энергопоглощающий бампер автомобиля

Формула изобретения

Энергопоглощающий бампер автомобиля, содержащий установленную в передней части кузова ударную пластину из упругопластического материала с ячейками на тыльной стороне, заполненными энергоемким материалом, отличающийся тем, что ударная пластина выполнена в виде эластичного постоянного магнита на основе термопластичных эластомеров (термоэластопластов), ячейки имеют закрытую и многослойную структуру, в лицевых и боковых стенках ячеек выполнены сквозные дросселирующие отверстия, а в качестве энергоемкого материала, заполняющего ячейки ударной пластины, использован ферромагнитный порошок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортному машиностроению и касается устройств пассивной безопасности транспортных средств.

Известны энергопоглощающие бамперы автомобиля, содержание смонтированный на передней части кузова корпус, в полости которого размещен энергопоглощающий элемент либо в виде вспененного материала /см. патент РФ на полезную модель №25872, кл. В60R 19/02, 19/16, 2002 [1]/, либо в виде надувного мешка с мягкой оболочкой, армированной металлической сеткой и имеющей выпускные отверстия /см. патент РФ на полезную модель №34911, кл. В60R 19/20, 2003 [2]/.

Недостатками известных устройств являются недостаточная степень энергопоглощения бампером вследствие малой энергоемкости элементов его конструкции, а также невозможность защиты автомобиля при значительных по силе ударных столкновениях.

Известны также энергопоглощающие бамперы транспортного средства, содержащие облицовку, выполненную из упругого материала и имеющую участки с ячеистой прямоугольной структурой, причем стенки ячеек расположены соосно направлению удара, а лицевые поверхности каждого участка образованы краями стенок и поперечных перегородок ячеек, и энергопоглощающие элементы /см. патент США №4022505, кл. 293-71, 1977 [3]/.

Недостатками известных устройств являются сложность конструкции облицовки и энергопоглощающих элементов, а также недостаточная степень энергопоглощения бампером вследствие практического отсутствия в конструкции бампера элементов, обладающих повышенной энергоемкостью,

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является энергопоглощающий бампер транспортного средства, содержащий установленную в передней части транспортного средства ударную пластину из упругопластического материала с открытыми ячейками различной глубины, в полостях которых установлены заполнители из полимерных пеноматериалов /см. а.с. СССР №1800529, кл. В60R 19/03, В62D 25/08, 1987 [4]/, и принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются недостаточная степень энергопоглощения бампером вследствие малой энергоемкости элементов его конструкции, а также невозможность защиты транспортного средства при сильных ударах.

Сущность изобретения заключается в создании простой конструкции энергопоглощающего бампера, обладающей высокой степенью энергопоглощения и способностью защиты автомобиля при сильных ударах за счет реализации упругих, диссипативных и магнитных свойств при взаимодействии специальных магнитных и ферромагнитных элементов, размещенных определенным образом друг относительно друга в замкнутых объемах.

Технический результат - повышение степени энергопоглощения бампером, обеспечение защиты автомобиля при сильных ударах.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном энергопоглощающем бампере автомобиля, содержащем установленную в передней части кузова ударную пластину из упругопластического материала с ячейками с тыльной стороны, заполненными энергоемким материалом, особенность заключается в том, что ударная пластина выполнена в виде эластичного постоянного магнита на основе термопластичных эластомеров /термоэластопластов/, ячейки имеют закрытую и многослойную структуру, в лицевых и боковых стенках ячеек выполнены сквозные дросселирующие отверстия, а в качестве энергоемкого материала, заполняющего ячейки ударной пластины, использован ферромагнитный порошок.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен предлагаемый бампер автомобиля, вид сверху с продольным разрезом.

Энергопоглощающий бампер автомобиля содержит установленную в передней части кузова 1 ударную пластину 2 из упругопластичного материала с ячейками 3 на тыльной стороне. При этом ударная пластина 2 выполнена в виде эластичного постоянного магнита на основе термопластичных эластомеров /термоэластопластов/. Данные материалы представляют собой эластичные магниты на основе полимеров, не требующих вулканизации, и отличаются, с одной стороны, высокими технологическими преимуществами: возможностью формования с применением автоматизированных методов производства, возможностью повторной обработки отходов производства, отсутствием, как говорилось выше, необходимости вулканизации, а с другой стороны - высокими эксплуатационными характеристиками: значительными энергопоглощающими способностями, высокой эластичностью и пластичностью, низкими остаточными деформациями, хорошими магнитными свойствами, то есть сравнительно высокими коэрцитивной силой, магнитной энергией и остаточной индукцией /см. А.Г.Алексеев, А.Е.Корнеев "Эластичные магнитные материалы", М., "Химия", 1976, стр.151-157 [5]/. Ячейки 3 имеют закрытую и многослойную структуру /на чертеже размеры структуры в направлении продольной оси автомобиля умышленно для лучшей наглядности увеличены/, в лицевых и боковых стенках 4 ячеек S выполнены сквозные дросселирующие отверстия 5, при этом ячейки 3 полностью заполнены энергоемким материалом, в качестве которого использован ферромагнитный порошок 6, представляющий собой, например, широко распространенный природный магнитный железняк либо ферромагнитную окалину металлургических производств.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

В исходном статическом состоянии бампера ферромагнитный порошок 6 заполняет недеформированные ячейки 3 и удерживается в них за счет сил магнитного взаимодействия с эластичным постоянным магнитом 2, из которого изготовлена ударная пластина бампера, находящаяся в исходном недеформированном состоянии. При слабых соударениях бампера гашение энергии удара и ее энергопоглощение происходит за счет местных упругих деформаций бампера. Сильное соударение бампера с препятствием практически при любом направлении удара будет сопровождаться деформацией и сминанием ячеек 3 в зоне удара, приводящей к выдавливанию ферромагнитного порошка 6 из данных ячеек 3 в соседние ячейки и т.д. через дросселирующие отверстия 5 в стенках 4 ячеек 3. При этом ферромагнитный порошок 6 будет удерживаться в "своей" ячейке 3 за счет значительных сил магнитного взаимодействия с постоянным магнитом, каким является пластина 2, а также стремится преодолеть значительное гидравлическое сопротивление при дросселировании через отверстия 5. Естественно, что при ударе в конкретное место бампера ударная деформационная волна практически мгновенно распространится в зоны всех близрасположенных ячеек 3 и будет распространяться дальше вплоть до места крепления ударной пластины 2 к кузову 1. В результате такого магнитного взаимодействия ферромагнитного порошка 6 со стенками 4 каждой ячейки 3 при попытках выдавливания порошка 6 из ячеек 3, сил гидравлического сопротивления, возникающих при продавливании порошка 6 через дросселирующие отверстия 5 в стенках 4 ячеек 3, складывающихся с силами сухого трения при относительном смещении указанных элементов, а также сил упругого взаимодействия будет происходить предельно интенсивное энергопоглощение конструкцией бампера кинетической энергии удара, ее диссипация и превращение в другие виды энергии: тепловую, потенциальную упругую энергии и энергию запасаемого магнитного поля. Следует специально отметить, что в случаях столкновения автомобиля со значительными ударными ускорениями и, соответственно, малой продолжительностью соударения, наличие в бампере, главным образом, сил магнитного взаимодействия, удерживающих ферромагнитных порошок 6 в ячейках 3, а также и дросселирующих сопротивлений, позволяет предельно возможно растянуть по времени реакции бампера на удар, а за счет изотропного расположения ячеек 3 - предельно возможно расширить ударную волну практически на весь объем бампера. В этом случае в идеале реакцию бампера на импульсное ударное воздействие с огромной амплитудой удается получить в виде плавно уменьшающейся во времени и нарастающей по объему распространения упругой волны в материале бампера.

Предлагаемая конструкция бампера, по мнение автора, является предельно эффективной с точки зрения достижения эффекта максимального энергопоглощения энергии удара, а также позволяет защитить автомобиль от соударений со значительными ударными ускорениями за счет растяжения по времени продолжительности удара и расширения фронта объема бампера, участвующего в гашении удара. Технология изготовления используемых в конструкции специальных магнитных элементов в настоящее время достаточно хорошо отработана. При этом в случае необходимости габариты бампера могут быть существенно уменьшены, и, наоборот, - за счет увеличения только объема бампера без принципиального изменения его конструкции можно добиться защиты автомобиля при ударах значительной интенсивности и практически любого направления.