Способ активного гашения удара транспортного средства о препятствие
METHOD OF ACTIVE ABSORPTION OF VEHICLE IMPACT ON OBSTACLE

Изобретение относится к бамперам транспортного средства и предназначено для активного гашения кинетической энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.
Известны способы 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. В60R 19/04, В60R 19/20 2013 [1]; патент РФ на изобретение №2538626, кл. В60R 19/20, 2013 [2]/.
Недостатками известных способов 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.
Известны также способы активного динамического гашения удара транспортного средства о препятствие путем формирования обратного воздействия на бампер инерционной массой, удерживаемой в исходном рабочем состоянии резко нелинейными силами, создаваемыми постоянными магнитами, либо упругими релейными элементами /см. патент РФ на изобретение №2360808, кл. В60R 19/36, 2008 [3]; патент РФ на изобретение №2350496, кл. В60R 19/36, 2007 [4]/.
Недостатками известных способов является сравнительно низкая эффективность гашения вследствие ограниченных мощностей при реальных габаритах постоянных магнитов и упругих элементов, узкие возможности регулировки амплитуды, длительности и формы обратного ударного импульса.
Известны способы формирования высоковольтных кратковременных электрических импульсов, заключающиеся в разряде конденсаторной батареи через регулируемый разрядник, в качестве которого использованы электрически пробиваемый воздушный промежуток, либо газоразрядная лампа /игнитрон/, и дальнейшем преобразовании электрических импульсов в мощные импульсы давлений /силовые импульсы/ с помощью импульсных силовозбудителей, использующих либо силы взаимодействия электромагнитных полей /см. Агеев Н.П., Каратушин С.И. Механические испытания материалов при высоких температурах и кратковременном нагружении, М., 1968, с. 158-160, рис. 54 [5]/, либо силы взаимодействия между двумя близко расположенными ленточными проводниками /см. Метод фотоупругости, под ред. Хесина Г.А., т. 2, М., Стройиздат, [1975, с. 205-206 [6]/.
Вышеуказанные способы формирования силовых импульсов разработаны и приспособлены для механических статических испытаний материалов и конструкций. Попытки же их использования в существующем виде для активного динамического гашения ударов транспортного средства о препятствие вследствие отсутствия привязки формируемых импульсов к ударным импульсам как по области /зоне/ приложения, так и по синхронизации моментов времени возникновения и характере действия, абсолютно неэффективны, вследствие чего их практическое применение нецелесообразно.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является способ формирования импульсов силы с помощью импульсного cиловозбудителя, запитываемого от конденсаторной батарей через регулируемый разрядник /см. [6]/, и принятый за прототип.
Недостатком способа-прототипа является его практическая невозможность использования для активного динамического гашения ударов транспортного средства о препятствие, что объясняется низкой эффективностью гашения вследствие принципиального отсутствия возможности синхронизации формируемых силовых импульсов с импульсами ударов как по зоне их приложения, так и по моментам возникновения и характеру действия.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого по реализации и эффективного способа гашения удара транспортного средства о препятствие, основанного на встречном приложении к бамперу специально сформированного силового импульса и осуществлении динамической синхронизации импульса удара и сформированного импульса во времени и пространстве.
Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при его столкновении с препятствием за счет активного динамического гашения кинетической энергии удара.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе активного гашения удара транспортного средства о препятствие, включающем формирование с помощью импульсного силовозбудителя, запитываемого от конденсаторной батареи через регулируемый разрядник, силового импульса, особенность заключается в том, что используют вышеуказанный сформированный силовой импульс для направленного встречно удару импульсного силового воздействия на бампер транспортного средства, для чего выполняют разрядник с зависимым характером его функционирования от величины оказываемого на него силового ударного воздействия, осуществляют механическую связь разрядника с ударовоспринимающей зоной бампера и синхронизируют по времени момент срабатывания разрядника с моментом воздействия на бампер заранее заданной по величине ударной перегрузки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображена принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа.
Устройство содержит ударный бампер 1, укрепленный на кузове 2 транспортного средства с помощью боковых направляющих 3, допускающих продольное перемещение бампера 1 относительно кузова 2 в некоторых ограниченных пределах. При этом передняя поверхность кузова 2 соединена с внутренней поверхностью бампера 1 с помощью упругого импульсного силовозбудителя, выполненного в виде многопетлевого ленточного разрядного контура 4, заармированного внутрь изоляционного упругого материала 5, причем, расстояние между соседними проводниками петлевого контура 4 порядка 1-2 мм. Разрядный контур 4, 5 запитан от конденсаторной батареи 6 через регулируемый ключ-разрядник 7, поддерживающий разрядный контур 4, 5 в исходно разомкнутом состоянии, и упруго соединенный с элементом 8 кузова 2 с помощью исходно растянутой пружины 9. Удержание ключа-разрядника 7 в исходно разомкнутом состоянии осуществлено с помощью винта 10, к наружнему концу /головке/ которого прикреплен свободный конец ключа-разрядника 7 путем соединения конца разрядника 7 и головки винта 10 стальным кольцом /на рисунке кольцо не показано/, а резьбовой конец винта 10 консольно ввернут в тот же элемент 8 кузова 2, что и пружина 9, с возможностью некоторого продольного регулировочного смещения места вворачивания винта 10. При этом винта 10 выполнен из материала, разрушаемого при определенной заданной величине ударной перегрузки, действующей на бампер 1 при столкновении. На внутренней поверхности бампера 1 закреплен жесткий стальной штырь 11, вводимый в процессе исходной регулировки в плотный контакт с боковой поверхностью винта 10. Например, в качестве материала для винта 10 может быть использован пресс-материал АГ-4 с полиамидным связующим и минеральным наполнителем с допускаемым напряжением среза [τcp.]=60 МПа. В этом случае, зная минимальную величину ударной перегрузки, действующей на бампер 1 при столкновении, при которой ключ-разрядник 7 должен сработать, легко подобрать требуемый диаметр винта 10, разрушаемого на срез при вышеуказанной ударной перегрузке.
Реализацию предлагаемого способа с помощью вышеописанного устройства осуществляют следующим образом.
На рисунке показано устройство в готовом к работе состоянии /исходном/, когда разрядный контур 4 разомкнут, конденсатор 6 с емкостью порядка 5-10 мкФ заряжен до напряжения порядка 10-15 кВ. При ударе бампера 1 транспортного средства о препятствие при значительной кинетической энергии удара /а устройство целесообразно настраивать только на такой удар/, когда величина ударной перегрузки на бампере 1 превышает заранее заданное значение, происходит разрушение /срез/ винта 10 штырем 11. При этом ключ-разрядник 7 освобождается и под действием растянутой пружины 9 замыкает разрядный контур 4, причем величина разрядного тока порядка 30 А, продолжительность разрядного импульса порядка 3 мс. В каждой паре соседних проводников петель разрядного контура 4 токи имеют встречное направление, что обуславливает возникновение суммарных, расталкивающих упругий силовозбудитель 4, 5 электродинамических силовых импульсов. Этот силовой импульс прикладывается к бамперу 1 в направлении "вперед" с давлением порядка 15 МПа. Последний прикладывается к бамперу 1 практически синхронно по времени с импульсом удара, но в противофазе, что обуславливает максимально эффективную реализацию активного метода динамического гашения кинетической энергии удара. Данный процесс является активным ударогашением, кинетическая энергия удара бампера о препятствие гасится встречным противофазным ударом импульсного силовозбудителя 4, 5, получаемым за счет потенциальной энергии электрического поля, запасенной в конденсаторе 6. Изменяя электрические параметры конденсаторной батареи 6, а также конструктивные, геометрические и электрические параметры импульсного силовозбудителя 4, 5 /длину петель разрядного контура 4, расстояние между соседними проводниками, жесткость изоляционного упругого материала 5 между проводниками/, можно в довольно широких пределах регулировать амплитуду и продолжительность гасящего силового импульса, предельно возможно сокращать время рассинхронизации импульсов. Использование для гашения ударов конденсаторной батареи с разрядным контуром и импульсным силовозбудителем, по сравнению с гидродинамическими обратными гасящими импульсами [1, 2] и импульсами инерционных масс [3, 4] позволяет резко повысить мощность, а, соответственно эффективность гашения, предельно уменьшить ширину гасящего импульса и максимально возможно синхронизировать по времени гасящий импульс с ударным импульсом при столкновении.
По мнению заявителя, предлагаемый способ активного гашения позволит разнообразить подход при разработке активных методов обеспечения безопасности транспортных средств при мощных высокоэнергетических столкновениях как с неподвижными препятствиями, так и с другими движущимися транспортными cpeдствами.