Энергопоглощающий буфер легкового автомобиля
Изобретение относится к средствам защиты транспортных средств при столкновениях и может найти применение для оснащения передних и задних бамперов легковых автомобилей, микроавтобусов и других транспортных средств. Конструкция буфера разделена на центральную и боковые секции, последние из которых отогнуты назад под заданным углом, и включает бампер и присоединенные к нему энергопоглощающие устройства, которые равномерно расположены по его длине на расстоянии друг от друга, причем два центральных энергопоглощающих устройства буфера, являющиеся зеркальным отображением друг друга, прилегают друг к другу. Каждое энергопоглощающее устройство включает определенное количество прилегающих друг к другу энергопоглощающих элементов, каждый из которых является зеркальным отображением соседнего, выполнен за одно целое из отрезка круглого металлического прута и включает основание, перемычку и раскос, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Основания энергопоглощающих элементов присоединены к наружной поверхности бампера, перемычки энергопоглощающих элементов расположены соосно друг другу и взаимодействуют с наружной поверхностью бампера, причем основания и раскосы энергопоглощающих элементов расположены горизонтально, а перемычки соответственно вертикально. Каждое энергопоглощающее устройство снабжено пластинчатыми пружинами и пластиной подвижного основания, при этом раскосы всех энергопоглощающих устройств левой и соответственно правой половины буфера обращены под заданным углом в разные стороны, соответственно в направлениях от середины к краям бампера. Конструкция буфера включает наружную обшивку, которая снабжена присоединенными к ее внутренней поверхности отдельными участками металлической полосы, что обеспечивает упорядоченное разрушение ее в заданных местах. Технический результат заключается в обеспечении защиты с высокой энергопоглощающей способностью и стабильностью характеристик амортизации легкового автомобиля при столкновении с преградой или другим легковым автомобилем. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.
Предлагаемое изобретение относится к средствам пассивной безопасности транспортных средств при столкновениях, обладающим высокой энергопоглощающей способностью, и может найти применение для оснащения передних и задних бамперов легковых автомобилей, микроавтобусов и других транспортных средств.
Известны многочисленные конструкции энергопоглощающих бамперов [1, 2, 3 и др.], включающие жесткие опорные поверхности, наружные обшивки и расположенные между ними амортизирующие устройства и элементы различных видов; однако они не обладают высокой энергопоглощающей способностью и не обладают возможностью многоразового применения после выполнения определенных ремонтных операций.
Известны конструкции многослойных амортизационных панелей и оболочек [4, 5 и др.], включающие несущие слои и соединенный с ними заполнитель в виде структуры армирующих элементов, каждый из которых выполнен в виде чередующихся поперечных один относительно другого участков - основания и полураскоса, расположенных в отстоящих одна относительно другой нормальных к несущим листам плоскостях и соединенных между собой перемычками, а с несущими листами - основаниями через перемычки, при этом ряды армирующих элементов соединены один с другим поочередно соответствующими основаниями и полураскосами, а в полостях между рядами армирующих элементов и оснований расположены соединенные с ними фигурные профили, углы которых выполнены в виде пластинчатых пружин. Указанные устройства обладают достаточно высокой энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, однако, в силу своего конструктивного исполнения не могут быть применены для защиты транспортных средств при столкновениях.
Наиболее близким - по совокупности признаков - аналогом является “Энергопоглощающий буфер грузового автомобиля” [6], включающий наружную обшивку, бампер П-образного сечения, присоединенный к несущей конструкции автомобиля, расположенные между ними и равномерно расположенные по длине бампера на расстоянии друг от друга энергопоглощающие устройства, присоединенные к наружной поверхности бампера, и другие вспомогательные элементы. Каждое энергопоглощающее устройство включает определенное количество прилегающих друг к другу энергопоглощающих элементов, каждый из которых является зеркальным отображением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом “памяти формы”, металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает основание, перемычку и раскос, причем основания всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства по всей своей длине присоединены к наружной поверхности бампера, перемычки соответственно расположены соосно друг другу и взаимодействуют своей боковой поверхностью с наружной поверхностью бампера, а прилегающие друг к другу раскосы расположены в одной плоскости, соединены между собой по всей своей длине и направлены наружу относительно бампера, при этом каждое энергопоглощающее устройство снабжено подвижным основанием в виде жесткой пластины, выполненной за одно целое с тремя боковыми выступами, и пластинчатыми пружинами, присоединенными к тыльной поверхности подвижного основания и выполненными, в частности, из материала, обладающего эффектом “памяти формы”.
Данное устройство отличается высокой энергоемкостью, стабильностью характеристик амортизации и возможностью многоразового использования, соответственно после выполнения несложных ремонтных операций и замены наружной обшивки и ряда других элементов.
К числу недостатков данного устройства необходимо отнести определенную сложность конструкции, а также то, что в силу своего конструктивного исполнения оно не может быть эффективно использовано для защиты легковых автомобилей.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, заключается в обеспечении защиты легкового автомобиля при столкновении с преградой или другим легковым автомобилем, причем защиты, обладающей высокой энергопоглощающей способностью и стабильностью характеристик амортизации, а также заключается в упрощении конструкции и снижении массовых характеристик.
Технический результат заключается в том, что кроме указанных выше достоинств и преимуществ, обеспечена возможность многоразового использования конструкции энергопоглощающего буфера и полного восстановления заданных характеристик после его деформации вследствие воздействия ударных нагрузок и соответственно после проведения несложных ремонтных операций и замены наружной обшивки.
Указанные технические результаты достигаются тем, что энергопоглощающий буфер легкового автомобиля, включающий наружную обшивку, бампер П-образного сечения, присоединенный к несущей конструкции автомобиля, расположенные между ними и равномерно расположенные по длине бампера на расстоянии друг от друга энергопоглощающие устройства, присоединенные к наружной поверхности бампера и включающие каждое определенное количество прилегающих друг к другу энергопоглощающих элементов, каждый из которых является зеркальным отображением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом “памяти формы”, металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает основание, перемычку и раскос, причем основания всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства по всей своей длине присоединены к наружной поверхности бампера, перемычки соответственно расположены соосно друг другу и взаимодействуют своей боковой поверхностью с наружной поверхностью бампера, а прилегающие друг к другу раскосы расположены в одной плоскости, соединены между собой по всей своей длине и направлены наружу относительно бампера, при этом каждое энергопоглощающее устройство снабжено подвижным основанием в виде жесткой пластины, выполненной за одно целое с тремя боковыми выступами, и пластинчатыми пружинами, присоединенными к тыльной поверхности подвижного основания и выполненными, в частности, из материала, обладающего эффектом “памяти формы”, дополнительно выполнен следующим образом: два центральных энергопоглощающих устройства, каждое из которых является зеркальным отображением другого, примыкают друг к другу, основания и раскосы всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства расположены горизонтально, перемычки энергопоглощающих элементов соответственно расположены вертикально, а раскосы всех энергопоглощающих устройств левой половины буфера и раскосы всех энергопоглощающих устройств правой половины буфера обращены каждый под заданным углом в разные стороны, соответственно в направлениях от середины к краям бампера, пластинчатые пружины дополнительно присоединены другим своим концом к наружной поверхности бампера, выступы пластин подвижных оснований имеют ширину, равную диаметру раскосов энергопоглощающих элементов, и обращены к поверхности бампера, а концевые участки горизонтальных выступов, прилегающие к перемычкам энергопоглощающих элементов, выполнены округленными и взаимодействуют своей торцевой поверхностью с наружной поверхностью бампера, при этом наружная обшивка снабжена присоединенными к ее внутренней поверхности отдельными участками металлической полосы, ряд пластин подвижных оснований снабжен выполненными с ними за одно целое площадками, расположенными параллельно поверхности бампера, и наружная обшивка присоединена к площадкам пластин подвижных оснований с помощью разъемных соединений; кроме этого, совокупность энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства может быть выполнена за одно целое, а концевые участки раскосов энергопоглощающих элементов и прилегающих к ним пластин подвижных оснований могут быть дополнительно выполнены полого изогнутыми в направлении к наружной поверхности и соответствующим краям бампера; помимо этого, вертикальная стенка П-образного профиля бампера и пластины подвижных оснований энергопоглощающих устройств выполнены каждая за одно целое с взаимно пересекающимися ребрами, например, вафельными.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез энергопоглощающего буфера - вид сверху; на фиг.2 представлено увеличенное изображение совокупности энергопоглощающих элементов одного энергопоглощающего устройства - вид спереди и соответственно два варианта их компоновки в составе устройства; на фиг.3 показано увеличенное изображение - разрез совокупности энергопоглощающих элементов и соответственно два варианта их выполнения; на фиг.4 представлено увеличенное изображение совокупности энергопоглощающих элементов (вид спереди) одного энергопоглощающего устройства, присоединенных к наружной поверхности бампера (причем положение пластины подвижного основания устройства условно показано пунктиром); на фиг.5 показано увеличенное изображение поперечного разреза подвижного основания энергопоглощающего устройства с присоединенными пластинчатыми пружинами; на фиг.6 показано увеличенное изображение продольного разреза сегмента энергопоглощающего буфера - вид сверху, причем возможные направления воздействия ударных нагрузок условно показаны стрелками; на фиг.7 представлено увеличенное изображение - разрез энергопоглощающего устройства, раскосы которого выполнены полого изогнутыми; на фиг.8 представлено увеличенное изображение - разрез частично деформированного энергопоглощающего устройства; а на фиг.9 показано увеличенное изображение совокупности энергопоглощающих элементов одного энергопоглощающего устройства, выполненных за одно целое - вид спереди.
Конструкция энергопоглощающего буфера включает (см. фиг.1, 6) бампер 1, выполненный в виде жесткого металлического профиля П-образного сечения и включающий центральную и две боковые секции, последние из которых отогнуты назад под заданным углом; для заднего буфера автомобиля все три секции целесообразно расположить в одну линию. При этом вертикальная стенка П-образного профиля 1 бампера для повышения его прочности и жесткости может быть выполнена за одно целое с взаимно пересекающимися ребрами жесткости 2, расположенными на ее тыльной поверхности, а места стыков центральной и двух боковых секций подкреплены дополнительными элементами. На наружной поверхности всех секций бампера 1 равномерно расположены энергопоглощающие устройства 3, причем два центральных энергопоглощающих устройства 3 центральной секции конструкции буфера, каждое из которых является зеркальным отображением другого, примыкают друг к другу.
Каждое энергопоглощающее устройство 3 включает (см. фиг.2, 3) определенное количество, а именно, четыре энергопоглощающих элемента 4, расположенных определенным заданным образом и вплотную прилегающих друг к другу, причем каждый из них является зеркальным отображением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом “памяти формы” [7], металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает горизонтальное основание 5, вертикальную перемычку 6 и горизонтальный раскос 7, свободный конец которого закруглен. Каждый раскос 7 расположен под заданным углом (относительно основания 5 и является рычагом, обеспечивающим скручивание перемычки 6, являющейся пластическим торсионом, относительно неподвижного основания 5 при воздействии ударной нагрузки. В составе каждого энергопоглощающего устройства 3 вертикальные перемычки 6 всех энергопоглощающих элементов 4 расположены соосно друг другу, горизонтальные основания 5 (см. фиг.4) во всей своей длине присоединены посредством сварочного шва 8 к наружной поверхности бампера 1, причем прилегающие друг к другу основания 5 также соединены между собой посредством сварочного шва 8. При этом концевые участки раскосов 7 (см. фиг.3 вид 6) и прилегающие к ним участки пластин подвижных оснований устройств 3 могут быть при необходимости выполнены полого изогнутыми (т.е. закругленными) в направлении к наружной поверхности бампера.
Конструкция каждого энергопоглощающего устройства 3 также включает (см. фиг.5-7) подвижное основание 9, выполненное в виде жесткой пластины 9, снабженной двумя горизонтальными выступами 10 и вертикальным выступом 11, которые имеют ширину, соответственно равную диаметру раскоса 7, и обращены к наружной поверхности бампера 1, причем прилегающие к перемычкам 6 энергопоглощающих элементов 4 концевые участки горизонтальных выступов 10 (см. фиг.6) выполнены закругленными и взаимодействуют своей торцевой закругленной поверхностью с наружной поверхностью бампера 1. При этом пластина 9 подвижного основания энергопоглощающего устройства 3 выполнена за одно целое с взаимно пересекающимися и расположенными на ее наружной (или внутренней) поверхности ребрами жесткости 12, например, вафельной, что обеспечивает заданную жесткость и прочность при минимальной массе. Пластина подвижного основания 9 жестко присоединена к раскосам 7 всех энергопоглощающих элементов 4 (по всей их длине) посредством сварочных швов 13, причем прилегающие друг к другу раскосы 7 также соединены между собой посредством сварочного шва 13. В составе конструкции буфера ряд пластин подвижных оснований 9 снабжен выполненными с ними за одно целое площадками 14, к которым с помощью разъемных соединений может быть дополнительно присоединена при необходимости наружная обшивка энергопоглощающего буфера. При этом следует отметить, что концевые участки раскосов 7 (см. фиг.3 вид б) и прилегающие к ним участки пластин 9 подвижных оснований устройств 3 (см. фиг.7) могут быть при необходимости выполнены полого изогнутыми (т.е. закругленными) в направлении к наружной поверхности и к соответствующим краям бампера; это обеспечивает увеличение площади поверхности подвижных оснований и в определенной степени расширяет возможности работы энергопоглощающих устройств 3 в случаях воздействия ударной нагрузки при столкновениях конструкции буфера с предметами различных размеров и формы и под разными углами.
Конструкция каждого энергопоглощающего устройства 3 включает также (см. фиг.5, 6, 7) по меньшей мере две пластинчатые пружины 15, присоединенные каждая к тыльной поверхности пластины подвижного основания 9 и присоединенные к наружной поверхности бампера 1. В случае выполнения совокупности энергопоглощающих элементов 4 согласно первого варианта (представленного на фиг.2 вид а), - две пластинчатые пружины 15 расположены соответственно в двух полостях между верхним и нижним горизонтальными выступами 10 пластины подвижного основания 9 и соответственно двумя сдвоенными парами раскосов 7 энергопоглощающих элементов 4, т.е. в верхней и нижней части энергопоглощающего устройства 3; при этом дополнительная третья пластинчатая пружина 15 может быть при необходимости размещена в полости между двумя сдвоенными парами раскосов 7 энергопоглощающих элементов 4, т.е. в средней части энергопоглощающего устройства 3. В случае выполнения совокупности энергопоглощающих элементов 4 согласно второго варианта (представленного на фиг.2 вид б), - две пластинчатые пружины 15 (см. фиг.5) расположены в полостях между сдвоенными раскосами 7, расположенными в средней части устройства, и соответственно верхним и нижним одинарными раскосами 7, присоединенными к верхнему и нижнему горизонтальными выступам 10 и пластине 9 подвижного основания с помощью сварочных швов 13.
Необходимо отметить, что в составе конструкции энергопоглощающего буфера все энергопоглощающие устройства 3 расположены и соответственно ориентированы таким образом, что подразделены на четыре группы: две группы устройств 3, раскосы которых обращены соответственно в разные стороны и направлены к краям бампера, расположены каждая в боковых секциях буфера, а другие две группы устройств 3 - левая и правая, раскосы которых обращены соответственно в разные стороны и направлены к краям бампера, расположены в центральной секции, что предопределяет возможность работы указанных групп энергопоглощающих устройств 3 при воздействии ударной нагрузки совместно и порознь.
Конструкция энергопоглощающего буфера также включает наружную обшивку 16, выполненную в виде П-образного профиля с закругленными назад концевыми участками, закрывающую энергопоглощающие устройства 3 и присоединенную с помощью разъемных соединений к бамперу 1 и площадкам 14 подвижных оснований 9 ряда энергопоглощающих устройств 3. При этом наружная обшивка 16 снабжена присоединенными к ее внутренней поверхности, например, с помощью клеевого соединения отдельными участками металлической полосы 17 и 18, расположенными с зазором друг относительно друга. Два из них, участки 17, расположены в левой и правой частях центральной секции конструкции буфера, соответственно напротив двух групп энергопоглощающих устройств 3, раскосы 7 и подвижные основания 9 которых обращены (см. фиг.1 и вид I) в разные стороны, соответственно в направлениях от середины к краям бампера 1, а два других участка 18 металлической полосы соответственно расположены в боковых секциях конструкции буфера. Применение отдельных участков металлической полосы, ширина которой в пределе может быть равна высоте пластин 9 подвижных оснований энергопоглощающих устройств 3, с одной стороны обеспечивает повышение прочности и жесткости определенных участков наружной обшивки, расположенных соответственно напротив групп энергопоглощающих устройств 3, которые будут работать совместно при воздействии ударных нагрузок, а с другой стороны обуславливает разрушение наружной обшивки 16 именно по месту зазоров между участками 17 и 18 металлической полосы, т.е. по месту стыков центральной и боковых секций и в середине центральной секции буфера.
Изготовление и сборка предлагаемой конструкции очень просты и выполняются обычными известными методами. Большинство конструктивных элементов изготавливается из обычных сталей и сплавов, обычными методами выполняются пластинчатые пружины, подвижные основания, бампер и наружная обшивка в виде П-образного профиля с закругленными назад концевыми участками, включающего участки металлической полосы, присоединенные к его тыльной поверхности. И только к изготовлению энергопоглощающих элементов, которые, в частности, могут быть выполнены из различных сталей - Ст.20, Ст.40Х и других, а также, с целью упрощения и ускорения ремонтных работ, из материала, обладающего эффектом “памяти формы” [7], например, никелида титана, предъявляются определенные требования. Каждый отрезок металлического прута заготовки энергопоглощающего элемента или всей совокупности элементов (см. фиг.9) данного энергопоглощающего устройства, имеющего соответственно заданные размеры и определенный диаметр, последовательно изгибают (см. фиг.2, 3, 9) во взаимно перпендикулярных плоскостях соответственно под заданными углами, причем в случае изготовления энергопоглощающего элемента из материала, обладающего эффектом “памяти формы”, гибку прута осуществляют при температуре задания “памяти формы”. В последнем случае пластинчатые пружины 15 также целесообразно выполнять из материала, обладающего эффектом “памяти формы”, и формование пружин соответственно осуществляют при температуре задания “памяти формы”. Изготовленные энергопоглощающие элементы (см. фиг.4, 5, 6) соединяют друг с другом по месту прилегания их оснований и раскосов с помощью сварочных швов, а затем присоединяют к тыльной поверхности пластин подвижных оснований также с помощью сварочных швов, расположенных соответственно по всей длине их раскосов, после чего также с помощью сварки присоединяют пластинчатые пружины. Далее частично собранные энергопоглощающие устройства описанным выше образом с помощью сварочных швов присоединяют по месту к наружной поверхности бампера 1, причем основания энергопоглощающих элементов приваривают по всей их длине, включая и их торцевые участки. В последнюю очередь одевают наружную обшивку и присоединяют ее с помощью разъемных соединений к бамперу, а при необходимости и к площадкам определенных подвижных оснований энергопоглощающих устройств, соответственно тех, которые являются крайними в указанных выше группах энергопоглощающих устройств в составе центральной и боковых секций конструкции буфера.
В случае лобового столкновения, когда воздействие ударной нагрузки приходится на центральную секцию, конструкция буфера (см. фиг.1, 6, 8) работает следующим образом. В первую очередь происходит разрушение наружной обшивки 16 в ее наиболее слабых сечениях - в трех местах, а именно, по месту зазоров между участками 17 и 18 металлической полосы и соответственно в центре и по бокам центральной секции (см. фиг.1 и вид I, II). Далее происходит деформирование двух групп энергопоглощающих устройств 3 левой и правой половин центральной секции, деформирующихся соответственно в разные стороны. Воздействие нагрузки, величина которой превышает силу сопротивления скручиванию вертикальных перемычек 6, являющихся пластическими торсионами, и жесткость пластинчатых пружин 15, на наружную поверхность подвижных оснований 9 вызывает их поворот (см. фиг.8) к наружной поверхности бампера 1 и соответственно поворот соединенных с ними раскосов 7, что обуславливает пластическое скручивание соосных вертикальных перемычек 6 энергопоглощающих устройств 3 и соответственно поглощение энергии воздействующей нагрузки. Одновременно происходит и деформирование пластинчатых пружин 15 данных энергопоглощающих устройств 3, обладающих заданной жесткостью. Общая величина энергопоглощения каждого энергопоглощающего устройства 3 и всех энергопоглощающих устройств 3 буфера, на которые непосредственно пришлось соударение, соответственно складывается из величин энергопоглощения, обеспечиваемых указанными выше пластинчатыми пружинами и торсионами при деформировании. Поворот подвижных оснований 9 энергопоглощающих устройств 3 происходит либо до прекращения воздействия ударной нагрузки и тогда энергопоглощающие устройства 3 остаются в каком-то промежуточном деформированном положении (см. фиг.8), обусловленном величиной воздействующей нагрузки, либо продолжается до тех пор, пока ход амортизации и энергопоглощающая способность данных устройств 3 не будут исчерпаны. В последнем случае пластины подвижных оснований 9 будут в пределе повернуты на угол ϕ, соответственно на этот же угол будут скручены пластические торсионы - вертикальные перемычки 6 энергопоглощающих устройств 3, и своей тыльной поверхностью упрутся в наружную поверхность бампера 1. При этом следует отметить, что на заключительном этапе деформирования указанных двух групп энергопоглощающих устройств 3 центральной секции в работу по восприятию ударной нагрузки (см. фиг.1) постепенно вступят и другие, прилегающие к ним энергопоглощающие устройства 3, но расположенные на обеих боковых секциях и деформирующиеся таким же образом.
В случае столкновения под углом, когда воздействие ударной нагрузки приходится на одну или другую боковую секцию, конструкция буфера (см. фиг.1, 6, 8) работает описанным выше образом, за тем исключением, что в данном случае описанному выше деформированию подвергаются энергопоглощающие устройства 3 данной боковой секции, расположенные одинаковым образом. Следует отметить, что в определенных случаях столкновений, наряду с энергопоглощающими устройствами 3 данной секции буфера могут также деформироваться и примыкающие к ним энергопоглощающие устройства 3 одной или двух соседних секций, например, боковой и центральной при столкновении под углом или центральной и двух боковых секций при лобовом столкновении, причем энергопоглощающие устройства 3 могут начинать деформироваться одновременно или последовательно, в частности, в случае воздействия “скользящей” ударной нагрузки. А участки металлической полосы 17, 18 и соединенные с ними участки наружной обшивки 16 при этом могут ломаться, сминаться или перемещаться совместно с теми пластинами подвижных оснований, к площадкам которых они присоединены.
Необходимо подчеркнуть, что сегменты энергопоглощающего буфера (см. фиг.6), включающие несколько энергопоглощающих устройств 3, но выполненных с несколько уменьшенными габаритами и соответственно обращенных раскосами к заднему бамперу, могут быть применены и для защиты боковых поверхностей легкового автомобиля от ударных нагрузок, воздействующих по нормали или под углом.
Следует отметить, что энергопоглощающие устройства 3 обладают высокой энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, которые присущи амортизирующим устройствам, включающим пластические торсионы [4, 6 и др.], подвергаемые кручению, и, тем более, торсионы, подкрепленные деформирующимися одновременно упругими или пластическими пластинчатыми пружинами, обладающими заданной жесткостью. При этом энергопоглощающие элементы и пластинчатые пружины могут быть, в частности, выполнены из материала, обладающего эффектом “памяти формы”, и в этом случае они являются пластическими амортизирующими элементами, необратимо деформирующимися при воздействии нагрузки. В том случае, когда указанные выше амортизирующие элементы энергопоглощающих устройств 3 выполнены из обычных сталей и сплавов, - перемычки (торсионы) также являются пластическими амортизирующими элементами, а пластинчатые пружины могут быть и упругими, и пластическими амортизирующими элементами, причем во всех указанных выше случаях жесткость пластинчатых пружин может быть задана меньше усилия сопротивления пластических торсионов скручиванию, равной ему или наоборот, соответственно таким же образом, как и в известных аналогах [4, 6 и др.].
Следует подчеркнуть, что общая величина энергопоглощения и ход амортизации каждого энергопоглощающего устройства 3 могут быть заданы в широких пределах путем увеличения или уменьшения величины угла (между раскосами 7 и основаниями 5, определяющего предельную величину скручивания перемычек 6 энергопоглощающих элементов 4, путем задания определенных размеров и соотношений размеров - длин и диаметров перемычек 6 энергопоглощающих элементов 4, а также длины раскосов 7, являющихся рычагами, и, тем самым, задания различных величин усилий их сопротивления деформированию, а также путем задания определенных сочетаний характеристик энергопоглощающих элементов 4 и пластинчатых пружин 15.
Энергопоглощающие устройства 3 данной конструкции обладают и другим положительным качеством, заключающемся в том, что частично или полностью деформированное устройство может быть вновь и многократно приведено в исходное положение, а его энергопоглощающая способность восстановлена, что обеспечивается путем проведения определенных ремонтных работ, причем без замены каких-либо элементов.
В том случае, когда энергопоглощающие элементы 4 и пластинчатые пружины 15 энергопоглощающих устройств 3 выполнены из материала, обладающего эффектом “памяти формы” [7], например, никелида титана, для этого достаточно одновременно нагреть указанные элементы нагревательным устройством, например, паяльной лампой до температуры восстановления “памяти формы”, после чего эти элементы сами вернутся в исходную заданную форму, соединенные с ними элементы также вернутся в исходное положение, а конструкция устройства и его энергопоглощающая способность будут полностью восстановлены.
В том случае, когда энергопоглощающие элементы 4 и пластинчатые пружины 15 энергопоглощающих устройств 3 выполнены из обычных сталей и сплавов, необходимо применение силовых устройств, например, гидроцилиндров с выдвижным штоком или домкратов, присоединяемых к соответствующим элементам (например, к участку профиля бампера 1 и пластине подвижного основания) отдельных энергопоглощающих устройств 3 и посредством воздействия создаваемой ими нагрузки, подвергающих данные элементы медленному принудительному деформированию в обратном направлении.
Указанную выше совокупность ремонтных операций можно проводить и без отсоединения конструкции буфера от несущей конструкции автомобиля, а количество циклов “деформирование под воздействием ударной нагрузки - обратное принудительное деформирование” составляет, как минимум, несколько сотен циклов, - в зависимости от материала, из которого изготовлены энергопоглощающие элементы 4 и пластинчатые пружины 15 энергопоглощающих устройств 3, и соотношения размеров - длин и диаметров перемычек-торсионов энергопоглощающих элементов. После того, как все деформированные ранее энергопоглощающие устройства приведены в исходное положение, одевают и присоединяют новую наружную обшивку и конструкция буфера вновь готова к восприятию ударных нагрузок, а его энергопоглощающая способность восстановлена.
Таким образом, можно сделать вывод, что данная конструкция энергопоглощающего буфера, обладающая высокой энергопоглощающей способностью и стабильностью характеристик амортизации, обеспечивает эффективную защиту легкового автомобиля при различных видах столкновений, что обусловлено видом выполнения энергопоглощающего устройства и определенным заданным расположением энергопоглощающих устройств в составе конструкции буфера. Кроме этого, обеспечена возможность самостоятельного деформирования различных секций буфера, именно тех, непосредственно в которые пришлось соударение, а также возможность многократного восстановления конструкции и ее энергопоглощающей способности после деформирования под воздействием ударной нагрузки, причем без замены основных элементов. Данный энергопоглощающий буфер отличается простотой конструкции, простотой изготовления и проведения ремонтных работ, а также невысокими весовыми характеристиками; при этом конструкция энергопоглощающих устройств позволяет в широких пределах задавать общую величину энергоемкости и ход амортизации путем задания определенных углов между основаниями и раскосами энергопоглощающих элементов, задания определенных размеров и соотношений размеров - длин и диаметров их торсионов, а также путем задания определенных сочетаний характеристик энергопоглощающих элементов и пластинчатых пружин в составе энергопоглощающего устройства и задания различных характеристик соответственно различным энергопоглощающим устройствам в составе конструкции буфера.
Конструкция энергопоглощающего буфера может найти применение для оснащения передних и задних бамперов различных легковых автомобилей, микроавтобусов и других транспортных средств и в значительной степени повысить их защищенность при столкновениях, при этом сегменты энергопоглощающего буфера, включающие несколько энергопоглощающих устройств, но несколько уменьшенных габаритов, могут быть применены и для защиты боковых поверхностей легковых автомобилей.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Патент США №4787658 “Бампер для автомобиля”, В 60 R 19/20, публ. 88.11.29, №1096, №5.
2. Заявка Японии №63-23944 “Ударопоглощающий бампер”, В 60 R 19/22, публ. 88.05.18. №2-599.
3. Заявка Великобритании №1493315 “Бампер для транспортного средства”, В 60 R 19/08, публ. 77.11.30. №4627.
4. AC СССР №854751 от 27.07.1979 г., В 32 В 3/08, “Многослойная амортизационная панель”.
5. АС СССР №1390966 от 14.07.1986 г., В 64 С 3/26, “Многослойная амортизационная оболочка”.
6. Патент РФ по заявке №2001134079/28 от 13.12.2001 г., В 60 R 19/56, “Энергопоглощающий буфер грузового автомобиля”.
7. Тихонов А.С. и др. “Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении”. М., Машиностроение, 1981 г.
1. Энергопоглощающий буфер легкового автомобиля, включающий наружную обшивку, бампер П-образного сечения, присоединенный к несущей конструкции автомобиля, расположенные между ними и равномерно расположенные по длине бампера на расстоянии друг от друга энергопоглощающие устройства, присоединенные к наружной поверхности бампера и включающие каждое определенное количество прилегающих друг к другу энергопоглощающих элементов, каждый из которых является зеркальным отражением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом “памяти формы”, металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает основание, перемычку и раскос, причем основания всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства по всей своей длине присоединены к наружной поверхности бампера, перемычки соответственно расположены соосно друг с другом и взаимодействуют своей боковой поверхностью с наружной поверхностью бампера, а прилегающие друг к другу раскосы расположены в одной плоскости, соединены между собой по всей своей длине и направлены наружу относительно бампера, при этом каждое энергопоглощающее устройство снабжено подвижным основанием в виде жесткой пластины, выполненной за одно целое с тремя боковыми выступами, и пластинчатыми пружинами, присоединенными к тыльной поверхности подвижного основания и выполненными, в частности, из материала обладающего эффектом “памяти формы”, отличающийся тем, что два центральных энергопоглощающих устройства, каждое из которых является зеркальным отражением другого, прилегают друг к другу, основания и раскосы всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства расположены горизонтально, перемычки энергопоглощающих элементов соответственно расположены вертикально, а раскосы всех энергопоглощающих устройств левой половины буфера и раскосы всех энергопоглощающих устройств правой половины буфера обращены каждый под заданным углом в разные стороны соответственно в направлениях от середины к краям бампера, пластинчатые пружины дополнительно присоединены другим своим концом к наружной поверхности бампера, выступы пластин подвижных оснований обращены к поверхности бампера и концевые участки горизонтальных выступов, прилегающие к перемычкам энергопоглощающих элементов, выполнены округленными и взаимодействуют своей торцевой поверхностью с наружной поверхностью бампера, при этом наружная обшивка снабжена присоединенными к ее внутренней поверхности отдельными участками металлической полосы, ряд пластин подвижных оснований снабжен выполненными с ними за одно целое площадками, расположенными параллельно поверхности бампера, и наружная обшивка присоединена к площадкам ряда пластин подвижных оснований с помощью разъемных соединений.
2. Энергопоглощающий буфер легкового автомобиля по п.1, отличающийся тем, что совокупность энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства выполнена за одно целое, а концевые участки раскосов энергопоглощающих элементов и пластин подвижных оснований энергопоглощающих устройств выполнены полого изогнутыми в направлении к наружной поверхности и соответствующим краям бампера.
3. Энергопоглощающий буфер легкового автомобиля по п.1, отличающийся тем, что вертикальная стенка П-образного профиля бампера и пластины подвижных оснований энергопоглощающих устройств снабжены взаимно пересекающимися ребрами жесткости, например выполнены вафельными.
