БАМПЕРНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ
AUTOMOTIVE BUMPER SYSTEM

Современные бамперные системы для передней части автомобилей обычно имеют расчлененную в вертикальном направлении конструкцию с верхней зоной, которая предназначена для восприятия соударений с движущимися навстречу автомобилями, и нижней зоной, которая предназначена для приема на себя в случае соударения с пешеходом большой берцовой кости пешехода и предотвращения чрезмерной деформации коленного сустава пешехода, которая при незащищенном соударении с верхней зоной бампера может приводить к тяжелым повреждениям колена.
Бамперные системы этого вида известны, например, из ЕР 1072476 А2, ЕР 1286863 А2 и ЕР 1038732 А1.
В этом случае поддерживающая нижнюю зону наружной обшивки несущая часть закреплена либо непосредственно на продольных балках рамы автомобиля, либо на монтажных балках. Непосредственное крепление на продольных балках является на практике часто трудным ввиду ограниченного пространства и доступности при монтаже. Наличие специальной монтажной балки связано с увеличением стоимости и повышает затраты при монтаже автомобиля.
Также известна бамперная система, которая раскрыта в ЕР 1036715. Поперечная балка этой бамперной системы имеет по существу С-образное поперечно сечение, причем соответственно к внешнему плечу С-образного профиля примыкает вертикальный фланец, к которому прикреплены консоли. Консоли могут представлять собой профили, которые выполнены аналогично поперечным балкам или в виде полых профилей.
Задачей изобретения является создание бамперной системы, которую можно широко применять и легко монтировать и которая при достаточной жесткости имеет незначительный вес.
Задача решена с помощью бамперной системы с признаками пункта 1.
Деформируемые коробчатые элементы (crashbox = крашбокс), которые поглощают энергию удара при столкновении автомобилей с небольшими скоростями для защиты рамы автомобиля от повреждения, широко применяются в современных автомобилях. Эти деформируемые коробчатые элементы соединены с рамой, в частности с продольными балками рамы, в большинстве случаев через фланцевые пластины. В изобретении используются эти обычно и без того имеющиеся фланцевые пластины одновременно в качестве соединительных точек для крепления поддерживающей нижнюю зону наружной обшивки несущей части.
Нижняя зона наружной обшивки бампера должна быть, с одной стороны, податливой для предотвращения чрезмерного, приводящего к слишком сильным повреждениям замедления ноги участвующего в столкновении пешехода, но, с другой стороны, достаточно жесткой, чтобы уже заметно замедлять ногу, в то время как расположенная над ней сминаемая структура еще деформируется в результате столкновения с пешеходом для вызывания поворота его ног и защиты коленных суставов от чрезмерной нагрузки. Для соответствия этим требованиям несущая часть предпочтительно изготавливается из упругого пластмассового материала.
Пластмассовый материал может быть, в частности, полиамидом, таким как предлагаемый фирмой BASF AG под торговой маркой Ultramid.
Для удовлетворения предъявляемых к несущей части требований относительно жесткости в ее пластмассовый материал предпочтительно примешиваются незначительно растягиваемые волокна, такие как стекловолокно.
Для упрощения крепления несущей части на фланцевых пластинах деформируемых коробчатых элементов фланцевые пластины предпочтительно имеют выступающую вниз за поперечное сечение деформируемых коробчатых элементов зону, на которой закреплена несущая часть.
Для удерживания веса несущей части при достаточной жесткости небольшим поперечная балка и консоли предпочтительно выполнены в виде С-образного профиля и соответственно I-образного профиля, при этом наружные плечи С-образного профиля плавно переходят в наружные плечи каждого I-образного профиля.
Дополнительное увеличение жесткости поперечной балки и консолей достигается за счет проходящих между наружными плечами параллельно им ребер. Они также переходят предпочтительно плавно друг в друга между поперечной балкой и консолями для обеспечения равномерного распределения нагрузки в несущей части.
Изогнутый при рассмотрении сверху ход консолей, предпочтительно S-образно изогнутый ход, обеспечивает также податливость консолей в случае наезда на пешехода.
Другие признаки и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - бамперная система согласно первому варианту выполнения изобретения, вид в перспективе;
фиг.2 - разрез поперечной балки несущей части бамперной системы согласно фиг.1;
фиг.3 - разрез консоли несущей части;
фиг.4 - продольный разрез несущей части согласно второму варианту выполнения изобретения;
фиг.5 - вертикальный частичный разрез передней части автомобиля с бамперной системой согласно изобретению вдоль продольной средней плоскости автомобиля;
фиг.6 - частичный разрез, аналогично фиг.5, вдоль плоскости разреза, смещенной параллельно плоскости разреза на фиг.5;
фиг.7 - частичный разрез, аналогично фиг.5, вдоль продольной средней плоскости автомобиля согласно модифицированному варианту выполнения.
На фиг.1 показаны в перспективе передние зоны двух продольных балок 1, которые являются составной частью несущей структуры кузова автомобиля. Эти продольные балки 1 снабжены на своих передних концах известным образом приваренными фланцевыми пластинами 2, на которых закреплены удлиняющие продольные балки 1 деформируемые коробчатые элементы (crashbox) 3. Деформируемые коробчатые элементы 3 образованы соответственно в показанном здесь варианте выполнения четырехгранным трубчатым отрезком 4, нагрузочная способность (допустимая нагрузка) которого в продольном направлении значительно меньше, чем нагрузочная способность продольных балок 1, и который на своих двоих концах закрыт фланцевыми пластинами 5, 6. Трубчатый отрезок 4 показан на фиг.1 с плоскими стенками, однако стенки могут иметь также волнистый ход для улучшения сминаемости деформируемого коробчатого элемента 3. Задняя фланцевая пластина 5 свинчена с замыкающей фланцевой пластиной 2 продольной балки 1, а передняя фланцевая пластина 6 служит для крепления поперечной балки 7 бампера. Поперечная балка 7 бампера является нагружаемой полой металлической структурой, которая образована, как показано на фиг.1, профилем 8 с по существу U-образным поперечным сечением и продольно протяженной металлической полосой 9, свободные кромки которых сварены друг с другом. К передней стороне полосы 9 прикреплена сминаемая структура, в данном случае в виде тела 10 из неупруго сминаемого вспененного материала.
Фланцевая пластина 2 продольной балки 1 больше, чем необходимо для крепления деформируемого коробчатого элемента 3; к ориентированному вниз выступу 11 фланцевой пластины 2 прикреплена другая фланцевая пластина 12, которая является цельной составляющей частью несущей части 13 из усиленной стекловолокном пластмассы, в частности из полиамида. Несущая часть 13 содержит две консоли 14, которые проходят от закрепленных на продольных балках фланцевых пластин 12 наклонно вниз и вперед и соединены друг с другом поперечной балкой 15.
Ввиду смещения по высоте между концами консолей 14 они при соударении с пешеходом нагружаются не только силой в своем продольном направлении, но также изгибающим моментом, что улучшает деформируемость консолей и тем самым гибкость всей бамперной системы.
Поперечная балка проходит относительно продольного направления автомобиля перед поперечной балкой 7 бампера и находится примерно по вертикали под сминаемым телом 10 из вспененного материала. Поперечная балка 15 имеет, как показано на фиг.2, поперечное сечение с наружной дугой 16 в форме "С" и несколькими выступающими с вогнутой стороны дуги 16 ребрами 17.
Консоли 14 имеют показанное на фиг.3 поперечное сечение в форме I-образного профиля 18, от вертикальной центральной перегородки 21 которого выступают в противоположных направлениях параллельные ребра 19. Как показано на фиг.2, ребра 19 на внутренней стороне I-образного профиля 18 бесступенчато примыкают к ребрам 17 поперечной балки 15, а верхний и нижний концы дуги 16 переходят в параллельные горизонтальные перегородки 20 I-образного профиля 18, для того чтобы в случае соударения передавать максимально сильно действующую на поперечную балку 15 силу в консоли 14 и через них в продольную балку 1, прежде чем начнет поддаваться соединение между поперечной балкой 15 и консолями 14.
Второй вариант выполнения несущей части 13 показан на фиг.4 в половинном продольном разрезе, при этом обозначенная позицией II-II штрихпунктирная линия обозначает плоскость симметрии несущей части 13. Поперечное сечение несущей части вдоль плоскости II-II симметрии соответствует показанному на фиг.2 поперечному сечению; разрез в плоскости III-III соответствует разрезу, показанному на фиг.3.
Вертикальная перегородка 21 консоли 14 имеет при рассмотрении сверху S-образно изогнутый ход, исходя от фланцевой пластины 12, и переходит бесступенчато в дугу 16 поперечной балки 15. S-образно изогнутая форма консоли 14 облегчает упругую податливость под воздействием действующей спереди на автомобиль силы.
Такого же действия можно, естественно, достичь также с помощью изогнутого на виде сбоку - предпочтительно S-образно изогнутого - хода консолей (не изображено).
На фиг.5 и 6 схематично показаны разрезы передней части кузова автомобиля вдоль ее продольной средней плоскости или соответственно смещенной параллельно ей плоскости. Поперечная балка 7 бампера имеет по существу ту же структуру, что показанная на фиг.1 структура, однако с дополнительной горизонтальной промежуточной стенкой 22, которая проходит через внутреннее полое пространство поперечной балки 7 бампера для увеличения его жесткости. Верхняя зона 23 податливой наружной обшивки из пластмассы соединена с поперечной балкой 7 через сминаемое тело 10 из вспененного материала. Нижняя зона 24 наружной обшивки подвешена к поперечной балке 15 за счет охвата с геометрическим замыканием ее передней стороны. Между верхней и нижней зонами 23, 24 находятся вентиляционные прорези 25.
При соударении автомобиля с пешеходом верхняя зона 23 наружной обшивки сначала легко деформируется и поддается под действием удара пешехода, при этом тело 10 из вспененного материала сминается. Нижняя зона 24, которая поддерживается поперечной балкой 15, является сравнительно более прочной, поэтому ускорение, которое она придает голени пешехода, является более сильным, чем придаваемое верхней зоной 23 колену или бедру ускорение. Таким образом, нога пешехода поворачивается, и предотвращается чрезмерная нагрузка коленного сустава, если затем пешеход ударяется о капот.
На фиг.7 показан так же, как на фиг.5, схематично разрез передней части кузова автомобиля вдоль ее продольной средней плоскости в слегка модифицированном варианте выполнения. Окружающая вентиляционные прорези 25 рама или разделяющая ее вертикальная распорка, обозначенная позицией 26, увеличивает жесткость наружной обшивки и повышает ее допустимую нагрузку на растяжение в вертикальном направлении. Ее нижняя зона 24 охватывает с геометрическим замыканием поперечную балку 15. На нижнем краю поперечной балки 15 образованы одна или несколько отходящих назад планок 27, на которых закреплена с помощью винтов 28, заклепок или т.п. наружная обшивка. Если в случае соударения с пешеходом поперечная балка 15 отклоняется вниз, то это приводит к нагрузке на растяжение наружной обшивки. Таким образом, наружная обшивка действует в качестве усиления жесткости несущей части 13, так что достигается желаемая степень прочности несущей части 13 с меньшими затратами на материал, чем в варианте выполнения, где наружная обшивка и несущая часть не закреплены друг на друге.
Естественно, может быть также предусмотрено крепление наружной обшивки непосредственно на поперечной балке 15 без планок 27. Однако планки являются предпочтительней, поскольку они позволяют располагать винты 28 или другие крепежные средства со смещением далеко назад на автомобиле, в месте, где они не видны стоящему перед автомобилем наблюдателю.
Перечень позиций
1 Продольная балка
2 Фланцевая пластина
3 Деформируемый коробчатый элемент
4 Трубчатый отрезок
5, 6 Фланцевая пластина
7 Поперечная балка
8 Профиль
9 Металлическая полоса
10 Тело
11 Выступ
12 Фланцевая пластина
13 Несущая часть
14 Консоль
15 Поперечная балка
16 Дуга
17 Ребро
18 I-образный профиль
19 Ребро
20, 21 Перегородка
22 Промежуточная стенка
23 Верхняя зона
24 Нижняя зона
25 Вентиляционные прорези
26 Распорка
27 Планка
28 Винт