ВЫДВИЖНОЙ ЭЛЕМЕНТ ЖЕСТКОСТИ ПЕРЕДНЕГО БУФЕРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПЕШЕХОДА
DEPLOYABLE STIFFENER OF VEHICLE FRONT BUFFER FOR PEDESTRIAN PROTECTION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системам переднего буфера транспортных средств, в частности, к элементу жесткости для защиты пешехода, выдвигающемуся из-под буфера.
Уровень техники
Большинство современных транспортных средств оборудовано системой переднего буфера, на которую в случае дорожно-транспортного происшествия действует и/или которая поглощает ударные нагрузки. Обычно система буфера включает в себя жесткий брус буфера, проходящий в поперечном направлении относительно транспортного средства и имеющий достаточную прочность, чтобы выдерживать действие энергии удара необходимого уровня. Брус буфера устанавливают на раму, подрамник и/или кузов транспортного средства. В некоторых случаях брус буфера устанавливают на передние концы пары лонжеронов рамы, проходящих параллельно друг другу вдоль транспортного средства на некотором расстоянии друг от друга в поперечном направлении. Зачастую в передней части рамы, непосредственно за брусом буфера устанавливают энергопоглощающие элементы, которые предназначены для поглощения энергии удара соответствующим образом за счет деформации или разрушения в продольном направлении. Система буфера также может включать в себя другие элементы буфера и/или декоративные элементы, соединенные с брусом буфера и/или передними элементами рамы. Также системы буфера могут включать в себя один или несколько облицовочных компонентов, расположенных сверху и закрывающих буфер.
Несколько существующих национальных и международных органов надзора в сфере безопасности транспортных средств разработало стандарты обеспечения защиты для пешеходов, которым должны соответствовать новые транспортные средства. По крайней мере одно такое испытание, определяющее степень защиты пешехода, направлено на расчет и оценку серьезности травмы голени стоящего или идущего пешехода в случае столкновения с транспортным средством, движущимся с относительно низкой скоростью. Результаты данных испытаний показывают, что слишком большое вертикальное расстояние между буфером и поверхностью дороги может привести к увеличению серьезности травмы голени пешехода, поскольку в этом случае голень может попасть под буфер.
Простое уменьшение высоты расположения буфера для улучшения результатов подобных испытаний не является практичным, поскольку в данном случае происходит уменьшение дорожного просвета транспортного средства. Особенно важен большой дорожный просвет для транспортных средств, используемых на дорогах без твердого покрытия.
Из уровня техники известно, что под буфером можно установить так называемый элемент жесткости для голени, который позволит предотвратить попадание голени пешехода под буфер, а, следовательно, уменьшить вероятность и/или серьезность травмы при столкновении транспортного средства с пешеходом. При использовании неподвижного элемента жесткости в случае столкновения с препятствием, находящегося на пути транспортного средства, может произойти ее повреждение.
Раскрытие изобретения
В первом варианте осуществления изобретения устройство защиты пешехода включает в себя левый и правый линейные исполнительные механизмы, устанавливаемые соответственно рядом с левым и правым передними элементами рамы транспортного средства, а также элемент жесткости для защиты пешехода, прикрепленный к исполнительным механизмам и перемещаемый с их помощью. Исполнительные механизмы могут двигаться вдоль соответствующих осей перемещения вперед и назад относительно транспортного средства, перемещая защитный элемент жесткости между убранным положением, в котором она находится за передней поверхностью бруса переднего буфера над (выше) плоскостью дорожного просвета, и выдвинутым положением, в котором элемент жесткости выдвинут вперед относительно убранного положения и вниз (ниже) относительно плоскости дорожного просвета.
В соответствии с еще одной отличительной особенностью исполнительные механизмы могут быть установлены вдоль поверхностей, обращенных внутрь транспортного средства, соответствующих передних элементов рамы,.
В соответствии с еще одной отличительной особенностью для образования оси вращения за элементом жесткости по крайней мере в одном исполнительном механизме используется поворотный шарнир (шарнирное соединение). Элемент жесткости и, по крайней мере, передняя часть исполнительного механизма, прикрепленная к элементу жесткости, могут поворачиваться вверх вокруг оси вращения. При приложении к элементу жесткости направленной вверх силы, например, во время столкновения элемента жесткости с препятствием на поверхности дороги, элемент жесткости может переместиться вверх, что позволит избежать ее повреждения.
В другом варианте устройство защиты пешехода включает в себя линейный исполнительный механизм, который установлен рядом с передним элементом рамы транспортного средства за брусом буфера, опирающимся на передний элемент рамы. Исполнительный механизм имеет поршень, который может двигаться вдоль оси перемещения вперед и назад относительно транспортного средства. Элемент жесткости для защиты голени пешехода может быть соединен с поршнем для перемещения между а) убранным положением, в котором элемент жесткости находится за передней поверхностью бруса буфера над плоскостью дорожного просвета транспортного средства и b) выдвинутым положением, в котором элемент жесткости выдвинута вперед относительно убранного положения и вниз относительно плоскости дорожного просвета.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлен схематический вид транспортного средства с элементом жесткости для защиты пешехода.
На Фиг. 2 представлен схематический вид сбоку транспортного средства и элемента жесткости для защиты пешехода с Фиг. 1.
На Фиг. 3 представлен схематический вид линейного исполнительного механизма для перемещения элемента жесткости для защиты пешехода.
На Фиг. 4 представлен схематический вид сбоку элемента жесткости для защиты пешехода в выдвинутом положении.
На Фиг. 5 представлена блок-схема алгоритма перемещения системы элемента жесткости для защиты пешехода, зависящего от скорости движения транспортного средства.
На Фиг. 6 представлена схема системы управления положением элемента жесткости.
На Фиг. 7 и 8 представлены схематические виды сбоку исполнительного механизма элемента жесткости для защиты пешехода с поворотным шарниром.
На Фиг. 9 и 10 представлены схематические виды сбоку альтернативного варианта поворотного шарнира для исполнительного механизма элемента жесткости для защиты пешехода.
Осуществление изобретения
В соответствии с требованиями в настоящем документе подробно рассмотрены варианты осуществления настоящего изобретения; однако необходимо понимать, что раскрытые варианты осуществления изобретения должны рассматриваться исключительно как примеры осуществления изобретения и что они могут быть осуществлены в различных альтернативных формах. На чертежах не обязательно соблюдается масштаб, некоторые отличительные особенности могут быть увеличены или уменьшены для более подробного изображения определенных деталей. Таким образом, описание конкретных конструктивных и функциональных деталей следует толковать не как ограничения, а как наглядные примеры для ознакомления специалистов в данной области техники с вариантами осуществления раскрытых в документе концепций.
Как показано на Фиг. 1 и 2, транспортное средство 10 включает в себя левый и правый передние элементы 12, 14 рамы, расположенные примерно вдоль транспортного средства. Передние элементы 12, 14 рамы могут быть частями традиционной рамы лестничного (ступенчатого) типа, переднего подрамника транспортного средства, конструкции безрамного кузова (несущего кузова) или любой другой известной конструкции транспортного средства. Передние элементы 12, 14 рамы могут включать в себя энергопоглощающие элементы.
Узел 16 буфера проходит примерно в поперечном направлении относительно транспортного средства и смонтирован на левом и правом передних элементах 12, 14 рамы известным способом. Узел 16 буфера включает в себя жесткий высокопрочный брус 18 буфера, который обычно изготавливают из стали, алюминиевого сплава или высокопрочного композитного материала. Из уровня техники известно, что брус 18 буфера является конструктивным элементом, на который при столкновении действуют ударные нагрузки и который передает такие нагрузки на передние элементы 12, 14 рамы. При наличии энергопоглощающих элементов в передних элементах 12, 14 рамы достаточно сильный импульсный удар приведет к смещению или деформации передних элементов рамы и поглощению кинетической энергии удара.
Узел 16 буфера также может включать в себя один или несколько других компонентов, например, верхний выступ 19, нижний выступ 20, прикрепленный к нижней части бруса 18 буфера и/или спойлер 22, который может являться частью нижнего выступа.
Левый и правый линейные исполнительные механизмы 24, 26 смонтированы рядом с внутренними поверхностями передних элементов 12, 14 рамы соответственно. На Фиг. 2 лучше всего видно, что правый линейный исполнительный механизм 26 включает в себя неподвижную часть 26а, прикрепленную к переднему элементу 14 рамы, и подвижный поршень 26b. Правый линейный исполнительный механизм 26 смонтирован на правом элементе 14 рамы таким образом, что поршень 26b может линейно двигаться вдоль оси 30 перемещения, направленной вниз и вперед под углом α относительно линии L, которая проходит параллельно продольной оси транспортного средства. Левый линейный исполнительный механизм 24 также имеет неподвижную часть, прикрепленную к левому переднему элементу 12 рамы, и подвижный поршень, который может двигаться вдоль оси перемещения под углом α относительно продольной оси транспортного средства.
Элемент жесткости 28 для защиты пешехода смонтирован на передних или дальних концах поршней 24b, 26b и может перемещаться между убранным положением и выдвинутым положением при движении линейных исполнительных механизмов 24, 26. Элемент жесткости 28 может быть изготовлен из любого подходящего материала, например, из стали, алюминия, утлеволокнистых композитов или пластиков. Например, было проведено компьютерное моделирование (CAE) для элемента жесткости, представляющего собой трубу квадратного сечения размером 50 мм × 50 мм и с толщиной стенки 1,6 мм, которая была изготовлена из алюминиевого сплава 6111.
На Фиг. 2 лучше всего видно, что в убранном положении элемент жесткости 28 расположен непосредственно под передними элементами рамы 12, 14 за передней поверхностью бруса 18 буфера. В предпочтительном варианте в убранном положении элемент жесткости 28 находится над плоскостью 32 дорожного просвета. Из уровня техники известно, что плоскость 32 дорожного просвета представляет собой воображаемую плоскость, определяемою прямой линией, проходящей по касательной к передней шине 34 через нижнюю точку узла 16 буфера или любого другого компонента, выступающего вниз и/или вперед относительно бруса буфера. Таким образом, плоскость 32 дорожного просвета является наклонной плоскостью, ниже которой нет никаких частей транспортного средства. В большинстве существующих на рынке транспортных средств плоскость дорожного просвета обеспечивает минимальную высоту зазора и минимальный угол продольной проходимости или передний угол проходимости перед передними шинами. Поскольку в убранном положении элемент жесткости 28 полностью расположен над плоскостью 32 дорожного просвета, она защищена от повреждения из-за наличия препятствий на дороге и при этом не уменьшает дорожный просвет транспортного средства.
На Фиг. 4 изображен исполнительный механизм 24 и элемент жесткости 28 для защиты пешехода в выдвинутом положении. На данном виде сбоку исполнительный механизм 26 не видно, но он также выдвинут. В выдвинутом положении линейные исполнительные механизмы 24, 26 перемещают поршни 26а, 26b вниз и вперед таким образом, что элемент жесткости 28 находится ниже бруса 18 буфера и ниже плоскости 32 дорожного просвета. Когда элемент жесткости 28 находится в выдвинутом положении, он предотвращает или блокирует попадание голени (не показана) пешехода под буфер транспортного средства в случае наезда на пешехода. Значение угла α, при котором оси 30 перемещения расположены относительно горизонтального и вертикального положения элемента жесткости 28 между поверхностью дороги и узлом 16 буфера, можно определить на основании геометрии транспортного средства конкретного типа, при этом также можно определить степень защиты пешехода, которую должна обеспечивать данная система.
На Фиг. 4 пунктирной линией показано убранное положение 28ʹ элемента жесткости. Элемент жесткости 28ʹ в убранном положении может быть частично закрыт и/или скрыт от обзора с помощью нижнего выступа 20 или других компонентов узла 16 буфера. В альтернативном варианте элемент жесткости 28ʹ в убранном положении может проходить рядом и/или находиться в углублении в нижней конструкции узла буфера (например, в выступе 20), обеспечивая аэродинамическую форму.
Линейные исполнительные механизмы 24, 26 могут быть электрическими, пневматическими или гидравлическими. На Фиг. 3 представлена упрощенная схема одного возможного варианта, в котором используется ротационный винтовой линейный исполнительный механизм, в котором реверсивный электродвигатель 40 вращает винт 42. Гайка 44 навинчивается на резьбу винта 42 и зафиксирована на штоке 46 поршня. Таким образом, вращение винта 42 с помощью электродвигателя 40 приводит к перемещению гайки 44 и поршня 46 вперед (выдвинутое положение) и назад (убранное положение) в зависимости от направления вращения электродвигателя.
С учетом собранных данных, основанных на реальных столкновениях транспортных средств с пешеходами, стандарты обеспечения защиты для пешеходов, направленные на снижение травм голени, относятся только к относительно низким скоростям движения транспортного средства. Например, в соответствии с некоторыми стандартами транспортные средства должны обеспечивать защиту голени лишь на скоростях в диапазоне от 30 км/ч до 80 км/ч. Таким образом, элемент жесткости может быть переведен в выдвинутое положение только тогда, когда транспортное средство движется с указанной скоростью. При скорости менее 30 км/ч элемент жесткости остается в убранном положении, в котором он защищена от повреждения. Если водитель транспортного средства видит препятствие на дороге, над которым транспортное средство может проехать только при максимальном дорожном просвете, водитель может снизить скорость до уровня менее 30 км/ч, в результате чего элемент жесткости будет убран. При скорости свыше 80 км/ч элемент жесткости также находится в убранном положении, что позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление и повысить эффективность использования энергии.
Кроме того, эксплуатация некоторых транспортных средств может производиться в режиме бездорожья (повышенной проходимости), в котором некоторые системы транспортного средства (например, подвеска и/или трансмиссия) устанавливаются таким образом, чтобы идеально работать на неровной дороге без покрытия и обычно на малых скоростях. Данный режим повышенной проходимости может быть установлен вручную водителем транспортного средства (при наличии соответствующего переключателя) и/или может автоматически активироваться на основании некоторых считываемых параметров. Во время работы транспортного средства в режиме бездорожья (повышенной проходимости) предполагается, что оно будет двигаться по местности, в которой появление пешехода маловероятно и что для преодоления различных препятствий на пути движения необходимо обеспечить максимальный дорожный просвет. Таким образом, в режиме повышенной проходимости вне зависимости от скорости движения транспортного средства перевод элемента жесткости в выпущенное положение будет невозможен.
На Фиг. 5 представлена блок-схема способа перемещения элемента жесткости на основании скорости. Если система управления транспортным средством находится в режиме повышенной проходимости, то на этапе 100 исполнительные механизмы остаются в убранном состоянии (этап 110). Если режим повышенной проходимости не включен, то способ переходит на этап 120, на котором скорость движения транспортного средства сравнивается с нижним пороговым значением скорости, т.е. 30 км/ч. Если скорость ниже данного порогового значения, то исполнительные механизмы остаются в убранном положении (этап 130).
Если на этапе 120 было обнаружено, что скорость движения превышает 30 км/ч, то на этапе 140 исполнительные механизмы переводят элемент жесткости в выдвинутое положение. Исполнительные механизмы остаются в выдвинутом положении до тех пор, пока скорость вновь не опустится ниже порогового значения.
На этапе 150 скорость движения сравнивается с верхним пороговым значением скорости, т.е. 80 км/ч. Если скорость движения ниже 80 км/ч, то элемент жесткости остается в выдвинутом положении. Если же скорость превышает 80 км/ч, то способ переходит на этап 160 и исполнительные механизмы перемещают элемент жесткости в убранное положение.
На Фиг. 6 представлена блок-схема устройства контроля положения элемента жесткости в соответствии с алгоритмом, основанным на определении скорости, который был описан со ссылкой на Фиг. 5. В данном примере данные о скорости движения транспортного средства выдаются датчиком 60 скорости и передаются на модуль 62 защиты пешеходов, например, по электронной шине данных, например, по шине локальной сети контроллеров или CAN шине 64. Модуль 62 защиты пешеходов принимает данные о скорости от датчика 60 скорости и входные сигналы от переключателя 65 режима повышенной проходимости, выполняет записанный алгоритм и управляет линейными исполнительными механизмами 24, 26 соответственно. Другие системы транспортного средства, например, модуль 66 курсовой устойчивости, трансмиссия 68, тормозная система 70 и система 72 регулируемой подвески, также могут быть управляемы в зависимости от положения переключателя режима повышенной проходимости и/или дополнительных входных сигналах в соответствии с уровнем техники.
U
На Фиг. 7 и 8 схематически представлен еще один вариант воплощения изобретения, в котором элемент жесткости 28 может быть перемещен вверх в случае столкновения с объектом на поверхности дороги. В данном варианте линейный исполнительный механизм 126 (показан только один из двух имеющихся исполнительных механизмов: левого и правого) имеет поршень 126b с поворотным шарниром 50, которое делит поршень на переднюю и заднюю части. Поворотный шарнир 50 образует практически горизонтальную ось вращения, которая позволяет передней части поршня и закрепленному элементу жесткости 28 поворачиваться вверх из нормального опущенного положения, представленного на Фиг. 7, в отклоненное положение, представленное на Фиг. 8. Во время нормальной работы предполагается, что сила, действующая на элемент жесткости 28 при ударе о голень пешехода, будет направлена по горизонтали, как показано стрелкой FH. Однако если элемент жесткости 28 сталкивается с препятствием на поверхности дороги (например, с высоким бугром, бревном, камнем или мусором), которое действует с силой F с направленной вверх составляющей, поворотный шарнир 50 позволяет элементу жесткости отклониться или повернуться вверх, как показано на Фиг. 8. Движение элемента жесткости 28 вверх исключает или уменьшает степень повреждения элемента жесткости 28 и/или линейного исполнительного механизма 126. Поворотный шарнир 50 может включать в себя пружину или другое устройство смещения (не показано), отклоняющее переднюю часть поршня 126b в нижнее положение, представленное на Фиг. 7. Для смещения элемента жесткости в нижнее рабочее положение, представленное на Фиг. 7, могут быть использованы любые другие соответствующие средства создания усилия, действующего на элемент жесткости 28 и/или переднюю часть поршня 126b.
На Фиг. 9 и 10 представлена альтернативная конструкция для уменьшения повреждения устройства в случае столкновения элемента жесткости с препятствием. Линейный исполнительный механизм 226 установлен на элементе 14 рамы с помощью поворотного шарнира 150. Нижний ограничитель 52 прикреплен к элементу 14 рамы или другой смежной конструкции, он соприкасается с нижней поверхностью линейного исполнительного механизма, предотвращая его поворот за пределы нижней границы вращения. Аналогичным образом верхний ограничитель 54 прикреплен к переднему элементу 14 рамы или смежной конструкции. Верхний ограничитель 54 может включать в себя устройство 54а смещения для приложения к линейному исполнительному механизму 226 направленной вниз силы, позволяющей удерживать его рядом с нижним ограничителем 52 в рабочем положении. Устройство 54а смещения может представлять собой пружину или другое механическое или пневматическое устройство, также оно может (без отступления от сущности изобретения) быть расположено в любом положении, в котором оно создает направленную вниз вращающую силу, действующую на исполнительный механизм 226.
H
Как было сказано со ссылкой на Фиг. 7 и 8, предполагается, что при столкновении транспортного средства с пешеходом на элемент жесткости 28 будет действовать практически горизонтальная сила F, при этом элемент жесткости остается в нижнем положении, изображенном на Фиг. 9, в котором поршень 226b выпущен, и элемент жесткости находится в предпочтительном положении между узлом буфера и поверхностью дороги, предотвращая попадание голени пешехода под буфер.
U
На Фиг. 10 изображены линейный исполнительный механизм 226 и элемент жесткости 28, отклоненный вверх в результате удара о препятствие (не показано), которое прикладывает к элементу жесткости 28 направленную вверх силу F. Линейный исполнительный механизм 226 поворачивается вверх (по часовой стрелке, как показано на Фиг. 10), преодолевая действие смещающей силы (при ее наличии). Например, поворотный шарнир 150 может включать в себя пружинный элемент (не показан). В качестве альтернативы общая масса линейного исполнительного механизма 226 и элемента жесткости 28 может быть достаточной для удержания устройства в положении, указанном на Фиг. 9, поэтому в устройстве смещения нет необходимости.
Представленное положение линейных исполнительных механизмов рядом с передними элементами рамы, в частности, их установка вдоль внутренних поверхностей элементов рамы и прямолинейное перемещение элемента жесткости между выдвинутым и убранным положениями позволяют получить компактное решение.
Хотя выше приведены примеры вариантов осуществления, это не означает, что они описывают все возможные формы, ограниченные пунктами формулы изобретения. Приведенный текст используется исключительно для описания, а не для ограничения, следует понимать, что возможно внесение различных изменений без отступления от объема и сущности изобретения. Как было описано выше, отличительные особенности различных вариантов осуществления могут быть объединены для создания других вариантов осуществления.