БУФЕР БЕЗОПАСНЫЙ
SAFE BUMPER

Изобретение относится к средствам пассивной безопасности автомобиля. Известен безопасный буфер автомобиля, состоящий из продольно расположенного в передней части автомобиля блока-пружин, задняя и передняя части которого жестко связаны соответственно с кузовом и бампером. (См. кн. «Пассивная безопасность автомобиля». В.Н.Иванов, В.А.Лялин. М., 1979 г., с.240-241).
Его недостатки:
1. При лобовом ударе буфер не демпфирует энергию удара, пассажиры испытывают большие инерционные нагрузки. При серьезной аварии длина пути и время замедления малы и велика вероятность получения тяжелых травм.
2. По окончании замедления после удара и остановки автомобиля потенциальная энергия сжатых пружин вызывает отскок автомобиля от препятствия, что дополнительно увеличивает возможность травмирования.
3. Конструкция буфера не обеспечивает безопасность пешеходу при наезде.
4. Ухудшается эстетика и аэродинамика автомобиля.
Целью изобретения является повышение пассивной безопасности автомобиля и снижение его агрессивных свойств.
С этой целью у безопасного буфера, состоящего из продольно расположенного в передней части автомобиля блока пружин, задняя и передние части которого жестко связаны соответственно с кузовом и бампером, блок пружин выполнен в виде упругой гибкой пластины, задняя часть которой жестко связана с передним щитом кузова, а передняя часть загнута вниз и расположена на стандартной высоте автомобильных буферов, пластина с внешней стороны покрыта слоем упругого материала, находящаяся под пластиной часть щита выполнена выпуклой, а расположенная между пластиной и выпуклой частью щита подушка выполнена из пористого материала, поверхностный слой упругого материала, расположенный на стандартной буферной высоте, имеет большой коэффициент трения, а поверхностный слой над пластиной - малый коэффициент трения, блок пружин может быть выполнен из пакета упругих гибких пластин.
Новыми отличительными признаками по сравнению с прототипом являются:
1. Блок пружин выполнен в виде упругой гибкой пластины, задняя часть которой жестко связана с передним щитом кузова, а передняя часть загнута вниз и расположена на стандартной высоте автомобильных буферов, пластина с внешней стороны покрыта слоем упругого материала, находящаяся под пластиной часть щита выполнена выпуклой, а расположенная между пластиной и выпуклой частью щита подушка выполнена из пористого материала.
2. Поверхностный слой упругого материала, расположенный на стандартной буферной высоте, имеет большой коэффициент трения, а поверхностный слой упругого материала над пластиной - малый коэффициент трения.
3. Блок пружин может быть выполнен из пакета упругих гибких пластин.
На фиг.1 - движущийся автомобиль в момент касания буфера вертикальной стенки.
На фиг.2 - автомобиль в момент преодоления стенки.
Буфер 1 состоит из продольно расположенной в передней части автомобиля упругой гибкой пластины 2, задняя часть которой жестко связана с верхней частью переднего щита 3а, а передняя часть пластины 2 загнута вниз, с верхней (внешней) стороны пластина 2 покрыта слоем упругого материала 4. Расположенная ниже пластины 2 часть щита 3б выполнена выпуклой, между пластиной 2 и выпуклой частью щита 3б расположена подушка 5, выполненная из пористого материала.
При движении автомобиля самой распространенной и опасной аварией является лобовое (фронтальное) столкновение. Буфер 1 уменьшает его последствия. При лобовом столкновении энергия удара воспринимается внешним упругим слоем 4, подушкой 5 и, в основном, упругой гибкой пластиной 2. Передняя часть упругого слоя 4 и загнутая часть пластины 2 обеспечивают плавное нарастание усилия и плавное замедление автомобиля. Благодаря наличию большого коэффициента трения внешней передней поверхности упругого слоя 4 (на стандартной высоте автомобильных буферов) и местной упругости слоя 4 обеспечивается надежный контакт буфера 1 со встречным автомобилем или с вертикальным препятствием (стенкой фиг.1, 2). Пластина 2 нагружается продольной силой, которая передается на верхнюю часть щита 3а и, подобно прыгуну с шестом в высоту, передняя часть автомобиля поднимается, автомобиль поворачивается вокруг точки контакта заднего колеса с дорогой. Пластина 2 по всей длине изгибается вниз, ее контактирующая со стенкой часть «накатывается» на вертикальную стенку (Фиг.2). При лобовом столкновении величина подъема передка автомобиля зависит от скорости и веса автомобиля, упругих свойств пластины 2 и пористого материала подушки 5, развесовки по колесам, длины буфера 1, особенностей передней части встречного автомобиля, угла наклона вертикальной стенки и полотна дороги.
Благодаря подъему передка автомобиля при фронтальном столкновении увеличивается путь замедления, особенно передней части автомобиля (с водителем и передним пассажиром - прямая А1А2>Б1Б2). Направление замедления (кривая А1А2) изменяется в благоприятную для восприятия сторону (вверх). Применяя пластину 2 с определенными упругими свойствами, выбирая определенный объем и материал подушки 5, задавая определенную кривизну выпуклой части щита 36, возможно получить безопасный бампер 1 с оптимальными характеристиками при лобовом ударе.
Обычный безопасный буфер 1 должен обеспечивать при определенной скорости достаточную высоту подъема передка автомобиля для преодоления капота встречного типичного легкового автомобиля и обеспечения рикошета - скользящего удара, что уменьшает тяжесть ДТП для обоих автомобилей. Буфер 1 должен выдерживать и автомобильные крэш-тесты без повреждений элементов кузова. При увеличенной длине буфера 1, большей нагрузке на задние колеса и особом задке автомобиля возможно получение более безопасного автомобиля. При фронтальном столкновении на большой скорости такого автомобиля с вертикальной стенкой (автобусом, троллейбусом) происходит деформация передней части буфера 1 вниз, нагрузка продольной силой пластины 2 и подъем передка автомобиля вверх. Буфер 1 своей верхней частью «накатывается» на стенку, увеличивая подъем передка. На некоторой высоте контакта буфера 1 со стенкой качение прекращается и, благодаря острому углу между продольной осью автомобиля и вертикальной плоскостью стенки, благодаря малому коэффициенту трения верхней поверхности упругого слоя, начинается скольжение буфера 1 вверх по стенке с подъемом передка. При значительной начальной скорости автомобиля подъем может продолжаться до касания передними и даже всеми колесами автомобиля вертикальной стенки. Путь замедления будет значителен, вероятность получения тяжелых и смертельных травм уменьшается. При наезде автомобиля на пешехода нижняя часть упругого слоя 4 буфера 1 ударяет по ноге ниже колена, при этом деформируется передняя часть упругого слоя 4 и загнутый передний конец пластины 2. Пешеход сбивается на верхнюю часть упругого слоя 4 и перемещается по нему до ветрового стекла. Начальные условия для его выживания улучшаются.
При лобовом (фронтальном) столкновении кинетическая энергия движущегося автомобиля тратится на сжатие упругого слоя 4, подушки 5 (с частичным демпфированием), изгиб пластины 2 и на подъем передка автомобиля на капот встречного автомобиля или на вертикальную стенку. После окончания замедления при остановке автомобиля запасенной энергии для его отскока меньше. Передок автомобиля стаскивается с капота встречного автомобиля или, при заторможенных задних колесах, плавно опускается с вертикальной стенки.
Для более успешного стаскивания с капота пластина 2 или одна из пакета пластин имеет на конце отгиб на 180°.
Наружный упругий слой 4 жестко связан с пластиной 2 и может быть выполнен из пенопласта с переменной (увеличивающейся от внешней поверхности) жесткостью. Его передняя поверхность (на стандартной буферной зоне) имеет большой коэффициент трения для надежного взаимодействия со стенкой или буфером встречного автомобиля. Верхняя поверхность упругого слоя 4 у автомобиля повышенной пассивной безопасности может иметь малый коэффициент трения.
Пластина 2 может быть выполнена из композитного материала, это уменьшает ее вес и увеличивает упругие свойства. Пластина 2 может состоять из пакета пластин, связанных между собой, например, тонким резиновым слоем, допускающим их некоторое продольное смещение при изгибе с обеспечением демпфирования.
Пористый материал подушки 5 может быть изготовлен из упругого пенопласта (пеноуретана) или из твердого пористого материала малой прочности, но с хорошими демпфирующими свойствами. Упругий пенопласт после столкновения восстанавливает первоначальную форму и не требует замены. Твердый пористый материал не полностью восстанавливает свою форму и после аварии требуется его замена (на станции техобслуживания или в гараже).
Покатый задок автомобиля, покрытый материалом с малым коэффициентом трения, не увеличивает габариты и вес, обеспечивает скользящий удар при наезде на него сзади легкого автомобиля, а при лобовом столкновении автомобиля увеличивает возможную высоту подъема передка и, соответственно, путь замедления, улучшает внешний вид автомобиля (придает стремительность).
Безопасный буфер 1 при движении автомобиля по дороге предохраняет от обычного лобового столкновения двух автомобилей, а при наезде на вертикальное препятствие (стенка, столб) удлиняет путь (время) замедления, в обоих случаях уменьшается ущерб и стоимость ремонта автомобилей, вероятность получения тяжелых и смертельных травм.
Буфер 1 сравнительно прост, технологичен, имеет малый вес, надежен в эксплуатации.
Наличие буфера 1 не ухудшает аэродинамику и эстетику автомобиля. Существенно повышается его пассивная безопасность.
Автором изготовлена и испытана тележка (Д×Ш×В=327×100×100) с безопасным буфером, испытания подтверждают основные приведенные выше свойства буфера.