Энергопоглощающее устройство транспортного средства (варианты) и способ его изготовления
Изобретения относятся к пластически деформируемому энергопоглощающему устройству, транспортному средству, снабженному таким устройством, и способу изготовления такого устройства. Энергопоглощающее устройство (1) содержит полую продольную часть (2), предназначенную для деформирования, свертывающуюся назад часть (3), которая прикреплена к концу полой продольной части. По первому варианту удлиняющая часть соединена со свертывающейся назад частью, а полая продольная часть (2) наклонена под углом относительно удлиняющей части. По второму варианту продольная ось полой продольной части (2) наклонена относительно продольной оси транспортного средства. Свертывающаяся назад часть (3) снабжена монтажной частью (4). Перпендикуляр к плоскости (5) крепления монтажной части (4) наклонен относительно продольной оси полой продольной части (2). Транспортное средство, снабженное таким энергопоглощающим устройством, содержит обшивку, которая формирует направляющую поверхность для полой продольной части (2). Способ изготовления энергопоглощающего устройства содержит следующие операции: изменение в некоторых частях ширины поперечного сечения трубы, имеющей первую ширину поперечного сечения, до второй ширины поперечного сечения путем формирования полых продольных частей с первой и второй шириной поперечного сечения и сжатие трубы. Достигается упрощение конструкции и повышение эффективности поглощения действующих под углом сил удара. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 16 ил.
Настоящее изобретение относится к энергопоглощающим устройствам с первой полой продольной частью, имеющей первую ширину поперечного сечения, и второй полой продольной частью, имеющей вторую ширину поперечного сечения, а также свертывающуюся назад переходную часть между двумя полыми продольными частями.
Энергопоглощающие устройства такого типа используются в транспортных средствах и могут располагаться, например, между бампером и шасси. При авариях такие устройства пластично деформируются и, таким образом, поглощают энергию. В случае легкой аварии способность поглощения энергии может быть достаточной для предотвращения пластической деформации шасси.
Для того чтобы обеспечить беспрепятственное деформирование, а именно телескопическое складывание, энергопоглощающее устройство устанавливают параллельно продольной оси транспортного средства.
Однако на практике силы удара при аварии могут быть направлены под углом к продольной оси транспортного средства. В этом случае может получиться, что полая продольная часть энергопоглощающего устройства устанавливается под наклоном к полой продольной части. Для устранения такого наклона, а именно для выравнивания обеих продольных частей относительно друг друга, так чтобы их продольные оси были параллельны, в документе DE 10324403 А1 предложена специальная конструкция переходной части. На внешней стороне переходной части имеется увеличенный U-образный сгиб. В нее может упираться внутренняя полая продольная часть, и когда они телескопически складываются, то происходит выравнивание их продольных осей. Внутренний U-образный сгиб переходной части имеет малый радиус, в результате чего внутренняя полая продольная часть всегда находится близко от внешнего увеличенного сгиба.
Аналогичная конструкция, в которой полая продольная часть со стороны бампера снова выравнивается, известна из документа US 6,702,345 B1.
Конструкция устройства, обеспечивающего поглощение действующих под углом сил удара, известна из документа US 6,802,458 B2. В нем используется типовое энергопоглощающее устройство, которое установлено под углом относительно продольной оси транспортного средства. Таким образом, сила удара, действующая при аварии под углом, будет направлена вдоль продольной оси энергопоглощающего устройства, в результате чего оно будет беспрепятственно складываться телескопически.
В документе US 6,802,548 В2 предлагается использовать чашевидный амортизационный элемент, который устанавливается перед энергопоглощающим устройством со стороны бампера. В случае возникновения силы удара, действующей под углом к продольной оси энергопоглощающего устройства, чашевидный амортизационный элемент помогает предотвратить или по меньшей мере свести к минимуму поворот полой продольной части.
Настоящее изобретение также относится к энергопоглощающим устройствам, предназначенным для использования в амортизаторах транспортных средств, причем такое устройство содержит полую продольную часть, деформирующуюся при ударе, которая установлена под некоторым углом относительно продольной оси транспортного средства, и свертывающуюся назад часть, расположенную на конце полой продольной части и снабженную поверхностью крепления энергопоглощающего устройства, которая определяет плоскость его крепления.
В документе DE 1931844 А описывается энергопоглощающее устройство, которое состоит из деформируемой трубы и свертывающейся назад части, к которой присоединена удлиняющая часть, отходящая наружу. Эта удлиняющая часть крепится на направляющем элементе, который имеет форму плоского кольца. Удлиняющая часть и направляющий элемент установлены параллельно плоскости поперечного сечения трубы. Таким образом, труба может беспрепятственно деформироваться, свертываясь назад, и выходить через отверстие направляющего элемента.
Целью настоящего изобретения является улучшение энергопоглощающего устройства таким образом, чтобы оно имело как можно более простую конструкцию и могло с высокой степенью эффективности поглощать действующие под углом силы удара, и другой целью является разработка способа изготовления такого энергопоглощающего устройства.
Поставленная задача решается с помощью предложенного в изобретении энергопоглощающего устройства.
При наклоне полой продольной части относительно аксиального направления удлиняющей части обеспечивается эффективное смягчение и поглощение сил удара, действующих под углом. Неожиданно оказалось, что процесс деформирования протекает совершенно беспрепятственно, и может быть достигнута такая же высокая степень передачи силы, как и в энергопоглощающих устройствах, в которых аксиальное направление удлиняющей части параллельно продольной оси полой продольной части.
Предпочтительно аксиальное направление продольной части или удлиняющей части устанавливается под некоторым углом относительно продольной оси транспортного средства, а аксиальное направление другой части при этом параллельно продольной оси транспортного средства. Таким образом, силы удара, действующие под углом, могут быть лучше смягчены и при этом могут вводиться сравнительно прямолинейно в шасси транспортного средства, например в продольную балку шасси, на которой может быть установлено энергопоглощающее устройство.
Полая продольная часть может быть наклонена относительно аксиального направления удлиняющей части под углом от примерно 5 до примерно 20°, предпочтительно от примерно 8 до примерно 12° и более предпочтительно величина угла наклона составляет примерно 10°. В этом случае, силы удара, действующие под углом, могут быть эффективно смягчены и поглощены, и более того силы, действующие параллельно продольной оси транспортного средства, также могут быть смягчены и поглощены.
Особенно предпочтительно, чтобы обеспечивалась направляющая поверхность, по которой полая продольная часть могла бы скользить в процессе деформирования. Таким образом достигается высокая степень устойчивости конструкции при телескопическом складывании.
Поставленная задача также решается с помощью предложенного в изобретении другого варианта энергопоглощающего устройства.
При наклонном положении продольной оси полой продольной части относительно перпендикуляра к плоскости крепления силы удара, действующие под некоторым углом относительно продольной оси транспортного средства, могут быть эффективно поглощены. Неожиданно оказалось, что процесс деформирования происходит совершенно беспрепятственно и при этом может быть достигнут примерно такой же коэффициент поглощения энергии, как и в энергопоглощающих устройствах, в которых плоскость крепления перпендикулярна продольному направлению полой продольной части.
Предпочтительно, чтобы плоскость крепления была примерно перпендикулярна продольной оси транспортного средства. Таким образом, полая продольная часть наклонена относительно продольной оси транспортного средства и может воспринимать почти полностью составляющую наклонных сил удара, которая параллельна продольной оси транспортного средства. За счет использования монтажной части остающиеся силы могут быть почти полностью приведены к продольной оси транспортного средства. Предпочтительно зона свертывания назад может быть расположена на концевой части энергопоглощающего устройства. Таким образом, деформирование со свертыванием назад полой продольной части начинается на конце энергопоглощающего устройства.
Особенно предпочтительно, чтобы энергопоглощающее устройство было установлено в направлении продольной части на конструкции шасси примерно на высоте части, свертывающейся назад. В этом случае энергопоглощающее устройство будет установлено с высокой степенью устойчивости. Более того, при такой установке полой продольной части обеспечивается хорошая адаптация к таким силам удара, направление которых отклоняется от первоначального направления ее продольной оси.
Особенно предпочтительно, чтобы часть, свертывающаяся назад, имела единственный U-образный изгиб. Таким образом, форма перехода от продольной части к монтажной части проста и, кроме того, она занимает меньше места.
Особенно предпочтительно, чтобы монтажная часть имела форму фланца, гребня или кольцевого выступа. Таким образом, энергопоглощающее устройство может быть легко установлено на плоской поверхности транспортного средства.
Особенно предпочтительной является конструкция транспортного средства с энергопоглощающим устройством, имеющим одну из вышеописанных конструкций, причем конструкция транспортного средства снабжена обшивкой, формирующей направляющую поверхность для полой продольной части, по которой эта часть может катиться в процессе деформирования. В этом случае для направленного телескопического складывания полой продольной части могут использоваться имеющиеся несущие конструкции транспортного средства, например, продольная несущая балка, в частности ее внутреннее пространство. При качении контакт обшивки с продольной частью, свертывающейся назад, осуществляется беспрепятственно.
Кроме того, поставленная задача также решается с помощью предложенного в изобретении энергопоглощающего устройства, признаки которого определены в п.16 формулы изобретения.
При наклонном положении полых продольных частей обеспечивается эффективное смягчение и поглощение сил удара, действующих под некоторым углом относительно продольной оси транспортного средства. Таким образом, неожиданно обнаружилось, что достигается такая же высокая степень развития силы, как и в энергопоглощающих устройствах с продольными частями, расположенными без наклона, то есть достигается высокая эффективность поглощения энергии. Предпочтительно, чтобы полая продольная часть, которая обладает большей способностью к свертыванию назад, была расположена под некоторым углом к продольной оси транспортного средства. В этом случае сила удара, действующая под некоторым углом, может поглощаться особенно эффективно. Продольная часть, которая должна деформироваться, может воспринимать силу удара по своей продольной оси.
Особенно предпочтительно, чтобы полая продольная часть с меньшей шириной поперечного сечения была бы именно той полой продольной частью энергопоглощающего устройства, которая способна свертываться назад. В этом случае полая продольная часть с большей шириной поперечного сечения может использоваться для обеспечения устойчивости, поскольку она является более широкой опорной конструкцией.
Особенно предпочтительно, чтобы полая продольная часть с большей шириной поперечного сечения могла формировать направляющую поверхность для полой продольной части с меньшей шириной продольного сечения. При телескопическом складывании продольная часть с меньшей шириной продольного сечения может опираться на продольную часть с большей шириной продольного сечения и катиться по ней. Таким образом, при телескопическом складывании достигается высокая степень устойчивости конструкции.
Поставленная задача решается также с использованием предлагаемого способа.
В этом способе энергопоглощающее устройство с полыми продольными частями, расположенными с наклоном относительно друг друга, может быть изготовлено легко и с высокой степенью точности, причем в особенности это касается расположения под наклоном полых продольных частей.
Особенно предпочтительно, чтобы трубу, имеющую первую ширину поперечного сечения, можно было увеличить в некоторых частях до второй ширины поперечного сечения с использованием процесса формования под действием высокого внутреннего давления. Таким образом, продольная часть с большей шириной продольного сечения может быть выполнена с высокой степенью точности и одновременно упрочнена за счет деформирования, что означает повышение ее способности сопротивляться деформациям.
Варианты осуществления настоящего изобретения представлены на фигурах и описаны ниже. На фигурах показано:
фигура 1 - вид в перспективе энергопоглощающего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фигура 2 - вид сбоку энергопоглощающего устройства, показанного на фигуре 1;
фигура 3 - вид продольного сечения энергопоглощающего устройства по линии III-III фигуры 2;
фигура 4 - схематический вид устройства бампера и конструкции шасси с энергопоглощающим устройством, которое установлено между ними, причем показаны только контуры сечений указанных конструкций;
фигура 5 - вид в перспективе энергопоглощающего устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;
фигура 6 - вид сверху энергопоглощающего устройства, показанного на фигуре 5;
фигура 7 - продольное сечение энергопоглощающего устройства, показанного на фигуре 6;
фигура 8 - схематический вид устройства бампера и конструкции шасси транспортного средства с энергопоглощающим устройством (см. фигуру 5), которое установлено между бампером и шасси, причем показаны только контуры сечений указанных конструкций;
фигуры 9-11 - виды энергопоглощающего устройства, показанного на фигуре 8, в исходном состоянии, в первом деформированном состоянии и во втором деформированном состоянии;
фигура 12 - зависимость силы от величины перемещения в процессе деформирования энергопоглощающего устройства;
фигура 13 - продольное сечение трубы, которая является исходным материалом для изготовления предлагаемого в изобретении энергопоглощающего устройства, показанного на фигуре 5;
фигура 14 - вид трубы, показанной на фигуре 13, после деформирования под действием внутреннего высокого давления в соответствии с первым вариантом осуществления предложенного в изобретении способа изготовления устройства;
фигуры 15 и 16 - иллюстрации второго варианта осуществления предложенного в изобретении способа изготовления устройства.
На фигуре 1 представлен вид в перспективе энергопоглощающего устройства 1 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Энергопоглощающее устройство 1 снабжено продольной частью 2, деформируемой в процессе работы устройства. На конце полой продольной части 2 имеется свертывающаяся назад часть 3, снабженная монтажной частью 4, отходящей от нее наружу. Монтажная часть определяет плоскость крепления энергопоглощающего устройства 1.
В данном варианте осуществления изобретения монтажная часть 4 имеет в целом форму фланца, и плоскость 5 крепления определяется опорной поверхностью монтажной части 4 со стороны свертывающейся части 3.
Конструкция монтажной части может также представлять собой кольцевой выступ или гребень.
В данном варианте осуществления изобретения полая продольная часть 2 имеет форму трубы. Однако возможно использование также и других открытых или закрытых полых тел, например, с угловым поперечным сечением.
На фигуре 2 приведен вид сбоку энергопоглощающего устройства 1. На этой фигуре можно отчетливо видеть, что плоскость 5 крепления наклонена относительно перпендикуляра к продольной оси полой продольной части 2. Это означает, что плоскость 5 проходит под некоторым углом относительно линии (не показана), перпендикулярной продольной оси 7 полой продольной части 2. Иначе говоря, перпендикуляр 8 к плоскости 5 крепления проходит под некоторым углом относительно продольной оси 7 полой продольной части 2. Таким образом, полая продольная часть 2 проходит под некоторым углом к аксиальному направлению монтажной части. Перпендикуляр 8 проходит по аксиальному направлению монтажной части.
Угол между плоскостью крепления и поперечным сечением полой продольной части находится в диапазоне от 5 до 20°, предпочтительно в диапазоне от 8 до 12° и более предпочтительно его величина составляет примерно 10°. Иначе говоря, между перпендикуляром 8 к плоскости крепления и продольной осью 7 полой продольной части 2 имеется угол 9, величина которого была указана выше. При использовании такого угла наклона относительно продольной оси транспортного средства особенно хорошо смягчаются и поглощаются силы, действующие на транспортное средство при ударе, например, когда угол направления сил удара при аварии составляет 10° относительно его продольной оси. Однако силы удара, направленные параллельно продольной оси транспортного средства, также могут быть эффективно восприняты и поглощены.
На фигуре 3 представлен вид продольного сечения энергопоглощающего устройства 1 по линии III-III фигуры 2. На этой фигуре можно видеть, что свертывающаяся назад часть 3, которая располагается на концевой части 10 энергопоглощающего устройства 1, имеет U-образную форму с U-образным изгибом 17. Далее проходит внешняя часть 11, от которой свертывающаяся назад часть 3 переходит непосредственно в монтажную часть 4.
В этом варианте осуществления изобретения монтажная часть 4 начинается в непосредственной близости от полой продольной части 2. То есть расстояние между монтажной частью 4 и полой продольной частью 2 невелико по сравнению с шириной поперечного сечения полой продольной части 2. Кроме того, монтажная часть в направлении полой продольной части находится примерно на высоте свертывающейся назад части 3.
За счет расположения монтажной части 4 в зоне концевой части 10 энергопоглощающего устройства 1 в непосредственной близости от второй полой продольной части 2 энергопоглощающее устройство устойчиво и может быть установлено непосредственно на конструкции транспортного средства. Таким образом, конец 12, который расположен с противоположной стороны от свертывающейся назад части 3 энергопоглощающего устройства 1, достаточно подвижен для того, чтобы адаптироваться к силам удара, направление действия которых составляет некоторый уголь относительно продольной оси полой продольной части 2. Выше свертывающейся назад части 3 поворот полой продольной части 2 может быть смещен, в результате чего в периферийной зоне может происходить деформирование полой продольной части со свертыванием назад.
На фигуре 4 схематически показано энергопоглощающее устройство в положении, когда оно установлено между несущей конструкцией 13 шасси и устройством 14 бампера. В качестве несущей конструкции 13 шасси может использоваться, например, продольная несущая балка, направление 15 которой параллельно продольной оси транспортного средства.
Энергопоглощающее устройство 1 установлено на конструкции 13 шасси таким образом, чтобы перпендикуляр к плоскости 5 крепления и продольная ось 15 конструкции шасси проходили параллельно друг другу. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения они даже совпадают. Соответственно, плоскость 5 крепления примерно перпендикулярна продольной оси транспортного средства, и продольная ось 7 полой продольной части 2 составляет некоторый угол, величина которого была указана, выше, с продольной осью транспортного средства.
На фигурах 1-4 энергопоглощающее устройство показано в его исходном состоянии до поглощения энергии. Если, например, сила 16 удара при аварии действует в направлении продольной оси 7 полой продольной части 2, то энергопоглощающее устройство будет пластически деформироваться, свертываясь назад. Таким образом, U-образный изгиб свертывающейся назад части начинает перемещаться по длине полой продольной части 2, захватывая все новые ее участки.
Полая продольная часть 2 телескопически вдвигается в полость 18 конструкции 13 шасси. В процессе постепенного телескопического вдвигания в полость 18 с поглощением энергии, перемещающийся изгиб достигает обшивки 19 конструкции 13 шасси и упирается в нее. Обшивка 19 служит в качестве опоры для полой продольной части и направляющей для дальнейшего деформирования при свертывании назад. Полая продольная часть может катиться по обшивке 19 по мере перемещения изгиба по ее длине. Поэтому контакт с обшивкой происходит беспрепятственно.
Энергопоглощающее устройство может быть изготовлено с использованием горячего формования из листового материала, например из листовой заготовки. В способе изготовления часть листовой заготовки используется для получения полой продольной части 2 и свертывающейся назад части 3. Часть заготовки остается плоской и используется для изготовления монтажной части 4.
На фигуре 5 приведен вид в перспективе второго варианта осуществления предлагаемого в изобретении энергопоглощающего устройства 101, на фигуре 6 приведен его вид сверху и на фигуре 7 приведен вид продольного сечения устройства, показанного на фигуре 6. Энергопоглощающее устройство 101 содержит первую полую продольную часть 102, имеющую первую ширину 103 поперечного сечения, и вторую продольную часть 104, которая имеет вторую ширину 105 поперечного сечения. В этом варианте осуществления изобретения первая ширина 103 поперечного сечения меньше второй ширины 105 поперечного сечения.
В рассматриваемом варианте первая и вторая продольные части 102, 104 имеют трубчатую форму. Однако возможно также использование и других открытых или закрытых полых тел, например, с угловым поперечным сечением. Между двумя полыми продольными частями 102,104 устроена переходная свертывающаяся назад часть 106.
Можно также сказать, что свертывающаяся назад часть находится за полой продольной частью, которая должна деформироваться, и соединена с удлиняющей частью. В зависимости от варианта осуществления изобретения первая полая продольная часть или вторая полая продольная часть может быть удлиняющей частью.
Свертывающаяся назад переходная часть имеет в продольном сечении по существу S-образный или двойной U-образный профиль, как можно видеть на фигуре 7. Первый U-образный изгиб 107 отходит от первой полой продольной части 102 и находится внутри второй полой продольной части 104. Второй U-образный изгиб 108 начинается на второй полой продольной части 104 и находится снаружи первой полой продольной части 102 и охватывает ее.
Первая полая продольная часть 102 и вторая полая продольная часть 104 наклонены относительно друг друга, то есть их продольные оси 109, 110 проходят под углом 111. Угол 111 выбирают в диапазоне от примерно 5 до примерно 20°, предпочтительно от примерно 8 до примерно 12° и более предпочтительно его величина составляет примерно 10°. Таким образом, действующие под углом силы удара могут эффективно рассеиваться особенно в тех случаях, когда направление действия сил составляет примерно 10° с продольной осью транспортного средства.
В данном варианте осуществления изобретения энергопоглощающее устройство является цельным изделием, состоящим из одной части.
На фигуре 8 показано, как энергопоглощающее устройство 101 может быть установлено на транспортном средстве. В данном варианте энергопоглощающее устройство устанавливается между конструкцией 112 шасси и устройство 113 бампера. На фигуре 8 приведен схематический вид профилей указанных устройств в продольном сечении.
Устройство 113 бампера может представлять собой горизонтальную несущую балку или горизонтальный профиль, а конструкция 112 шасси может быть продольной несущей балкой шасси транспортного средства. В данном варианте осуществления изобретения вторая полая продольная часть, имеющая большую ширину поперечного сечения, установлена на конструкции 112 шасси, и ее продольная ось 110 проходит параллельно продольной оси 114 конструкции 112 шасси, причем в данном случае эти две продольные оси 110 и 114 совпадают. Продольная ось 114 конструкции 112 шасси проходит параллельно продольной оси транспортного средства. Поэтому первая полая продольная часть 102, имеющая меньшую ширину поперечного сечения, установлена под некоторым углом относительно продольной оси транспортного средства. Соответственно, продольная ось 109 первой полой продольной части составляет такой же угол с продольной осью транспортного средства, как и с продольной осью 110 второй полой продольной части 104.
Также возможны варианты осуществления изобретения, в которых продольная ось полой продольной части, имеющей меньшую ширину поперечного сечения, проходит параллельно продольной оси конструкции шасси и установлена на ней. В этом случае полая продольная часть, имеющая большую ширину поперечного сечения, расположена под углом к продольной оси транспортного средства.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения первая полая продольная часть, расположенная на стороне бампера, имеет большую способность свертывания назад по сравнению со второй полой продольной частью, которая установлена на стороне шасси. Таким образом, деформация энергопоглощающего устройства 101, обеспечивающая поглощение энергии, происходит в основном за счет первой полой продольной части 102. Это означает, что в данном варианте осуществления изобретения вторая полая продольная часть является удлиняющей частью.
При таком устройстве силы удара, действующие под углом к продольной оси транспортного средства, в особенности силы удара, действующие в направлении продольной оси 109 первой полой продольной части 102, будут поглощаться наиболее эффективно, как это можно видеть на иллюстрациях моделирования удара, приведенных на фигурах 9-11. Показаны конструкция 112 шасси и устройство 113 бампера, условно разорванные в модели, и конструкция шасси находится в конструкции, которая движется горизонтально в направлении продольной оси второй полой продольной части.
На фигуре 9 показано энергопоглощающее устройство 101 в его исходном состоянии перед началом поглощения энергии удара, то есть в состоянии, показанном на фигурах 5-9.
Под действием силы, возникающей при ударе, первая полая продольная часть 102 начинает пластически деформироваться, свертываясь назад от U-образного изгиба 107. Чем ближе направление действия силы удара к направлению продольной оси первой полой продольной части 102, тем больше ее круговая часть деформируется, свертываясь назад, причем деформация начинается немедленно. Отклонение направления действия силы 115 удара от направления продольной оси 109 первой продольной части 102 компенсируется квазисвободной установкой переходной зоны за счет деформации со свертыванием назад, которая сначала происходит только в одной круговой части.
Когда устройство складывается телескопически, первый U-образный изгиб 107 переходной части 106 начинает перемещаться по длине первой полой продольной части 102, захватывая все новые ее части. Этот изгиб достигает внутренней стороны второй полой продольной части 104. Таким образом, вторая полая продольная часть 104 формирует направляющую поверхность для первой продольной части 102. В результате первая полая продольная часть опирается на вторую полую продольную часть и катится по ней, как показано на фигурах 10 и 11.
Сила удара, которая поглощается наклонно установленной первой полой продольной частью 102, вводится второй полой продольной частью конструкцию 112 шасси примерно по ее продольной оси. Таким образом, вторая полая продольная часть 104, имеющая большую ширину 105 поперечного сечения, имеет хорошую устойчивость.
Несмотря на то, что в используемом энергопоглощающем устройстве полые продольные части находятся под некоторым углом друг к другу, неожиданно было обнаружено, что при поглощении энергии достигается высокая степень передачи и развития силы. Показатели развития силы и эффективности поглощения энергии аналогичны показателям, полученным для энергопоглощающих устройств, в которых продольные оси полых продольных частей параллельны друг другу.
На фигуре 12 приведен график передачи силы для предлагаемого в изобретении энергопоглощающего устройства. По оси абсцисс отложено расстояние, пройденное сближающимися внешними концами энергопоглощающего устройства, и по оси ординат отложена величина силы, которая прикладывается к этим концам. Первый участок 120 пройденного расстояния представляет собой вхождение в режим свертывания первой полой продольной части. На втором участке 121 пройденного расстояния начинается пластическая деформация энергопоглощающего устройства. На протяжении второго участка 121 величина силы постепенно увеличивается и затем несколько уменьшается. Эти увеличившиеся затраты энергии необходимы для сгибания начального первого U-образного сгиба 107.
После снижения затрат энергии на втором участке 121 пройденного пути, эти затраты существенно возрастают на третьем участке 122 на величину, обозначенную ссылочным номером 123. Это увеличение затрат энергии необходимо для деформации внутренней, первой полой продольной части 102 путем свертывания ее назад с увеличением диаметра.
Ниже описываются способы изготовления второго варианта осуществления предлагаемого в изобретении энергопоглощающего устройства 101, представляющего собой цельное изделие.
На фигуре 13 показана труба 130 с первой шириной 103 поперечного сечения, которая используется в первом варианте способа изготовления, предлагаемого в изобретении. Используя процесс формирования высоким внутренним давлением, увеличивают ширину поперечного сечения трубы 130 на отдельных ее участках. Таким образом, между сформированными полыми продольными секциями 102, 104 формируется конусная переходная зона 131, как это показано на виде продольного сечения (см. фигуру 14).
Две полые продольные части 102, 104 прижимают друг к другу в продольном направление, в результате чего конусовидная переходная зона 131 сжимается и формируется переходная зона, имеющая S-образный или двойной U-образный профиль в продольном сечении. Затем полые продольные части 102, 104 с помощью оснастки приводят в положение, в котором между их продольными осями имеется некоторый угол, в результате чего переходная зона пластически деформируется и принимает форму, показанную на фигурах 5-7.
На фигурах 15 и 16 иллюстрируется второй вариант осуществления предложенного в изобретении способа. В этом случае используется труба 140, которая аналогична трубе, показанной на фигуре 13, но имеет большую ширину поперечного сечения. Трубу 14 зажимают между аксиальными опорами или зажимами 142, 143. С помощью давильного инструмента 145, действующего в направлении стрелки 144 (см. фигуру 15), уменьшают ширину поперечного сечения трубы 140 на некоторых ее участках. В результате формируется переходная зона 141, которая первоначально в продольном сечении имеет конусную форму.
В результате сужения ширины поперечного сечения длина трубы могла бы увеличиться, если бы не аксиальные опоры 142, 143. Однако поскольку аксиальные опоры 142, 143 заставляют трубу сохранять ее начальную длину, то переходная зона 141 деформируется, свертываясь назад. Таким образом, формирование S-образного или двойного U-образного профиля в продольном сечении интегрировано в рассматриваемый способ изготовления. Затем полученные полые продольные части 102, 104 с помощью оснастки приводят в положение, в котором между их продольными осями имеется некоторый угол, в результате чего переходная зона пластически деформируется и принимает форму, показанную на фигурах 5-7.
Также энергопоглощающее устройство может быть изготовлено с помощью давильных инструментов без использования аксиальных опор 142, 143. В таком варианте способа переходную зону 141 сжимают после обкатывания инструментом так же, как и в первом варианте способа изготовления.
Второй U-образный изгиб 108, то есть изгиб, не предназначенный для свертывания назад, который примыкает ко второй полой продольной части 104, может быть укреплен с использованием связывания. В этом случае вторая полая продольная часть противостоит деформации. В качестве связывающего материала может использоваться клеящий состав, сварочный материал или припой, который помещается в U-образном изгибе 108.
Укрепление путем связывания имеет такой же эффект, как и упрочнение материала или создание утолщения второго U-образного изгиба. Эти стадии могут выполняться дополнительно или в качестве альтернативного варианта.
Если для свертывания назад используется вторая полая продольная часть, то может быть выполнено упрочнение первого U-образного изгиба 107.
Энергопоглощающее устройство может быть изготовлено, например, из стали с повышенной пластичностью. В процессе деформирования у них существенно увеличивается способность к растяжению при повышенной плотности. В этом случае энергопоглощающее устройство может быть изготовлено с использованием обкатывания инструментом для уменьшения ширины поперечного сечения, в результате чего участок с меньшей шириной, то есть первая полая продольная часть, сохраняет способность свертывания назад, даже если ее плотность в результате деформации несколько увеличивается.
В качестве сталей с повышенной пластичностью могут использоваться LIР-стали (легкие стали с повышенной пластичностью), например, XIP-стали (сверхпрочные стали с повышенной пластичностью или TWIP-стали (с двойным увеличением пластичности).
Первый вариант осуществления предлагаемого в изобретении энергопоглощающего устройства также может быть изготовлен из вышеуказанных сталей.
1. Энергопоглощающее устройство (1, 101) для транспортного средства, содержащее полую продольную часть (2, 102), предназначенную для деформирования, свертывающуюся назад часть (3, 106), которая прикреплена к концу полой продольной части, и удлиняющую часть (4, 104), которая соединена со свертывающейся назад частью, отличающееся тем, что полая продольная часть (2, 102) в ее исходном состоянии до поглощения энергии удара наклонена под углом относительно удлиняющей части (4, 104).
2. Энергопоглощающее устройство по п.1, отличающееся тем, что аксиальное направление полой продольной части (2, 120) или удлиняющей части (4, 104) наклонено относительно продольной оси транспортного средства, а аксиальное направление другой части параллельно продольной оси транспортного средства.
3. Энергопоглощающее устройство по п.1, отличающееся тем, что полая продольная часть (2, 102) наклонена относительно аксиального направления удлиняющей части (4, 104) под углом от примерно 5° до примерно 20°, предпочтительно от примерно 8° до примерно 12°, и более предпочтительно величина угла составляет примерно 10°.
4. Энергопоглощающее устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем предусмотрена направляющая часть (19, 104), по которой перемещается полая продольная часть (2, 102) в процессе деформирования.
5. Энергопоглощающее устройство (101) по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что имеет первую полую продольную часть (102) с первой шириной (103) поперечного сечения и вторую полую продольную часть (104) со второй шириной (105) поперечного сечения, а также свертывающуюся назад переходную часть (106), расположенную между первой и второй частями, при этом первая полая продольная часть (102) и вторая полая продольная часть (104) расположены под углом относительно друг друга в исходном состоянии до поглощения энергии удара.
6. Энергопоглощающее устройство по п.5, отличающееся тем, что полая продольная часть (102), приспособленная для свертывания назад, располагается под некоторым углом относительно продольной оси транспортного средства.
7. Энергопоглощающее устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что полая продольная часть (102) с меньшей шириной (103) поперечного сечения более приспособлена для свертывания назад, чем полая продольная часть (104) с большей шириной (105) поперечного сечения.
8. Энергопоглощающее устройство по п.7, отличающееся тем, что полая продольная часть (104) с большей шириной (105) поперечного сечения формирует направляющую поверхность для полой продольной части (102) с меньшей шириной (103) поперечного сечения.
9. Энергопоглощающее устройство (1) для транспортного средства, содержащее полую продольную часть (2), предназначенную для деформирования, продольная ось которой наклонена под некоторым углом относительно продольной оси транспортного средства, свертывающуюся назад часть (3), прикрепленную к концу полой продольной части и снабженную монтажной частью (4) энергопоглощающего устройства, которая формирует плоскость (5) крепления энергопоглощающего устройства, отличающееся тем, что перпендикуляр к плоскости (5) крепления в ее исходном состоянии до поглощения энергии наклонен под углом относительно продольной оси полой продольной части (2).
10. Энергопоглощающее устройство по п.9, отличающееся тем, что плоскость (5) крепления перпендикулярна продольной оси транспортного средства.
11. Энергопоглощающее устройство по п.9, отличающееся тем, что свертывающаяся назад часть (3) расположена на концевой части (10) энергопоглощающего устройства.
12. Энергопоглощающее устройство по п.9, отличающееся тем, что оно установлено на шасси транспортного средства в направлении полой продольной части (2) примерно на высоте свертывающейся назад части (3).
13. Энергопоглощающее устройство по п.9, отличающееся тем, что свертывающаяся назад часть (3) имеет единственный U-образный изгиб.
14. Энергопоглощающее устройство в соответствии по меньшей мере с одним из пп.9-13, отличающееся тем, что монтажная часть (4) имеет форму фланца, гребня или кольцевого выступа.
15. Транспортное средство, снабженное энергопоглощающим устройством в соответствии по меньшей мере с одним из предыдущих пунктов и обшивкой (19), которая формирует направляющую поверхность для полой продольной части (2), по которой эта часть может перемещаться в процессе деформирования.
16. Способ изготовления энергопоглощающего устройства (101), снабженного первой полой продольной частью (102) с первой шириной (103) поперечного сечения и второй полой продольной частью (104) со второй шириной (105) поперечного сечения, а также свертывающуюся назад переходную часть (106), расположенную между первой и второй полыми продольными частями, причем способ содержит: изменение в некоторых частях ширины поперечного сечения трубы (130, 140), имеющей первую ширину поперечного сечения, до второй ширины поперечного сечения путем формирования полых продольных частей (102, 104) с первой и второй шириной (103, 105) поперечного сечения и сжатие трубы (130, 140), в результате чего формируется свертывающаяся назад переходная часть (106), при этом полые продольные части (102, 104) проходят под углом относительно друг друга.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что трубу (130) с первой шириной (103) поперечного сечения расширяют в некоторых частях с использованием процесса формирования внутренним высоким давлением до второй ширины (105) поперечного сечения.
