Энергопоглощающий бампер транспортного средства
Владельцы патента RU 2538826:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Энергопоглощающий бампер транспортного средства содержит ударный брус, упруго укрепленный на кузове с помощью боковых направляющих и промежуточных деформирующих элементов. Промежуточные деформирующиеся элементы выполнены в виде системы стальных, гофрированных и изогнутых в U-образную форму сильфонов, частично заполненных вязкой морозоустойчивой жидкостью и герметично закрытых по концам. Основание каждого из сильфонов зажато между плоскостями двух пластин с помощью выполненных вдоль одного края пластин последовательности оппозитных углублений с полукруглым поперечным сечением, имеющих контур нижней части изогнутых сильфонов. Пластины жестко соединены плоскостями в пакет, обращенный к брусу стороной с выступающими из него наружу верхними частями сильфонов и жестко прикрепленный к кузову своей противоположной стороной. Верхние свободные концы сильфонов введены в силовой контакт с внутренней поверхностью бруса. Достигается повышение эффективности защиты транспортного средства при столкновении с препятствием. 2 ил.
Изобретение относится к устройствам для гашения кинетической энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.
Известен энергопоглощающий бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузове наружную подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, соединенные цилиндрическими винтовыми пружинами сжатия и снабженный устройством для фиксации винтовых пружин в сжатом состоянии /см. а.с. СССР №116264, кл. B60R, 19/18, 1984 [1]/.
Недостатком известного устройства, реализующего пассивный метод обеспечения безопасности путем преобразования кинетической энергии удара в потенциальную энергию сжатых пружин, является его низкая эффективность, что объясняется самим пассивным принципом действия устройства, отсутствием в конструкции элементов с высокой степенью энергопоглощения /с высокой энергоемкостью/.
Известны также энергопоглощающие бамперы 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. а.с. СССР №965840, кл. B60R 19/08; B62D 25/08, 1980 [2]; а.с. СССР №1500529, кл. B60R 19/03, B62D 25/08, 1987 [3]/.
Недостатками известных устройств является их сравнительно низкая эффективность защиты при серьезных ударных столкновениях транспортного средства с препятствием и другим транспортным средством, характеризующихся малой продолжительностью и значительной кинетической энергией удара. Это объясняется тем, что сама реализация устройствами пассивного метода обеспечения безопасности за счет поглощения и диссипации энергии удара в упругопластических элементах бампера кардинально решить вопросы защиты при указанном характере ударных взаимодействий не позволяет.
Кроме того, известен энергопоглощающий бампер транспортного средства, выполненный в виде внутреннего опорного и внешнего подвижного звеньев рамочной конструкции, обтянутых эластичным покрытием и кинематически связанных между собой с образованием сложного рычажного механизма в виде прямых и обратных ножниц /см. а.с. СССР №1532375, кл. B60R 19/18, E02B 3/22, 1988 [4]/, обеспечивающий рациональное перераспределение площади контактирующих поверхностей.
Недостатками известного устройства является сложность конструкции, громоздкость, ограниченные возможности применения.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является энергопоглощающий бампер транспортного средства, содержащий ударный брус, укрепленный на кузове с помощью боковых направляющих и толкателей, упруго установленных с помощью пакетов деформирующихся элементов в полостях лонжеронов рамы, связанных между собой поперечинами /см. а.с. СССР №664544, кл. B60R 19/08, F16F 13/00, 1972 [5]/, и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются сравнительно низкая эффективность защиты транспортного средства при серьезных ударных столкновениях с препятствием вследствие реализации им пассивного метода обеспечения безопасности, при котором гашение кинетической энергии удара в данном устройстве обеспечивается за счет поглощения энергии удара при упругопластических деформациях пакетов элементов и ее ударного рассеяния в материале элементов.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простой и технологичной конструкции энергопоглощающего бампера транспортного средства, обладающего повышенной эффективностью гашения кинетической энергии удара при столкновениях за счет реализации активного метода обеспечения безопасности путем обратного гидродинамического воздействия на воспринимающий удар подвижный элемент непосредственно в момент удара.
Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при его столкновениях с препятствием за счет активного гашения кинетической энергии удара.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном энергопоглощающем бампере транспортного средства, содержащем ударный брус, упруго закрепленный на кузове с помощью боковых направляющих и промежуточных деформирующихся элементов, особенность заключается в том, что промежуточные деформирующиеся элементы выполнены в виде системы стальных, гофрированных и изогнутых в U-образную форму сильфонов, частично заполненных вязкой, морозоустойчивой жидкостью и герметично закрытых по концах, основание каждого из которых зажато между плоскостями двух пластин с помощью выполненных вдоль одного края пластин последовательности оппозитных углублений с полукруглым поперечным сечением, имеющих контур нижней части изогнутых сильфонов, при этом пластины жестко соединены плоскостями в пакет, обращенный к брусу стороной с выступающими из него наружу верхними частями сильфонов и жестко прикрепленный к кузову своей противоположной стороной, а верхние свободные концы сильфонов введены в силовой контакт с внутренней поверхностью бруса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично указано предлагаемое устройство на виде сверху с продольным разрезом; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
Энергопоглощающий бампер транспортного средства содержит ударный брус 1, упруго укрепленный в передней части кузова 2 транспортного средства с помощью боковых направляющих 3 и промежуточных деформирующихся элементов 4. При этом промежуточные деформирующиеся элементы 4 выполнены в виде системы стальных, гофрированных и изогнутых в U-образную форму сильфонов, частично заполненных вязкой морозоустойчивостью жидкостью 5 и герметично закрытых по концам. Основание /участок нижней части/ каждого из U-образных сильфонов 4 зажато между плоскостями двух пластин 6 с помощью выполненных вдоль одного края каждой из пластин 6 последовательности оппозитных /расположенных симметрично напротив друг друга/ углублений 7 с полукруглым поперечным сечением, имеющих контур вышеуказанного участка нижней части изогнутых сильфонов 4. При этом пластины 6 жестко соединены плоскостями с помощью винтов 8 в единый пакет, обращенный к брусу 1 стороной с выступающими из него наружу верхними частями сильфонов 4, и жестко прикрепленный к кузову 2 своей противоположной стороной винтами 9, причем верхние, свободные концы сильфонов 4 введены в силовой контакт с внутренней поверхностью бруса 1, то есть упруго к ней поджаты. Таким образом, в пакет входят несколько пар /на фиг.2 показаны две пары и часть третьей/ собранных в вертикальном направлении пластин 6, при этом между пластинами 6 каждой пары последовательно в горизонтальных плоскостях /см. фиг.1/ зажаты также несколько сильфонов 4 /на фиг.1 показаны два таких сильфона/. В результате упругий контакт со свободными концами сильфонов 4 осуществлен по всей внутренней поверхности бруса 1. В качестве вязкой морозоустойчивой жидкости 5 использовано жидкое минеральное индустриальное масло общего назначения типа И-12А. /ГОСТ 20799-75/, имеющее динамическую вязкость порядка n=100 мПа·с и температуру застывания не выше -30°C /при использовании специальных добавок в случае необходимости эта температура может быть понижена до -50°C/. В качестве запасного варианта может быть использована жидкая специальная консистентная водоморозоустойчивая смазка УТВ-МА.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Воздействие на брус 1 при столкновении транспортного средства с препятствием ударных нагрузок немедленно приводит к возникновению сложных пространственных связанных продольно-изгибных упругих перемещений верхних, выступающих из пакета пластин 6 частей сильфонов 4 вместе с частично заполняющей полости сильфонов 4 жидкостью 5. Такие перемещения приводят к деформациям тела сильфонов 4 вместе с жидкостью 5, а также к перемещениям жидкости 5 относительно сильфонов, то есть к утолщению одной ветви U-образного сильфона 4 при соответствующем утоньшении другой ветви. В результате этого происходит эффективное поглощение и диссипация кинетической энергии удара в упругом материале сильфонов 4 и в вязкой жидкости 5, рассеяние энергии при смещении жидкости 5 относительно стенок гофрированного сильфона 4, представляющих для жидкости значительное гидравлическое сопротивление. Такие деформации сильфонов 4 с жидкостью 5 в момент удара приводят к тому, что: а/ за счет продольной подвижности ударного бруса 1 в боковых направляющих 3 с возможностью его отклонений от осевого движения в горизонтальной плоскости при одновременной высокой изгибной податливостью сильфонов 4 в поперечных направлениях любой косой или фронтальный удар бруса 1 сразу же трансформируется в более безопасный для кузова 2 скользящий удар; б/ любой удар в брус 1 в зоне его контакта с одной из ветвей любого сильфона 4 немедленно за счет изгибных деформаций данного сильфона 4 и смещения в нем жидкости 5 передается в зону контакта с брусом 1 другой его ветви, то есть происходит эффективное перераспределение площади соударяющихся поверхностей; в/ увеличение площади сильфона 4 в процессе удара позволяет достигнуть прогрессирующего /нелинейного/ возрастания силы сопротивления удару и поглощения его энергии на участке перемещения бруса 1; г/ выполнение сильфонов 4 U-образной формы с заполнением их жидкостью приводит, что самое главное, при ударном воздействии в зону контакта одной из ветвей сильфона 4 к противофазному смещению жидкости 5 в обеих ветвях, что вызывает обратное динамическое воздействие на брус 1 /обратный удар/ второй ветви по отношению к первой, то есть обуславливает активное динамическое гашение кинетической энергии удара, реализуя тем самым классический вариант активного способа гашения ударов путем противофазного воздействия на источник возмущения.
По мнению заявителя, предложенная конструкция бампера проста, технологична, может быть использована в тех или иных частных вариантах в разнообразных моделях транспортных средств, обеспечивая при этом возможность достижения высокой степени защиты транспортного средства от ударов при его столкновениях с препятствиями и другими транспортными средствами.
Энергопоглощающий бампер транспортного средства, содержащий ударный брус, упруго укрепленный на кузове с помощью боковых направляющих и промежуточных деформирующихся элементов, отличающийся тем, что промежуточные деформирующиеся элементы выполнены в виде системы стальных, гофрированных и изогнутых в U-образную форму сильфонов, частично заполненных вязкой морозоустойчивой жидкостью и герметично закрытых по концам, основание каждого из которых зажато между плоскостями двух пластин с помощью выполненных вдоль одного края пластин последовательности оппозитных углублений с полукруглым поперечным сечением, имеющих контур нижней части изогнутых сильфонов, при этом пластины жестко соединены плоскостями в пакет, обращенный к брусу стороной с выступающими из него наружу верхними частями сильфонов и жестко прикрепленный к кузову своей противоположной стороной, а верхние свободные концы сильфонов введены в силовой контакт с внутренней поверхностью бруса.
