Результат интеллектуальной деятельности: ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩИЙ КУЗОВ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к системам пассивной безопасности пассажирских транспортных средств.

Известны энергопоглощающие устройства кузова транспортного средства, содержащие установленный на опорном участке в передней части кузова и связанный с рамой бампер с ячеистой облицовкой из упруго-пластического материала и полостями, заполненными энергопоглощающим элементом, например заполнителем из полимерного пеноматериала /см. патент РФ на полезную модель №25872, кл. B60R 19/02, 19/18, 2002 [1]; патент США №4022505, кл. 293-71, опубл. 1977 [2]; патент США №3926463, кл. 293-63, опубл. 1975 [3]; а.с. СССР №965840, кл. B60R 19/08, B62D 25/08, 1980 [4]; а.с. СССР №1500529, кл. B60R 19/03, B62D 25/08, 1987 [5]/.

Недостатками известных устройств является низкая эффективность защиты транспортного средства при сильных встречных ударах из-за недостаточной степени энергопоглощения кузовом вследствие ограниченной зоной бампера площади энергопоглощения при практической незащищенности других частей кузова.

Известны также энергопоглощающие устройства для кузовов транспортных средств, состоящие из введенных в шасси и замкнутых в ячейки изогнутых пластин из пластичного материала, имеющих посередине опорные площадки, и выполненных коленчатыми с возможностью относительного скольжения /см. патент США №3834482, кл. 180-90, 1974 г. [6]; патент Франции №2146785, кл. F16F 7/00, 1973 [7]; a.c. СССР №591343, кл. B60R 21/03, F16F 7/08, 1976 [8]/.

Недостатками известных устройств является их малая энергоемкость на единицу веса, неравномерность усилий в процессе деформаций и технологическая сложность.

Кроме того, известна энергопоглощающая рама транспортного средства, содержащая бампер с энергопоглощающими элементами и основной каркас с консольно установленными на нем трубчатыми балками, имеющими концентраторы деформации в виде локальных изменений профиля /гофров/, выступающих наружу и внутрь и обеспечивающих образование складок на трубчатых балках при соударениях транспортного средства /см. патент США №3912295, кл. 280-106 R, B62D 27/04, опубл. 1975 [9]/.

Недостатками известного устройства является сложность изготовления, низкая ремонтопригодность, высокая трудоемкость и значительный объем ремонтно-восстановительных работ.

Наиболее близким устройством того же назначения к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является энергопоглощающий кузов транспортного средства, включающий передний бампер в виде горизонтального ударного бруса с упруго-пластической ячеистой наружной облицовкой, установленный по всей ширине передней части кузова с помощью упругих промежуточных элементов на раме, содержащей основной каркас с консольно установленными на нем трубчатыми балками, снабженными по торцам монтажными пластинами с расположенными по периметру каркаса элементами крепления, имеющими концентраторы деформации в виде расположенных в шахматном порядке отверстий в нижних и боковых стенках балок /см. а.с. СССР №1076336, кл. B62D 21/10, 1982 [10]/, и принятым за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются сложность конструкции, низкая эффективность защиты водителя и пассажиров при сильных встречных ударах, низкая ремонтопригодность конструкции после столкновения.

Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простой конструкции кузова транспортного средства, обеспечивающей при этом высокое энергопоглощение и безопасность водителя и пассажиров при наиболее опасных сильных встречных столкновениях за счет переноса направления удара с центра капсулы салона кузова на его крышевую и донную части.

Технический результат - упрощение конструкции, повышение эффективности защиты транспортного средства при сильных встречных ударах и ремонтопригодности после столкновения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном энергопоглощающем кузове транспортного средства, включающем горизонтальный ударный брус переднего бампера с упруго-пластической ячеистой наружной облицовкой, установленный по всей ширине передней части кузова и связанный с рамой транспортного средства с помощью упругих промежуточных элементов, особенность заключается в том, что кузов снабжен двумя парами криволинейных стержневых шатунов, размещенных в его продольных плоскостях, верхняя пара из которых шарнирно прикреплена одними концами к задней поверхности ударного бруса вблизи его боковых краев, а другими концами также шарнирно прикреплена к соответствующим торцам стального цилиндрического валика, установленного параллельно ударному брусу вдоль переднего края крыши кузова и приваренного своей нижней контактной кромкой к дополнительно введенному деформируемому элементу в виде стальной пластины, прикрепленной к крыше с возможностью продольного скручивания в охватывающий валик рулон при заданной величине скручивающего момента, причем места шарнирного крепления шатунов на торцах валика размещены в возможной близости как к его нижней контактной кромке, так и к линиям пересечения его торцов с передним фронтом цилиндрической поверхности, а нижняя пара шатунов аналогично верхней прикреплена одними концами к ударному брусу на границах его участка между колесами транспортного средства, а другими концами - соответственно к такому же цилиндрическому валику, приваренному своей верхней контактной кромкой к еще одной скручиваемой стальной пластине, прикрепленной к нижней поверхности рамы транспортного средства. При этом в качестве верхнего и нижнего деформируемых элементов могут быть использованы передние участки непосредственно крыши и днища кузова транспортного средства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство на виде на транспортное средство сбоку; на фиг.2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 - кинематическая и силовая иллюстрация принципа работы устройства.

Энергопоглощающий кузов транспортного средства содержит горизонтальный ударный брус 1 переднего бампера с упруго-пластической ячеистой наружной облицовкой 2, установленный по всей ширине передней части кузова 3 и связанный с рамой 4 транспортного средства с помощью упругих промежуточных элементов 5. При этом кузов 3 снабжен двумя парами криволинейных стержневых стальных шатунов 6, 7, размещенных в его продольных плоскостях /параллельных боковым плоскостям кузова 3/, верхняя пара 6 из которых с помощью цилиндрических шарниров 8 прикреплена одними концами к задней поверхности ударного бруса 1 вблизи его боковых краев, а другими концами также с помощью шарниров 9 прикреплена к торцу стального цилиндрического валика 10, расположенному по одну боковую сторону кузова 3 с соответствующим краем ударного бруса 1. Валик 10 установлен параллельно ударному брусу 1 вдоль переднего края крыши 11 кузова 3 и приварен своей нижней контактной кромкой к дополнительно введенному деформируемому элементу в виде стальной пластины 12, прикрепленной к крыше 11 с возможностью скручивания в охватывающий валик 10 рулон при заданной величине скручивающего момента. Крепление пластины 12 к крыше 11 осуществлено с помощью точечной сварки в точках 13, причем край пластины 12, расположенный рядом со сварным швом крепления пластины 12 к контактной кромке валика 10, не приварен к крыше 11 кузова 3 /на рисунках данная специфика крепления не показана/. Такая особенность соединения пластины 12 с валиком 10 и крышей 11 обеспечивает, с одной стороны, возникновение именно деформаций продольного скручивания пластины 12 в рулон вокруг валика 10 при приложении к валику 10 от ударного бруса 1 через шатуны 6 ударной нагрузки, а с другой стороны - как легкий подбор необходимой жесткости пластины 12 на закручивание, соответствующей заданной величине скручивающего момента, обеспечивающего необходимое энергопоглощение при определенной амплитуде ударного воздействия на ударный брус 1 путем вариаций маркой стали и характером термической обработки пластины 12, ее толщиной, а также плотностью и площадью точек 13 сварки пластины 12 с крышей 11, так и минимальный ущерб кузову 3 при точечной сварке пластины 12 с крышей 11 в случае сильного встречного удара, и, следовательно, высокую ремонтопригодность конструкции после столкновения. Места крепления шарнира 9 на торцах валика 10 размещены в возможной близости как к нижней контактной кромке валика 10, так и к линиям пересечения его торцов с передним фронтом цилиндрической поверхности валика 10. Степень данной возможной близости ограничивается только конструктивными и технологическими соображениями с обеспечением заданной прочности соединения. Криволинейная форма стержневых шатунов 6 позволяет вписать их в наружный контур передней части кузова 3 транспортного средства без ущерба для дизайна, а также без осуществления помех при функционировании капота, передних дверей, переднего стекла и т.п. Нижняя пара шатунов 7 аналогично верхней паре 6 прикреплена с помощью цилиндрических шарниров 14 одними концами к задней поверхности ударного бруса 1 на границах его участка между колесами 15 транспортного средства, а другими концами с помощью шарниров 16 - соответственно к такому же, но укороченному цилиндрическому валику 17, приваренному своей верхней контактной кромкой к еще одной скручиваемой стальной пластине 18, прикрепленной к нижней поверхности рамы 4 точечной сваркой 19. Криволинейная форма стержневых шатунов 7 позволяет им удобно войти от ударного бруса 1 под раму 4 и обогнуть передний мост 20 транспортного средства. В качестве верхней 12 и нижней 18 деформируемых /скручиваемых/ стальных пластин могут быть использованы передние участки непосредственно крыши 11 и днища 21 транспортного средства, прикрепленного к верхней поверхности рамы 4. При этом, если разрушение участка крыши 11 практически не влияет на жизнедеятельность салона, транспортного средства, то деформируемый участок днища 21 должен располагаться вне мест крепления оборудования салона и нахождения ног пассажиров и водителя. Конечно, данный вариант ухудшает ремонтопригодность конструкции автомобиля. Однако он удешевляет производство, не требует введения дополнительных деформируемых элементов, что при массовом производстве и сравнительно малой частоте тяжелых лобовых столкновений может играть определяющую роль.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

При соударениях транспортного средства на небольших скоростях кинетическая энергия удара поглощается наружной облицовкой 2 с упруго-пластической ячеистой структурой. При мощных встречных ударах с амплитудой F приложенной к ударному брусу 1 ударной нагрузки /см. фиг. 4/ последний движется поступательно с линейной скоростью /рассматриваем наиболее опасный вариант прямого встречного удара/, такие же скорости движения точек C и E соответственно шарниров 8, 14 на левых на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 концах верхнего 6 и нижнего 7 шатунов, а также у промежуточных упругих элементов 5. Шатуны 6 /СД/ и 7 /ЕК/ движутся плоско-параллельно, также плоско-параллельно /качение/ движутся валики 10 и 17, при этом точки P₁ и P₂ - мгновенные центры скоростей /МЦС/ валиков 10 и 17. Линейная скорость точки Д валика 10 и направлена в сторону его качения /для валика 17 и точки К все аналогично и на фиг. 4 не показано/. Как следует из теории кинематики плоско-параллельного движения МЦС шатуна 6 /точка P₂/ находится на пересечении перпендикуляров к векторам и , при этом ω₂ - угловая скорость шатуна СД, а V₁=ω₂·P₂C, V₂=ω₂·P₂Д. Очевидно, что чем ближе точка Д крепления шарнира 9 к нижней кромке /точка P₁/ валика 10, тем больше расстояние P₂Д по сравнению с P₂С, то есть во столько раз V₂>V₁. Поэтому при выполнении данного условия перемещение нижней контактной кромки валика 10 во много раз больше перемещения ударного бруса 1, что приводит при малых перемещениях бруса 1 к значительному скручиванию пластин 12 и 18 вокруг валиков 10 и 17 в рулоны и, как следствие, - к значительному энергопоглощению при ударах. Теперь немного о силовой схеме /также на фиг. 4/. Очевидно, что сила геометрически раскладывается на продольные силы и в шатунах 6 и 7 . Соответственно, в точке Д та же сила /а в точке К сила / раскладываются на составляющие и , при этом вертикальная составляющая отрывает край пластины 12 от крыши 11, а горизонтальная составляющая обуславливает скручивание пластины 12 вокруг валика 10 в рулон.

По мнению заявителя, именно такой вариант со скручиванием либо дополнительно введенных силовых деформируемых элементов /пластины 12, 18/, либо непосредственно частей кузова 3 транспортного средства /крыши 11 и днища 21/ в рулоны обеспечивает максимальное энергопоглощение при минимальных габаритах самой конструкцией транспортного средства кинетической энергии удара и может спасти жизнь водителю и пассажирам в условиях сильных встречных ударов. При этом здесь самым важным является то, что удается отвести направление встречного удара от наиболее опасного, проходящего прямо через салон автомобиля, и направить его на периферийные участки транспортного средства, не опасные для людей.