БАМПЕРНОЕ ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ
CAR PROTECTIVE BUMPER

Изобретение относится к области автомобилестроения, к внешним защитным устройствам, повышающим безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля.
1
1
0
Известно бамперное защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля (Патент РФ на полезную модель №79845, Защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля. Эскин И.Д., Алкеев Р.И. Приоритет 15 сентября 2008 г.), содержащее бамперное защитное устройство и шарнирно соединенные с ним пенальные устройства, бамперное защитное устройство состоит из бампера, имеющего коробчатое поперечное сечение, и корпуса, также коробчатого сечения на длине бампера, охватывающего бампер с зазорами по бокам бампера, в которых с натягом по вершинам гофров размещены многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты, набранные "гофр в гофр" из шлифованных, каленых, стальных, омедненных, гофрированных лент, между которыми проложены гладкие ленты с толщиной, большей толщины гофрированной ленты, на которые гофрированные пакеты опираются "вершина гофра к вершине гофра", гладкие ленты, корпус и бампер имеют по концам свободные участки, длина которых немного больше проскальзывания конца гофрированного пакета при его полном выпрямлении, на концах корпуса выполнены отогнутые концы, длина которых немного меньше расстояния до колесной пары и между каждым отогнутым концом и деталью кузова автомобиля, являющейся внутренней стенкой полости, где размещено колесо, имеется расстояние L, а бампер устройства шарнирно соединен с толкателями пенальных защитных устройств, и в верхней и нижней полках корпуса выполнены прямоугольные отверстия, через которые проходят детали крепления бамперов, и в направлении вдоль оси автомобиля размер отверстия на величину, немного большую 2nf, где n - число гофрированных пакетов в боковом зазоре, f - выгиб гофра пакета в собранном устройстве, больше ответного размера опорной поверхности детали крепления бампера к пенальному устройству, а размер отверстия в направлении, перпендикулярном оси автомобиля, немного больше 2L ответного размера опорной поверхности указанной крепежной детали, и каждое пенальное устройство состоит из корпуса и основания, которыми оно жестко крепится к днищу автомобиля, внутри которых размещен толкатель, состоящий из отдельных частей, соединенных друг с другом шарнирно, для чего в одну из частей запрессован палец, расположенный в середине паза в другой соединяемой части, и длина паза больше диаметра пальца на два размера зазора между ответными торцами соединяемых частей, и сверху и снизу на толкатели уложены пакеты гладких лент, на которые уложены многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты, набранные "гофр в гофр" из шлифованных, каленых, стальных, омедненных, гофрированных лент, по вершинам гофров которых в собранном устройстве создан натяг такой величины, что остаточный выгиб гофров f составляет 0,1-0,15 мм, а начальный выгиб f гофров до сборки выбран таким, что лежит в области упругой деформации пакетов, торцы корпуса закрыты крышками, через отверстия в которых с зазорами по периметру выходят первая часть толкателя и последняя его часть, зазоры между ответными частями толкателя, длины частей толкателя подобраны таким образом, чтобы вместе с подобранными соответствующим образом параметрами многослойных пакетов обеспечивались хорошие характеристики бамперного защитного устройства на «сильный» фронтальный удар, а длины первой и последней частей толкателя выбраны также такими, чтобы при вдавливании выбирались все зазоры между частями и последняя часть при этом не выпадала из корпуса, а при максимальном вытягивании последняя часть не полностью втягивалась в корпус.
Недостатком этой конструкции защитного бамперного устройства является то обстоятельство, что при его настройке на оптимальное восприятие «сильного» фронтального удара оно будет работать как чистая «упругость» при «малых» боковых ударах и неэффективно при «малых» фронтальных ударах, наблюдаемых при наездах автомобиля на препятствие на малых скоростях.
«Малыми» ударами здесь считаются удары с амплитудой силы до 50 кН (5 тонн), «средними» - с амплитудой до 150 кН (15 тонн) и «сильными» - выше 150 кН(15 тонн).
Это устройство по технической сущности наиболее близко к нашему предложению и принято за прототип.
Ставится задача создания бамперного защитного устройства, одинаково хорошо гасящего как «малые», так и «средние» и «сильные» фронтальные и боковые удары.
Поставленная задача решается тем, что бамперное защитное устройство автомобиля, содержащее бамперное защитное устройство и шарнирно соединенные с ним пенальные устройства, бамперное защитное устройство состоит из бампера, имеющего коробчатое поперечное сечение, и корпуса, также коробчатого сечения на длине бампера, охватывающего бампер с зазорами по бокам бампера, в которых с натягом по вершинам гофров размещены многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты, набранные "гофр в гофр" из шлифованных, каленых, стальных, омедненных, гофрированных лент, между которыми проложены гладкие ленты с толщиной, большей толщины гофрированной ленты, на которые гофрированные пакеты опираются "вершина гофра к вершине гофра", гладкие ленты, корпус и бампер имеют по концам свободные участки, длина которых немного больше проскальзывания конца гофрированного пакета при его полном выпрямлении, на концах корпуса выполнены отогнутые концы, длина которых немного меньше расстояния до колесной пары и между каждым отогнутым концом и деталью кузова автомобиля, являющейся внутренней стенкой полости, где размещено колесо, имеется расстояние L, а бампер устройства шарнирно соединен с толкателями пенальных защитных устройств, и в верхней и нижней полках корпуса выполнены прямоугольные отверстия, через которые проходят детали крепления бамперов, и в направлении вдоль оси автомобиля размер отверстия на величину, немного большую 2n1f, где n1 - число гофрированных пакетов в боковом зазоре, f - выгиб гофра пакета в собранном устройстве, больше ответного размера опорной поверхности детали крепления бампера к пенальному устройству, а размер отверстия в направлении, перпендикулярном оси автомобиля, немного больше 2L ответного размера опорной поверхности указанной крепежной детали, и каждое пенальное устройство состоит из корпуса и основания, которыми оно жестко крепится к днищу и силовой раме автомобиля, внутри которых размещен толкатель, состоящий из отдельных частей, соединенных друг с другом шарнирно, для чего в одну из частей запрессован палец, расположенный в середине паза в другой соединяемой части, и длина паза больше диаметра пальца на два размера зазора между ответными торцами соединяемых частей, и сверху и снизу на толкатели уложены пакеты гладких лент, на которые уложены многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты, набранные "гофр в гофр" из шлифованных, каленых, стальных, омедненных, гофрированных лент, по вершинам гофров которых в собранном устройстве создан натяг такой величины, что остаточный выгиб гофров f составляет 0,1-0,15 мм, а начальный выгиб f0 гофров до сборки выбран таким, что лежит в области упругой деформации пакетов, торцы корпуса закрыты крышками, через отверстия в которых с зазорами по периметру выходят первая часть толкателя и последняя его часть, зазоры между ответными частями толкателя, длины частей толкателя подобраны таким образом, чтобы вместе с подобранными соответствующим образом параметрами многослойных пакетов обеспечивались хорошие характеристики защитного устройства на «сильный» фронтальный удар, а длины первой и последней частей толкателя выбраны также такими, чтобы при вдавливании выбирались все зазоры между частями и последняя часть при этом не выпадала из корпуса, а при максимальном вытягивании последняя часть неполностью втягивалась в корпус, отличается тем, что корпус и основание каждого пенального устройства выполнены ступенчатыми, причем вертикальные стенки ступенек расположены над зазорами между отдельными частями толкателя или над частью этих зазоров, ступеньки образуют камеры с вертикальным размером, увеличивающимся от камеры к камере к концу пенального устройства, на гладкие ленты с обеих сторон толкателя на всей рабочей части толкателя установлены с натягом многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты с параметрами, подобранными для гашения «малых» фронтальных и боковых ударов, и в камерах, начиная с первой (номера камер отсчитываются от начала толкателя) и до последней, на эти пакеты «гофр в гофр» с ними установлены с натягом другие пакеты, которые от первых могут отличаться только толщиной лент, их количеством в пакете и величиной натяга, которые подобраны таким образом, чтобы при фронтальном ударе средней силы смещались только первая и вторая части толкателя и гасили энергию удара, а начиная с третьей или четвертой и также до последней на эти пакеты установлены «гофр в гофр» с ними еще пакеты, также могущие отличаться от других толщиной ленты, их количеством и натягом, которые подобраны таким образом, чтобы смещение всех частей толкателя от «сильного» фронтального удара и деформация пакетов бамперного защитного устройства вплоть до полного выпрямления гофров этих пакетов гасили «сильный» фронтальный удар.
Предлагаемая конструкция бамперного защитного устройства должным подбором параметров пакетов оптимальным образом может быть настроена на восприятие «малого», «среднего» и «сильного» фронтального и бокового ударов. Например, термином «сильный» здесь обозначаются такие удары, которым подвергают автомобиль при краш-испытаниях на фронтальный и боковой удар. «Малые» фронтальный и боковой удары при этом воспринимаются только смещением первой части толкателя, «средний» фронтальный удар - смещением двух частей толкателя и «сильный» фронтальный удар - смещением всех частей толкателей пенальных защитных устройств и бамперным защитным устройством, а «сильный» боковой удар - смещениями первых частей толкателей в пределах бокового зазора в крышках пенальных устройств и корпуса бамперного устройства, осуществляемыми с сухим трением по их контактным поверхностям.
Кроме того, с целью упрощения конструкции пенальных защитных устройств, корпус и основание пенального устройства выполняются только с одной ступенькой, расположенной над зазором между второй и третьей частями толкателя; на гладкие ленты устанавливают многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты с длиной на всю рабочую часть толкателя, параметры которых подбираются из условия, что смещение одной первой части толкателя оптимально гасит «малые» фронтальные удары, и смещение двух частей толкателя гасит «средний» фронтальный удар, на эти пакеты на длине с третьей и до конца рабочей части толкателя (в камере, образованной ступенькой) ставятся многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты «гофр в гофр» с предыдущими (их параметры могут отличаться только толщиной лент и их количеством, величиной натяга по вершинам гофров этих пакетов), их параметры подбираются из условия, что при смещении всех частей толкателей пенальных устройств и полном выпрямлении гофров пакетов бамперного устройства оптимальным образом гасится «сильный» фронтальный удар.
Кроме того, для исключения дребезга в бамперном устройстве при движении по неровной дороге между гладкими лентами, а также между корпусом и гладкими лентами и между бампером и гладкими лентами на концах гладких лент приклеены вставки из пористой резины малой плотности.
3
Кроме того, с целью снижения уровня травматизма пешехода при наезде на него автомобиля на малых скоростях движения на наружной поверхности бамперного защитного устройства закреплен (наклеен) слой из полипропилена малой плотности до 20 кг/м.
Предложенные конструкции бамперного защитного устройства автомобиля показаны на чертежах:
на фиг.1 изображен общий вид бамперного защитного устройства (вид снизу);
на фиг.2 изображен продольный разрез по оси симметрии бамперного защитного устройства;
на фиг.3 изображены разрезы А-А и Б-Б на фиг.1;
на фиг.4 изображен продольный разрез варианта пенального устройства;
на фиг.5 изображен фрагмент бамперного устройства с закрепленным на наружной поверхности его корпуса слоем из полипропилена малой плотности и вставками из пористой резины, закрепленными между концами гладких лент, а также между корпусом и гладкой лентой и бампером и гладкой лентой.
На чертежах автомобиль показан тонкой линией, как «обстановка» на сборочном чертеже, а пакеты на видах и разрезах изображены условно.
Предлагаемое бамперное защитное устройство автомобиля (см. фиг.1) состоит из бамперного защитного устройства 1 и пенальных защитных устройств 2, шарнирно скрепленных с бамперным защитным устройством 1.
Бамперное устройство 1 состоит из бампера 3, выполненного в виде прямой балки с коробчатым поперечным сечением, расположенного с боковыми зазорами 4 внутри корпуса 5, на длине бампера 3, имеющего также коробчатое поперечное сечение. Корпус 5 на длине немного меньшей расстояния от его наружной стенки до колесной пары имеет отогнутые к автомобилю концы 6, имеющие швеллерное или коробчатое поперечное сечение, и расстояние от конца 6 до стенки полости, где расположено колесо, равно L.
1
В боковые зазоры 4 (см. фиг.1, 2) с натягом немного большим 0,5nf вставлены многослойные, многопролетные пакеты 7, набранные из многослойных, многопролетных, гофрированных пакетов 8, в свою очередь набранных из шлифованных, каленых, стальных, омедненных, гофрированных лент 9 «гофр в гофр», и гладких лент 10, вставленных между гофрированными пакетами 8, на которые пакеты 8 опираются «вершина гофра к вершине гофра» таким образом, что каждая пара пакетов 8, симметрично расположенных относительно бампера 3, образует двусторонний упруго-гистерезисный упор. Длина гладких лент 10 приблизительно равна длине бампера 3, а длина пакетов 8 такова, что на концах гладких лент 10, у бампера 3 и корпуса 5 имеются свободные участки 11, длина которых немного больше проскальзывания конца каждого из пакетов 8, относительно контактирующей с ним гладкой ленты 10 при полном выпрямлении пакетов 8 при фронтальном ударе.
Бампер 3 выполнен из двух балок 12 и 13 (см. фиг.2), соединенных сваркой, и корпус 5 выполнен из двух балок 14 и 15, соединенных заклепками 16 (показаны условно). Для исключения возможности «выстреливания» заклепок 16 при ударе заклепочные швы закрыты накладками 17, приваренными к балкам корпуса 5.
1
1
1
В верхней и нижней полках корпуса 5 выполнены прямоугольные отверстия 18 с прорезями 19 (см. фиг.1), через середины которых проходят скобы 20, приваренные к балке 13 бампера 3 (см. фиг.2). Размер этих отверстий, перпендикулярный оси автомобиля, немного больше S+2L, где S - ответный размер опорной поверхности скобы 20. Размер этих отверстий в направлении оси автомобиля немного больше S+2nf, где S - ответный размер опорной поверхности скобы 20.
Параметры пакетов 7 подобраны таким образом, чтобы при полном выпрямлении гофров пакетов 8 и полном срабатывании пенальных защитных устройств 2 полностью гасилась кинетическая энергия фронтального удара по автомобилю при краш испытаниях на этот удар.
Отметим, что при этом кинетическая энергия фронтального удара тратится на работу сил сухого трения на контактных поверхностях бамперного и пенальных защитных устройств, на создание запаса потенциальной упругой энергии деталями защитного устройства и автомобиля, а также, так как предлагаемое устройство является устройством одноразового действия, на пластические деформации этих деталей.
Пенальные защитные устройства 2 (см. фиг.2, 3 и 4) состоят из корпуса 21 и основания 22, жестко соединенных заклепками 23, внутри которых размещен толкатель 24, состоящий из отдельных частей 25, соединенных друг с другом шарнирно. Для чего в одну из соединяемых частей запрессован палец 26, расположенный в середине паза 27 в другой соединяемой части 25. Длина паза 27 больше диаметра пальца 26 на два размера зазора 28 между ответными торцами соединяемых частей 25. Сверху и снизу на толкатель 24 каждого пенального устройства 2 уложены пакеты 29 гладких лент 30, с отогнутыми концами 31. На пакеты 29 уложены многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты 32, набранные «гофр в гофр» из стальных, каленых, шлифованных, омедненных лент 33. Корпус 21 и основание 22 выполнены ступенчатыми. Причем вертикальные стенки 34 ступенек 35 расположены над зазорами 28 или над частью этих зазоров. Ступеньки 35 образуют камеры 36 с вертикальным размером, увеличивающимся от камеры к камере к концу пенального устройства. В этих камерах на многослойные пакеты 32 «гофр в гофр» с ними установлены многослойные, многопролетные пакеты 37, 38, параметры которых могут отличаться от пакетов 32 только количеством гофрированных лент в них, толщиной лент и величиной натяга.
0
По вершинам гофров всех многослойных пакетов 32, 37, 38 создан натяг такой величины, что остаточный выгиб гофров f составляет 0,1-0,15 мм, а начальный выгиб гофров f (до сборки) выбран таким, что натяг лежит в области упругой деформации пакетов, и параметры пакетов 32, 37, 38 подобраны таким образом, что кинетическая энергия «малых» фронтальных ударов гасится смещением с сухим трением первой части 25 толкателей 24 вдоль оси автомобиля, а кинетическая энергия «малых» боковых ударов гасится смещением с сухим трением этой части толкателя за счет ее перекоса в пределах боковых зазоров 39 между этой частью и крышкой 40 (см. фиг.3), кинетическая энергия «средних» фронтальных ударов гасится смещением двух первых частей 25 и кинетическая энергия «сильного» фронтального удара гасится смещением всех частей 25 толкателя 24 каждого пенального устройства 2 и деформацией пакетов 7 бамперного защитного устройства 1.
Торцы корпуса 21 закрыты крышками 40 (см. фиг.3), через отверстия в которых с зазорами по периметру выходят наружу первая часть 25 и последняя часть 25 толкателя 24. Причем боковые зазоры 39 больше по величине верхнего и нижнего зазоров 41 и их величина определяется из условия обеспечения эффективного гашения «малых» боковых ударов в корпус 5 бамперного защитного устройства 1.
Первая часть 25 толкателя 24 каждого пенального устройства 2 шарнирно соединена с бампером 3 (см. фиг.2) бамперного защитного устройства 1 с помощью скоб 20, оси 42, вставленной в отверстия в ушках 43 скобы 20 и первой части 25 толкателя 24, и закрепленной с помощью гайки 44 и шайбы 45. Длины первой и последней частей 25 выбраны такими, чтобы при полном вдавливании толкателя выбирались все зазоры между частями 25 и последняя часть 25 при этом не выпадала из корпуса 21, а при максимальном вытягивании последняя часть 25 не полностью втягивалась в корпус 21.
Кроме того, корпус 21 и основание 22 может иметь только одну ступеньку 35 (см. фиг.4) над зазором 28, между второй и третьей частью 25 толкателя 24, образующую только одну камеру 36.
Причем параметры пакетов 32 в этом случае подобраны таким образом, что смещение первой части 25 толкателя 24 эффективно гасит «малые» фронтальные и боковые удары, а смещение двух первых частей 25 эффективно гасит «средние» по величине фронтальные удары.
На пакеты 32 в камере 36 установлены пакеты 37 также «гофр в гофр» с пакетами 32.
По вершинам гофров пакетов 32 и 37 создан натяг и остаточный выгиб гофров f=0,1÷0,15 мм. Параметры пакетов 32 и 37 подобраны таким образом, что вместе с деформацией пакетов 7 бамперного защитного устройства 1 до их полного выпрямления, полном смещении всех частей 25 толкателей 24 пенальных защитных устройств 2 эффективно гасится «сильный» фронтальный удар.
Пенальные устройства 2 жестко крепятся к днищу (силовой раме) автомобиля болтами 46, гайками 47 и контровочными шайбами 48 (на фиг. показаны условно).
3
Кроме того, между гладкими лентами 10 (см. фиг.5), а также между корпусом 5 и гладкой лентой 10 и бампером 3 и гладкой лентой 10 на концах гладких лент 10 приклеены вставки 49 из пористой резины, а на наружной рабочей поверхности корпуса 5 бамперного защитного устройства 1 закреплен слой 4 из полипропилена малой плотности до 20 кг/м.
Сборка предлагаемого бамперного защитного устройства автомобиля не представляет сложностей и описываться не будет. Укажем только, что при приварке накладки 17 к корпусу 5 необходимо следить, чтобы не произошел низкий отпуск лент пакетов 7.
Предложенное бамперное защитное устройство автомобиля работает следующим образом. При «малых» по действующей ударной силе фронтальных ударах разгружаемый пакет 7 бамперного устройства 1 деформируется упруго. Бамперное устройство 1 рассеивает кинетическую энергию «малого» фронтального удара только за счет деформации с сухим трением нагружаемых пакетов 7, и эта рассеянная энергия очень невелика в силу малых деформаций пакетов 7 при «малых» фронтальных ударах.
Кинетическая энергия «малых» боковых ударов вообще не рассеивается бамперным защитным устройством 1, так как при этих ударах не происходит смещений с сухим трением корпуса 5 относительно гофров пакетов 7. Поэтому «малые» фронтальные удары гасятся в основном пенальными устройствами 2 за счет смещения вдоль оси автомобиля с сухим трением первых частей 25 толкателей 24 относительно пакетов 32, прижатых вершинами гофров усилием, созданным натягом к этим частям 25, а боковые «малые» и «средние» удары гасятся смещением с сухим трением за счет перекоса первых частей 24 в боковых зазорах 39 в крышках 40 (см. фиг.3).
При «средних» фронтальных ударах кинетическая энергия удара рассеивается за счет смещения с сухим трением уже двух частей 25 толкателей 24 пенальных устройств 2 и деформацией с сухим трением пакетов 7 бамперного устройства 1.
«Сильные» фронтальные удары, например, такие, которые испытывает автомобиль при краш испытаниях на фронтальный удар, гасятся за счет деформации пакетов 7 с проскальзыванием с сухим трением вершин гофров этих пакетов по контактным поверхностям гладких лент 10, корпуса 5 и бампера 3, вплоть до полного выпрямления гофров пакетов 7 бамперного устройства 1 и за счет смещения всех частей 25 толкателей 24 пенальных устройств 2 с сухим трением по вершинам гофров пакетов 32, вплоть до максимально возможного смещения этих частей в каждом пенальном устройстве 2, и пластической деформации отдельных деталей этих устройств.
Боковые «сильные» удары по бамперному защитному устройству в отогнутые концы корпуса 5 гасятся смещением корпуса 5 с сухим трением по вершинам гофров пакетов 7, между отдельными слоями этих пакетов, на величину L, перекоса с сухим трением первой части 25 толкателя 24 каждого пенального устройства 2, в пределах допускаемых боковыми зазорами 39 в крышках 40, а также за счет пластических деформаций деталей этих устройств.
Предлагаемое бамперное защитное устройство автомобиля обладает следующими преимуществами:
- оно универсально - его можно поставить на все отечественные и зарубежные марки легковых автомобилей, как на уже находящиеся в эксплуатации (в этом случае штатные бамперы заменяются на предлагаемое устройство), так и вновь создаваемые;
- оно обладает очень высоким потенциалом рассеивающих свойств при гашении фронтального и бокового ударов. Способно при хороших «опорных» характеристиках автомобиля рассеивать до 80-100% кинетической энергии фронтального удара при краш-испытаниях на этот удар автомобиля массой 130÷150 кг;
- оно хорошо гасит как «малые», так и «средние» и «сильные» фронтальные и боковые удары, воздействующие на автомобиль при различных столкновениях с препятствиями;
- оно имеет такие габариты и вес, которые позволяют хорошо вписаться в экстерьер автомобиля и может быть конструктивно оформлено в стиле дизайна автомобиля и, следовательно, не портит экстерьер автомобиля;
- технология его изготовления не сложна, если имеется технологическая оснастка как в случае массового производства, так и в случае мелкосерийного и индивидуального производства, и его цена может быть вполне приемлемой даже для автовладельцев с небольшим достатком;
- оно обладает широким диапазоном настроек упруго-гистерезисных характеристик устройства даже без изменения технологической оснастки - штампов
- оно расчетно, т.е. при известных «опорных» характеристиках автомобиля можно рассчитать потребные параметры устройства, его настройки, определить расчетным путем эффективность гашения как «малых», так и «средних» и «сильных» фронтальных и боковых ударов. Если известна МКЭ-модель автомобиля, то возможно расчетным путем построить в ЗВ-редакторе картину деформаций автомобиля при аварии;
- оно будет сглаживать социальную напряженность между водителями при столкновении автомобилей даже в том случае, если предлагаемое бамперное защитное устройство установлено только на одном из столкнувшихся автомобилей, так как оно, в отличие от индивидуальных средств защиты -подушек и ремней безопасности, будет гасить ударное воздействие на оба автомобиля, участвующие в ДТП.
В заключение заметим, что предлагаемое бамперное защитное устройство автомобиля, благодаря высокому потенциалу рассеивающих свойств, способно существенно повысить пассивную безопасность автомобиля. Задача повышения пассивной безопасности автомобиля очень актуальна на наших дорогах, так как в ДТП ежегодно гибнет до 30 тысяч человек и еще в 6 раз больше опасно травмируются.