Результат интеллектуальной деятельности: Бампер транспортного средства с активным ударогашением

Изобретение относится к бамперам транспортных средств и предназначено для активного гашения кинетической энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.

Известны бамперы транспортных средств, содержащие размещенные между их тыльной стороной и кузовом энергопоглотающие элементы в виде закрытой ячеистой многослойной структуры, заполненной ферромагнитным порошком, удерживаемым с помощью эластичных постоянных магнитов /см., например, патент РФ на изобретение №2332318, кл. B60R 19/03, 2007 [1]; патент РФ на изобретение №2332319, кл. B60R 19/03, 2007 [2]/.

Недостатком известных устройств является предельно низкая эффективность защиты транспортного средства при мощных лобовых столкновениях, что объясняется реализацией устройствами пассивных методов поглощения энергии ударов.

Известны также устройства для активного динамического гашения ударов транспортного средства о препятствие путем формирования обратного гидродинамического воздействия на воспринимающий удар бампер непосредственно в момент удара /см. патент РФ на изобретение №2533765, кл. B60R 19/04, B60R 19/20, 2013 [3]; патент РФ на изобретение №2538826, кл. B60R 19/20, 2013 [4]/.

Недостатками известных устройств является сравнительная сложность конструкций и низкая эффективность вследствие ограниченной мощности обратного гидродинамического удара, формируемого за счет ответной инерционной реакции жидкости на первичный удар, а также узкие возможности регулировки амплитуды, длительности и формы обратного ударного импульса.

Кроме того, известны устройства для активного динамического гашения удара транспортного средства о препятствие путем нормирования обратного воздействия на бампер инерционной массой, удерживаемой в исходном рабочем состоянии резко нелинейными силами, создаваемыми постоянными магнитами, либо упругими релейными элементами /см. патент РФ на изобретение №2360808, кл. B60R 19/36, 2008 [5]; патент РФ на изобретение №2350496, кл. B60R 19/36, 2007 [6]/.

Недостатками известных устройств является сравнительно низкая эффективность гашения ударов вследствие ограниченных мощностей при реальных габаритах постоянных магнитов и упругих элементов, узкие возможности регулировки амплитуды, длительности и формы обратного ударного импульса, недостаточная степень синхронизации импульса обратного удара с первичным; ударом.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является бампер транспортного средства с активным ударогашением, укрепленный на кузове с помощью боковых направляющих и толкателей, содержаний механизм нормирования обратного удара, включающий релейный преобразователь запасенной потенциальной энергии в кинетическую энергию обратного удара в виде жестко установленного на кузове и обращенного к тыльной поверхности бампера постоянного магнита в форме пластины с рядом сквозных отверстий, в полостях которых размещены сжатые витые цилиндрические пружины, а также срабатывающий под действием инерционной перегрузки ударный элемент в виде подвижной ферромагнитной пластины, размещенной между бампером и постоянным магнитом /см. [5]/, и принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа является сравнительно низкая эффективность ударогашения вследствие ограниченности запасаемой для обратного удара потенциальной энергии и вторичного характера обратного удара, узкие возможности регулировки амплитуды, длительности и формы обратного ударного импульса, недостаточная степень синхронизации обратного удара с первичным ударом при столкновении.

Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого и эффективного устройства, реализующего процесс динамического гашения удара транспортного средства о препятствие путем приложения к бамперу встречного силового короткого импульса, синхронизированного по времени с импульсом удара.

Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при его столкновении с препятствием.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства с активным ударогашением, укрепленным на кузове с помощью боковых направляющих, и содержащим механизм формирования обратного удара, включающий срабатывающий под действием инерционной перегрузки ударный элемент и релейный преобразователь запасенной потенциальной энергии в кинетическую энергию обратного удара, особенность заключается в том, что механизм формирования обратного удара выполнен в виде установленных, соответственно, на тыльной поверхности бампера и на кузове пьезоэлектрического датчика измерения кратковременных импульсов взрывных давлений и силового электромагнита с упруго установленным в осевом отверстии магнитопровода якорем-сердечником, введенным в ударный контакт с вышеуказанной тыльной поверхностью бампера, и с обмоткой возбуждения, подключаемой к разрядному контуру конденсаторной батареи с помощью магнитоуправляемого герметичного контакта /геркона/ с управляющей обмоткой, включенной последовательно в выходную электрическую цепь пьезоэлектрического датчика.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображено предлагаемое устройство бампера транспортного средства с механизмом регулировки обратного удара.

Предлагаемое устройство содержит непосредственно ударный бампер 1, укрепленный на кузове 2 транспортного средства с помощью боковых направляющих 3, допускающих некоторое продольное перемещение бампера 1 относительно кузова 2. При этом устройство снабжено механизмом формирования обратного удара по бамперу 1, обеспечивающего активное гашение удара при столкновении транспортного средства с препятствием, причем, данный механизм включает срабатывающий под действием заранее заданной величины перегрузки ударный элемент, связанный электрически с датчиком ударной перегрузки, а также релейный преобразователь запасенной потенциальной энергии в кинетическую энергию обратного удара. Датчик ударной перегрузки выполнен в виде прикрепленного на тыльной поверхности бампера 1 пьезоэлектрического датчика 4 для измерения кратковременных импульсов взрывных давлений /см. Г.П. Нуберт. Измерительные преобразователи неэлектрических величин., "Энергия", Л., 1970, стр. 328-329 [7]/., в котором в качестве чувствительного элемента использован цилиндр из цирконата титаната свинца. Такие датчики широко выпускаются серийно, имеют частотный диапазон от 1 до 80000 Гц, максимальное кратковременное давление до 7 МПа, чувствительность по напряжению, снимаемому к подключаемой к электрическому разъему 5 выходной цепи, порядка 6 мкВ/Па. Ударный элемент для формирования обратного удара по тыльной поверхности бампера 1, направленного встречно прямому удару при столкновении, связанный электрически с датчиком ударной перегрузки, выполнен в виде закрепленного на кузове 2 в центральной передней части вдоль продольной оси силового электромагнита с упруго установленным в осевом зазоре магнитопровода 6 с обмоткой возбуждения 7 якорем-сердечником 8 с бойком 9, введенным в ударный контакт с вышеуказанной тыльной поверхностью бампера 1. В предлагаемом устройстве в качестве силового электромагнита для формирования обратного удара использован серийный ударный стенд типа УУЗ 1/150 для испытаний малогабаритных изделий /см. Ударные стенды для испытания малогабаритных изделий / Г.С. Мигиренко и др., Иркутск, 1987, стр. 18-19, рис. 1.5 [8]/, со скоростью ударной массы до 1000 м/с, длиной ударного импульса порядка 10 мкс, амплитудой импульса давления при ударе Р=100 кГ/см²≈9,8 МПа. Отметим, что в устройстве-прототипе [5] функции датчика ударной /инерционной/ перегрузки и ударного элемента совмещает в себе подвижная ферромагнитная пластина, реализующая, по сравнению с силовым электромагнитом, вторичный инерционный эффект от первичного удара при столкновении, что в значительной степени ослабляет эффект гашения. Релейный преобразователь запасенной потенциальной энергии в кинетическую энергию обратного удара выполнен в виде разрядного контура 10 конденсаторной батареи 11, включаемого последовательно в выходную электрическую цепь пьезоэлектрического датчика 4 с помощью магнитоуправляемого герметичного контакта /геркона/ 12 с управляющей обмоткой 13, причем выход разрядного контура 10 подключен к обмотке возбуждения 7 силового электромагнита. Магнитоуправляемый замыкающий отечественный контакт /геркон/ 12 с одной обмоткой 13 для создания управляющего электрического поля промежуточных типоразмеров /см. К.И. Харазов. Устройства автоматики с магнитоуправляемыми контактами. - М., Энергоатомиздат, 1990, стр. 76-77, 217, 232 [9]/, например, типа КЭМ-2, характеризуется коммутируемым током порядка 5,10^-6÷0,25 А и временем срабатывания не более 1 мкс. Разрядный контур 10 с конденсаторной батареей 11, подключенный с помощью геркона 12 с управляющей обмоткой 13 к пьезоэлектрическому датчику 4, обеспечивает релейную кратковременную подачу импульса электромагнитного поля, образующегося при разряде энергии, накопленной в высоковольтном конденсаторе 11, в обмотку возбуждения 7 силового электромагнита, то есть преобразование потенциальной энергии электрического поля конденсатора 11 в кинетическую энергию обратного удара якоря 8, причем, последний происходит практически синхронно с исходным первоначальным ударом бампера 1 транспортного средства о препятствие. Геркон 12 настроен на напряжение срабатывания, подаваемое в его управляющую обмотку 13 с электрического выхода пьезоэлектрического датчика 4, при заранее заданной величине ударной перегрузки, действующей на бампер 1 при столкновении, являющейся опасной для транспортного средства. При импульсной конденсаторной батарее 11 типа ИМ-5-150 с емкостью порядка 150 мкФ при напряжении на батарее порядка 15 кВ запасаемая конденсатором 11 энергия Е=cu²/2 около 20 кДж, продолжительность разрядного импульса t≈20 мкс, разрядный ток конденсатора около 30 A. В устройстве-прототипе [5] запасение потенциальной энергии осуществлено за счет механической энергии исходно сжатых цилиндрических пружин и магнитной энергии постоянного магнита. Релейный /импульсный/ переход этой энергии в кинетическую энергию обратного удара здесь осуществлен за счет скачкообразного отрыва ударной ферромагнитной пластины от постоянного магнита под действием вторичных сил инерции пластины под действием первичного удара при столкновении. Естественно, что ограниченность запасаемой в постоянном магните и пружинах потенциальной энергии по сравнению с заряженной конденсаторной батареей 11, а также запаздывание импульса обратного удара, формируемого за счет вышеуказанного отрыва магнитных элементов, по сравнению с запаздыванием того же импульса /то есть, степень синхронизации/, формируемого с помочью разрядного контура в предлагаемом устройстве, также в значительной степени ослабляют эффективность гашения в устройстве [5]. Кроме того, вышеуказанные особенности устройства [5] практически не позволяют регулировать необходимые величины амплитуды, длительности и формы импульса обратного улара, что сравнительно легко может быть осуществлено в предлагаемом устройстве путем перестройки электрических параметров разрядного контура /изменение емкости конденсаторной батарей, активной нагрузки и т.д./, изменения электрических и механических параметров силового электромагнита /жесткости пружин, массы якоря и т.п./.

По мнению заявителя, предлагаемое устройство бампера просто в реализации, состоит из серийно отработанных элементов и узлов, и позволит существенно повысить безопасность транспортных средств при их мощных высокоэнергетических столкновениях как с неподвижными препятствиями, так и с другими транспортными средствами.