бампер транспортного средства с активным ударогашением

Формула изобретения

Бампер транспортного средства с активным ударогашением, содержащий ударный брус, связанный с корпусом транспортного средства через промежуточные элементы и выпуклую пружину, отличающийся тем, что промежуточные элементы выполнены в виде винтовых цилиндрических пружин, а выпуклая пружина - 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 смещений пружины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно - к средствам и устройствам для гашения кинетической энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.

Известен бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузове наружную подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, соединенные винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия и снабженный устройством для фиксации винтовых пружин в сжатом состоянии /см. а.с. СССР №1162641, кл. В60R 19/18, 1984 [1]/.

Недостатком известного устройства, реализующего пассивный метод обеспечения безопасности путем преобразования кинетической энергии удара в потенциальную энергию сжатых пружин, является его низкая эффективность, что объясняется самим пассивным принципом действия бампера, отсутствием в его конструкции элементов с высокой степенью энергопоглощения /высокой энергоемкостью/.

Известны также бамперы для систем пассивной безопасности автотранспортных средств, содержащие ударный брус, вводимый в ударное взаимодействие с поршнями, штоками и толкателями, в свою очередь, упруго соединенными с системой энергопоглощающих деформирующихся элементов в форме пакета гофрированных дисков, перфорированных обечаек из упругопластичного материала и т.п. /см. а.с. СССР №379787, кл. В60R 19/04, 1970 [2]; а.с. СССР №664544, кл. В60R 19/08, F16F 13/00, 1973 [3]; а.с. СССР №943036, кл. В60R 19/02, В60N 1/00, 1981 [4]/.

Недостатком известных устройств является их сравнительно низкая эффективность защиты при ударных столкновениях транспортного средства с препятствием. Это объясняется реализацией устройствами пассивного метода обеспечения безопасности, вследствие чего даже при частичном рассеянии кинетической энергии удара в соударяющихся элементах бампера, а также поглощении и диссипации энергии в его упругопластических элементах кардинально вопрос эффективной защиты транспортного средства при столкновениях решить не удается.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является энергопоглощающий бампер транспортного средства, содержащий ударный брус, связанный с корпусом транспортного средства через промежуточные элементы в виде шарнирно соединенных звеньев, V- образную пружину и механизм фиксации бруса относительно корпуса, выполненный в виде размещенных на концах пружины зубьев, введенных в зацепление с установленными на брусе специальными скошенными защелками /см. а.с. СССР №984903, кл. В60R 19/08, 1980 [5]/, и принятый за прототип.

Недостатком устройства-прототипа является сравнительно низкая эффективность защиты при ударных столкновениях транспортного средства с препятствием вследствие реализации устройством пассивного метода обеспечения безопасности, когда гашение кинетической энергии удара осуществляется за счет ударного рассеяния энергии V-образной пружиной, а также поглощения энергии при деформациях упругопластичных V-образной пружины и элементов защелки.

Сущность изобретения заключается в создании предельно простой конструкции бампера транспортного средства, характеризующейся, однако, высокой эффективностью гашения кинетической энергии удара при столкновениях вследствие реализации активного метода обеспечения безопасности с использованием упругих пластинчатых элементов с двумя устойчивыми рабочими состояниями, характеризующихся обратной выпуклостью и релейным переходом из одного состояния в другое при действии критической внешней нагрузки.

Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при его столкновении с препятствием за счет активного гашения кинетической энергии удара.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства с активным ударопоглощением, содержащим ударный брус, связанный с корпусом транспортного средства через промежуточные элементы и выпуклую пружину, особенность заключается в том, что промежуточные элементы выполнены в виде винтовых цилиндрических пружин, а выпуклая пружина - 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 смещений пружины.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 схематично на общем виде с продольным разрезом изображен предлагаемый бампер соответственно в исходном положении и после восприятия ударной нагрузки /релейного срабатывания выпуклой пружины/; на фиг.3 - вид А на фиг.1 на выпуклую пружину.

Бампер транспортного средства с активным ударогашением содержит ударный брус 1, связанный с корпусом 2 транспортного средства через промежуточные элементы 3, выполненные в виде винтовых цилиндрических пружин, и выпуклую пружину 4, выполненную в виде тонкостенной однородной пластины из пружинной стали, являющейся частью полого цилиндра и имеющей два устойчивых рабочих состояния, характеризующихся обратной выпуклостью и релейным /скачкообразным/ переходом из одного состояния в другое при действии критической внешней нагрузки. При этом выпуклая пружина 4 снабжена укрепленной /приваренной/ в ее центральной части на обращенной к корпусу 2 транспортного средства поверхности инерционной массой 5 и установлена на корпусе 2 с возможностью относительного смещения в параллельной и перпендикулярной корпусу 2 плоскостях с помощью выполненных на двух противоположных краях пружины 4 сквозных эллиптических прорезей 6, свободно надетых на консольно прикрепленные к корпусу 2 штыри 7 с ограничителями 8 осевых смещений пружины 4. Выпуклая пружина 4 с двумя устойчивыми состояниями выполнена из пластины пружинной стали, прошедшей следующую обработку: изгиб вокруг оси Х до образования наклепа на лицевой поверхности пластины, и последующий изгиб вокруг перпендикулярной ей оси Y в обратную сторону до образования наклепа на обратной поверхности. В настоящее время технология изготовления таких упругих элементов с двумя устойчивыми состояниями, в которых переход из одного в другое переходит скачком, в частности хлопающих мембран, в приборостроении достаточно тщательно отработана.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

В исходном положении /см. фиг.1/ до соударения транспортного средства с препятствием выпуклая пружина 4 находится в своем первом устойчивом состоянии с выпуклостью вправо, при этом инерционная масса 5 уперта в корпус 2 транспортного средства, а края пружины 4 с наружной стороны /обращенной к ударному брусу 1/ уперты в наружние ограничители 8 осевых смещений пружины 4 на штырях 7, то есть устройство находится в зафиксированном статическом состоянии и готово к работе. При воздействии на ударный брус 1 слабых ударных нагрузок последний несколько смещается вправо на фиг.1, винтовые пружины 3 несколько сжимаются, пружина 4 не срабатывает. Кинетическая энергия удара полностью поглощается пружинами 3, переходя в потенциальную энергию упругих деформаций и рассеиваясь за счет диссипации энергии в материале пружин 3. При соударении транспортного средства с препятствием со значительной кинетической энергией удара ударный брус начинает активно двигаться вправо /см. фиг.2/ и передавать через сжимающиеся пружины 3 ударное усилие на корпус 2 со штырями 7, при этом возникают значительный ударные силы инерции массы 5, действующие на пружину 4 влево. При достижении этими силами критической для пружины 4 величины последняя релейно /скачком/ срабатывает, проходя свое плоское состояние, при этом ее края расходятся наружу, а эллиптические прорези 6 движутся по направляющим штырям 7, и переходит в новое устойчивое состояние с выпуклостью влево /фиг.2/. В результате такого срабатывания края пружины 4 с ее внутренней стороны/ обращенной к корпусу 2/ упираются во внутренние ограничители 8 осевых смещений пружины 4 на штырях 7, а центральная часть пружины 4 ее наружной /левой на фиг.2 стороной на максимальной своей скорости ударяется в ударный брус 1, движущийся навстречу пружине 4. За счет такого соударения осущестляется активное ударное гашение кинетической энергии удара транспортного средства о препятствие. Кроме того, при ударном взаимодействии пружины 4 с ударным брусом 1 происходит активная диссипация кинетической энергии в материале пружины 4, а также рассеяние энергии за счет сухого трения штырей 7 в эллиптических прорезях 6 при их относительных смещениях. Подбором упругих характеристик винтовых пружин 3 и выпуклой пружины 4, величины критической нагрузки для пружины 4, а также инерционных параметров массы 5 необходимо добиться противофазного смещения ударного бруса 1 и пружины 4, при этом их всречное соударение происходит в момент достижения ими максимальной суммарной скорости, что обеспечивает максимальную эффективность гашения кинетической энергии удара транспортного средства. В предлагаемой конструкции бампера транспортного средства, как и в известных конструкциях, реализующих пассивный метод обеспечения безопасности. обеспечивается поглощение кинетической энергии удара за счет ею диссипации и преобразования в потенциальную энергию упругих деформаций. Однако, кроме того, за счет реализации активного метода обеспечивается ударное гашение кинетической энергии и ее диссипация при ударном взаимодействии.

Необходимо отдельно указать, что кроме ударного активного гашения дополнительный эффект защиты при столкновениях в предложенном устройстве обусловлен следующим. На основании закона сохранения импульса системы в момент удара транспортное средство получает дополнительный импульс, направленный назад и равный произведению массы инерционной массы 5 на ее скорость относительно транспортного средства, установленной на автомобиле, в направлении движения, то есть вперед в момент удара, после которого автомобиль получит импульс назад /отдача при стрельбе/. Только в случае с выстрелом этот импульс равен произведению массы снаряда на его абсолютную скорость /снаряд улетает/, а в нашем случае - относительная скорость, так как масса 5 остается в автомобиле и движется вместе с ним. Естественно, что отдача, то есть рывок автомобиля назад в момент удара позволит частично погасить энергию ударного взаимодействия автомобиля при его столкновении с препятствием.