CN1256219A - 使车辆减速的方法、公路碰撞缓冲器及其能量吸收件 - Google Patents

Abstract

提供了能减少冲击事件中停动距离的新颖系统反应分布的公路碰撞缓冲器,它包括沿预期方向分前后排列的至少两个排架的支架。支架包括至少三个横向架和在相邻横架间延伸的侧架。各侧架包括与各横架相连的第一和第二侧架件和在后者间的铰链。排架中之一至少有一能量吸收件,侧架上连接至少第一和第二约束件以限制铰链运动。此缓冲器由水平升至垂直位置时部分地自动塌缩,相反时则自动延伸至工作位置。能量吸收件可以包括金属片形成的截头锥形件。

Description

使车辆减速的方法、公路碰撞 缓冲器及其能量吸收件

本发明涉及能安全和有效地操作以使一冲击车辆减速的改进了的公路碰撞缓冲器。

公路碰撞缓冲器广泛地用来使冲击的车辆减速，同时将减速限制到保证车辆乘客安全的水平。这类缓冲器有多种用途，沿公路旁设置，例如设在桥墩或其他障碍物之前。此外，公路碰撞缓冲器也设于停于工作区前方的遮蔽用车辆如重型卡车上。这样的卡车保护着工作区不为离开车道的车辆闯入，同时所述的公路碰撞缓冲器在互撞时保护着冲击的车辆与遮蔽用车辆两者。

转让给本发明受让人的June的美国专利5642794公开了通过支架安装于卡车上的包括有铰接臂的一种公路碰撞缓冲器。在此支架上设有能量吸收件，设计成能以控制方式塌缩而能使冲击的车辆减速。

本发明针对一种改进的公路碰撞缓冲器及其相关方法，它们由于改进了设计的灵活性而提供了至关重要的优点。这样就可使碰撞缓冲器的设计者将此碰撞缓冲器施加到冲击的车辆上的减速负荷设计成产生最佳的效率。本发明由后附权利要求书确定，本部分中所述任何内部都不应视作对这些权利要求的限制。

作为介绍，下述的这种碰撞缓冲器包括有一支架，此支架形成至少第一和第二排架，它们沿预期的冲击方向设置成一前一后。此支架包括至少第一、第二和第三横向架，它们沿预期的冲击方向相互隔开，使得第一排架在第一和第二横向架之间而第二排架在第二和第三横向架之间。此支架还包括至少四个侧架，第一与第二侧架在第一排架各侧上的第一和第二横向架之间延伸，第三与第四侧架在第二排架各侧上的第二和第三横向架之间延伸。每个侧架又包括连接到相应横向架上的第一和第二侧架件以及连接在此第一和第二侧架件之间的铰链。在这些排架的至少一个上设有至少一个能量吸收件，而在这些侧架上则连接有至少两个约束件来反抗铰链的运动。

上述能量吸收件可取多种形式，在一种较佳形式中能量吸收件包括锥形的可变形片状金属件。各个片状金属件确定出一在小端和大端间延伸的纵轴线，此纵轴线一般与某些面向能量吸收件第一侧的上述小端和另一些面向能量吸收件的与此第一侧相对的第二侧的小端对准。

下面详述的碰撞缓冲器是一种新型碰撞缓冲器的例子，它所具有的系统反应分布能提供异常有效的操作，并能在符合控制规程的同时于极短的距离内使冲击的车辆停动。所公开的这种碰撞缓冲器的上述反应分布的特征表现在它的初始部分、中间部分与最终部分。此反应分布的减速力在其最终部分期间具有一平均值F，减速力在初始部分期间达到一显著大于F的峰值，而减速力在中间部分期间则下降到一显著小于F的值。这一系统反应分布初始时明显地减慢车速，然后显著地减小或消除车辆上的减速力，最后给出一受控的减速力使车辆停动。这样，初始时将冲击车辆减慢到一特定的量(如12m/sec)所要求的时间与距离可最小化，而冲去的车辆很快便达到此分布的第三部分，这时冲击车辆即按很高的平均速率，在许多场合中按高达约20G，减速。

下面的附图和详细说明更细致地公开了一些最佳实施形式以及它们的众多优点。

图1是本发明的公路碰撞缓冲器的第一最佳实施形式的透视图。

图2是图1的碰撞缓冲器更详细地透视图。

图3、4与5分别是图2中碰撞缓冲器的前视图、顶视图和侧视图。

图6是图2的实施形式中所包括的铰链与约束件的详图。

图7是本发明第二最佳实施形式的顶视图，表明支架在冲击中塌缩的初始阶段。

图8与9是图7中实施形式的侧视图，表明了此碰撞缓冲器在工作时的水平位置(图10)和在垂直的输送/存储位置(图11)的情形。

图12是图2的实施形式的两种变型在比较冲击事件中减速力相对于时间的曲线图。

图13是适用于本发明的一种能量吸收件一部分的部件分解图。

图14与15分别是适用于本发明的另一种能量吸收件的可变形片状金属件的部分分解图与前视图。

图16与17是锥状可变形件的单向阵列的上与下透视图。

图18是锥状可变形件的双向阵列的透视图。

图19是多边形锥状可变形件的透视图。

图20与21分别是采用图19的多边形锥状可变形件的单向阵列和双向阵列的透视图。

下面参考附图，图1示明体现了本发明当前属最佳实施形式的碰撞缓冲器10。缓冲器10借助安装结构18安装于遮蔽式车辆或卡车的背部。缓冲器10包括详述于后的支架12。支架12支承一背离卡车T的冲击面14，同时确定出两个支承各能量吸收件16的排架。支架12形成为自支承结构，而能量吸收件16则设计成于冲击中吸收能量但在碰撞缓冲器10中不起结构作用。

图2是碰撞缓冲器10的较详细的透视图，包括横向架20、22和24以及侧架26、27、28、30。为醒目起见，图1中的冲击面14未示于图2中，但是此支承面14是安装于横向架20上。在某些实施形式中，面14可以是非结构性的或甚至可以除去。

如图4所示，各个侧架26、27、28、30包括两个由一对中央铰链34互连的相分开的侧架件32。此外，各个侧架件32由另外的铰链36连接到相应的一个横向架20、22、24之上。如图4所示，侧架件32凸向外弯曲而铰链34定位成允许侧架件32在冲击时向外运动。

横向架20、22与侧架26、27形成了包括第一能量吸收件36的第一排架38。类似地，横向架22、24与侧架28、30构成了包含第二能量吸收件16的第二排架40。这两个能量吸收件16分别安装于各个横向架22、24上并从其上以悬臂形式伸出。

如图5所示，在安装结构18上可以设置一或多个液压缸52，使得支架12能在图5和15所示的水平工作位置和图11所示的垂直存储/运输位置之间旋转。如图4与5所示，在这些横向架之间设有横撑44，给冲击之前提供稳定性。横撑44在以后各图中为醒目起见均予略去。

图6是铰链34之一和相关的侧架件32的局部分解透视图。为清楚起见，所示的铰链34是处于转动位置。通常，铰链34是按垂直的铰链轴线取向，如图2与4所示。

如图6所示，每个铰链34相关地设置有约束件46。在此实施例中，约束件46取螺栓48与螺母50的形式。螺栓48通过安装块52中的孔，此安装块则牢牢地定位于各相应的侧架件32之上。本实施形式中的铰链34是由销46插入孔54、55中形成。孔55可以由安装于铰链部件中之一中的套筒57形成。

当碰撞缓冲器10处于图1-5所示的工作位置中时，八个铰链34中的每个都为相应的约束件46保持于闭合位置。注意到铰链34是这样地定位，使得冲击的车辆(未图示)沿冲击方向1(图4)碰撞横向架20对支架12所施加的压力给相关的约束件施加张力。当这些张力超过相应螺栓48(图6)的强度时，螺栓就会断裂，使铰链34松释而向外打开，允许横向架20、22、24相互趋近和压迫能量吸收件16。

图7-11涉及第二种优选碰撞缓冲器，它在很多方向与上述的第一种碰撞缓冲器类似。对于类似的部件附以类似的标号。图7-10的碰撞缓冲器与上述碰撞缓冲器10的不同之处在于，安装在第一横向架20上的侧架件32另设有辅助铰链58。如图7所示，在通常冲击情形下，铰链58保持闭合，而图7-11的实施形式与结合图1-6的上述实施例按相当类似的方式工作。

如图8与9所示，此实施形式还包括缆索60和62。缆索60连接与辅助铰链58邻接的前向侧架件32相应的一个之上。当缆索60收紧而缆索62放松时，施加于前向侧架件32的力便使辅助铰链58闭合，而将第一横向架20从第二横向架22伸开到达图9所示的工作位置。相反，当缆索60松开而缆索62收紧，则第一横向架20随着此辅助铰链的打开而拉向第二横向架22，如图8所示。这样，此碰撞缓冲器的全长便减短。铰链58可以由弹簧加载朝打开方向偏动以促进其打开的运动。

缆索60、62最好这样地连接到类似于上述的安装结构上，使得缆索60、62在碰撞缓冲器于图10的水平工作位置和图11的垂直、输送/存储位置间转动时，能自动地如上所述地松紧。这样，当碰撞缓冲器上升到图11的垂直位置时，缆索60便自动地松驰而缆索62则自动地收紧，使得碰撞缓冲器的行进高度自动地缩短。相反，当此碰撞缓冲器降低到图10所示的工作位置时，缆索60便自动收紧而拉索62自动松释，使第一横向架20延伸到图9所示的工作位置。这样，碰撞缓冲器10的总体高度在此行进位置中便能保持于所需高度，例如不超过路面13英尺。

缆索60、62与辅助铰链58在碰撞缓冲器从水平转至垂直位置时起到使第一排架自动塌缩的装置的作用，而在碰撞缓冲器从垂直转至水平位置时起到使第一排架自动伸展开的装置的作用。上述部件还起到使支架12至少是部分地塌缩以缩短其长度而便于存储的装置的作用。

上述用来使支架12自动伸缩的装置可以取多种其他形式。例如，使此支架延伸的装置可以包括这样的弹簧加载系统，它促使支架12的第排架在回撤的缆索松驰时保持成完全伸展开。在有必要时可以设置一或多个闩锁，使得在行进位置和/或工作位置中，能通过不同于缆索上的张力的形式而保持碰撞缓冲器10的构型。

图13表明能量吸收件16之一的最佳结构。如图13所示，在盖板92之间设有许多片状金属形成的矩形盒90。冲击时，这些片状金属件被碰撞而提供受控的减速力。图13的盒90和盖板92类似于其整体内容已综合于此供参考的，转让给本发明的受让人的美国专利4711481和5199755中的对应部件。

图1中的能量吸收件的另一种最佳结构包括许多锥状可变形件。这种锥状可变形件能取多种形式，图14-21中示明了它的若干例子。一般，这种锥状可变形件能够形成为分开的独立的锥状件，通过将其两端固定到某种架上而使之稳定，例如可采用铆钉、焊接、粘合剂或其他紧固件。或者，这种锥状可变形件可以形成为一维或二维阵列的形式。

图14与15涉及到第一种锥状可变形件94，这些可变形件呈一般的锥状，各包括有沿纵轴线96分开的小端98和大端100。如图14所示，在此实施形式中，这些锥状可变形件94紧密地堆放成使一些小端100朝向有关阵列的第一侧102，而使其他的小端98面向此阵列的第二的相对侧104。

在图15的端视图中，这种可变形件以94′和94″标明。变形件94′的小端面向图面，变形件94″的小端98″则背向图面。

回到图14，在此实施形式中，变形件94是由片材例如铝片的冲压片106、108形成。取决于可变形件的所需硬度，可以采用任何适当的厚度和合金材料。如图14最上一排所示，各个片材106、108是由冲压或其他方式形成，构成了半锥体的一种阵列。片材106、108当这种半锥体适当地定位于其上时实质上可以是一致的。当片材106、108配合到一起时，便形成了如图14下两排所示的各个锥状件94的截头锥形。片材106、108可以用任何适当的方式保持到一起，如用点12焊、铆接、紧固件连接或由粘合剂保持到一起，或安装到外部机架(未示明)上。

图16-18涉及另一最佳实施形式，其中的各个锥状可变形件111都是由片材例如铝片的单片件110形成。在此情形下，锥状可变形件111是以通常的冲压或压延工艺由片件110形成。于是，单片件110与这种衬片的其余平面部分一起形成了所有相关的锥状件111。

如图16和17所示，锥状可变形件111的单片件110可以用来形成单向阵列。或者如图18所示，可以将两个片件110嵌套到一起而形成双向阵列，其中一个片件的锥状件111的小端面向第一方向，而第二片件的锥状件111的小端则面朝另一方向。

在所有的实施形式中，这种锥状可变形件的剖面并非必须是圆形的。图19的锥状可变形件116便具有矩形的横剖面。其他的多边形，包括边数较多或较少排列成正多边形或不规则多边形的剖面，也是可以采用的。如图20、21所示，可以将多面体锥状可变形件116排列成单向阵列118或双向阵列120。

尽管图14-21中未予示明，但在有需要时可以用通常的盖板罩住并使锥状变形件固定就位，同时在单一能量吸收件中可以采用多排所示的这种变形件。

上述锥状变形件的优点是能加大冲程因而提高了效率。这是由于锥状可变形件94、111、116能够被压扁到其原有长度的很小的一个百分数，而在这些压偏或压碎的部件作金属与金属接触之前则能显著地增加作进一步压扁或压碎时所需的力。

碰撞缓冲器10依下述方式对车辆的冲击起反作用。首先，冲击的车辆接触后冲击面14。此冲击面为车辆提供了一均匀表面，以与车辆给碰撞缓冲器10所加的负载相互作用并传输这种负载。侧架件32由于这种负荷而开始弯曲，然后继续弯曲至约束件46破坏。施加于冲击车辆上的负载量可以通过考虑确定约束件何时松释各相应铰链的若干因素来调节。这些因素可以包括铰链34的几何形状以及侧架件32与约束件46的位置关系、螺栓48的极限强度、侧架件的刚度和质量以及横向件和面14。

约束件46一旦损坏，侧架件32便响应冲击的车辆供给于横向架20的力开始旋转。横向架20的平移和侧架件32的转动促使冲击的车辆中原有的动能传递给支架12，由此使冲击的车辆减速。侧架件32继续塌缩，直至能量吸收件16与横向架20、22间的间隙G1、G2闭合(图4)。此时，能量吸收件16在塌缩时变形，直至动能的设计水平业已为此系统耗散或车辆业已停动时。

碰撞缓冲器10经设计成，使其在多次冲击之后的绝大多数部件可以重新使用。能量吸收件16是可伸展的，可在冲击之后予以更换。

为碰撞缓冲器10施加给冲击车辆的初始减速力是作为下述物理量的函数决定的：(1)支架12各部件的线性惯量(例如横向架20的质量)；(2)侧架件32的线性与转动惯量；(3)各个侧架件32相对于冲击时所加的塌缩负载的角位移。应知线性与转动惯量两者对有关系统作出响应时不涉及到支架12任何有计划的偏转，破裂或其他损伤情形。

碰撞缓冲器10的初始冲击响应还与机械的或机电的约束件的应用有关。这些约束件限制了可塌缩排架的松释，除非达到冲击强度的某个所需的最低阈值。上述系统完全为被动的，且依赖于置于张力作用下受冲击而断裂的螺栓未控制支架12的松释。其他的被动式装置如剪力安全销、防超载缆索或是在各个铰链34中的高摩擦制动器也都是可以采用的。另外，适用于本发明的约束件还可包括传感器和/或控制器，它们在对于冲击的状态作出了某种决定后，能调节松释性质以最好地适应冲击车辆的特性。例如，约束件可以包括机电式装置。当负载(例如由整体式负载传感器所测定的)达到阈值时，由致动器从接头拉出锁定销，由此而松开铰链。这样，用来限制支架塌缩的约束件可以是或不是能重新使用的，可以是被动的或主动的，关键的特征是，此系统的塌缩是在特定的和可预测的条件下而不是在其他方式下松释开。主动式约束件可以使支架的塌缩以冲击条件例如力、速度、位移等任何所需的组合形式为其松释条件。

通过调节横向架20、22以及侧架件32的惯性性质、通过调节侧架件32的几何结构(即侧架件32在其铰链34中于其展开的工作位置处的弯曲程度)、同时通过调节约束件46的特性，这样就可使碰撞缓冲器10的响应能最优地触发冲击车辆的在其上的气囊或其他安全系统。气囊的一个特殊的复杂问题是，需要区别气囊应投入使用的条件，例如需将高速事故与不需用气囊的条件如低速冲击停车场护柱或其他车辆的情形加以区别。通过调节碰撞缓冲器的响应，气囊的不展开问题或展开不适当的问题就可减少。例如，通过调节碰撞缓冲器的参数来求得较高的初始减速度峰值时，碰撞缓冲器10就能对冲击车辆提供足够大的常能确保气囊在冲击之初就展开的初始力，这样就能使气囊为车辆乘客提供最大的效益。

碰撞缓冲器10还可以设计成使其整体长度缩短。一般的情形是，碰撞缓冲器越长，冲击的力就越低。但是，较大的长度将限制特定的碰撞缓冲器得以合适应用的地点。在把碰撞缓冲器安装到卡车背后的应用中，缓冲器的长度特别敏感，因为过大的长度便增加了必需由卡车车架支承的重量。此外，安装于卡车上的碰撞缓冲器的荷重一般是以其臂形式安装于卡车之上，于是过大的长度就会增加碰撞缓冲器的荷重对安装结构18的力矩。此外，随着卡车安装式的碰撞缓冲器的长度增加，此缓冲器的尾端常会随卡车的转弯而大幅度地摆动。因此，减短卡车安装式的碰撞缓冲器的长度至关重要。

在减短了碰撞缓冲器的长度时，重要的是特别仔细地设计碰撞缓冲器的冲击响应以便继续提供最佳的安全性能。设计者能够调节碰撞缓冲器的响应，以在系统的长度与其冲击性能之间确立精细的平衡。

支架12的另一个优点是，它能塌缩成非常紧致的尺寸以便运送和存储。要是所包括的能量吸收件16本身是可塌缩的(例如由液压式或气动式部件形成的)，则支架12安装到卡车T上时可以塌缩，使得碰撞缓冲器10可以在卡车T的行驶中变得非常紧凑。

实际的碰撞试验已经证明碰撞缓冲器10能够通过调节上述的参数迅速调整而获得所需的减速曲线。图12给出了冲击的车辆冲撞碰撞缓冲器10时减速力与时间关系的两条曲线80、82。这两条曲线80与82所反映的上述试验结果间的主要区别涉及到对前述变量的选择。在曲线80中，用到了两个能量吸收件16，但第一排架中的能量吸收件16较第二排架中的短和软。具体地说，间隙G1为33″而间隙G2为7″。曲线82所用的条件是在第一排架中无能量吸收件，而第二排架中的能量吸收件和第二横向架22之间只有1″的间隙。注意到曲线80在碰撞之际于初始峰值之后出现的第二峰值显著地早于曲线82中的第二峰值。这些峰值随时间的大小和位置可以通过合适地选择上述的系统参数控制。

从上述可知，业已说明了一种改进的公路碰撞缓冲器，它允许由设计者进行调节以适应具体的冲击特性。对于这种碰撞缓冲器10，可就所述两个排架中的各个选择至少五个变数：线性惯量、转动惯量、排架中能量吸收件的硬度、能量吸收件和有关横向架之间的间隙、约束件的松释负载。这两个排架对上述任何变数都能设定于不同的水平。此外，这两个排架是以复杂的方式配合工作。

本发明的最佳碰撞缓冲器将上述各变量设计成能实现新颖的系统响应分布，以符合当前通用的规则标准同时提供显著减短了的碰撞缓冲器。

碰撞缓冲器的试验在北美是按照国家合作公路研究规划报告350(HCHRP-350)进行的。此NCHRP-350准则依赖一种连枷式的空间模型来评价冲击试验中乘客的危险。这种连枷式的空间横型假定有未受约束的处于车辆的前座上。在冲击事件开始时，车辆因与碰撞缓冲器冲击而减速。同时乘客依无阻碍的方式继续向前。乘客在某些部分上与车辆内部接触，NCHRP-350准则规定了在接触瞬间乘客的相对于车辆的速度的限制。一旦乘客开始与车辆内部接触，乘客在车辆减速至停动时将继续保持与车辆的接触。NCHRP-350准则规定，当乘客与车辆内部接触时，车辆的减速度值不得超过20G。这些准则还规定了乘客不得以大于12m/sec的相对速度与车辆接触。

为便于讨论，冲击事件至或碰撞到乘客与车辆内部冲击的时间的这部分称作为ΔV段或ΔV部分，而此事件的其余时间部分(从乘客冲击直至车辆停动)则称之为车损段。

在一次冲击下的ΔV段和车损段示明于图12。ΔV段分为初始部分和中间部分，而车损段则对应于冲击事件的最后部分。这些图表符号只与曲线80有关。曲线82业已相对于其他特性调节而与上述讨论无关。

如图12所示，此系统响应分布的初始部分表征为有高峰值减速度，这在本实施形式中与超过3F的峰值减速力相关。初始部分之后是车辆减速度下降的中间部分。此中间部分的特点是对车辆的减速力显著地减少。这时的减速力接近于零。

一旦车辆已减速到所需的速度(例如12m/sec)。碰撞缓冲器即在此最后部分期间提供低于20G的为规则所定限度的受控的减速度。在此最后部分，平均减速力是在图12所示的F级上。

曲线80是作为举例而提供的。一般，最好是在冲击事件的初始部分期间将峰值为F1的高的减速力施加于冲击车辆上。F1宜至少为F的150％，更好至少是F的约200％，而最好至少是F的约300％。这样就能给车辆提供急剧的减速度而有助于于冲击事件中获得短的停动距离。但要是冲击事件中初始部分的峰值减速度继续，则车辆就会减速到使乘客以过高的速度碰击车辆内部。为了防止出现这种不利的结果，应使冲击事件或响应分布的中间部分下降至显著小于F的减速力，这样的减速力宜降至小于F的50％的值F2，更好是小于F的20％，而最好是小于F的10％。此减速力宜保持到低于这样的值达至少20ms，更好至少达30ms，而最好至少达40ms。以上各值对于力的等级和持续时间是作为独立参数提供的，而不是用来表明力的等级和持续时间的任何具体组合的优选结果。

本发明的发明人业已发现，通过采取与直观结论相反的步骤：在初始部分期间使减速力达到甚高的峰值之后，于冲击事件的中间部分期间显著减少作用在车辆的减速力，这样就能缩短冲击事件中总的过程时间与总的经过距离，由于短暂的冲击事件对于许多应用来说都是重要的，这就表明在相应技术领域中取得了显著的进展。

仅用于举例目的，表1中列出了与产生图12中减速曲线80的系统有关的有效系统参数。

表1择优的碰撞缓冲器参数A.支架部件的质量横向架20                       129kg横向架22                       58kg侧向架32                       32kgB.惯性矩侧架件32                       1.92kg-m2C.螺栓48六角螺栓，3/8″，粗螺纹，级别8D.间隙G1＝0.229mG2＝0.178mE前能量吸收件16

               每行的盒件数      材料厚度(mm)行1(前)                  4               0.81行2                      4               0.81行3                      8               0.81/1.02(各4个元件)行4                      8               0.81/1.02(各4个元件)行5(后)                  8               1.02F.后能量吸收件16

             每行的盒件数          材料厚度(mm)行1(前)               8                    0.81行2                   12                   1.27行3                   12                   1.27行4                   12                   1.27行5(后)               12                   0.81/1.02(各6个元件)在表1的碰撞缓冲器中，能量吸收件16各包括五排铝片盒件。图13示明了十二个盒所成的行，其他各行则是类似的，但在认为合适时每行可用较少的盒件。

上述碰撞缓冲器表示的只是用来实现所希望的系统响应分布的一种方法。还能够有许多其他方法。例如可在传统的碰撞缓冲器，如美国专利5199755所述的卡车安装式阻尼器之前选定的距离处设置大的惯性质量件。此外，也可以为制动器基的碰撞缓冲器例如美国专利5022782中所述的这种缓冲器，提供冲程的中间部分，其中显著地降低了制动效率从而显著地减小了减速力。这可以通过适当地调节制动缆索的尺寸、材料或润滑剂来完成。还有另一个例子，即在冲击事件的初始部分中由气动或液力能量吸收系统，继后隔一特定的间隙由第二个刚性较低的能量吸收系统，来提供高峰值的减速度。

在设有气动或液力能量吸收系统的另一例这类碰撞缓冲器系统中，可以对能量吸收装置设置阀门，通过调节来提供初始的峰值力，继而显著地减少阻力，最后是第二个较低的阻力。更具体地说，此初始峰值力可以由预加压的气动部件例如含有气体的气囊提供，此气动部件允许在紧接初始峰值力之后迅速排空，而能使碰撞缓冲器的阻力在碰撞事件的中间段急剧减小，之后，此含气体的气囊可以爆发性地再次加压以在碰撞事件的最后段提供必要的阻力。另一种方法则是采用刚性的可压扁的部件来提供理想的响应分布。在已挤扁一定量之后，由机械松释装置，例如June的美国专利5642794中所公开的装置予以松释。

再有一种产生所需系统响应分布的方法是用牺牲式机械支承件来支承碰撞缓冲器的冲击面，提供所需的初始峰值力，然后完全压扁或破碎而使得它在碰撞事件的中间段的阻力下降到接近于零，之后此冲击的车辆在此碰撞事件的最后段同较常规的碰撞件结合。这样可压扁件能够由可通过挤压、开裂、卷曲、扭接或其他机械方法变形的部件取代。

也可以在碰撞缓冲器10的铰链件之外用滑动件来置换它或另设这种滑动件，借此使排架塌缩而来制成适用的碰撞缓冲器。

一般地说，可以用最广泛的能量吸收系统来提供所需的系统响应分布，同时能用不同的能量吸收工艺来实现系统响应分布的不同部分。可以单独地或以不同的组合形式利用最广可能范围的材料弯曲、材料撕裂、材料压扁、材料破碎、磨擦、液压、气动和惯性系统，来实现上述的响应分布。

自然，对上述的最佳实施形式可以作出许多的变化和改型。例如，支架可以与所述的结构相反，整个地或部分地由实心板构成。类似的，横向架可以包括实心板并可以在厚度与质量上相互不同。在有需要时，此支架的折合侧可以位于碰撞缓冲器的顶部与底部而不是位于横侧。可以用活铰链来置换所示的多部件铰链，同时如上所述，可以对于约束件有许多不同的代替件。任何适当的能量吸收件工艺都可以适用于本发明，包括液力、气动、材料变形、撕裂或粉碎以及其他方法。被动式和主动式两种系统都可采用。所谓“主动式”是指这样的系统，其中传感器给碰撞缓冲器提供的信息在某种方式下得到评估，并用来在冲击之前和/或之中来改变碰撞缓冲器的性能。此外，并不必要将各个能量吸收件限于单一的排架。必要时，横向架可以确定出一些中央孔口，以使单个能量吸收件占据两或多个排架的空隙。本发明不限于用在卡车安装式的阻尼器中，也可以用于其他公路侧的障碍物之前，例如包括桥墩之类的固定的路侧障碍物。此外，当有需要时可以采用两个以上排架。

这里所用的词“锥形”广义地包括截头锥形在内，而词“存储”广义地包括了运输与存储。“缆索”一词广义地概括了各种张紧部件，包括链、钢丝绳、绳索，等等。

上面的详细描述只是本发明可取的多种形式中的几个。因此，这里的详细说明是用于解释目的而非出于限制。只有后附的权利要求书以及所包括的等效内容才是用来限定本发明的范围的。

Claims (17)

1.公路碰撞缓冲器，它包括：

支架，形成依预期冲击方向排列成一个在另一个之后的至少第一和第二排架，此支架又包括：

至少第一、第二和第三横向架，它们沿预期的冲击方向相互隔开，使得上述第一排架位于此第一和第二横向架之间，上述第二排架位于此第二和第三横向架之间；

至少第一、第二、第三和第四侧架，此第一与第二侧架在第一排架各侧上于第一和第二横向架之间延伸，而此第三与第四侧架在第二排架各侧上于第二和第三横向架之间延伸，而各个所述的侧架则包括有：

连接到相应横向架上的第一和第二侧架件以及连接在此第一和第二侧架件之间的铰链；

设于至少其中一个所述排架中的至少一个能量吸收件，以及

与所述侧架连接来阻止铰链运动的至少第一与第二约束件。

2.权利要求1所述的碰撞缓冲器，其中所述约束件与相应的排架关联，此第一和第二约束件在相应的第一和第二级的压缩力下松释相应排架的侧架，且上述的第一和第二级压缩力是不同的。

3.权利要求1所述的碰撞缓冲器，还包括设于前述第二排架中的第二能量吸收件，其中第一和第二能量吸收件沿所述预期的冲击方向比相应的排架要短相应的第一和第二距离，且此第一和第二距离相互不同。

4.权利要求1所述的碰撞缓冲器，还包括设于前述第二排架中的第二能量吸收件，其中此第一和第二能量吸收件的刚性沿所述预期的冲击方向是不同的。

5.权利要求1所述的碰撞缓冲器，还包括：

在所述第一和第二侧架的第一侧架件中的多个辅助铰链；

与此第一和第二侧架的至少一个连接的第一缆索，用来将所述第一和第二侧架拉至工作位置同时促致所述辅助铰链闭合；以及

与所述第一横向架连接的第二缆索，用来将此第一横向架拉向第三横向架同时促致所述辅助铰链开启。

6.权利要求1所述的碰撞缓冲器，还包括：

用来在此碰撞缓冲器由水平转至垂直位置时，自动地使所述第一排架至少是部分地塌缩的装置；

用来在此碰撞缓冲器由垂直转至水平位置时，使所述第一排架自动展开到工作位置的装置。

7.公路碰撞缓冲器的能量吸收件，此能量吸收件包括：许多锥状可变形件，各个可变形件确定出在小端与大端之间延伸的一纵轴线，所述纵轴线通常对准面向此能量吸收件的第一侧的某些小端以及面向与此第一侧相对的该能量吸收件的第二侧的某些小端。

8.权利要求7所述的能量吸收件，其中具有面向能量吸收件第一侧的小端的第一组可变形件是由一整体的金属片制成和连接而成。

9.权利要求7所述的能量吸收件，其中所述第一组可变形件包括两个金属片，各个金属片形成此第一组可变形件的相应的一半并在其间延伸。

10.使脱离开公路车辆减速的方法，此方法包括下述步骤：

(a)在车辆与此碰撞缓冲器之间有冲击事件的初始部分之际，由

   碰撞缓冲器将峰值高于值F1的减速力施加于此车辆上；

在上述初始部分之后，于此冲击事件的中间部分之际，由碰撞缓冲器将下降到值F2之下的减速力施加给此车辆；

在上述中间部分之后，于此冲击事件的最后部分之际，由碰撞缓冲器将平均值F的减速力施加给此车辆。

11.权利要求10所述的方法，其中F2小于F的五分之一。

12.权利要求10所述的方法，其中F1大于两倍F。

13.权利要求10所述的方法，其中在所述中间部分期间的减速力保持到F的二分之一以下至少30msec。

14.公路碰撞缓冲器，它当为选定类别的车辆于选定的速度下碰撞时产生系统反应分布，此系统反应分布的特征表现为初始部分、中间部分和最后部分，所述碰撞缓冲器包括：

在此最后部分期间给冲击车辆施加平均减速为F的装置；

在此初始部分期间给冲击车辆施加其峰值显著大于F的减速力的装置；以及

在此中间部分期间给冲击车辆施加其值下降到显著小于F的减速力的装置。

15.权利要求14所述的碰撞缓冲器，其中所述施加给冲击车辆的减速力在中间部分期间降至小于F的五分之一的值。

16.权利要求14所述的碰撞缓冲器，其中施加给冲击车辆的减速力在此初始部分期间达到大于两倍F的峰值。

17.权利要求14所述的碰撞缓冲器，其中在此中间部分期间减速力保持为低于F的二分之一至少30msec。

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