БАМПЕР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE BUMPER

Изобретение относится к устройствам для активного гашения энергии и скорости удара при столкновении транспортного средства с препятствием.
Известны энергопоглощающие бамперы транспортных средств, содержащие либо облицовку из упруго-пластического материала с ячейками, заполненными полимерными пеноматериалами /см. а.с. СССР №965840, кл/ B60R 19/08, B62D 25/08, 1980 [1]; а.с. СССР №1500529, кл. B60R 19/03, B62D 25/08, 1987 [2]/, либо установленные в передней части кузова надувные мешки с мягкой оболочкой, армированной металлической сеткой /см. патент РФ на полезную модель №34911, кл. B60R 19/20, 2003 [3]/, либо содержащие горизонтальный ударный брус, связанный с корпусом транспортного средства через упругие энергопоглощающие элементы /см. а.с. СССР №984903, кл. B60R 19/08, 1980 [4]; а.с. СССР №1175763, кл. B60R 19/02, 1984 [5].
Недостатками всех известных устройств является низкая эффективность защиты транспортного средства при сильных встречных ударах, что объясняется реализацией ими пассивного метода обеспечения безопасности за счет поглощения и диссипации энергии удара, невозможностью отведения части энергии встречного удара в землю с гашением при этом кинетической энергии и скорости удара.
Известны также бамперы транспортных средств, позволяющие отводить часть энергии встречного удара в землю, содержащие либо верхний тормозной механизм, установленный на уровне передней части автомобиля, и нижний тормозной механизм, снабженный тормозной подпружиненной пластиной с башмаком на конце и средствами переключения и регулировки тормозного механизма для его сцепления с землей /см. патент США №3472332, кл. B60R 19/09, 1969 [6], либо шарнирно соединенные с бампером продольные упоры с заостренными для внедрения в землю концами, связанные с механизмом их опускания на дорожное полотно при воздействии ударной силы типа рычажных передач, электронно-управляемых систем или пиротехнических устройств /см. патент РФ на изобретение №2307037, кл. B60R 19/02, B60Τ 1/14, 2004 [7]/.
Недостатками известных устройств является предельная сложность конструкций, низкая надежность и громоздкость, обусловленные отсутствием возможности автоматического срабатывания устройств непосредственно от ударной нагрузки и необходимостью использования специальных электромеханических и пиротехнических средств переключения и регулировки тормозных механизмов для их сцепления с дорожным полотном.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является бампер транспортного средства, содержащий укрепленный на раме кузова по всей ширине его передней части горизонтальный ударный брус, соединенный с толкателем, взаимодействующим с пакетами размеренных на раме деформирующихся элементов /см. патент СССР на изобретение №664544, кл. B60R 19/08, F16F 13/00, 1972 [8]/, и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа является низкая эффективность защиты транспортного средства при встречных ударах, что объясняется реализацией устройством пассивного метода обеспечения безопасности за счет поглощения и диссипации кинетической энергии удара, а также невозможностью отведения части энергии встречного удара в землю и гашения скорости транспортного средства в момент столкновения.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простой и технологичной конструкции бампера, обеспечивающей при этом автоматический отвод части кинетической энергии встречного удара непосредственно в момент удара транспортного средства в землю и одновременно его экстренное торможение.
Технический результат - повышение эффективности защиты бампером транспортного средства от разрушения при встречных ударах за счет обеспечения автоматического отвода части энергии непосредственно в момент удара в землю и одновременного экстренного торможения транспортного средства.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства, содержащем укрепленный на раме кузова по всей ширине его передней части горизонтальный ударный брус, особенность заключается в том, что в теле ударного бруса выполнена последовательность сквозных вертикальных отверстий, в каждую соседнюю пару которых свободно вставлена сверху стальная Π-образная стойка с заостренными нижними концами, снабженная надетыми на вертикальные стороны винтовыми цилиндрическими пружинами, прикрепленными своими торцами к нижней поверхности перекладины стойки и верхней поверхности бруса в напряженно-растянутом состоянии, и удерживаемая в равновесном положении с помощью размещенной в средней части стойки и введенной с натягом и фиксацией между вышеуказанными поверхностями пластины из материала, разрушаемого при заданной величине ударной силы, при этом геометрические и физические параметры Π-образных стоек и пружин выбраны из условия обеспечения необходимого силового прижатия пружинами концов стоек к дорожному полотну при удалении из конструкции бампера удерживающих стойки пластин.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен предлагаемый бампер в транспортном состоянии на виде на транспортное средство спереди; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство на фиг. 1 в рабочем состоянии после встречного удара.
Бампер транспортного средства содержит укрепленный на раме 1 кузова 2 по всей ширине его передней части через промежуточные элементы 3 горизонтальный ударный брус 4. При этом в теле бруса 4 выполнена последовательность сквозных вертикальных отверстий 5, в каждую соседнюю пару которых свободно вставлена сверху стальная П-образная стойка 6 с заостренными нижними концами 7, снабженная надетыми на ее вертикальные стороны винтовыми цилиндрическими пружинами 8 растяжения-сжатия. Последние прикреплены /приварены/ своими верхними торцами к нижней поверхности горизонтальной перекладины соответствующей стальной стойки 6 и нижними торцами - к верхней поверхности также стального бруса 4 вокруг контура отверстий 5, причем крепление пружин 8 осуществлено в их напряженно-растянутом состоянии, вследствие чего они пытаются вернуться в равновесное недеформированное состояние и втянуть при этом Π-образные стойки 6 внутрь в отверстия 5 ударного бруса 4. Удерживание же Π-образных стоек 6 в исходном состоянии при растянутых пружинах 8 осуществлено в устройстве с помощью размещенных в средней части каждой стойки 6 параллельно между пружинами 8 вертикально установленной пластины 9, введенной своим верхним и нижним торцами плотно с натягом между соответственно нижней поверхностью перекладины стойки 6 и верхней поверхностью бруса 4, и зафиксированная на вышеуказанных поверхностях. При этом фиксация осуществлена с помощью специальной мастики. Для более надежной фиксации на верхнем торце пластины 9 выполнена специальная канавка 10, частично охватывающая снизу перекладину стойки 6 /в устройстве стойка 6 выполнена сплошного круглого сечения и соответственно канавка 10 - полукруглого сечения/, а на верхней поверхности бруса 4 выполнены мелкие углубления 11 для установки в них нижнего торца пластины 9. Пластины 9 выполнены из материала, разрушаемого при достижении действующей на бампер при столкновении ударной силы заранее заданного значения, требующего адаптивной перестройки структуры бампера. Значение этой силы задается в технических условиях именно для данного типа транспортного средства, причем, ее превышение в процессе удара представляет опасность для сохранения прочности конструкции кузова 2, пассажиров, водителя и т.п. Именно в момент достижения ударной силой при столкновении вышеуказанного значения конструкция бампера должна адаптивно перестроиться, то есть автоматически релейно ″сработать″, обеспечивая аварийное торможение транспортного средства  за счет контакта элементов бампера с дорожным полотном 12. Это достигается подбором геометрических параметров пластин 9 и прочностных характеристик их материала, обеспечивающих разрушение пластин 9 при поперечной изгибающей нагрузке с амплитудами, вышеуказанных ударных сил. В качестве материала пластин 9 целесообразно использовать фенопласт либо АГ-4 с выполнением прессованием из порошков. Данные материалы выдерживают значительные статические сжимающие и изгибные нагрузки, однако более легко разрушаются при ударных нагрузках, причем позволяют достаточно точно и стабильно рассчитывать величины разрушающих ударных нагрузок. При разрушении пластин 9, что равнозначно релейному удалению пластин 9, удерживающих стойки 6 в состоянии статического равновесия, из конструкции бампера, стойки 6 своими вертикальными сторонами под действием восстанавливающих сил упругости растянутых пружин 8, релейно втягиваются в отверстия 5 бруса 4. При этом геометрические и физические параметры пружин 8 и стоек 6: жесткость, исходная статическая деформация, длина в недеформированном состоянии пружин 8, высота стоек 6 и т.п., выбраны таким образом, чтобы вышеуказанные силы упругости пружин 8 обеспечивали не просто контакт выходящих снизу из бруса 4 заостренных концов 7 стоек 6 с дорожным полотном 12, но и прижатие концов 7 к полотну 12 с необходимым усилием, обеспечивающим заданную эффективность экстренного торможения транспортного средства, и, соответственно, заданную степень гашения кинетической энергии удара и скорости за счет отвода части энергии столкновения в землю.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В исходном транспортном состоянии бампера /см. фиг. 1, фиг. 2/ устройство работает в обычном режиме бампера /см. [1]÷[5]/, когда гашение энергии удара при столкновениях транспортных средств с малыми ударными нагрузками происходит за счет ее преобразование в упругие и пластические деформации ударного бруса 4 и промежуточных элементов 3, связывающих брус 4 с рамой 1, а также вследствие диссипации и поглощения энергии удара при относительных перемещениях вышеуказанных элементов с вязкоупругими свойствами. При мощном встречном столкновении транспортного средства с препятствием или другим транспортным средством со значительными ударными нагрузками, прикладываемыми к ударному брусу 4, произойдет разрушение пластин 9 бампера, сопровождающееся релейным контактом заостренных концов 7 стоек 6 с дорожным полотном 12. Стойки 6 работают независимо друг от друга, поэтому даже в случае неразрушения нескольких пластин 9 /например, при боковом косом или скользящем ударе/ произойдет силовой контакт с дорожным полотном 12 остальных стоек 6. В результате такого контакта непосредственно в момент столкновения за счет аварийного торможения будет резко погашена скорость транспортного средства, часть кинетической энергии встречного удара будет непосредственно отведена в землю. В большинстве случаев это позволит исключить наиболее тяжелые летальные последствия аварий, приводящих, как правило, в случаях встречных столкновений к значительным разрушениям кузова, гибели водителя и пассажиров.
По мнению заявителя, предлагаемый вариант адаптивной перестройки структуры бампера непосредственно в момент ударного столкновения и под действием удара, обеспечивающий релейный силовой контакт бампера с дорожным полотном, позволяет резко повысить эффективность защиты транспортного средства при особо опасных авариях, за счет автоматического осуществления экстренного торможения транспортного средства с отводом части кинетической энергии удара в землю.