Устройство для отвода от автомобиля энергии встречного удара
Владельцы патента RU 2559668:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Устройство для отвода от автомобиля энергии встречного удара включает установленную в передней части автомобиля подвижную ударную поверхность. Подвижная ударная поверхность выполнена в виде изогнутой в форме части полого цилиндра пластины из среднеуглеродистой пластичной стали. Подвижная ударная поверхность прикреплена к передней части автомобиля с наклоном вниз консольно своим горизонтально ориентированным верхним продольным ребром с обращенной вверх выпуклой стороной. В зоне крепления пластины вдоль линии вышеуказанного ребра сформирован плоский пластический шарнир. Пластический шарнир обеспечивает при ударном изгибе пластины контактное взаимодействие ее нижнего продольного ребра с искусственно выполненной шероховатостью с поверхностью дорожного полотна. Полость между пластиной и передней частью автомобиля заполнена энергопоглощающим упругопластическим материалом. Достигается повышение надежности автомобиля за счет снижения энергии встречного удара. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройствам для активного гашения скорости и энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.
Известны противоударные энергопоглощающие устройства для систем обеспечения пассивной безопасности транспортных средств, содержащие закрепленные на опорной панели и раме в передней части кузова ячеистую облицовку из упругопластического материала с ячейками, образованными ребрами, армированными снаружи сеткой и заполненными полимерными пеноматериалами /см., например, а.с. СССР №965840, кл. B60R 19/08, B62D 25/08, 1980 [1]; а.с. СССР №1500529, кл. B60R 19/03, B62D 25/08, 1987/ [2].
Известны также противоударные устройства для автомобилей, содержащие ударный брус, укрепленный на кузове с помощью направляющих и толкателей, упруго установленных с помощью пакетов деформирующихся элементов в полостях рамы, связанных между собой поперечинами /см., например, а.с. СССР №664544, кл. B6R 19/08, F16F 13/00, 1972/ [3].
Недостатками известных устройств является их сравнительно низкая эффективность защиты при серьезных ударных столкновениях транспортного средства с препятствием или другим транспортным средством, характеризующихся малой продолжительностью и значительной кинетической энергией удара. Это объясняется тем, что сама реализация данными устройствами пассивного метода обеспечения безопасности за счет поглощения и диссипации энергии удара в упругопластических элементах конструкции, преобразования кинетической энергии удара в другие виды энергии и т.п. не уменьшает энергию изначального удара, действующего на автомобиль, и кардинально решить вопросы защиты при указанном характере ударных взаимодействий не позволяет.
Кроме того, известны комбинированные устройства для отвода от автомобиля части энергии встречного удара в землю, содержащие нижний тормозной механизм, снабженный подпружиненной пластиной с башмаком на конце и средствами переключения и регулировки тормозного механизма для его сцепления с землей /см. патент США №3472332, кл. B60R 19/09, 1969/ [4].
Недостатками известного устройства является предельная сложность конструкции и низкая надежность, обусловленные необходимостью использования специальных силовых рычажных механизмов, исполнительных устройств, средств их переключения и регулировки.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для отвода от автомобиля энергии встречного удара, содержащее установленную в передней части автомобиля подвижную ударную поверхность, снабженную металлическими упорами продольной формы с заостренными для внедрения в дорожное полотно концами, при этом упоры соединены с ударной поверхностью шарнирно и связаны с механизмами их опускания на дорожное полотно при воздействии ударной силы типа рычажных передач, электронно-управляемых систем или пиротехнических устройств /см. патент РФ на изобретение №2307037, кл. B60R, 19/02, B60T 1/14, 2004/ [5], и принятое за прототип.
Данное устройство позволяет смягчить действие на автомобиль ударной нагрузки за счет передачи части энергии встречного удара в землю. Однако устройство-прототип имеет предельно сложную конструкцию вследствие сложности исполнительных рычажных механизмов, электромагнитно управляемых, пиротехнических и т.п. механизмов опускания упоров на дорожное полотно, снижающих к тому же надежность устройства, замедляющих время его срабатывания и часто требующих применения специальных источников питания. Кроме того, эффект устройства проявляется только при наезде подвижного объекта на защищаемый автомобиль и отсутствует при наезде защищаемого автомобиля на неподвижный объект /см. [5], описание по заявке, стр. 6/, что резко ограничивает функциональные возможности устройства.
Сущность изобретения заключается в создании устройства для отвода от автомобиля энергии встречного удара путем передачи части энергии в момент удара в землю, а также эффективным гашением и демпфированием энергии удара, обладающего при этом предельной простотой конструкции, высокой надежностью и эксплуатационными характеристиками, широкими функциональными возможностями за счет проявления эффекта защиты от удара как при наезде подвижного объекта на защищаемый автомобиль, так и при наезде защищаемого автомобиля на неподвижный объект.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение надежности, расширение его функциональных возможностей и улучшение эксплуатационных характеристик.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для отвода от автомобиля энергии встречного удара, включающем установленную в передней части автомобиля подвижную ударную поверхность, особенность заключается в том, что подвижная ударная поверхность выполнена в виде изогнутой в форме части полого цилиндра пластины из среднеуглеродистой пластичной стали, прикрепленной к передней части автомобиля с наклоном вниз консольно своим горизонтально ориентированным верхним продольным ребром и с обращенной вверх выпуклой стороной, при этом в зоне крепления пластины вдоль линии вышеуказанного ребра сформирован плоский пластический шарнир, обеспечивающий при ударном изгибе пластины контактное взаимодействие ее нижнего продольного ребра с поверхностью дорожного полотна, а полость между пластиной и передней частью автомобиля заполнена энергопоглощающим упругопластическим материалом. При этом пластический шарнир сформирован выполнением в пластине либо параллельно рядом с ребром ее крепления периодических сквозных отверстий, либо выполнением на нижней стороне пластины параллельно рядом с ребром ее крепления углубления с расширенным вниз треугольным сечением.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображено предлагаемое устройство в исходном состоянии: на фиг. 1 - на виде спереди с пластическим шарниром в форме сквозных отверстий; на фиг. 2 - на виде сбоку с пластическим шарниром в форме углубления; на фиг. 3 - устройство после его ударного пластического изгиба.
Устройство для отвода от автомобиля энергии встречного удара содержит установленную в передней части автомобиля 1, то есть непосредственно перед объектом защиты в его бамперной зоне, подвижную ударную поверхность, выполненную в виде изогнутой в форме части полого цилиндра пластины 2 из среднеуглеродистой пластичной стали. Пластина 2 прикреплена /приварена/ по всей ширине передней части автомобиля 1 с наклоном вниз консольно своим верхним ребром 3, при этом ребро 3 ориентировано горизонтально, пластина 2 обращена своей выпуклой стороной вверх. В зоне консольного крепления пластины 2 к передней части автомобиля 1, то есть вдоль линии ее верхнего ребра 3, сформирован плоский пластический шарнир, обеспечивающий при ударном воздействии на пластину 2 спереди ее пластический изгиб вокруг верхнего продольного ребра 3. При этом геометрические размеры, форма, радиус кривизны исходного изгиба и исходный наклон пластины 2 вниз выбраны таким образом, что вышеуказанный пластический изгиб обеспечивает контактное взаимодействие нижнего продольного ребра 4 пластины 2 с поверхностью дорожного полотна 5, причем для обеспечения более надежного контактного взаимодействия на ребре 4 выполнена искусственная шероховатость в форме зубчатой накатки 6. Полость между вогнутой стороной пластины 2 и передней частью автомобиля 1 заполнена энергопоглощающим упругопластическим материалом 7, в качестве которого использован, например, полимерный пеноматериал, заливающийся в жидком виде с последующей полимеризацией в ячеистую структуру /см. [1], [2]/, закрепленную на внутренней вогнутой стороне пластины 2. При этом пластический шарнир вдоль линии верхнего ребра 3 крепления пластины 2 сформирован либо выполнением в пластине 2 параллельно и рядом с ребром 3 периодических сквозных отверстий 8 малого диаметра порядка 3-4 мм /см. фиг. 1/, либо выполнением /см. фиг. 2 и фиг. 3/ на нижней вогнутой стороне пластины 2 параллельно рядом с ребром 3 по всей длине пластины 2 углубления 9 с расширенным вниз треугольным сечением, то есть с размещением основания треугольника сечения 9 в нижней поверхности пластины 2. В качестве среднеуглеродистой пластической стали для изготовления пластины 2 использована сталь марки 0,8 кп /кипящая/ /ГОСТ 1050-60/ с содержанием углерода 0,05-0,11%, применяемая обычно для холодной штамповки и глубокой вытяжки различных пластических деталей.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
При слабых /низкоэнергетических/ столкновениях автомобиля 1 с препятствием или другим транспортным средством с малыми ударными нагрузками происходит упругий изгиб пластины 2 либо, в худшем случае, легкий пластический изгиб. В этом случае гашение кинетической энергии удара происходит за счет диссипации кинетической энергии удара как в материале пластины 2, так и в энергопоглощающем упругопластическом материале 7, подвергающемся изгибно-сжимающим деформациям. При мощных столкновениях со значительными ударными нагрузками происходит пластический изгиб пластины 2 вокруг плоского пластического шарнира, образованного элементами 3, 8, 9 пластины 2, сопровождающийся деформацией /сплющиванием/ сквозных отверстий 8 в зоне шарнира и углубления 9 треугольного сечения /см. фиг. 3/ со сближением наклонных сторон треугольного сечения, приводящий к полному формоизменению пластины 2 с увеличением радиуса ее кривизны и возникновению силового контакта ребра 4 пластины 2 с зубчатой накаткой 6 с поверхностью дорожного полотна 5. В результате такого контакта зубья накатки 6 вдавливаются в грунт дорожного полотна 5, в ледяную корку либо обеспечивают возникновение значительных сил трения с асфальтовым или бетонным покрытием дорожного полотна 5. Такое контактное взаимодействие деформированной пластины 3, во-первых, обеспечивает резкое гашение кинетической энергии встречного удара, а во-вторых - что является самым главным - обеспечивает частичную передачу /отвод/ исходной кинетической энергии удара в землю. При этом, в отличие от устройства-прототипа [5], эффективность работы устройства не зависит от того, наезжает ли автомобиль с предлагаемым устройством на неподвижный объект, либо, наоборот, подвижный объект наезжает на защищаемый автомобиль 1. Вышеуказанный пластический изгиб пластины 2 с ее формоизменением и максимально возможным сближением с передней частью автомобиля 1 сопровождается резкими высокоинтенсивными изгибно-сжимающими деформациями упругопластического материала 7, приводящими как к его сплющиванию практически до плоского состояния, так и выдавливанию наружу из полости между пластиной 2 и передней частью автомобиля. Естественно, что такие деформации дополнительно обуславливают интенсивную диссипацию и поглощение кинетической энергии удара.
Предложенное устройство характеризуется предельной простотой конструкции, высокими надежностью и эффективностью гашения удара, а также повышенными эксплуатационными характеристиками. Это объясняется реализацией в данном устройстве принципа активного гашения встречного удара за счет отвода от автомобиля части энергии удара в землю, дополнения активного гашения интенсивной диссипацией энергии удара с помощью энергопоглощающих элементов, полным исключением из состава устройства механических, упругих и рычажных передач, электрических и электромагнитных исполнительных, регулировочных и т.п. механизмов, замедляющих процесс срабатывания устройства и требующих, в ряде случаев, специальных источников питания.
1. Устройство для отвода от автомобиля энергии встречного удара, включающее установленную в передней части автомобиля подвижную ударную поверхность, отличающееся тем, что подвижная ударная поверхность выполнена в виде изогнутой в форме части полого цилиндра пластины из среднеуглеродистой пластичной стали, прикрепленной к передней части автомобиля с наклоном вниз консольно своим горизонтально ориентированным верхним продольным ребром с обращенной вверх выпуклой стороной, при этом в зоне крепления пластины вдоль линии вышеуказанного ребра сформирован плоский пластический шарнир, обеспечивающий при ударном изгибе пластины контактное взаимодействие ее нижнего продольного ребра с искусственно выполненной шероховатостью с поверхностью дорожного полотна, а полость между пластиной и передней частью автомобиля заполнена энергопоглощающим упругопластическим материалом.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластический шарнир сформирован выполнением в пластине параллельно рядом с ребром ее крепления периодических сквозных отверстий.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластический шарнир сформирован выполнением на нижней стороне пластины параллельно рядом с ребром ее крепления углубления с расширенным вниз треугольным сечением.
