УСТРОЙСТВО, ПОВЫШАЮЩЕЕ УРОВЕНЬ ЗАЩИТЫ ОТ ТРАВМАТИЗМА ВОДИТЕЛЯ И ПАССАЖИРОВ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к защитным устройствам, повышающим безопасность водителя и пассажиров при эксплуатации и аварии автомобилей.
Известны марки автомобилей, внедорожников с большим расстоянием от земли до днища автомобиля, например это последние модели Toyota Land Cruiser, Mitsubishi Pajero, Nissan Patrol, Лада - Нива 4×4, у которых для удобства посадки водителя и пассажиров в автомобиль с двух сторон автомобиля установлены ступеньки, жестко закрепленные к кузову на уровне пола кабины, которые обычно занимают всю длину между крыльями колес автомобиля. Эти устройства действительно обеспечивают удобство посадки во внедорожник и просто необходимы при посадке пожилых людей и детей в автомобиль. Постановка этих устройств на внедорожники функционально целесообразна и они хорошо вписаны в экстерьер автомобиля. Однако они слабо защищают водителя и пассажиров при боковом ударе в случае столкновения автомобилей.
Это устройство по технической сущности наиболее близко к предлагаемому и принято за прототип.
Ставится задача повышения безопасности водителя и пассажиров при боковом ударе.
Поставленная задача решается тем, что устройство, повышающее уровень защиты от травматизма водителя и пассажиров автомобилей, содержащее ступеньки, установленные с двух сторон автомобиля и занимающие обычно всю длину между крыльями колес автомобиля, и крепящиеся к кузову автомобиля, отличается тем, что опорная поверхность каждой ступеньки расположена немного ниже днища автомобиля и частично заходит под днище, а сама ступенька шарнирно закреплена с двумя, тремя или более жестко закрепленными на днище автомобиля «пенальными» защитными устройствами (с толкателями этих устройств), оси этих шарнирных соединений расположены вертикально без зазоров в отверстиях толкателей и ответных деталях ступенек и закреплены корончатыми гайками и шплинтами, каждое пенальное защитное устройство состоит из корпуса с П-образным поперечным сечением с фланцами, жестко соединенного с основанием, выполненным в виде полосы прямоугольного поперечного сечения (например заклепками и дополнительно сваренного по длине торцовыми швами), и размещенных внутри корпуса с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофров, двух многослойных, многопролетных, гофрированных пакетов, набранных «гофр в гофр» из омедненных, стальных, каленых, шлифованных, гофрированных лент, пакеты расположены с двух сторон толкателя, а между ними и толкателем установлено по нескольку стальных, каленых и шлифованных, гладких лент, концы которых отогнуты к пакетам, гофрированные пакеты опираются на гладкие ленты «вершина гофра к вершине гофра», а толкатель по длине разделен на отдельные части и число частей, их длины и расстояния между частями определяются из условия обеспечения требуемых зависимостей E(s) и T(s), где Е - рассеиваемая устройством энергия при боковом ударе, Т - равнодействующая сил трения, действующая на сместившиеся части толкателя, s - текущее значение хода толкателя, и стыки частей толкателя расположены под впадинами гофров, опирающихся на гладкие ленты, а сами расстояния между ответными торцами частей толкателя меньше половины пролета гофров, и сама щель между ответными торцами стыкуемых частей толкателя расположена под той половиной пролета гофра, которая дальше вдоль оси толкателя от места шарнирного соединения его со ступенькой, части толкателя соединены друг с другом шарнирно, причем ось шарнира, запрессованная в одну стыкуемую часть, расположена в середине паза другой стыкуемой части толкателя и размер паза вдоль толкателя больше диаметра оси на один пролет гофра, а количество гладких лент с каждой стороны толкателя выбирается из условия, что величина выдавливания, гладких лент в щель между стыкуемыми частями толкателя при его вытягивании из корпуса и попадании вершины гофра, опирающегося на гладкие ленты, в середину этой щели, была такой, чтобы не происходило «заклинивания» толкателя при ударе, а первая наружная часть толкателя (отсчет номеров частей толкателя начинается от точки приложения ударной нагрузки) выступает из корпуса на величину хода l толкателя и часть его с шарнирным креплением к ступенькам, а длина участка этой части, на который опираются гофры, кроме того выбирается из условия обеспечения такого перекоса ступеньки при приложении вертикальной нагрузки в 1000Н к краю ступеньки, который бы не портил комфорта посадки водителя и пассажиров в автомобиль. И последняя часть толкателя также выступает из корпуса, а участок этой части, на который опираются гофры, больше хода l на несколько пролетов гофров, и торцы корпуса закрыты крышками с отверстиями для выхода выступающих частей толкателя, причем между боковыми торцами частей толкателя и ответными поверхностями корпуса и отверстий выполнены зазоры, величина которых определяется допустимым перекосом частей толкателя относительно друг друга при косом ударе по концевой части ступеньки.
При косом ударе по концевой части ступеньки происходит перекос ступеньки в горизонтальной плоскости. Толкатели в месте удара вдавливаются в корпус, а на противоположном конце ступеньки вытягиваются из корпусов.
При вытягивании толкателя и вхождении частей толкателя в непосредственный контакт друг с другом величина щели между соседними частями толкателя увеличится до величины, равной пролету гофров, и вершины гофров, опирающихся на гладкие ленты, будут попадать в середину щели между соседними частями толкателя. При этом гладкие ленты под действием упругой силы, создаваемой натягом по вершинам гофров, будут вдавливаться в щель. Поэтому число гладких лент и их жесткостные параметры подбираются из условия обеспечения вытягивания толкателя из корпуса при косом боковом ударе.
Наличие зазоров по боковым торцам толкателя обеспечивает необходимые для эффективной работы защитных устройств при косом боковом ударе дополнительные степени свободы смещения ступенек.
Выполнение у последней части толкателя участка, на который опираются гофры пакетов, большими хода толкателя l на несколько пролетов гофров исключает «выстреливание» последней части толкателей из корпусов при ударе.
Кроме того, натяг по вершинам гофров в 10-30 раз может превышать остаточный выгиб гофров, который в этом случае составляет несколько десятых долей миллиметра, например 0,2-0,4 мм.
Кроме того, корпус пенального защитного устройства может быть выполнен как лонжерон днища кузова автомобиля, а в качестве основания защитного устройства используется днище кузова, к которому крепится лонжерон.
Кроме того, толкатель каждого пенального защитного устройства шарнирно соединен с обеими ступеньками автомобиля, и деление толкателя на части осуществляется с учетом обеспечения одинаковости характеристик защитного устройства E(s) и T(s) при ударе в один или другой борт автомобиля, а длина хода толкателя l у первой и последней части толкателя больше суммы ширин всех щелей между стыкуемыми частями толкателя.
Кроме того, пенальные защитные устройства выполнены в виде «спарок», у которых каждые два соседних пенальных устройства собраны в одном общем корпусе, жестко соединенном с общим основанием, и торцы корпуса закрыты общими крышками.
В этом случае можно разместить под днищем автомобиля в два раза больше пенальных защитных устройств.
Конструкция предлагаемого защитного устройства поясняется рисунками.
На фигурах автомобиль или его детали изображены как «обстановка» на сборочном чертеже тонкими сплошными линиями.
На фиг.1 изображен вид снизу защитного устройства.
На фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1.
На фиг.3 разрез по Б-Б на фиг.2.
На фиг.4 изображен разрез по В-В на фиг.3.
На фиг.5 изображен разрез по Г-Г на фиг.3 для варианта защитного устройства у которого в качестве корпуса использован лонжерон днища автомобиля, и в качестве основания - само днище автомобиля.
На фиг.6 изображен вид снизу защитного устройства выполненного в варианте, когда толкатели каждого пенального защитного устройства шарнирно соединены с обеими ступенями, а соседние пенальные устройства выполнены в виде «спарки».
На фиг.7 изображен разрез по Г-Г на фиг.6.
Предлагаемое защитное устройство, повышающее уровень защиты от травматизма водителя и пассажиров автомобиля (см. фиг.1, 2), состоит из двух ступенек 1, расположенных с обоих боков кузова автомобиля и пенальных защитных устройств 2, соединенных шарнирно со ступеньками 1 и жестко закрепленных на днище автомобиля. Каждая ступенька 1 может быть шарнирно соединена с двумя, тремя и более пенальными защитными устройствами 2.
Термин «пенальное» введен авторами предлагаемого изобретения.
Ступеньки 1 обычно выполняют на всей длине между крыльями колес автомобиля.
Опорная поверхность ступенек 1 расположена немного ниже днища автомобиля, например, на 1-2 мм (см. фиг.2) и частично с небольшим перекрытием заходит под днище.
Оси шарнирного крепления ступенек 1 (см. фиг.2) расположены вертикально без зазора в отверстиях в ушках 4, приваренных к ступенькам 1, и ответных отверстиях толкателей 5 пенальных защитных устройств и закреплены корончатыми гайками 6 и шплинтами 7.
Каждое пенальное защитное устройство 2 состоит из корпуса 8 с П-образным поперечным сечением с фланцами 9 (см. фиг.4), жестко соединенного с основанием 10 заклепками 11 и дополнительно по длине корпуса сваренными торцовыми швами, и размещенными внутри корпуса 8 (см. фиг.2, 4) толкателя 5, омедненных, гладких, стальных каленых, шлифованных лент 12, установленных по нескольку штук с каждой стороны толкателя 5 и двух многослойных, многопролетных, гофрированных пакетов, размещенных с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофров, между корпусом 8 и гладкими лентами 12, и основанием 10, и крышек 4, закрывающих торцы корпуса 8.
Каждый гофрированный пакет 13, набранный «гофр в гофр» из омедненных, стальных, каленых, шлифованных, гофрированных лент 15, а сами пакеты 13 опираются на гладкие ленты 12 «вершина к вершине».
Толкатель 5 по длине разделен на отдельные части 16 и число частей 16, их длины и расстояния между частями определяются из условия обеспечения требуемых характеристик пенального защитного устройства E(s) и T(s).
Стыки частей 16 толкателя 5 расположены под впадинами гофров, опирающихся на гладкие ленты 12, а расстояние между ответными торцами частей 16 толкателя 5 меньше половины пролета гофров. Сами щели 17 между ответными торцами стыкуемых частей 16 расположены под теми половинами пролета гофра, которые дальше вдоль оси толкателя 5 от места шарнирного соединения его со ступенькой 1.
На фиг.3 положение вершин гофров над щелями 16 изображено штрихпунктирными линиями с двумя точками.
Части 16 толкателя 5 соединены шарнирно друг с другом (см. фиг.2, 3), причем ось 18 шарниров, запрессованная в одну стыкуемую часть 16, расположена в середине паза 19 другой стыкуемой части 16 толкателя 5, и размер паза 19 вдоль оси толкателя больше диаметра оси 18 на один пролет гофра.
Концы 20 (см. фиг.2) гладких лент 12 отогнуты к пакетам 13, а количество гладких лент 12 с каждой стороны толкателя 5 выбирается из условия, что величина выдавливания гладких лент в щель 17 между стыкуемыми частями 16 толкателя 5 при его вытягивании из корпуса и попадании вершины гофра, опирающегося на гладкие ленты в середину этой щели, была такой, чтобы не происходило «заклинивания» толкателя 5 при ударе.
Первая часть 16 толкателя 5 выступает из корпуса 8 на величину, равную ходу толкателя l и длину шарнирного крепления толкателя к ступеньке 1 (см. фиг.2), и длина участка этой части 16, на который опираются гофры, кроме всего прочего (параметров гофра, толщины и количества гофрированных лент пакета 13, величине натяга по вершинам гофра) выбирается из условия обеспечения такого перекоса ступеньки при приложении вертикальной нагрузки в 1000Н к краю ступеньки, который бы не портил комфорта посадки водителя и пассажиров в автомобиль.
Последняя часть 16 толкателя 5 также выступает из корпуса 8, а участок этой части, на который опираются гофры больше хода l на несколько пролетов гофров.
Крышки 14 жестко закреплены на торцах корпуса 8, например, сваркой.
В крышках 14 выполнены отверстия для выхода первой и последней частей 16 толкателя 5 (см. фиг.4).
Причем между боковыми торцами частей 16 толкателя 5 и ответными поверхностями корпуса 8 и отверстий в крышках 14 выполнены зазоры 21, величина которых определяется допустимым перекосом частей 16 толкателя 5 относительно друг друга при косом ударе по концевой части ступеньки 1.
Желательно, чтобы ширина свободной части опорной поверхности ступеньки 1 была больше или равна ходу l толкателя 5 пенального защитного устройства, т.к. в этом случае снижается вероятность получения такой пластической деформации двери кабины автомобиля при боковом ударе, при котором оказывается невозможным их открывание без применения специальных инструментов.
Однако чрезмерно широкие ступеньки могут существенно испортить экстерьер автомобиля.
Поэтому конструктор или владелец автомобиля (если предлагаемое устройство устанавливается на автомобиль при тюбинговых работах) должны найти здесь разумное компромиссное решение.
Кроме того, у пенального защитного устройства 2 натяг по вершинам гофров пакетов 13 может превышать остаточный выгиб гофров в 10-30 раз, который в этом случае составляет несколько десятых долей миллиметра, например 0,2-0,4 мм.
Кроме того в качестве корпуса 8 пенального защитного устройства 1 (см. фиг.5) использован лонжерон днища кузова автомобиля, а в качестве основания 10 пенального защитного устройства используется днище кузова, к которому крепится лонжерон.
Кроме того толкатель 5 (см. фиг.6) каждого пенального устройства шарнирно соединен с обеими ступеньками 1 автомобиля и деление толкателя 5 на части 16 осуществляется с учетом обеспечения одинаковости характеристик защитного устройства E(s) и T(s) при ударе в один или другой борт автомобиля, а длина хода толкателя l больше суммы ширин всех щелей 17 между стыкуемыми частями 16 толкателя 5.
Кроме того два соседних пенальных защитных устройства выполнены в виде «спарки» (см. фиг.6, 7), собраны в одном общем корпусе 22, жестко соединенном с общим основанием 23, и корпус 22 с торцов закрыт общими крышками 24.
Сборка предлагаемого устройства производится следующим образом.
Сначала собираются пенальные защитные устройства 2. Для чего на основание 4 укладывают собранный «гофр в гофр» пакет 13 и на пакет 13 укладывают гладкие ленты 12 и на них укладывают предварительно собранный из отдельных частей 16 толкатель 5, на который в свою очередь накладывают гладкие ленты 12 и пакет 13. Затем устанавливают корпус 8 и в специальном приспособлении прижимают его к основанию 10 и склепывают корпус 8 и основание 10. Сваривают дополнительно корпус 8 и основание 4 торцовыми швами, следя за тем, чтобы при сварке температура пакета 13 не превышала 300°С.
Устанавливают крышки 14 и приваривают их к торцам корпуса 8, следя за тем, чтобы температура пакетов 13 не поднималась выше 300°С.
Затем к собранным пенальным устройствам 2 шарнирно крепятся ступеньки 1, и пенальные защитные устройства жестко крепятся к днищу автомобиля.
Предлагаемое защитное устройство работает следующим образом.
При боковом ударе толкатель 5 смещается с трением созданным натягом по вершинам гофров пакетов 13, относительно гладких лент 12. За счет чего совершается работа. Эта работа и есть энергия, рассеиваемая устройством, которая вычитается из кинетической энергии удара при аварии автомобиля.
При боковом ударе благодаря наличию небольшого зазора между днищем автомобиля опорной поверхностью ступеньки 1, а также расположением части опорной поверхности ступеньки под днищем автомобиля она утапливается под днищем и в ряде случаев боковой удар гасится предлагаемым устройством без нанесения вмятин, царапин, и главное без таких пластических деформаций дверей автомобиля, которые бы делали невозможным их открытие на месте аварии без использования специальных инструментов.
По нашим приблизительным расчетным оценкам предлагаемое устройство, повышающее уровень защиты от травматизма водителя и пассажиров автомобиля, способно при ходе l=200 мм (такой же примерно ширине свободной части опорной поверхности ступеньки) рассеять до 30% кинетической энергии бокового удара, направленного перпендикулярно оси автомобиля, и до 100% кинетической энергии косого бокового удара (направленного под острым углом к оси автомобиля) при соударении с автомобилем с массой 130 кг на скорости 64 км/час с коэффициентом перекрытия 40% (т.е. кинетической энергии, аналогичной получаемой при краш-испытаниях).
По нашему мнению, это очень хороший результат.
Кроме того, постановка предлагаемого устройства на автомобиль позволяет получить более плавную зависимость силы удара от времени первого процесса соударения (времени действия ударного импульса) и увеличить время действия ударного импульса, что в свою очередь снижает среднее значение ударной силы, и, следовательно, снижает действующую перегрузку на части тела водителя и пассажиров автомобиля при боковом ударе различного направления.
По нашему мнению, во многих аварийных случаях постановка предлагаемого устройства на автомобиль позволит избежать травмирования водителя и пассажиров (конечно при правильном использовании индивидуальных средств защиты - подушек и ремней безопасности), а в ряде других более серьезных аварийных случаях позволит своими подручными средствами открыть двери автомобиля и оказать первую помощь пострадавшим на месте аварии до приезда врачей и спасателей, что часто бывает необходимым в подобных ситуациях.
Предлагаемое устройство конструктивно просто. Технология его изготовления и сборки достаточно проста.
Поэтому это устройство не будет дорогим. Его можно изготавливать даже в условиях мастерских автомобильного сервиса.
Оно универсально и может применяться на любых марках внедорожников, микроавтобусах и других автомобилях, т.е. по нашему мнению, найти широкое практическое применение.
Шарнирное соединение толкателя каждого пенального защитного устройства с обеими ступеньками и выполнение этих устройств в виде «спарок» позволяет не только увеличивать рассеивающие свойства, но и разместить на автомобиле в два раза большее количество этих устройств.