RU2350496C1

RU2350496C1 - Vehicle active shock-absorption bumper

Info

Publication number: RU2350496C1
Application number: RU2007142425/11A
Authority: RU
Inventors: Давид Михайлович Белый (RU); Давид Михайлович Белый
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-03-27

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: bumper comprises buffer beam coupled with body via intermediate elements representing helical springs and projecting spring representing thin-wall plate made from spring steel and making part of hollow cylinder that features two stable operating states. The said states feature inverted convex camber and on-off transition from one state into another. The aforesaid projecting spring is provided with inertia mass and is fitted on the body with the help of elliptical cuts made on the spring ends set unfixed on the rods attached to the body and furnished with spring axial shift restrainers.

EFFECT: higher efficiency of protection in collision with obstacle.

3 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно - к средствам и устройствам для гашения кинетической энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.The invention relates to transport engineering, and in particular to means and devices for damping the kinetic energy of an impact when a vehicle collides with an obstacle.

Известен бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузове наружную подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, соединенные винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия и снабженный устройством для фиксации винтовых пружин в сжатом состоянии /см. а.с. СССР №1162641, кл. В60R 19/18, 1984 [1]/.A vehicle bumper is known, comprising an external movable and an internal fixed frame mounted on a body, connected by helical compression coil springs and equipped with a device for fixing coil springs in a compressed state / cm. A.S. USSR No. 1162641, cl. B60R 19/18, 1984 [1] /.

Недостатком известного устройства, реализующего пассивный метод обеспечения безопасности путем преобразования кинетической энергии удара в потенциальную энергию сжатых пружин, является его низкая эффективность, что объясняется самим пассивным принципом действия бампера, отсутствием в его конструкции элементов с высокой степенью энергопоглощения /высокой энергоемкостью/.A disadvantage of the known device that implements a passive method of ensuring safety by converting the kinetic energy of the impact into the potential energy of compressed springs is its low efficiency, which is explained by the passive principle of the bumper, the lack of elements with a high degree of energy absorption / high energy intensity / in its design.

Известны также бамперы для систем пассивной безопасности автотранспортных средств, содержащие ударный брус, вводимый в ударное взаимодействие с поршнями, штоками и толкателями, в свою очередь, упруго соединенными с системой энергопоглощающих деформирующихся элементов в форме пакета гофрированных дисков, перфорированных обечаек из упругопластичного материала и т.п. /см. а.с. СССР №379787, кл. В60R 19/04, 1970 [2]; а.с. СССР №664544, кл. В60R 19/08, F16F 13/00, 1973 [3]; а.с. СССР №943036, кл. В60R 19/02, В60N 1/00, 1981 [4]/.Bumpers for passive safety systems of motor vehicles are also known, containing a shock bar introduced into shock interaction with pistons, rods and pushers, which, in turn, are elastically connected to a system of energy-absorbing deformable elements in the form of a package of corrugated disks, perforated shells of elastoplastic material, etc. P. /cm. A.S. USSR No. 379787, class B60R 19/04, 1970 [2]; A.S. USSR No. 664544, class B60R 19/08, F16F 13/00, 1973 [3]; A.S. USSR No. 943036, class B60R 19/02, B60N 1/00, 1981 [4] /.

Недостатком известных устройств является их сравнительно низкая эффективность защиты при ударных столкновениях транспортного средства с препятствием. Это объясняется реализацией устройствами пассивного метода обеспечения безопасности, вследствие чего даже при частичном рассеянии кинетической энергии удара в соударяющихся элементах бампера, а также поглощении и диссипации энергии в его упругопластических элементах кардинально вопрос эффективной защиты транспортного средства при столкновениях решить не удается.A disadvantage of the known devices is their relatively low protection efficiency in shock collisions of a vehicle with an obstacle. This is explained by the implementation of the passive safety method by the devices, as a result of which, even with partial dissipation of the kinetic energy of the impact in the colliding elements of the bumper, as well as absorption and dissipation of energy in its elastoplastic elements, the issue of effectively protecting the vehicle in collisions cannot be resolved.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является энергопоглощающий бампер транспортного средства, содержащий ударный брус, связанный с корпусом транспортного средства через промежуточные элементы в виде шарнирно соединенных звеньев, V- образную пружину и механизм фиксации бруса относительно корпуса, выполненный в виде размещенных на концах пружины зубьев, введенных в зацепление с установленными на брусе специальными скошенными защелками /см. а.с. СССР №984903, кл. В60R 19/08, 1980 [5]/, и принятый за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of essential features is an energy-absorbing bumper of the vehicle, comprising a shock bar connected to the vehicle body through intermediate elements in the form of articulated links, a V-shaped spring and a bar fixing mechanism relative to the body, made in in the form of teeth placed at the ends of the spring engaged into engagement with special beveled latches mounted on the beam / cm. A.S. USSR No. 984903, cl. B60R 19/08, 1980 [5] /, and adopted as a prototype.

Недостатком устройства-прототипа является сравнительно низкая эффективность защиты при ударных столкновениях транспортного средства с препятствием вследствие реализации устройством пассивного метода обеспечения безопасности, когда гашение кинетической энергии удара осуществляется за счет ударного рассеяния энергии V-образной пружиной, а также поглощения энергии при деформациях упругопластичных V-образной пружины и элементов защелки.The disadvantage of the prototype device is the relatively low efficiency of protection in shock collisions of a vehicle with an obstacle due to the implementation of the passive safety method, when the kinetic energy of the shock is suppressed due to shock dissipation of energy by a V-shaped spring, as well as energy absorption during deformation of elastoplastic V-shaped springs and latch elements.

Сущность изобретения заключается в создании предельно простой конструкции бампера транспортного средства, характеризующейся, однако, высокой эффективностью гашения кинетической энергии удара при столкновениях вследствие реализации активного метода обеспечения безопасности с использованием упругих пластинчатых элементов с двумя устойчивыми рабочими состояниями, характеризующихся обратной выпуклостью и релейным переходом из одного состояния в другое при действии критической внешней нагрузки.The essence of the invention is to create an extremely simple design of the vehicle bumper, characterized, however, by the high efficiency of damping the kinetic energy of impact in collisions due to the implementation of an active safety method using elastic plate elements with two stable operating states, characterized by a convex convexity and a relay transition from one state to another under the action of a critical external load.

Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при его столкновении с препятствием за счет активного гашения кинетической энергии удара.The technical result is an increase in the protection efficiency of a vehicle when it collides with an obstacle due to the active quenching of the kinetic energy of the impact.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства с активным ударопоглощением, содержащим ударный брус, связанный с корпусом транспортного средства через промежуточные элементы и выпуклую пружину, особенность заключается в том, что промежуточные элементы выполнены в виде винтовых цилиндрических пружин, а выпуклая пружина - в виде тонкостенной однородной пластины из пружинной стали, являющейся частью полого цилиндра и имеющей два устойчивых рабочих состояния,характеризующихся обратной выпуклостью и релейным переходом из одного в другое при действии критической внешней нагрузки, при этом выпуклая пружина снабжена укрепленной в ее центральной части на обращенной к корпусу транспортного средства поверхности инерционной массой и установлена на корпусе с возможностью относительного смещения в параллельной и перпендикулярной корпусу плоскостях с помощью выполненных на двух противоположных краях пружины сквозных эллиптических прорезей, свободно надетых на консольно прикрепленные к корпусу штыри с ограничителями осевых смещений пружины.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known bumper of the vehicle with active shock absorption, containing a shock bar connected to the vehicle body through intermediate elements and a convex spring, the feature is that the intermediate elements are made in the form of coil springs, and a convex spring - in the form of a thin-walled homogeneous spring steel plate, which is part of a hollow cylinder and has two stable operating conditions characterized by a reverse convexity and a relay transition from one to another under the action of a critical external load, while the convex spring is provided with an inertial mass fixed in its central part on the surface facing the vehicle body and mounted on the body with the possibility of relative displacement in planes parallel and perpendicular to the body with the help of through elliptical slots made on two opposite ends of the spring, freely put on cantilevered attached to the housing Pins delimited axial spring displacement.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 схематично на общем виде с продольным разрезом изображен предлагаемый бампер соответственно в исходном положении и после восприятия ударной нагрузки /релейного срабатывания выпуклой пружины/; на фиг.3 - вид А на фиг.1 на выпуклую пружину.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 and 2 schematically in General view with a longitudinal section shows the proposed bumper, respectively, in the initial position and after the perception of the shock load / relay actuation of the convex spring /; figure 3 is a view a in figure 1 on a convex spring.

Бампер транспортного средства с активным ударогашением содержит ударный брус 1, связанный с корпусом 2 транспортного средства через промежуточные элементы 3, выполненные в виде винтовых цилиндрических пружин, и выпуклую пружину 4, выполненную в виде тонкостенной однородной пластины из пружинной стали, являющейся частью полого цилиндра и имеющей два устойчивых рабочих состояния, характеризующихся обратной выпуклостью и релейным /скачкообразным/ переходом из одного состояния в другое при действии критической внешней нагрузки. При этом выпуклая пружина 4 снабжена укрепленной /приваренной/ в ее центральной части на обращенной к корпусу 2 транспортного средства поверхности инерционной массой 5 и установлена на корпусе 2 с возможностью относительного смещения в параллельной и перпендикулярной корпусу 2 плоскостях с помощью выполненных на двух противоположных краях пружины 4 сквозных эллиптических прорезей 6, свободно надетых на консольно прикрепленные к корпусу 2 штыри 7 с ограничителями 8 осевых смещений пружины 4. Выпуклая пружина 4 с двумя устойчивыми состояниями выполнена из пластины пружинной стали, прошедшей следующую обработку: изгиб вокруг оси Х до образования наклепа на лицевой поверхности пластины, и последующий изгиб вокруг перпендикулярной ей оси Y в обратную сторону до образования наклепа на обратной поверхности. В настоящее время технология изготовления таких упругих элементов с двумя устойчивыми состояниями, в которых переход из одного в другое переходит скачком, в частности хлопающих мембран, в приборостроении достаточно тщательно отработана.The active shock absorption vehicle bumper comprises an impact beam 1 connected to the vehicle body 2 through intermediate elements 3 made in the form of coil springs and a convex spring 4 made in the form of a thin-walled uniform spring steel plate that is part of a hollow cylinder and has two stable operating states characterized by reverse convexity and relay / spasmodic / transition from one state to another under the action of a critical external load. In this case, the convex spring 4 is provided with a reinforced / welded / in its central part on the surface facing the vehicle body 2 with an inertial mass 5 and is mounted on the body 2 with the possibility of relative displacement in planes parallel and perpendicular to the body 2 using spring 4 made on two opposite edges through elliptical slots 6, freely mounted on cantilever attached to the body 2 pins 7 with limiters 8 axial displacements of the spring 4. Convex spring 4 with two stable states made of spring steel plate, held following processing: bending around an axis X until a hardening on the front surface of the plate and subsequent bending around a perpendicular axis Y in the opposite direction to form a hardening on the back surface. Currently, the manufacturing technology of such elastic elements with two stable states, in which the transition from one to the other jumps abruptly, in particular clapping membranes, has been thoroughly worked out in instrumentation.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.The work of the proposed device is as follows.

В исходном положении /см. фиг.1/ до соударения транспортного средства с препятствием выпуклая пружина 4 находится в своем первом устойчивом состоянии с выпуклостью вправо, при этом инерционная масса 5 уперта в корпус 2 транспортного средства, а края пружины 4 с наружной стороны /обращенной к ударному брусу 1/ уперты в наружние ограничители 8 осевых смещений пружины 4 на штырях 7, то есть устройство находится в зафиксированном статическом состоянии и готово к работе. При воздействии на ударный брус 1 слабых ударных нагрузок последний несколько смещается вправо на фиг.1, винтовые пружины 3 несколько сжимаются, пружина 4 не срабатывает. Кинетическая энергия удара полностью поглощается пружинами 3, переходя в потенциальную энергию упругих деформаций и рассеиваясь за счет диссипации энергии в материале пружин 3. При соударении транспортного средства с препятствием со значительной кинетической энергией удара ударный брус начинает активно двигаться вправо /см. фиг.2/ и передавать через сжимающиеся пружины 3 ударное усилие на корпус 2 со штырями 7, при этом возникают значительный ударные силы инерции массы 5, действующие на пружину 4 влево. При достижении этими силами критической для пружины 4 величины последняя релейно /скачком/ срабатывает, проходя свое плоское состояние, при этом ее края расходятся наружу, а эллиптические прорези 6 движутся по направляющим штырям 7, и переходит в новое устойчивое состояние с выпуклостью влево /фиг.2/. В результате такого срабатывания края пружины 4 с ее внутренней стороны/ обращенной к корпусу 2/ упираются во внутренние ограничители 8 осевых смещений пружины 4 на штырях 7, а центральная часть пружины 4 ее наружной /левой на фиг.2 стороной на максимальной своей скорости ударяется в ударный брус 1, движущийся навстречу пружине 4. За счет такого соударения осущестляется активное ударное гашение кинетической энергии удара транспортного средства о препятствие. Кроме того, при ударном взаимодействии пружины 4 с ударным брусом 1 происходит активная диссипация кинетической энергии в материале пружины 4, а также рассеяние энергии за счет сухого трения штырей 7 в эллиптических прорезях 6 при их относительных смещениях. Подбором упругих характеристик винтовых пружин 3 и выпуклой пружины 4, величины критической нагрузки для пружины 4, а также инерционных параметров массы 5 необходимо добиться противофазного смещения ударного бруса 1 и пружины 4, при этом их всречное соударение происходит в момент достижения ими максимальной суммарной скорости, что обеспечивает максимальную эффективность гашения кинетической энергии удара транспортного средства. В предлагаемой конструкции бампера транспортного средства, как и в известных конструкциях, реализующих пассивный метод обеспечения безопасности. обеспечивается поглощение кинетической энергии удара за счет ею диссипации и преобразования в потенциальную энергию упругих деформаций. Однако, кроме того, за счет реализации активного метода обеспечивается ударное гашение кинетической энергии и ее диссипация при ударном взаимодействии.In the starting position / cm. figure 1 / before the collision of the vehicle with an obstacle, the convex spring 4 is in its first stable state with a bulge to the right, while the inertial mass 5 is rested against the vehicle body 2, and the edges of the spring 4 from the outside / facing the impact beam 1 / are restrained to the external limiters 8 of the axial displacements of the spring 4 on the pins 7, that is, the device is in a fixed static state and is ready for operation. When exposed to the impact beam 1 weak impact loads, the latter is somewhat shifted to the right in figure 1, the coil springs 3 are somewhat compressed, the spring 4 does not work. The kinetic energy of the impact is completely absorbed by the springs 3, transforming into the potential energy of elastic deformations and dissipating due to energy dissipation in the material of the springs 3. When a vehicle collides with an obstacle with significant kinetic energy of the impact, the impact beam begins to actively move to the right / cm. figure 2 / and to transmit through the compressing spring 3 shock force to the housing 2 with the pins 7, while there are significant shock forces of inertia of mass 5, acting on the spring 4 to the left. When these forces reach a critical value for spring 4, the latter switches / jumps / passes, passing its flat state, while its edges diverge outward, and the elliptical slots 6 move along the guide pins 7, and goes into a new stable state with a bulge to the left / Fig. 2 /. As a result of this actuation, the edges of the spring 4 from its inner side / facing the body 2 / abut against the internal limiters 8 of the axial displacements of the spring 4 on the pins 7, and the central part of the spring 4 with its outer / left side in FIG. 2 strikes at its maximum speed impact beam 1, moving towards the spring 4. Due to such a collision, active shock absorption of the kinetic energy of the vehicle’s impact on the obstacle is realized. In addition, during the impact interaction of the spring 4 with the impact beam 1, there is an active dissipation of kinetic energy in the material of the spring 4, as well as energy dissipation due to the dry friction of the pins 7 in the elliptical slots 6 at their relative displacements. By selecting the elastic characteristics of the coil springs 3 and the convex spring 4, the critical load for the spring 4, as well as the inertial parameters of the mass 5, it is necessary to achieve the out-of-phase displacement of the impact beam 1 and spring 4, while their spontaneous collision occurs when they reach the maximum total speed, which provides the maximum efficiency of quenching the kinetic energy of the impact of the vehicle. In the proposed design of the bumper of the vehicle, as in well-known structures that implement a passive method of ensuring safety. the absorption of the kinetic energy of the impact due to its dissipation and transformation into the potential energy of elastic deformations is ensured. However, in addition, due to the implementation of the active method, shock quenching of kinetic energy and its dissipation during shock interaction are ensured.

Необходимо отдельно указать, что кроме ударного активного гашения дополнительный эффект защиты при столкновениях в предложенном устройстве обусловлен следующим. На основании закона сохранения импульса системы в момент удара транспортное средство получает дополнительный импульс, направленный назад и равный произведению массы инерционной массы 5 на ее скорость относительно транспортного средства, установленной на автомобиле, в направлении движения, то есть вперед в момент удара, после которого автомобиль получит импульс назад /отдача при стрельбе/. Только в случае с выстрелом этот импульс равен произведению массы снаряда на его абсолютную скорость /снаряд улетает/, а в нашем случае - относительная скорость, так как масса 5 остается в автомобиле и движется вместе с ним. Естественно, что отдача, то есть рывок автомобиля назад в момент удара позволит частично погасить энергию ударного взаимодействия автомобиля при его столкновении с препятствием.It must be separately noted that in addition to shock active quenching, the additional effect of protection in collisions in the proposed device is due to the following. Based on the law of conservation of momentum of the system at the time of impact, the vehicle receives an additional impulse directed backward and equal to the product of the mass of inertial mass 5 and its speed relative to the vehicle mounted on the car in the direction of travel, that is, forward at the moment of impact, after which the car will receive impulse back / recoil when shooting. Only in the case of a shot, this impulse is equal to the product of the mass of the projectile by its absolute speed / the projectile flies away /, and in our case, the relative speed, since mass 5 remains in the car and moves with it. Naturally, the recoil, that is, a jerk of the car back at the time of the impact, will partially extinguish the energy of the impact interaction of the car when it collides with an obstacle.

Claims

A bumper of a vehicle with active shock suppression, comprising a shock bar connected to the vehicle body through intermediate elements and a convex spring, characterized in that the intermediate elements are made in the form of helical coil springs, and the convex spring is in the form of a thin-walled uniform spring steel plate, which is part of a hollow cylinder and having two stable operating states characterized by a reverse convexity and a relay transition from one to another under the action of a critical external th load, while the convex spring is provided with an inertial mass that is fixed in its central part on the surface facing the vehicle body and is mounted on the body with the possibility of relative displacement in planes parallel and perpendicular to the body with the help of through elliptical slots made on two opposite ends of the spring, freely put on on cantilever-attached pins with limiters of axial displacements of the spring.