Бампер транспортного средства с активным ударогашением
BUMPER OF VEHICLE WITH ACTIVE SHOCK ABSORPTION

Изобретение относится к бамперам транспортных средств и предназначено для активного гашения кинетической энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.
Известны бамперы транспортных средств, содержащие размещенные между их тыльной стороной и кузовом энергопоглощающие элементы в виде закрытой ячеистой многослойной структуры, заполненной ферромагнитным порошком, удерживаемым с помощью эластичных постоянных магнитов /см., например, патент РФ на изобретение №2332318, кл. В60R 19/03, 2007 [1]; патент РФ на изобретение №2332319, кл. B60R 19/03, 2007 [2]/.
Недостатками известных устройств является сравнительно низкая эффективность защиты транспортного средства при мощных лобовых столкновениях, что объяняется реализацией устройствами пассивных методов поглощения энергии ударов.
Известны также устройства для активного динамического гашения удара транспортного средства о препятствие путем формирования обратного гидродинамического воздействия на воспринимающий удар бампер непосредственно в момент удара /см. патент РФ на изобретение №2533765, кл. B60R 19/04, B60R 19/20, 2013 [3]; патент РФ на изобретение №2538826, кл. B60R 19/20, 2013 [4]/.
Недостатками известных устройств является сравнительная сложность реализации, низкая эффективность вследствие ограниченной мощности обратного гидравлического удара, формируемого за счет ответной инерционной реакции жидкости на первичный удар, а также узкие возможности регулировки амплитуды, длительности и формы обратного ударного импульса.
Кроме того, известны устройства активного динамического гашения удара транспортного средства о препятствие путем формирования обратного воздействия на бампер инерционной массой, удерживаемой в исходном состоянии резко нелинейными силами, создаваемыми постоянными магнитами /см. патент РФ на изобретение №2360808, кл. В60R 19/36, 2008 [5]/, либо упругими нелинейными элементами /см. патент РФ на изобретение №2350496, кл. В60R 19/36, 2007 [6]/, либо созданием встречного усилия за счет кинематического преобразования направлений деформаций расположенных рядом винтовых цилиндрических пружин /см. патент РФ на полезную модель №129465, кл. B60R 19/18, 2013 [7]/.
Недостатками известных устройств является сравнительно низкая, при одновременно сравнительной сложности реализации, эффективность эффективность гашения вследствие ограниченных мощностей при реальных габаритах постоянных магнитов и упругих элементов, узкие возможности регулировки амплитуды, длительности и формы обратного ударного импульса.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является бампер транспортного средства, содержащий жестко смонтированную на передней части кузова внутреннюю опорную и воспринимающую удар внешнюю подвижную рамки, выполненные в виде шарнирных, рычагов, шарнирно соединенных между собой с образованием механизма рычагов типа прямых ножниц в поперечной плоскости к воспринимающей удар поверхности, внутренние стороны рабочих участков которых и их рукояток связаны между собой витыми цилиндрическими пружинами сжатия, а наружняя сторона рабочего участка ножниц, принадлежащая внешней подвижной рамке, связана с кузовом витыми цилиндрическими пружинами растяжения /см. а.с. СССР №1532375, кл. B60R 19/18, E02B 3/22, 1988 [8], фиг. 1, фиг. 2/, и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа является низкая эффективность защиты транспортного средства при мощных лобовых столкновениях, что объясняется отсутствием в устройстве возможности активного ударогашения при осуществлении только процессов прогрессирующего поглощения энергии и сопротивления удару, а также рационального перераспределения силыудара.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого и эффективного устройства бампера, реализующего процесс динамического гашения удара транспортного средства о препятствие путем приложения к бамперу встречного силового электромеханического импульсного воздействия, синхронизированного во времени с импульсом удара.
Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при его столкновении с препятствием.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства с активным ударогашением, содержащим жестко смонтированную в передней части кузова внутреннюю опорную и воспринимающую удар внешнюю подвижную рамки, выполненные в виде фигурных рычагов, шарнирно соединенных между собой с образованием рычажного механизма типа прямых ножниц в поперечной плоскости к воспринимающей удар поверхности, внутренние стороны рабочих участков которых и их рукояток связаны между собой системой закрепленных параллельно витых цилиндрических пружин сжатия, а наружняя сторона рабочего участка ножниц, принадлежащая внешней подвижной рамке, связана с кузовом системой закрепленных параллельно витых цилиндрических пружин растяжения, особенность заключается в том, что бампер снабжен механизмом формирования обратного удара, синхронизированного по времени с моментом столкновения транспортного средства с препятствием, выполненным в виде схемы параллельного электрического подключения вышеуказанной системы витых металлических токопроводящих цилиндрических пружин растяжения с изоляционным закреплением концов и покрытием витков к разрядному контуру установленной в полости бампера конденсаторной батареи с помощью закрепленных на внутренних сторонах рабочих участков ножниц напротив друг друга, соответственно, герметизированного контакта геркона/ и управляющего им подвижного постоянного магнита.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображен предлагаемый бампер: на фиг. 1 - на виде сверху; на фиг. 2 - в разрезе по А-А на фиг. 1 с принципиальной схемой его работы.
Бампер транспортного средства с активным ударогашением содержит жестко смонтированную на передней части кузова 1 внутреннюю опорную и воспринимающую удар при столкновении транспортного средства с препятствием внешнюю подвижную стальные рамки, соответственно, 2 и 3, выполненные в виде фигурных рычагов, соединенных между собой посредством двух цилиндрических шарниров 4 с образованием рычажного механизма типа прямых ножниц в поперечной плоскости к воспринимающей удар поверхности. При этом внутренние стороны рабочих участков 5, 6 ножниц, как и внутренние стороны их рукояток 7, 8, расположенные попарно напротив друг друга, связаны между собой системами, соответственно, 9 и 10 закрепленных механически параллельно витых цилиндрических пружин сжатия /на рисунках системы 9 и 10 проиллюстрированы двумя пружинами каждая/, концы которых прикреплены к вышеуказанным участкам 5, 6 и 7, 8 ножниц с помощью приваренным к ним гнездам 11, а наружняя сторона рабочего участка 5 ножниц, принадлежащего внешней подвижной рамке 3, связана с кузовом 1 также закрепленной механически параллельно системой 12 витых цилиндрических пружин растяжения /на рисунках опять показаны две такие пружины /см. [8], фиг. 1 и фиг. 2/. В предлагаемом устройстве данные пружины 12 выполнены металлическими, токопроводящими, с электрической изоляцией как витков друг от друга путем нанесения внешнего изоляционного покрытия, так и мест закрепления концов пружин 12 от кузова 1 и рабочего участка 5 ножниц путем использования для закрепления концов токонепроводящих винтовых пробок 13, изготовленных, например, из сверх прочных при ударах и изгибах полиамидов-кристаллизирующихся полимеров с пределом прочности до 600 МПа, применяемых обычно для изготовления приборных шестерен, подшипников, турбин. При этом бампер дополнительно снабжен механизмом нормирования обратного удара, синхронизированного по времени с моментом столкновения транспортного средства с препятствием, выполненным в виде схемы параллельного электрического подключения вышеуказанных пружин растяжения 12 токоподводами 14 к разрядному контуру 15 установленной в полости 16 бампера конденсаторной батареи 17. с помощью закрепленных на внутренних сторонах рабочего участка 6 ножниц, принадлежащего внутренней неподвижной опорной рамке 2 и рабочего участка 5 ножниц, принадлежащего внешней подвижной рамке 3 напротив друг друга, соответственно, герметизированного контакта /геркона/ 18 и управляющего им подвижного постоянного магнита 19 /см., например, Пятин Ю.М. Проектирование элементов измерительных приборов. Учебн. пособие для вузов, М., "Высш. школа", 1977, стр. 268-269, рис. 10. 15в [9]/.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. На рисунках показано устройство бампера в исходном состоянии: конденсаторная батарея 17 емкостью порядка С=150 мкФ заряжена до напряжения U=10-15 кВ, контакты геркона 18 разомкнуты, и, соответственно, разрядный контур 15 также разомкнут. При этом бампер работает согласно устройству-прототипу [8], а именно - при столкновениях транспортного средства с препятствиями, сопровождающимися ударами бампера слабой и средней интенсивности, кинетическая энергия удара воспринимается внешней подвижной рамкой 8, системы пружин 9 и 10 сжимаются, система пружин 12 растягивается, за счет чего происходит прогрессирующее поглощение энергии и сопротивление удару, а также рациональное перераспределение сил удара. При мощном лобовом ударе с достаточным сближением рабочего участка 5 ножниц, принадлежащего подвижной рамке 3, с постоянным магнитом 19 к неподвижному геркону 18 на рабочем участке 6 ножниц неподвижной рамки 2, ферромагнитные контакты геркона 18, преодолевая исходные силы упругости, замыкают цепь разрядного контура 15, в результате чего разрядный импульс конденсаторной батареи 17 с амплитудой порядка I=30 А и продолжительностью импульса порядка t=3 мс проходит через витки параллельно подключенных пружин растяжения 12. При этом через соседние в осевом направлении витки каждой из пружин 12, удаленные друг от друга на 1-2 мм проходят импульсы токов одного направления, что обуславливает возникновение результирующих мощных сжимающих импульсных электродинамических сил, обуславливающих релейное сжатие витков пружин 12 до полного смыкания их витков. Такое сжатие практически синхронизировано по времени с моментом соударения транспортного средства с препятствием, и приводит к встречному растяжению сжатых при столкновении пружин 9, 10, то есть к формированию обратного /встречного/ удара подвижной рамки 3 бампера в прегруду, что обуславливает максимально возможный эффект активного гашения кинетической энергии удара. Как видно из фиг. 2 за счет умышленного выполнения длины рабочих участков 5, 6 ножниц значительно меньшей длины их рукояток 7, 8 удается при сравнительно малых амплитудах релейного сжатия пружин 12 со значительными ударными давлениями порядка Р=10 МПа добиться значительных амплитуд обратных перемещений подвижной рамки 3 при ее встречном ударе о препятствие. Подбором электромеханических характеристик геркона 18 и массомагнитных параметров постоянного магнита 19 можно синхронизировать время формирования обратного ударного импульса с моментом столкновения траспортного средства с заданной динамической степенью точности. В свою очередь подбором электрических параметров конденсаторной батареи 17/емкости, напряжения и амплитуды разрядного тока/, колличества пружин растяжения 12, электромеханических конструктивных параметров /продольных жесткостей, электрических сопротивлений материала пружин 12, их рабочих длин, диаметров, исходных осевых зазоров между витками и т.п./ можно регулировать в достаточно широких пределах параметры импульса обратного удара /амплитуду, длительность и форму/.
По мнению заявителя, практическая ценность предлагаемой конструкции бампера в том, что она дает возможность сформировать встречный активный электромеханический удар для гашения удара при столкновении не с помощью какой то сложной специальной гидравлической, кинематической, электромагнитной и т.п. системы, а в уже известной и практически типовой конструкции бампера с цилиндрическими пружинами растяжения-сжатия путем некоторого некардинального изменения /дополнения/ к данной конструкции, что и обеспечивает серьезный эффект повышения безопасности транспортного средства при интенсивных ударных взаимодействиях.