CN105555646B - 碰撞衰减器及使用其衰减来自撞击车辆的能量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种碰撞衰减器包括框架，该框架具有通过与处于撞击前构造的铰接组件刚性连接的第一框架构件和第二框架构件。第一和第二框架与处于撞击构造的铰接组件以铰接的方式连接，其中当铰接组件处于撞击构造时，铰接组件包括活动铰链。还提供使用碰撞衰减器的方法。

Description

碰撞衰减器及使用其衰减来自撞击车辆的能量的方法
本申请要求于2013年9月11日提交的美国临时申请No.61/876,523的权益，这里通过引证将其全部公开内容结合于本文中。
技术领域
本发明总体涉及碰撞衰减器，并且特别地涉及适于安装于车辆并且在撞击过程中可坍缩的碰撞衰减器。
背景技术
多年来，车载衰减器(TMA)已在国家公路上使用以保护位于工地和邻近高速交通的其他区域的道路工人。这些碰撞缓冲器通常安装于工作卡车或其他庇护车辆(shadowvehicle)的后部并且然后放置在正在施工处之后一定距离处。这样，它们保护道路工人免受可能已偏离开放行车道并且否则将对道路工人造成威胁的失控车辆。类似地，可能存在需要由一个道路工人加湿缓慢移动的庇护车辆进行的道路维护操作。在这种情况下，万一有车辆撞击庇护车辆，庇护车辆的驾驶员也可受到车载衰减器的保护。
道路工人并非TMA的仅有受益者。失控车辆的驾驶员也会受益，因为与碰撞缓冲器的撞击可降低由于这种撞击而导致的潜在伤害。
碰撞缓冲器(诸如在June名下的美国专利No.5,642,792和Leonhardt名下的美国专利No.6,092,959中公开的碰撞缓冲器)包括由支撑结构支撑的管壳，这些管壳可释放并被允许坍缩，例如通过复杂的触发机构或释放缆线，所述触发机构或释放缆线使系统稳定并且将管壳保持为刚性直到它们被失控车辆撞击为止。这样的系统可能是昂贵的，所述系统构造成具有需要精确焊接和机加工的多个铰接位点，使得所有的铰接构件在组装过程中正确对准。
发明内容
本发明由所附权利要求限定，并且本章节中的内容不应当认为是对权利要求构成限制。
在一个方面，碰撞衰减器的一个实施例包括框架，该框架具有与撞击前构造的铰接组件刚性连接的第一和第二框架构件。第一框架和第二框架与处于撞击构造中的铰接组件铰接连接，其中当铰接组件处于撞击构造时，铰接组件包括活动铰链。
在另一方面，使用碰撞衰减器衰减来自碰撞车辆的能量的方法包括：提供框架，该框架具有在碰撞前构造中与铰接组件刚性连接的第一框架构件和第二框架构件；撞击碰撞衰减器；以及使第一框架构件相对于第二框架构件围绕铰接组件移动至碰撞构造，其中当第一和第二框架构件移动至撞击构造时铰接组件充当活动铰链。
相比于其他碰撞衰减器系统而言，碰撞衰减器及其制造和使用方法的各个实施例提供显著的优点。举例而言且非限制性地，可使用最少的部件轻易和快速将框架组装，其中铰接组件在正常操作过程中提供框架构件的刚性连接，并且铰接组件在撞击构造中还提供活动铰链，从而允许衰减器的坍缩。
已通过一般性介绍的方式给出前述段落，并且它们不旨在限制所附权利要求的范围。通过参照下文接合附图给出的详细描述，将最佳地理解各个优选实施例和其他优点。
附图说明
图1为连接至处于部署位置的车辆的碰撞衰减器的后方透视图。
图2为图1所示碰撞衰减器的透视图。
图3为沿着图2的线3截取的示出了同框架元件之间连接的放大局部图。
图4为沿着图2的线4截取的示出了侧部框架元件的铰接区段的放大局部图。
图5为连接至处于缩回位置的车辆的碰撞衰减器的后方透视图。
图6为第一侧部元件的透视图。
图7为第二侧部元件的透视图。
图8为侧部元件的另一实施例的透视图。
图9为沿着图8的线9截取的侧部元件端部的放大局部图。
图10为沿着图8的线10截取的侧部元件的铰接区段的放大局部图。
图11-图13示出了撞击过程中铰接区段的顺序操作。
图14-图16示出了撞击过程中端部连接区段的顺序操作。
具体实施方式
应当理解的是，如本文使用的术语“纵向”意味着或者涉及碰撞衰减器1的撞击端110与连接端120之间的长度或长向方向100，并且符合和限定通常平行于交通流方向的“轴向撞击方向”。如本文使用的术语“侧向”意味着沿着侧边方向160指向碰撞衰减器侧部或指向其之间(或与其垂直)。术语“前方”、“前向”、“前向地”及其变型是指与连接端120(其将碰撞衰减器1连接至庇护车辆2或类似)相关的位置或定向，而术语“后方”、“后向”、“后向地”及其变型是指与碰撞衰减器1的撞击端110(其接收撞击车辆)相关的位置或定向。术语“下游”是指远离撞击端110并朝向碰撞衰减器1连接端120的位置或定向，而术语“上游”是指朝向撞击端110并远离碰撞衰减器1连接端120的位置或定向。因此例如，定位在另一部件下游的部件更靠近连接端120，并且反之亦然，定位在另一部件上游的部件更靠近撞击端110。术语“舷外”是指朝向碰撞衰减器1最外侧边缘的方向或定向，而术语“舷内”是指远离碰撞衰减器1最外侧边缘并朝向中央的方向或定向。术语“上方”是指朝向碰撞衰减器1最顶部边缘的竖直方向或定向，而术语“下方”是指朝向地面的竖直方向或定向。术语“耦接”意味着例如与中介构件连接或接合(直接或间接)，并且接合无需是固定的或永久的(尽管接合可以是固定的或永久的)，并且包括机械和电气连接两者。应当理解的是，如本文使用的数量术语“第一”、“第二”和“第三”不表示部件的任何特定次序或顺序；例如“第一”和“第二”机架可表示这些机架的任何次序，并且不限于第一和第二机架，除非另有规定。如本文使用的术语“易碎的”意味着会破裂成两个或多个片。术语“屈服”意味着弯曲或变形而未破裂。
图1示出了连接至庇护车辆2的碰撞衰减器1。碰撞衰减器1由后方机架3和前方机架4组成。后方机架3包括由侧部框架5(称为臂组件5)连接的撞击框架6和后方中间框架7。管壳10和11设置在后方机架3内。前方机架4包括由侧部框架50(也称为臂组件)连接的前方中间框架8和后撑框架9。管壳12设置在前方机架4内。
当然，应当理解的是，可对上述实施例做出各种改变。例如，碰撞衰减器可形成为多于两个机架并且每个机架可具有设置在其内的一个或多个管壳或者不具有管壳。碰撞衰减器还可为图1所示形式，其中两个机架铰链设置在中间。类似地，碰撞衰减器可以美国专利No.6,092,959中描述的方式设计，其中衰减器不铰接在机架之间，而是铰接在支撑车辆的后方。其他实施例可采取如美国专利No.7,874,572中描述的拖车衰减器的形式，或者如美国专利No.5,642,792中描述的带有连接管壳的单个机架。在此，通过引证将美国专利No.6,092,959、7,874,572和5,642,792的全部公开结合于本文中。
在优选实施例中，框架元件5、6、7、8、9和50由焊接钢构建，包括结构钢管盘、角钢或合适的其他钢形状。其他实施例可使用用于这些元件的其他结构材料，诸如铝、塑料、纤维玻璃等。在优选实施例中，管壳10、11和12由铝单元制成，例如在美国专利No.4,711,481和美国专利No.6,092,959中描述的。其他实施例可使用其他合适的缓冲材料，诸如钢片、镀锡钢、塑料或覆盖有合适外壳的纸板。
图2为碰撞衰减器1的另一视图，示出了将后方中间框架7连接至中间框架8的铰接组件72。铰接组件72具有图2所示旋转轴线130。图2还示出了防撞器71，后方机架3在已围绕旋转轴线130旋转180度时搁置在该防撞器上。图2还示出了紧固件60。紧固件60将臂5连接至撞击框架6和后方中间框架7。紧固件60还将侧部框架50连接至前方中间框架8和后撑框架9。
图3为侧部框架5和50与中间框架7和8的连接的详细视图。具体而言，图3示出了使用紧固件60连接至后方中间框架7的侧部框架5。图3还示出了通过额外紧固件60连接至前方中间框架8的侧部框架50。
图4为示出了内板52和外板51的侧部框架50的中央铰接区段的细节。
图5为碰撞衰减器1的视图，其中后方机架3已围绕旋转轴线130旋转180度，使得撞击框架6的顶部后方搁置在防撞器71(未示出)上。图5还示出了中央定位的液压缸70，该液压缸已延伸从而使旋转机构73致动，该旋转机构进而使得后方中间框架7借助于铰接组件72相对于前方中间框架8围绕旋转轴线130旋转。液压缸70和旋转机构73的其他细节可在美国专利No.6,905,282中找到。
图6为碰撞衰减器1的侧部框架5的视图。侧部框架5包括配置成且称为后方管85的第一框架构件85，该第一框架构件通过铰接组件380与配置成且称为前方管86的第二框架构件连接，铰接组件包括外铰接构件80和内铰接构件81。在图6所示实施例中，外铰接构件80相比于内铰接构件81由更薄的材料制成，并且在一个实施例中配置成板。尽管图6示出了两个铰接构件80和81，然而应当理解的是，一些设计可仅仅包括一个铰接构件，例如通过省去外铰接构件80或内铰接构件81。
图6还示出了竖直构件87，这些竖直构件连接后方管85和前方管86的对应的对，从而赋予侧部构件5额外的刚度并且将顶部管构件限制于底部管构件。尽管竖直构件87在多个设计中是有益的，然而存在可利用额外竖直构件或根本不具有竖直构件的其他设计，从而形成臂构件的两个单独对。还可存在利用角钢构件的设计，如在美国专利No.6,092,959中公开的。还应当理解的是，可对管85、86和87使用其他类型的结构元件，诸如角钢、圆钢、C槽钢、T形钢、I形钢、Σ形钢等。还应当理解的是，可对铰接构件80和81使用其他形状或材料。
在第一和第二框架构件或者后方管85和前方管86的端部布置有外连接支架82和内连接支架83。在图6所示实施例中，通过焊接将侧部框架5的各个元件保持在一起，然而可使用包括螺栓、铆钉、铜焊等其他组装方式。还应当理解的是，在一些实施例中，连接支架82和83可由第一和第二框架构件85和86整体形成。尽管图6示出了两个连接支架82和83，应当理解的是，一些设计可包括一个连接支架，例如通过省去外连接支架82或内连接支架83。
外连接支架82和内连接支架83设置有安装孔90，以允许紧固件60(未示出)将侧部框架5连接至碰撞衰减器的框架的其他构件。其他实施例可使用其他组装方式，诸如铆钉焊接、铜焊等而非螺栓。尽管在图6实施例中，外连支架82具有与内连接支架83相似的设计，然而应当认识到不同实施例具有不同的设计。例如在一些实施例中，支架可具有不同厚度，例如内支架83相比于外支架82可由更厚的材料构造。
图7为碰撞衰减器1的侧部框架50的视图。侧部框架50由在一个实施例中构造成且称为后方管185的第一框架构件组成，第一框架构件通过铰接组件480而与第二框架构件连接，第二框架构件构造且称为前方管186，铰接组件包括外铰接构件180和内铰接构件181。在图6所示实施例中，外铰接构件180相比于内铰接构件181由更薄的材料制成。图6还示出了竖直构件187，这些竖直构件连接后方管185和前方管186的对应对，从而赋予侧部框架50额外的刚度并且将顶部管构件限制于底部管构件。
在后方管185的端部布置有外连接支架182和内连接支架183。在前方管186的端部布置有外笔直连接支架184和内连接支架183。尽管图7所示实施例对位于系统前方和后方上的连接支架使用不同的设计，然而如对图6讨论的，可在两个位置上使用相似的设计。还可存在这样的设计，其使用角度介于零与90度或者甚至大于90度的支架。
尽管后方管85和185以及前方管86和186在图6和图7的实施例中示出为长度相似，然而应当理解的是，依据具体设计的需要，这些管长度可不同。例如，在侧部框架5的一些设计中，前方管86可比后方管85更长或更短。其他设计可改变侧部框架50的管的长度，而另一些其他设计可改变两个管组的长度。
如图6和图7所示，后方管85和185与纵向方向100成角度140。类似地，前方管86和186与纵向方向100成角度150。这样，第一和第二框架构件在其间形成钝角。如图6和图7所示将臂对齐会促进连接支架82、83、182和183的铰接以及碰撞衰减器框架的随后坍缩。使臂成角度还促进内铰接构件181的铰接以及外铰接构件180的失效。在图6和图7的实施例中，角度140和150两者设定为15度，然而应当理解的是其他实施例可使用大于或小于15度的角度。还应当理解的是，一些实施例可使用不相等的角度，例如角度140可大于角度150，并且反之亦然。
图8示出了可用作前方臂、后方臂或碰撞衰减器1中的两个位置中的臂的侧部框架500。侧部框架500由配置成且称为后方管285的第一框架构件组成，该第一框架构件通过铰接组件580而与配置成且称为前方管286的第二框架构件连接，铰接组件包括外铰接构件280和内铰接构件281。图8还示出了竖直构件287，该竖直构件连接后方管285和前方管286的对应对，从而赋予侧部框架500额外的刚性并且将顶部管构件限制于底部管构件。在后方管285和前方管286的端部布置有外连接支架282和内连接支架283。
图9为后方管285的一个端部的细节视图。在图8和图9所示实施例中，内连接支架283包括槽孔288，该槽孔弱化了材料的该区段。这导致内连接支架283比外连接支架282更弱。在撞击过程中，该弱化的区域将导致内连接支架283在外连接支架282之前失效。
图10为一对铰接构件280和281的细节视图。铰接构件280具有槽孔289，该槽孔使得外铰接构件280比内铰接构件281更弱。在撞击过程中，该弱化区段将导致外铰接构件280在内铰接构件281之前失效。
尽管连接支架283和外铰接构件280由于槽孔288和289而弱化，然而也可使用其他方法来提供弱化区域和弱化各种连接支架和铰接构件，如在特定设计中需要的。例如，如先前公开的，所使用的材料可具有不同厚度，以促进一个支架或铰接构件在另一个之前。另外，可使用孔或一系列孔来代替槽孔288和289。类似地，可使用具有不同宽度的部件以及已进行热处理的、具有刻槽的部件或者由不同材料制成的部件。
图11至图13为车辆撞击过程中铰接构件80和81的一个实施例的顺序视图。图11示出了处于初始的撞击前状态或构造的铰接构件80和81。在图12中，后方管85已由于车辆撞击到碰撞衰减器1中而开始相对于前方管86旋转。管85和86的相对旋转已导致外铰接构件80中的拉伸力和内铰接构件81中的压缩力。由于外铰接构件80由较薄材料制成，因此拉伸力使得在外铰接构件80中存在比内铰接构件81中存在的更大的应力。这导致外铰接构件80失效并破裂成两片。同时，内铰接构件81已形成活动铰链，从而允许后方管85相对于前方管86旋转。短语“活动铰链”是指具有会弯曲的中间区域的一体式材料件，包括例如但不限于具有相对端部和中间部分的薄的柔性板。铰接构件可加厚或被切割以允许刚性件沿着铰接线弯折。图13示出了撞击后的侧部框架，其中第一和第二框架构件85、86已相对彼此进一步旋转，从而导致内铰接构件81继续充当活动铰链。
图14至图16车辆撞击过程中连接支架82和83的一个实施例的顺序视图。图14示出了处于初始的撞击前状态或构造的连接支架82和83。在图15中，后方管85已由于车辆撞击到碰撞衰减器1中而开始旋转。后方管85的旋转使得连接支架82和83形成活动铰链。图16示出了碰撞事件中之后的臂构件，其中连接支架82和83中的活动铰链已允许后方管85继续旋转。
尽管已参照优选实施例描述了本发明，然而本领域技术人员应当认识到，可在不背离本发明精神和范围的情况下对形式和细节做出改变。这样，旨在的是，应当将该前述描述认为是示意性的而非限制性的，并且所附权利要求(包括其所有等同条款)旨在限定本发明的范围。

Claims (23)

1.一种碰撞衰减器，包括：
一对横向间隔开的侧部框架，所述侧部框架中的每一个包括与处于撞击前构造的相应铰接组件刚性连接的第一框架构件和第二框架构件，并且其中所述侧部框架中每一个的所述第一框架构件和所述第二框架构件以所述相应铰接组件中的一个处于撞击构造中的方式围绕竖直铰接轴线铰接地连接，其中当所述铰接组件处于所述撞击构造中时，所述相应铰接组件中的每一个包括活动铰链，并且其中所述铰接组件中的每一个包括一对间隔开的铰接构件，所述铰接构件中的至少一个限定所述活动铰链，所述铰接构件包括第一板构件和第二板构件，所述第一板构件比所述第二板构件更弱，所述第一板构件在所述撞击构造中能破裂，使得所述第二板构件形成所述活动铰链。
2.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，其中，所述第一板构件比所述第二板构件更薄。
3.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，其中，所述板构件包括弱化区域，其中所述第一板构件在所述装置构造中能沿着所述弱化区域破裂，使得所述第二板构件形成所述活动铰链。
4.根据权利要求3所述的碰撞衰减器，其中，所述弱化区域包括至少一个开口。
5.根据权利要求3所述的碰撞衰减器，其中，所述弱化区域包括经热处理的区域。
6.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，其中，所述铰接构件包含不同的材料。
7.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，其中，所述铰接构件中的一个包括在所述撞击构造中能破裂的熔断器，并且所述铰接构件中的另一个包括所述活动铰链。
8.一种使用碰撞衰减器来衰减来自撞击车辆的能量的方法，所述方法包括：
提供一对横向间隔开的侧部框架，所述侧部框架中的每一个包括与处于撞击前构造的相应铰接组件刚性连接的第一框架构件和第二框架构件；
撞击所述碰撞衰减器；以及
使所述第一框架构件相对于所述第二框架构件围绕所述相应铰接组件移动至撞击构造，其中当所述第一框架构件和所述第二框架构件移动至所述撞击构造时，所述铰接组件中的每一个充当具有竖直铰接轴线的活动铰链，并且，所述铰接组件中的每一个包括一对间隔开的铰接构件，其中所述铰接构件中的至少一个限定所述活动铰链，所述铰接构件包括第一板构件和第二板构件，所述第一板构件比所述第二板构件更弱，所述第一板构件在所述撞击构造中能破裂，使得所述第二板构件形成所述活动铰链。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一板构件比所述第二板构件更薄。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一板构件包括弱化区域，并且其中使所述第一框架构件和所述第二框架构件移动包括使所述第一板构件在所述撞击构造中沿着所述弱化区域破裂，使得所述第二板构件形成所述活动铰链。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述弱化区域包括至少一个开口。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述弱化区域包括经热处理的区域。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述铰接构件包含不同的材料。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述铰接构件中的一个包括在所述撞击构造中能破裂的熔断器，并且所述铰接构件中的另一个包括所述活动铰链。
15.一种碰撞衰减器，包括：
一对横向间隔开的侧部框架以及在所述侧部框架之间延伸并耦接至所述侧部框架的纵向间隔的前框架构件和后框架构件，所述侧部框架中的每一个包括与处于预碰撞构造中的相应铰接组件刚性连接的第一框架构件和第二框架构件，并且其中所述侧部框架中每一个的所述第一框架构件和所述第二框架构件以其中所述相应铰接组件中的一个处于碰撞构造的方式围绕竖直铰接轴线铰接地连接，其中当所述铰接组件处于所述撞击构造中时，所述相应铰接组件中的每一个包括活动铰链，并且其中所述铰接组件中的每一个包括一对间隔开的铰接构件，其中所述第一框架构件和所述第二框架构件中的每一个包括竖直间隔的上框架构件和下框架构件，所述铰接构件包括第一板构件和第二板构件，所述第一板构件比所述第二板构件更弱，所述第一板构件在所述撞击构造中能破裂，使得所述第二板构件形成所述活动铰链。
16.根据权利要求15所述的碰撞衰减器，其中，所述上框架构件和所述下框架构件通过竖直框架构件连接。
17.一种碰撞衰减器，包括：
一对横向间隔开的侧部框架以及在所述侧部框架之间延伸并耦接至所述侧部框架的纵向间隔的前框架构件和后框架构件，所述侧部框架中的每一个包括与处于预碰撞构造中的相应铰接组件刚性连接的第一框架构件和第二框架构件，并且其中所述侧部框架中每一个的所述第一框架构件和所述第二框架构件以其中所述相应铰接组件中的一个处于碰撞构造的方式围绕竖直铰接轴线铰接地连接，其中当所述铰接组件处于所述撞击构造中时，所述相应铰接组件中的每一个包括活动铰链，并且其中所述铰接组件中的每一个包括一对间隔开的铰接构件，并且所述相应铰接组件中的每一个还包括设置在所述侧部框架之间的能量吸收管壳，所述铰接构件包括第一板构件和第二板构件，所述第一板构件比所述第二板构件更弱，所述第一板构件在所述撞击构造中能破裂，使得所述第二板构件形成所述活动铰链。
18.根据权利要求8所述的方法，进一步包括提供在所述侧部框架之间延伸并且耦接至所述侧部框架的纵向间隔的前框架构件和后框架构件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一框架构件和所述第二框架构件中的每一个包括竖直间隔的上框架构件和下框架构件。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述上框架构件和所述下框架构件通过竖直框架构件连接。
21.根据权利要求18所述的方法，进一步包括提供设置在所述侧部框架之间的能量吸收管壳。
22.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一板构件比所述第二板构件更薄。
23.根据权利要求15所述的碰撞衰减器，其中，所述第一板构件比所述第二板构件更薄。
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