УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРЕННОГО ТОРМОЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ

Изобретение относится к устройствам для активного гашения энергии и скорости удара при столкновении транспортного средства с препятствием.

Известны энергопоглощающие бамперы транспортных средств, содержащие либо установленный на кузове ударный брус, соединенный с пакетами размещенных на раме деформирующихся элементов /см. а.с. СССР №664544, кл. B60R 19/08; F16F 13/00, 1972 [1]/, либо облицовки из упругопластического материала с ячейками, заполненными полимерными пеноматериалами /см. а.с. СССР №965840, кл. B60R 19/08 [2]/, либо установленные на передней части кузова надувные мешки с мягкой оболочкой, армированной металлической сеткой /см. патент РФ на полезную модель №34911, кл. B60R 19/20, 2003 [3]/, либо расположенные на шасси и заполненные текучей средой резервуары с выступающими наружными концами в противоположных направлениях поршнями /см. патент США №3934912, кл. 293-73, 1976 [4]/.

Недостатками известных устройств является низкая эффективность защиты транспортного средства при сильных встречных ударах, что объясняется реализацией ими пассивного метода обеспечения безопасности за счет поглощения и диссипации кинетической энергии удара, невозможностью отведения части энергии встречного удара в землю.

Известны также устройства для экстренного торможения автомобиля, позволяющие отводить часть энергии встречного удара в землю, содержащие либо нижний тормозной механизм, снабженный подпружиненной пластиной с башмаком на конце и средствами переключения и регулировки тормозного механизма для его сцепления с землей /см. патент США №3472332, кл. B60R 19/09, 1960, [5]/, 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 [6]/, либо расположенные на кузове автомобиля перед задними колесами тормозные элементы, включающие жидкую и твердую фазы составляющих, с возможностью их смешивания по сигналу из кабины, затвердевания и выброса на дорожное полотно с помощью специальных поршневых толкателей и пневмопривода /см. патент РФ на изобретение №2277479, кл. B60T 1/14; B60B 39/08, 2006 [7]/, либо расположенную на днище автомобиля емкость, заполненную наполнителем в виде дисперсного материала, а также системы подачи и отвода жидкости от дорожного полотна, переводящие дисперсный материал в псевдожидкое и плотное состояние /см. патент РФ на изобретение №2229552, кл. E01F 13/12, 2001 [8]/, либо расположенный на раме автомобиля вакуумный прижим, выполненный в виде замкнутой полости, сообщаемой с эжекторным насосом, функционирующим от эжектирующего газа /см. патент ΡФ на полезную модель №103784, кл. B60T 1/14, 2009 [9]/.

Недостатками всех известных устройств является предельная сложность конструкций за счет наличия специальных электромеханических и пиротехнических средств переключения и регулировки тормозных механизмов для их сцепления с дорожным полотном /см. [5], [6]/, специфичности и сложности механизмов для взаимодействия химических реагентов, их смешивания, выгрузки и подачи на дорожное полотно, вакуумных прижимов, эжекторных насосов /см, [7], [8], [9]/, а также малое быстродействие и, соответственно, низкая эффективность экстренного торможения вследствие невозможности как автоматического срабатывания устройств [5]÷[9] непосредственно от удара без их предварительного включения, так и вследствие времени, требуемого для химического и физического взаимодействия реагентов, обеспечивающего их переход из жидкого и газообразного [7], [8] в твердое и дисперсное состояния, необходимые для контакта автомобиля с дорожным полотном.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является энергопоглощающее устройство транспортного средства, содержащее установленные на его шасси два резервуара с поршнями, выступающими из резервуаров в противоположных направлениях наружными концами, заполненные текучей средой и сообщаемые между собой каналом с установленным в нем разрушаемым под действием определенного давления запорным клапаном /см. патент СССР на изобретение №1055324, кл. B60R 19/06, 1983 [10]/, и принятое за прототип.

Недостатками устройства-прототипа является низкая эффективность защиты транспортного средства при встречных ударах, что объясняется реализацией устройством пассивного метода обеспечения безопасности за счет поглощения и диссипации кинетической энергии удара, невозможностью отведения части энергии удара от встречного столкновения в землю.

Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простой и надежной конструкции для экстренного торможения автомобиля, обеспечивающей автоматический отвод от автомобиля энергии встречного удара путем передачи части энергии в момент удара в землю.

Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при встречных ударах за счет обеспечения его автоматического экстренного торможения в момент удара.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для экстренного торможения автомобиля, включающем два резервуара для размещения текучей среды, связанные между собой каналом с установленным в нем разрушаемым под действием определенного давления запорным клапаном, особенность заключается в том, что один из резервуаров выполнен в виде полого герметичного бампера из среднеуглеродистой пластичной стали, установленного по всей ширине передней части кузова автомобиля и заполненного текучей средой с созданием давления, меньшего несущей способности запорного клапана, а другой резервуар - в виде закрепленной на нижней поверхности несущей рамы кузова автомобиля герметичной замкнутой емкости из сверхпрочного эластичного материала, вставленной внутрь эластичного мешка из толстой шипованной резины, входящего при подаче внутрь емкости после разрушения запорного клапана текучей среды в контакт с поверхностью дорожного полотна, при этом в качестве материала для изготовления емкости может быть использован либо полярный термопласт полиамидной группы пластмасс, либо многослойная ткань кордного переплетения из ароматичного полиамидного волокна.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, смонтированное на автомобиле: сплошными линиями - в обычном /рабочем/ состоянии, пунктирными - после срабатывания в результате ударного столкновения; на фиг. 2 - вид А на устройство на фаг. 1.

Устройство для экстренного торможения автомобиля содержит два резервуара 1, 2 для размещения текучей среды 3, связанные между собой каналом 4 с установленным в нем разрушаемым под действием определенного давления запорным клапаном 5, при этом один из резервуаров 1 выполнен в виде полого герметичного бампера из среднеуглеродистой пластичной стали, установленного по всей ширине передней части кузова 6 автомобиля и заполненного текучей средой 3 с созданием давления, меньшего несущей способности запорного клапана 5, а второй резервуар 2 выполнен в виде герметичной замкнутой полости из сверхпрочного эластичного водонепроницаемого материала, вставленной внутрь также эластичного замкнутого мешка 7 из толстой шипованной резины и закрепленной вместе с мешком 7 своей верхней частью на нижней поверхности несущей рамы 8 кузова 6 автомобиля. На фиг. 1 резервуар-емкость 2 и мешок 7 показаны сплошными линиями в обычном /рабочем/ состоянии до ударного столкновения и подачи в их полость под давлением текучей среды 3 после разрушения запорного клапана 5, при этом канал 4, связывающий резервуар-бампер 1 с емкостью 2, так же как и бампер 1, выполнен из пластичной стали, огибает сверху передний мост 9 автомобиля, вварен в бампер 1 и герметично с помощью специальной мастики /соединение не показано/ вставлен внутрь емкости 2. На той же фиг. 1 пунктирными линиями мешок 7, охватывающий резервуар 2, показан после срабатывания в результате ударного столкновения, разрушения запорного клапана 5 и подачи внутрь резервуара 2 из бампера 1 под давлением текучей среды 3. При этом шипы 10 мешка 7 будут введены в силовой контакт под давлением с поверхностью дорожного полотна 11, представляющего собой либо земляной грунт, либо ледяную корку, либо асфальтовое покрытие и т.п. В качестве среднеуглеродистой пластической стали для изготовления бампера 1 использована сталь марки 0,8 кп /кипящая/, ГОСТ 1050-60 с содержанием углерода 0,05-0,11%, применяемая обычно для холодной штамповки и глубокой вытяжки различных деталей. Разрушаемый под действием заданного давления запорный клапан 5 выполнен в виде каучуковой мембраны или диафрагмы /см. [10]/. Текучая среда 3 выполнена в виде морозоустойчивой жидкости малой вязкости, в качестве которой может быть использовано невоспламеняющееся жидкое минеральное масло индустриальное общего назначения типа И-12А, имеющее температуру застывания при использовании специальных добавок до -50°С. В качестве материала для изготовления герметичной замкнутой емкости 2 из сверхпрочного эластичного водонепроницаемого материала в одном из вариантов использован полярный термопласт /пластик/ полиамидной группы пластмасс, известных под названиями капрон, нейлон, апид, рилсан и т.п., являющихся кристаллизующимися полимерами и характеризующимися высокими эластичностью, пределами прочности, износоустойчивостью, ударной вязкостью. Такие материалы обычно используют для изготовления буксирных канатов, парашютной ткани, шинного корда, шкивов, приборных шестерен и т.п.. В другом варианте в качестве материала использована многослойная ткань кордного переплетения из ароматического полиамидного волокна, отличающаяся наибольшей удельной прочностью на разрыв и используемая чаще всего в авиационной технике для пошивки парашютов, привязных ремней, силовых каркасов обшивки самолетов, автопокрышек, рукавов /шлангов/, топливных баков и т.п.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

При столкновении автомобиля с препятствием или другим транспортным средством с малыми ударными нагрузками бампер 1 работает в обычном режиме, когда гашение кинетической энергии удара происходит за счет ее преобразования в упругие деформации материала бампера, диссипации и поглощения энергии при относительных колебаниях текучей среды 3. При мощном встречном столкновении со значительными ударными нагрузками произойдет пластическая деформация тела бампера 1, то есть его смятие, сопровождающееся резким скачкообразным повышением давления текучей среды 3 в полости бампера 1. Так как исходное давление текучей среды 3 в полости бампера 1 выбрано несколько меньше несущей способности запорного клапана 5, то скачок давления приведет к разрушению клапана 5 с последующим заполнением эластичной емкости 2 текучей средой 3 под высоким давлением, и, соответственно, к увеличению объема емкости 2 до силового контакта мешка 7 с дорожным полотном 11, и сцеплением шипов 10 с покрытием дорожного полотна 11. Параметры исходного давления в бампере 1 и, соответственно, несущей способности запорного клапана 5, диаметр канала 4, соединяющего бампер 1 с емкостью 2, физические параметры вязко-текучей среды 3 и материала бампера 1 и другие геометрические и физические параметры устройства выбираются из условия обеспечения необходимого быстродействия процесса раздувания емкости 2 до контакта с дорожным полотном 11, то есть необходимой скорости экстренного торможения, приблизительно задаваемой в технических условиях на устройство постоянной времени полного экстренного торможения с определенной скорости движения автомобиля до его полной остановки. При необходимости уменьшения постоянной времени экстренного торможения в качестве текучей среды 3 может быть использован воздух или невоспламеняющийся газ, закачиваемый в бампер 1 под высоким давлением. Следует отметить, что предлагаемое устройство срабатывает непосредственно в момент удара без предварительного включения в момент аварии автоматически, что обеспечивает повышенную эффективность и быстродействие экстренного торможения.

Предложенное устройство, характеризуясь сравнительной простотой конструкции и повышенными эксплуатационными характеристиками, отличается высокой эффективностью защиты автомобиля при встречных ударах за счет обеспечения его автоматического экстренного торможения непосредственно в момент соударения при аварии и приведения в действие именно за счет соударения. Это объясняется реализацией устройством активного принципа гашения встречного удара, обеспечением непосредственного контакта при ударе с землей и отведением в землю части кинетической энергии удара, практическим исключением из состава устройства механических упругих и рычажных передач, электромеханических регулировочных и исполнительных механизмов, механизмов смешивания и выгрузки химических реагентов и их подачи на дорожное полотно.