обычно состоят из эластомер- ной оболочки, которая крепится к транспортному средству и включает множество вертикальных ребер жесткости, которые сконструированы так. чтобы поглощать энергию удара. Как весьма подробно будет раскрыто далее, будучи эффективными для некоторых применений, эти бамперы имеют достаточно ограниченные характеристики поглощения и могут быть приемлемы для
ударов на более высоких скоростях только тогда, когда они делаются весьма громоздкими.
Целью изобретения является повышение эффективности поглощения энергии.
На фиг,1 изображен разрез известного бампера; на фиг.2 представлена кривая, показывающая деформацию I бампера в дюймах в зависимости от силы удара Р в фунтах, для испытаний, проведенных с известным бампером по фиг.1; на фиг.З изображен частичный продольный разрез бампера фиг.4, показывающий бамперный модуль в соответствии с настоящим изобретением сзади; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.З; на фиг.5 изображена кривая, показывающая деформацию бампера в дюймах в зависимости от силы удара в фунтах, для испытаний, проведенных с бампером по настоящему изобретению, показанным на фиг.З и 4; на фиг.6, 7, 8 изображены разрезы бампера, изображенного на фиг.4, последовательно показывающие деформацию бампера при ударе.
Известный бампер включает металлическую заднюю пластину 1, которая может крепиться спереди или сзади транспортного средства. Задняя пластина 1 несет бам- перный модуль 2, который включает передний ударный торец 3 и верхнюю и нижнюю стенки 4 и 5, соответственно. Задние концы стенок 4 и 5 установлены в пазах б пластины 1 и прикреплены к ней. Внутри модуля 2 продольно разнесено множество Ообразных вертикальных ребер 7, которые распространяются назад от ударного торца 3 и вдоль верхней и нижней стенок 4 и 5, Бампер имеет верхнее и нижнее крылья 8 с ребрами жесткости 9, распространяющимися от них к верхней и нижней стенкам 4 и 5. Эти крылья предназначены для эстетических целей и обычно не играют роли для характеристик поглощения энергии системы.
Энергия, поглощаемая прототипным бампером или любым поглощающим энергию бампером, равна кинетической энергии транспортного средства, т.е. общая поглощаемая энергия равна работе, выполняемой по остановке транспортного средства. Эта работа равна силе, возникающей между бампером и препятствием, умноженной на величину деформации бампера, которая уменьшает скорость транспортного средства до нуля.
Результаты испытаний, выполненных с известным бампером, показаны в табл.1.
Табл.1 показывает, что транспортное средство, оборудованное известным бампером, ударялось о препятствие в диапазоне скоростей от 0,5 до 5 миль в час с инкрементом в 0,5 миль в час. Измерялись сила удара и деформация модуля. Поскольку было найдено, что силы примерно в 20000 фунтов приводят к аварии транспортного средства. Таблица 1 отражает, что удар при скорости примерно 5 миль в час является для известного бампера максимально допустимым.
На фиг.2 показана кривая, соответствующая данным таблицы 1, т.е. зависимость деформации I в дюймах от силы Р в фунтах. Площадь под результирующей кривой равна выполненной работе или энергии, поглощенной известным бампером. Для выполнения большей работы, т.е. поглощения большей энергии, идеальная кривая должна представлять большие силы при меньших деформациях, за которыми следуют постоянные силы при больших отклонениях так, чтобы максимизировать площадь под кривой, т.е. работу.
Конфигурация узла бампера в соответствии с настоящим изобретением показана на фиг.З и 4 Узел бампера включает продольно распространяющуюся заднюю суппортную пластину 10, имеющую направленные внутрь фланцы 11 для крепления
0 пластины 10 спереди или сзади транспортного средства с помощью соответствующего средства, такого как болты или тому подобное. Пластина 10 также снабжена верхним и нижним пазами 12, которые входят в
5 зацепление с бамперным модулем 13. Пластина 10 предпочтительно выполнена из алюминия, но может быть из большинства металлических материалов.
Бамперный модуль 13 включает в об0 щем вертикальный ударный торец 14 противоположный суппортной пластине 10 с верхней стенкой 15 и нижней стенкой 16, распространяющимися в общем вбок по направлению к суппортной пластине 10. кон5 цы стенок 15 и 16 снабжены участком, буртика 17 меньшей толщины, который вставляется внутрь пазов 12 пластины 10 и крепится там множеством любых приемлемых крепежных устройств, таких как само0 нарезные винты или тому подобное. Показанный модуль 13 обладает также верхним и нижним крыльями 18 с ребрами жесткости 19, распространяющимися к стенкам 15 и 16. Крылья 18 для эстетических
5 целей и не играют заметной роли для характеристик поглощения энергии бампера.
Вдоль модуля 13 продольно разнесено множество верхних ребер 20, которые распространяются вбок и внутрь от ударного
0 торца 14 и вдоль верхней стенки 15 по направлению к суппортной пластине, оканчиваясь прямо перед ней. Показанные ребра ориентированы по вертикали, но бампер будет эффективно работать, если они ориенти5 рованы иным образом, например под углом. Вдоль модуля 13 аналогично продольно разнесено множество нижних ребер 21, которые продольно расположены на одной линии с ребрами 20. Нижние ребра 21 рас0 пространяются вбок и внутрь от ударного торца 14 и вдоль нижней стенки 16 в сторону суппортной пластины, оканчиваясь прямо перед ней. Ребра 21 аналогично ребрам 20 показаны ориентированными вертикально,
5 но могут также быть ориентированы под углом без значительного изменения эффективности бампера.
И верхние ребра 20 и нижние ребра 21 показаны оканчивающимися прямо перед центром ударного торца 14, оставляя небольшое пространство 22 в центре ударного торца 14. Вдоль ударного торца 25 продольно расположена в общем горизонтальная планка 23, которая распространяется вбок и назад из пространства 22 в сторону суппортной пластины 20, оканчиваясь прямо перед ней.
Способ, которым действует бампер, поглощая энергию удара вЧорец 14, показан на фиг. 6. 7, 8, включительно, которые изображают последовательную деформацию бампера при ударе. Фиг.6 изображает модуль 13 сразу после удара, причем горизонтальная планка 23 только начинает касаться задней пластины 10. В этой точке в основном действуют только верхние и нижние ребра 20 и 21 вместе со стенками 15 и 16, поглощая силу, и, как показано на фиг.6, они начинают деформироваться или в общем выпучиваться наружу. Промежуток между концом горизонтальной планки 23 и задней пластиной 13 первоначально находится в диапазоне предпочтительно от половины дюйма до полутора дюймов и, таким образом, фиг.6 представляет деформацию бампера в этом диапазоне.
В этот момент горизонтальная планка 23 вступает в действие, существенно помогая верхним и нижним ребрам 20 и 21 и стенкам 15 и 16 поглощать удар. Таким образом, как показано на фиг.7, когда ребра 20 и 21, а также стенки 15 и 16, растягиваются далее, начинает изгибаться планка 23. Здесь действительную роль играет пространство 22, которое предоставляет планке 23 свободу изгибаться. Если планка 23 была бы ограничена слишком.жестко, создавались бы нежелательные силы.
Фиг.8 изображает модуль 13 при его дальнейшей деформации. Как показано, ребра 20 и 21, а также стенки 15 и 16, полностью растянуты и силы, действующие на планку 23, заставляют ее отклониться в растянутую область. Поскольку важно, чтобы планка 23 имела возможность свободно отклоняться в положение, показанное на фиг.8, высота модуля 13 должна быть достаточной, чтобы планка отклонялась без ограничений. Таким образом, высота модуля 13, т.е. высота ударного торца 14 должна быть примерно в два раза больше длины планки 23, чтобы, когда модуль полностью деформирован на фиг.8, обеспечить для планки достаточное пространство.
Повышенная эффективность бампера по сравнению с известным бампером лучше всего демонстрируется кривой фиг.5, которая основана на испытаниях бампера, результаты которых приведены в нижеследующей таблице 2.
Табл.2 показывает, что транспортное средство, снабженное бампером согласно данному изобретению, ударяется в препятствие в диапазоне скоростей от трех с поло- виной миль в час до восьми миль в час с интервалами в полмили в час. Измерялись сила удара и деформация модуля.
Результирующая кривая фиг.5 легко демонстрирует, что бампер выполняет боль0 шую работу, т.е. поглощает большую энергию, нежели известный. Фактически кривая фиг.5 представляет идеальную кривую с большими силами при меньших деформациях, за которыми идет участок
5 довольно постоянных сил при больших деформациях, тем самым максимизируя площадь под кривой, т.е. работу.
Кроме того, дальнейшие сравнения таблицы 1 с таблицей 2 и фиг.2 с фиг.5 демон0 стрируют усовершенствованный характер бампера. В известном примере верхний допустимый предел силы, т.е. 20000 фунтов, достигался при ударе со скоростью пять миль в час, тогда как изображенный на
5 фиг.З, 4 бампер может противостоять ударам при скорости почти 8 миль в час без превышения этого предела. Кроме того, при сравнении данных деформаций в дюймах при скоростях три с половиной мили в час
0 из таблицы 1 и пять с половиной миль в час из табл.2 видно повышение эффективности бампера примерно на две мили в час. Другими словами, при одной и той же деформации бампер может вынести удар при
5 скорости большей на две мили в час. Таким образом, в соответствии с изложенным здесь раскрытием может быть сконструирован более эффективный бампер меньших размеров, который противостоит таким же
0 ударам, как и известные бамперы.
Тогда как точная природа материала бампера для данного изобретения не критична, важно, чтобы модуль 13 со своими стенками 15 и 16, ребрами 20 и 21 и планкой
5 23 был из эластомерного материала, предпочтительно полиуретана. Хотя специфические свойства выбранного полиуретана могут изменяться в зависимости от окружающей среды, в которой может использо0 ваться бампер, желателен полиуретан с высокими свойствами растяжения и ударными качествами, которые допускают значительную деформацию без разрушения. Типичные свойства такого полиуретана
5 включают прочность на разрыв примерно 3100 фунтов на кв. дюйм, удлинение при разрыве 380%, сопротивление раздиранию 600 фунтов на кв. дюйм, твердость по Шеру 40 и модуль изгиба 15000 фунтов на кв. дюйм при температуре 72°F.
Точные размеры различных компонентов бампера и общие размеры не критичны, изменяясь в зависимости от специфического применения. Разумеется, как показывалось выше, бампер может быть сделан меньше и, следовательно меньшего веса и стоимости, нежели известный бампер, и поглощать удар при одинаковой скорости.
Размеры бампера, на котором проводились испытания, показанные в табл.2 и на фиг.5, можно считать типичными, Этот бампер включал модуль 13, который имел ударный торец примерно 10 дюймов высоты и глубину, т.е. расстояние от ударного торца до задней пластины 10, примерно шесть дюймов. Верхняя и нижняя стенки 15 и 16 имеют толщину полдюйма, так же как и центральная планка 13, длина которой примерно пять с четвертью дюймов. Ребра 20 и 21 имеют толщину четверть дюйма и продольно разнесены вдоль модуля на расстояние между их центрами восемь с половиной дюймов. Пространство 22 между ребрами 20 и 21 составляет примерно один дюйм, обеспечивая планке толщиной полдюйма достаточно места для свободного отклонения, как раскрыто выше.
Хотя можно считать, что все размеры идеальны, следует заметить, что они могут несколько изменяться без отделения от сути настоящего изобретения. Однако, было найдено, что если планка 23 сделана существенно толще, чем предпочтительные полдюйма, образуемые силы удара становятся слишком великими, а если ее сделать существенно тоньше, поглощается недостаточно энергии и деформация модуля становится несоответствующей. Однако, толщина планки 23 может несколько изменяться в зависимости от конкретного применения бампера, т.е. в зависимости, например, от веса транспортного средства, его скоростных возможностей и т.п.
Формула изобретения 1. Бампер транспортного средства, содержащий эластомерный модуль с продольно расположенными передним ударным торцом и верхней и нижней стенками, расположенными от ударного торца в сторону задней пластины, прикрепляемой к транспортному средству и входящей в зацепление с верхней и нижней стенками, отличающийся тем, что, целью повышения эффективности поглощения энергии, модуль выполнен с одними продольно разнесенными ребрами, расположенными от ударного торца вдоль верхней стенки в сторону задней пластины, продольно разнесенными другими ребрами, расположенными от ударного торца вдоль нижней стенки в сторону задней пластины, и продольной
планкой, расположенной от ударного торца между указанными выше одними и другими ребрами в сторону задней пластины для обеспечения поглощения деформации и выпучивания стенок и ребер при отклонении
указанной планки после удара.
2.Бампер по п.1,отличающийся тем, что пространство между первыми и вторыми ребрами вдоль ударного торца раздельно планкой, расположенной вдоль
ударного торца.
3.Бампер по п.1,отличающийся тем, что планка расположена до задней пластины.
4.Бампер по п.З, отличающийся тем, что расстояние между концом планки и
задней пластиной находится в диапазоне от половины дюйма до полутора дюймов (12,7- 38,1 мм).
5.Бампер по п.З, отличающийся тем, что боковая длина планки равна половине высоты указанного ударного торца.
6.Бампер по п. 1,отличающийся тем, что первые ребра размещены вдоль верхней стенки до задней пластины, и вторые ребра - вдоль нижней стенки до задней пластины,
7.Бампер по п.1,отличающийся тем, что первые и вторые ребра ориентированы вертикально вдоль ударного торца.
8. Бампер по п.7, отличающийся тем, что первые ребра в поперечной плоскости расположены на одной линии с вторыми ребрами.
9.Бампер по п.1,отличающийся тем, что модуль выполнен из полиуретанового материала.
10.Бампер по п,1,отличающийся тем, что боковая длина планки равна половине высоты ударного торца.
11, Бампер по п.10, о т л и ч а ю щи и с я
тем, что расстояние вдоль ударного торца между первыми и вторыми ребрами равно одному дюйму.
12.Бампер по п.11, о т л и ч а ю щ и и - с я тем, что толщина пленки равна полдюйма, а планка расположена на ударном торце в сторону задней пластины.
13.Бампер по п.12, о т л и ч а ю щ и и - с я тем, что толщина верхней и нижней
стенок равна полдюйма.
14.Бампер по п.13, отличающий- с я тем, что толщина первых и вторых ребер равна четверти дюйма.
1776240
10 Таблица 1
Изобретение относится к башмакам транспортных средств. Цель изобретения - повышение эффективности поглощения энергии. Бампер для транспортного средства включает эластомерный бамперный модуль (13), имеющий продольно распространяющийся ударный торец 14 и верхнюю и нижнюю стенки (15,16), распространяющиеся вбок по направлению к задней суппортной пластине 10, которая крепится к транспортному средству и которая входит в зацепление с верхней и нижней стенками 15, 16 модуля 13. Из ударного торца 14 распространяется в вбок вдоль верхней стенки 15 в сторону задней суппортной пластины 10 множество продольно разнесенных вверх их ребер 20. Аналогично из указанного торца 14 распространяется в общем вбок вдоль нижней стенки 16 в сторону задней суппортной пластины 10 множество продольно разнесенных нижних ребер 21. Между верхними и нижними ребрами 20, 21 на ударном торце 14 в сторону задней суппортной пластины 10 распространяется продольная планка 23. При ударе по ударному торцу 14 модуль 13 поглощает энергию удара. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
Таблица 2
фиг.1
фиг.з
Фиг. Z.
Z5 J.O t
18
-19 И#
-20
-21
-19
фиеЛ
о i.o гл з.о 4.о so t
Фиг.5
15
1776240
8 1920
л.
19fS
//
1В
фиг. 7
If
| Патент США № 4460206, кл.В 60 R19/02, 1984. |
