УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ С ПРЕПЯТСТВИЕМ ИЛИ ДВИЖУЩИМСЯ ОБЪЕКТОМ
DEVICE FOR PROTECTING CAR BODY IN COLLISION WITH OBSTACLE OR MOVING OBJECT

Изобретение относится к автомобильной промышленности и может преимущественно использоваться как активная защита легковых автомобилей от значительных повреждений и деформаций кузова при столкновении с препятствием. Устройство обеспечивает эффективную защиту водителя и пассажиров в том случае, когда в результате взаимодействия с препятствием неминуема непрогнозируемая деформация кузова, сдвиг конструктивных элементов которого может привести к травмам различной степени тяжести.
Известно устройство для защиты автомобиля от деформации кузова при взаимодействии с препятствием. Устройство выполнено в виде жесткого каркаса из трубчатых или стержневых элементов, которые с помощью болтов и сварного соединения закреплены друг к другу. Защитный каркас создает предохранительный контур вокруг пассажирской кабины и предотвращает травмирование людей (Книга самодеятельного конструктора автомобилей, http://bibliotekar.ru/spravochnik-61/18.htm).
Наряду с тем, что защитный каркас обеспечивает защиту пассажиров внутри кабины автомобиля, он имеет ряд важных недостатков, а именно:
- устройство, практически, не защищает кузов автомобиля при взаимодействии его с препятствием. При столкновении с препятствием в первую очередь деформируется кузов автомобиля, а потом нагрузки передаются на защитный каркас. После того, как нагрузки передаются на каркас, происходят необратимые деформации кузова автомобиля. Если при столкновении повреждаются несущие элементы автомобиля, то его кузов или не подлежит восстановлению, или его нецелесообразно восстанавливать по экономическим соображениям.
Устройство не предусматривает защиту автомобиля до того момента, когда начинаются хрупкие и пластические деформации кузова.
Устройство для обеспечения достаточной защиты пассажиров занимает значительную часть объема внутренней части кабины и нарушает ее интерьер, а это ухудшает внешний вид автомобиля и снижает его конкурентность на рынке.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для защиты кузова автомобиля при столкновении с препятствием или движущимся объектом, которое включает предохранительную систему, состоящую из исполнительных элементов, закрепленных к несущим элементам кузова автомобиля (Бампер автомобиля.. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80).
Недостатком известного устройства является то, что предохранительная система выполнена в виде бампера и представляет собой жесткую конструкцию, которая защищает кузов автомобиля при столкновении в случае движения автомобиля на незначительной скорости. Увеличение защитной функции бамперов приводит к необходимости увеличения их габаритных размеров и вынесения на значительное расстояние за границы кузова. Как правило, это решение компоновки бампера относительно кузова нарушает формообразование автомобиля.
Кроме того, бамперы, которые расположены в передней и задней частях автомобиля, не защищают от деформации боковые части кузова при взаимодействии его с препятствием или движущимся объектом. Это представляет определенную опасность для водителя и пассажиров автомобиля, так как боковой удар, как правило, сочетается с деформацией несущих стоек автомобиля. Такое повреждение кузова приводит к значительным затратам на восстановление или делает в ряде случаев экономически нецелесообразным его восстановление.
Задачей изобретения является усовершенствование конструкции устройства для защиты автомобиля при столкновении с препятствием или движущимся объектом, за счет того, что устройство представляет собой динамическую систему защиты, активно противодействующую разрушительной нагрузке, при этом взаимодействие устройства с препятствием осуществляется за пределами автомобиля.
Технический результат от использования изобретения заключается в предотвращении деформации кузова, предохранении его разрушения и деформации со всех сторон автомобиля, чем предотвращает значительные экономические потери при восстановлении кузова после взаимодействия с препятствием или движущимся объектом.
Устройство может быть смонтировано и эффективно противодействовать разрушению и деформации кузова не только на новых автомобилях, но и уже эксплуатируемых.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для защиты кузова автомобиля при столкновении с препятствием или движущимся объектом включает предохранительную систему, которая состоит из исполнительных элементов, закрепленных к несущим элементам кузова автомобиля.
Согласно изобретению предохранительная система включает блоки защиты двери, а также блоки защиты передней и задней частей автомобиля, при этом каждый блок защиты двери размещен в проекции ее просвета и выполняют из телескопических полых исполнительных элементов с изолированными полостями, причем каждый исполнительный элемент снабжен разгрузочным клапаном, а также пиропатроном связанным с датчиком аварийной ситуации, причем одна концевая часть каждого телескопического элемента соединена с несущим элементом кузова, а другая концевая часть телескопического элемента снабжена коническим толкателем, выполненным с возможностью взаимодействия с посадочным центрирующим гнездом, закрепленным на защитном щитке, который закреплен к внутренней поверхности внешнего листа двери автомобиля, при этом телескопические элементы выполнены с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости перпендикулярно продольной оси автомобиля под углом к оси автомобиля в сторону направления его движения или под углом к оси автомобиля в сторону противоположной направлению его движения, а блоки защиты передней и задней части автомобиля размещают в габаритах фронтальной проекции задней и передней частей автомобиля и выполняют из телескопических полых исполнительных элементов с изолированными полостями, при этом каждый исполнительный элемент снабжен разгрузочным клапаном и пиропатроном связанным с датчиком аварийной ситуации, причем одна концевая часть каждого телескопического элемента присоединена к несущему элементу кузова, а другая концевая часть телескопического элемента закреплена к торцевой части защитной балки.
Для увеличения площади взаимодействия защитного щитка с препятствием и предупреждения его деформации при динамическом воздействии, защитный щиток может быть снабжен ребрами жесткости.
Для изменения точки нагрузки, которая обеспечивает эффективное воздействие на защитный щиток, концевая часть телескопического элемента, взаимодействующая с защитным щитком, может быть выполненная Г-образной.
Для увеличения эффективности перемещения телескопических элементов, которые воздействуют на защитный щиток за счет его перемещения за границы внешнего листа двери автомобиля, часть внешнего листа двери автомобиля, которая образована контуром прилегающего к нему защитного щитка, имеет уменьшенную прочность.
Заявленное изобретение иллюстрируется схемами, где на фиг.1 показан вид сверху на автомобиль при положении устройства для защиты автомобиля в исходном положении; на фиг.2 - рабочее положение исполнительных элементов устройства в положении противодействия боковому и переднему воздействию на автомобиль; на фиг.3 - вертикальная проекция защитного щитка бокового исполнительного элемента и его фрагмент с посадочным гнездом; на фиг.4 - телескопический исполнительный элемент.
Устройство для защиты кузова автомобиля при столкновении с препятствием или движущимся объектом включает предохранительную систему, которая включает функциональные блоки защиты двери, а также функциональные блоки защиты передней и задней частей автомобиля.
Каждый блок защиты двери размещен в проекции ее просвета и выполняют из телескопических исполнительных элементов 1 с изолированными полостями. Каждый исполнительный элемент 1 снабжен разгрузочным клапаном 2 и пиропатроном 3, связанным с датчиком аварийной ситуации (не показан).
Одна концевая часть каждого исполнительного элемента 1 шарнирно присоединена к несущей части кузова 4, а другая конечная часть исполнительного элемента 1 снабжена коническим толкателем 5.
Конический толкатель 5 выполнен с возможностью взаимодействия с посадочным гнездом 6, закрепленным на защитном щитке 7. Щиток 7 закреплен к внутренней поверхности внешнего листа 8 двери автомобиля 9.
Блоки защиты передней и задней частей размещают в габаритах фронтальной проекции задней и передней частей автомобиля 9 и выполняют из телескопических полых исполнительных элементов 10. Каждый исполнительный элемент 10 снабжен разгрузочным клапаном 2 и пиропатроном 3, связанным, также как и блок защиты двери, с датчиком аварийной ситуации. Одна концевая часть каждого исполнительного элемента 10 шарнирно присоединена к несущему элементу кузова автомобиля 9, а другая концевая часть исполнительного элемента 10 закреплена к защитной балке 11.
Защитный щиток 7 может быть снабжен ребрами жесткости 12.
Концевая часть исполнительного элемента 1, взаимодействующая с защитным щитком 7, может быть выполненная Г-образной.
Часть внешнего листа 8 двери автомобиля 9, образованная контуром прилегающего к нему защитного щитка 7, имеет уменьшенную прочность.
Устройство для защиты кузова автомобиля при столкновении с препятствием или движущимся объектом, реализуется следующим образом.
Заявленное устройство относится к активным средствам, которые снижают вероятность возникновения пластических, хрупких и других видов деформаций, которые возникают при динамическом взаимодействии автомобиля 9 с препятствием.
Эффективность работы устройства достигается за счет того, что исполнительные элементы 1 начинают взаимодействовать с препятствием до начала катастрофической деформации кузова, тем самым принимая на себя основную разрушительную нагрузку.
Устройство представляет собой предохранительную систему, состоящую из ряда функциональных блоков. К ним относятся блоки защиты двери, а также блоки защиты передней и задней частей автомобиля.
Каждый блок защиты двери являются функциональным устройством, которое начинает работать при соответствующей команде системы управления, взаимодействующей с датчиками (на схемах не показаны). Каждый блок защиты каждой двери размещен в проекции ее просвета. Количество блоков определяется количеством дверей и классом автомобиля, на котором устанавливается устройство.
В исходном положении телескопические элементы 1 сжаты. При возникновении аварийной ситуации и в зависимости от типа датчика, который реагирует на степень взаимодействия автомобиля с препятствием, сигнал от датчика через систему управления поступает на пиропатрон 3 исполнительного телескопического элемента 1.
Пиропатрон 3, как правило, имеет герметичный корпус, соединенный с полостью исполнительного элемента 1. При инициировании пиропатронов 3 исполнительных элементов блока защиты двери, образованный газ начинает поступать в полость исполнительных элементов 1, и телескопические элементы 1 начинают выдвигаться один из другого.
Телескопический элемент 1, растягиваясь, опирается на шарнирное крепление к несущему элементу кузова 4. Другая концевая часть телескопического элемента 1 снабжена коническим толкателем 5, входит в посадочное гнездо 6, закрепленное на защитном щитке 7, который закреплен к внутренней поверхности внешнего листа 8 двери автомобиля 9.
Как правило, для фронтального перемещения и равномерного распределения нагрузки для каждого защитного щитка 7 применяют не менее двух телескопических элементов 1, а количество защитных щитков 7 определяется геометрическими параметрами двери автомобиля 9.
Для более эргономичного расположения исполнительных элементов 1 и перемещения точек воздействий на защитный щиток 7, концевые части исполнительных элементов 1 выполняют Г-образной формы. Это не уменьшает габариты кабины и не ухудшает ее эстетический вид.
При взаимодействии исполнительных элементов 1 с защитным щитком 7 последний прорывает внешний лист 8 двери и входит во взаимодействие с препятствием или движущимся объектом.
Для того чтобы прорыв части внешнего листа 8 двери автомобиля был прогнозируемым и для минимизации разрывного усилия с помощью пресса на двери образуют контур размерный с габаритами (контуром) защитного щитка 7. Уменьшение прочности внешнего листа 8 двери достигают с помощью двустороннего выдавливания контура, внутри которого толщина листа меньше, чем за его пределами или выполнением перфорации. То и другое зашпаклевывается и красится для сохранности товарного вида.
Для демпфирования системы, которая позволяет снизить динамическое воздействие как на кузов автомобиля 9, так и на пассажиров, предусмотрено наличие в исполнительных элементах 1 разгрузочного клапана 2, с помощью которого газ, выработанный пиропатроном, постепенно выходит в атмосферу под действием встречных усилий кузова 9 и препятствия.
Под действием препятствия защитный щиток 7 может деформироваться, что приводит к снижению эффективности уменьшения последствий аварийной ситуации. Решением этой проблемы может быть выполнение защитного щитка с ребрами жесткости 12, выполненными непосредственно на теле щитка или закрепленными на его поверхности с помощью сваривания.
Максимальная эффективность взаимодействия телескопических исполнительных элементов 1 с препятствием, деформирующим кузов автомобиля, достигается за счет того, что телескопические элементы 1 выполняют с определенной степенью свободы, которая позволяет системе управления после получения сигнала датчика направлять исполнительные элементы в сторону взаимодействия с препятствием. Исходя из степени свободы перемещения исполнительных элементов 1 в горизонтальной плоскости они могут быть направлены перпендикулярно продольной оси автомобиля под углом к оси автомобиля в сторону направления его движения или под углом к оси автомобиля в сторону, противоположную направления его движения.
Передняя и задняя части автомобиля 9 ограждены от деформаций с помощью блоков защиты его передней и задней частей. Конструктивные элементы блоков располагают в габаритах фронтальной проекции задней и передней частей автомобиля. Габариты устройства не выступают за боковые габариты автомобиля.
По конструкции исполнительные элементы 10 блоков защиты передней и задней частей автомобиля являются аналогичными блокам защиты двери.
При взаимодействии с препятствием или движущимся объектом, по сигналу датчиков аварийной ситуации, телескопические исполнительные элементы 10 блока защиты передней или задней частей автомобиля выдвигаются вперед навстречу препятствию. Выдвижение происходит при срабатывании пиропатронов и поступлении образующих газов в пустоту телескопических элементов. Исполнительные элементы 10 перемещают закрепленную к ним защитную балку 11, что предупреждает деформацию кузова автомобиля. После взаимодействия защитной балки 11 с препятствием происходит демпфирование телескопических элементов 10 и выход газа пиропатронов с помощью разгрузочного клапана, который выпускает воздух из полости исполнительных элементов с заданной скоростью.
Исследования показали высокую эффективность работы устройства при возникновении аварийный ситуаций, которые могут вызвать травмирование пассажиров и необратимые деформации кузова.
Использование устройства не изменяют конструкцию автомобиля, не снижают несущей способности кузова, а также его конструктивных элементов.
Устройство может быть выполнено в любых промышленных условиях при наличии материалов и соответствующего обрабатывающего оборудования.