БАМПЕР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE BUMPER

Изобретение относится к устройствам для активного гашения скорости и энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.
Известны бамперы для автомобилей, содержащие ударный брус, укрепленный на кузове с помощью направляющих и толкателей, упруго установленных с помощью пакетов деформирующихся элементов в полостях рамы, связанных между собой поперечинами /см., например, а.с. СССР №664544, кл. B60R 19/08, F16F 13/00, 1972 [1]/.
Однако указанные устройства, преобразуя энергию кинетического удара в другие виды энергии, не уменьшают энергию начального удара, воздействующего на автомобиль, вследствие чего имеют крайне низкую эффективность защиты.
Известно также противоударное устройство автомобиля в виде бамперного механизма, содержащее смонтированные на кузове внешнюю подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, обтянутые эластичным покрытием и кинематически связанные между собой посредством фигурных рычагов и упругих элементов, шарнирно соединенных с образованием сложного рычажного механизма в виде прямых и обратных ножниц /см. а.с. СССР №153237, кл. B60R 19/18, E02B 3/22, 1988 [2]/.
Данное устройство обеспечивает рациональное перераспределение силы удара по площади ударных поверхностей и прогрессирующее поглощение энергии и силы сопротивления удару на конечном участке перемещения, однако также не уменьшает энергию изначального удара, что резко снижает эффективность защиты.
Кроме того, известны бамперы автомобилей, позволяющие отводить часть энергии встречного удара в землю, содержащие либо нижний тормозной механизм, снабженный подпружиненной пластиной с башмаком на конце, и средства переключения и регулировки тормозного механизма для его сцепления с землей /см. патент США №3472332, кл. B60R 19/09, 1969 [3]/, либо шарнирно соединенные с бампером продольные упоры с заостренными для внедрения в землю концами, связанные с механизмом их опускания на дорожное полотно при воздействии ударной силы типа рычажных передач, электронно управляемых систем или пиротехнических устройств /см. патент РФ на изобретение №2307037, кл. B60R 19/02, B60T 1/14, 2004 [4]/.
Недостатками известных устройств является предельная сложность конструкции вследствие сложности исполнения рычажных, электронно управляемых, пиротехнических и т.п. механизмов, а также низкая надежность за счет большого количества взаимодействующих конструктивных элементов.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является бампер транспортного средства с активным ударогашением, содержащий ударный брус, связанный с корпусом транспортного средства через промежуточные элементы в виде винтовых цилиндрических пружин, и выпуклую пружину в виде тонкостенной однородной пластины из пружинной стали, являющейся частью полого цилиндра и имеющей два устойчивых рабочих состояния, характеризующихся обратной выпуклостью и релейным переходом из одного в другое при действии критической внешней нагрузки, при этом выпуклая пружина снабжена укрепленной в ее центральной части на обращенной к корпусу транспортного средства поверхности инерционной массой и установлена на корпусе с возможностью относительного смещения в параллельной и перпендикулярной корпусу плоскостях с помощью выполненных на двух противоположных краях пружины сквозных эллиптических прорезей, свободно надетых на консольно прикрепленные к корпусу штыри с ограничителями осевых перемещений пружины /см. патент РФ на изобретение №2350496, кл. B60R 19/36, 2007 [5]/, и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются сравнительно низкая эффективность защиты транспортного средства при серьезных столкновениях со значительными кинетическими энергиями ударных взаимодействий. Это объясняется тем, что в данном устройстве зашита обеспечивается только за счет эффекта динамического гашения удара с помощью противофазного перемещения энерционных элементов, расположенных непосредственно в самом транспортном средстве, но не позволяет уменьшить энергию изначального, действующего на автомобиль встречного удара путем автоматического гашения скорости автомобиля в момент удара и перевода энергии удара непосредственно на колеса автомобиля и, соответственно, в землю, выводя, тем самым, из зоны разрушающих ударных взаимодействий кузов автомобиля с водителем и пассажирами.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простой и эффективной конструкции бампера, позволяющей непосредственно в момент столкновения автомобиля с препятствием или другим автомобилем резко погасить скорость автомобиля и перевести основную часть кинетической энергии удара с кузова автомобиля на его колеса и уже через них в землю.
Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при энергоемких столкновениях со значительными ударными нагрузками.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства, содержащем ударный брус, соединенный внутренней поверхностью с концами винтовых цилиндрических пружин, и выпуклую пружину в виде тонкостенной однородной пластины из пружинной стали, являющейся частью полого цилиндра и имеющей два устойчивых рабочих состояния, характеризующихся обратной выпуклостью и релейным переходом из одного состояния в другое при действии критической внешней нагрузки, при этом пластина установлена на корпусе транспортного средства с возможностью относительного смещения в параллельной и перпендикулярной корпусу плоскостях с помощью выполненных на двух ее противоположных краях сквозных эллиптических прорезей, свободно надетых на консольно прикрепленные к корпусу штыри, особенность заключается в том, что другие концы винтовых пружин прикреплены к обращенной к ударному брусу исходно выпуклой плоскости пластины с обеспечением расчетного статического поджатия последней к корпусу, а на обращенной к корпусу исходно вогнутой плоскости пластины напротив каждого из передних колес транспортного средства закреплены стержневые упоры, проходящие через сквозные отверстия в корпусе транспортного средства внутрь и снабженные по свободным концам тормозными накладками, входящими в силовой контакт с передними рабочими поверхностями колес при релейном переходе пластины в новое устойчивое состояние в момент ударного взаимодействия транспортного средства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 схематично на виде сверху с продольным разрезом изображен предлагаемый бампер соответственно в исходном положении и после восприятия ударной нагрузки с релейным срабатыванием выпуклой пружины; на фиг.3 - вид А на фиг.2.
Бампер транспортного средства содержит прикрепленный к передней части его корпуса 1 подвижный ударный брус 2, соединенный внутренней поверхностью с концами винтовых цилиндрических пружин 3, и выпуклую пружину 4, выполненную в виде тонкостенной однородной пластины из пружинной стали, являющейся частью полого цилиндра, имеющей два устойчивых рабочих состояния, характеризующихся обратной выпуклостью и релейным /скачкообразным/ переходом из одного состояния в другое при действии критической внешней нагрузки, и установленной на корпусе 1 транспортного средства с возможностью относительного смещения в параллельной и перпендикулярной корпусу 1 плоскостях с помощью выполненных на двух противоположных краях пружины /пластины/ 4 сквозных эллиптических прорезей 5, свободно надетых на консольно прикрепленные к корпусу 1 штыри 6. При этом другие концы винтовых цилиндрических пружин 3 прикреплены к обращенной к ударному брусу 2 исходно выпуклой плоскости пластины 4 с обеспечением расчетного статического поджатия последней своими краями к корпусу 1, а на обращенной к корпусу 1 противоположной исходно вогнутой плоскости пластины 4 напротив каждого из двух передних колес 7 транспортного средства закреплены стальные стержневые упоры 8, свободно проходящие через сквозные отверстия 9 в корпусе 1 транспортного средства внутрь в зону расположения передних колос 7. При этом стержневые упоры 8 снабжены закрепленными на их свободных концах стальными тормозными накладками 10 в форме пластин дугообразного поперечного сечения с шероховатой накаткой на внутренней поверхности, крепящихся к торцам стержневых упоров 8 винтами и входящих в силовой охватывающий контакт с передними рабочими поверхностями колес 7 при релейном переходе пластины 4 из исходного во второе устойчивое состояние с обратной выпуклостью в момент ударного взаимодействия /столкновения транспортного средства/.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии бампера /см. фиг.1/ пластина 4 обращена выпуклостью в сторону ударного бруса 2 и статически поджата своими краями с расчетным усилием с помощью частично сжатых винтовых цилиндрических пружин 3 к корпусу 1 транспортного средства. Такое расчетное поджатие сравнительно малым усилием не переводит пластину 4 во второе устойчивое рабочее состояние с обратной выпуклостью, однако позволяет устранить дребезг системы упругих элементов 2, 3, 4 бампера из-за возможного отрыва концов пластины 4 от корпуса 1 при вибрационных и ударных воздействиях на транспортное средство в процессе его движения по дорожному полотну. При столкновениях транспортного средства с препятствиями или другими транспортными средствами с малыми ударными нагрузками и, соответственно, с малыми перемещениями ударного бруса 2, значение силы, действующей на пластину 4 со стороны сжимающихся винтовых цилиндрических пружин 3, также недостаточно для релейного перехода пластины 4 во второе устойчивое состояние. При этом гашение кинетической энергии удара осуществляется за счет диссипации энергии в материале сжимающихся пружин 3 и 4 и ее преобразования в потенциальную энергию упругих деформаций этих пружин. При мощном столкновении транспортного средства со значительными ударными нагрузками, и, соответственно, при значительном перемещении ударного бруса 2, винтовые пружины 3 полностью сжимаются и ведут себя совместно с ударным брусом 2 как единое жесткое тело, напрямую передающее энергию удара на выпуклую сторону пластины 4. Последняя релейно скачком срабатывает во второе устойчивое состояние /см. фиг.2 и фиг.3/ с обратной выпуклостью в сторону корпуса 1, при этом выпуклая поверхность пластины 4 оказывается прижатой к плоскости корпуса 1 ударной нагрузкой, стержневые упоры 8 полностью до основания проваливаются в сквозные отверстия 9 внутрь корпуса 1 транспортного средства, а тормозные накладки 10 входят в силовой охватывающий контакт с передними рабочими поверхностями колес 7, причем нормальная сила при контакте равна силе ударного взаимодействия транспортного средства с препятствием. В результате такого контакта осуществляется одновременно как резкое аварийное торможение транспортного средства, так и, что главное, перевод направления встречного удара с корпуса 1 автомобиля на его колеса 7 и, соответственно, отвод кинетической энергии удара на колеса 7 и уже через них - в землю непосредстенно в момент удара. Такой перевод энергии на колеса 7, обладающие огромной упругоэнергоемкостью и максимальной связью с землей, может сопровождаться их частичным или полным разрушением с поглощением, рассеянием и переводом в землю значительной части кинетической энергии удара. В результате этого удастся сохранить живучесть конструкции кузова транспортного средства в наиболее критических случаях, увести удар от жизненно важного направления, где размещены водитель и пассажиры, в землю и колеса. Выше указанное аварийное торможение за счет контакта тормозных накладок 10 с колесами 7 резко усиливает эффект торможения, выполненного водителем перед моментом столкновения. В случае же неожиданного столкновения, когда водитель не успевает осуществить торможение /такое происходит по статистике почти в половине случаев аварий/, вышеуказанное аварийное торможение будет единственным воздействием на транспортное средство, хотя бы частично гасящее его скорость непосредственно в момент удара. Возможное разрушение колес при ударе в предлагаемом устройстве сопровождается мини-взрывом с интенсивным рассеянием кинетической энергии удара, что также играет свою роль в сохранении живучести транспортного средства в наиболее критических случаях. Конечно, предлагаемое устройство в вышеуказанных критических случаях не позволит уберечь транспортное средство от серьезных повреждений и разрушений, однако при этом оно должно спасти транспортное средство от полного разрушения и сохранить жизни водителя и пассажиров.