RU2561687C1

RU2561687C1 - Vehicle bumper

Info

Publication number: RU2561687C1
Application number: RU2014134239/11A
Authority: RU
Inventors: Давид Михайлович Белый
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2015-08-27

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: percussion bar is provided with series of through vertical bores. Steel U-like prop with sharpened bottom ends are fitted in every adjacent pair of bores from above. This prop is equipped with helical springs fitted on vertical sides. Said springs have their ends secured to prop crossbar lower surface and bar top surface at stressed-stretched state. Said bar is retained at equilibrium with the help of plate arranged at mid part and fitted with interference and locked between said surfaces. Said plate is made of material to fail at preset percussion force. Geometrical and physical parameters of these U-like props and springs are selected to ensure the required pressure by springs to be brought against the props ends to fit them to road cover at removal of prop retention plates from the bumper structure.

EFFECT: higher efficiency of vehicle against collision.

3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для активного гашения энергии и скорости удара при столкновении транспортного средства с препятствием.The invention relates to devices for the active suppression of energy and impact speed in a collision of a vehicle with an obstacle.

Известны энергопоглощающие бамперы транспортных средств, содержащие либо облицовку из упруго-пластического материала с ячейками, заполненными полимерными пеноматериалами /см. а.с. СССР №965840, кл/ B60R 19/08, B62D 25/08, 1980 [1]; а.с. СССР №1500529, кл. B60R 19/03, B62D 25/08, 1987 [2]/, либо установленные в передней части кузова надувные мешки с мягкой оболочкой, армированной металлической сеткой /см. патент РФ на полезную модель №34911, кл. B60R 19/20, 2003 [3]/, либо содержащие горизонтальный ударный брус, связанный с корпусом транспортного средства через упругие энергопоглощающие элементы /см. а.с. СССР №984903, кл. B60R 19/08, 1980 [4]; а.с. СССР №1175763, кл. B60R 19/02, 1984 [5].Known energy-absorbing bumpers of vehicles, containing either a lining of elastic plastic material with cells filled with polymer foams / cm. A.S. USSR No. 965840, class / B60R 19/08, B62D 25/08, 1980 [1]; A.S. USSR No. 1500529, cl. B60R 19/03, B62D 25/08, 1987 [2] /, or inflatable bags with a soft shell reinforced with a metal mesh mounted in front of the body / cm. RF patent for utility model No. 34911, class. B60R 19/20, 2003 [3] /, or containing a horizontal impact beam connected to the vehicle body via elastic energy-absorbing elements / cm. A.S. USSR No. 984903, cl. B60R 19/08, 1980 [4]; A.S. USSR No. 1175763, class B60R 19/02, 1984 [5].

Недостатками всех известных устройств является низкая эффективность защиты транспортного средства при сильных встречных ударах, что объясняется реализацией ими пассивного метода обеспечения безопасности за счет поглощения и диссипации энергии удара, невозможностью отведения части энергии встречного удара в землю с гашением при этом кинетической энергии и скорости удара.The disadvantages of all known devices are the low efficiency of vehicle protection in the event of strong counter impacts, which is explained by their implementation of the passive safety method due to absorption and dissipation of impact energy, the inability to divert part of the energy of the oncoming impact to the ground with the extinction of kinetic energy and impact speed.

Известны также бамперы транспортных средств, позволяющие отводить часть энергии встречного удара в землю, содержащие либо верхний тормозной механизм, установленный на уровне передней части автомобиля, и нижний тормозной механизм, снабженный тормозной подпружиненной пластиной с башмаком на конце и средствами переключения и регулировки тормозного механизма для его сцепления с землей /см. патент США №3472332, кл. B60R 19/09, 1969 [6], либо шарнирно соединенные с бампером продольные упоры с заостренными для внедрения в землю концами, связанные с механизмом их опускания на дорожное полотно при воздействии ударной силы типа рычажных передач, электронно-управляемых систем или пиротехнических устройств /см. патент РФ на изобретение №2307037, кл. B60R 19/02, B60Τ 1/14, 2004 [7]/.Vehicle bumpers are also known, which allow to divert part of the energy of the oncoming strike to the ground, containing either the upper brake mechanism installed at the level of the front of the car and the lower brake mechanism equipped with a spring loaded brake plate with a shoe at the end and means for switching and adjusting the brake mechanism for it traction / cm US patent No. 3472332, CL. B60R 19/09, 1969 [6], or longitudinally pivotally attached to the bumper with ends pointed for penetration into the ground, associated with the mechanism of lowering them onto the roadway under the influence of impact force such as lever transmissions, electronically controlled systems or pyrotechnic devices / cm . RF patent for the invention No. 2307037, cl. B60R 19/02, B60 1/14, 2004 [7] /.

Недостатками известных устройств является предельная сложность конструкций, низкая надежность и громоздкость, обусловленные отсутствием возможности автоматического срабатывания устройств непосредственно от ударной нагрузки и необходимостью использования специальных электромеханических и пиротехнических средств переключения и регулировки тормозных механизмов для их сцепления с дорожным полотном.The disadvantages of the known devices are the extreme complexity of the structures, low reliability and cumbersomeness due to the lack of the possibility of automatic operation of the devices directly from the shock load and the need to use special electromechanical and pyrotechnic means of switching and adjusting the brake mechanisms for their adhesion to the roadway.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является бампер транспортного средства, содержащий укрепленный на раме кузова по всей ширине его передней части горизонтальный ударный брус, соединенный с толкателем, взаимодействующим с пакетами размеренных на раме деформирующихся элементов /см. патент СССР на изобретение №664544, кл. B60R 19/08, F16F 13/00, 1972 [8]/, и принятый за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of essential features is a vehicle bumper containing a horizontal impact bar mounted on a body frame along the entire width of its front part, connected to a pusher interacting with packages of deformable elements measured on the frame / cm. USSR patent for invention No. 664544, class. B60R 19/08, F16F 13/00, 1972 [8] /, and adopted as a prototype.

Недостатками устройства-прототипа является низкая эффективность защиты транспортного средства при встречных ударах, что объясняется реализацией устройством пассивного метода обеспечения безопасности за счет поглощения и диссипации кинетической энергии удара, а также невозможностью отведения части энергии встречного удара в землю и гашения скорости транспортного средства в момент столкновения.The disadvantages of the prototype device is the low efficiency of vehicle protection in the event of a collision, which is explained by the implementation of the passive method of ensuring safety by absorbing and dissipating the kinetic energy of the impact, as well as the inability to divert part of the energy of the oncoming impact to the ground and damping the vehicle speed at the time of the collision.

Сущность изобретения заключается в создании предельно простой и технологичной конструкции бампера, обеспечивающей при этом автоматический отвод части кинетической энергии встречного удара непосредственно в момент удара транспортного средства в землю и одновременно его экстренное торможение.The essence of the invention is to create an extremely simple and technologically advanced bumper design, while ensuring the automatic removal of part of the kinetic energy of the oncoming impact immediately at the time of the vehicle's impact into the ground and at the same time its emergency braking.

Технический результат - повышение эффективности защиты бампером транспортного средства от разрушения при встречных ударах за счет обеспечения автоматического отвода части энергии непосредственно в момент удара в землю и одновременного экстренного торможения транспортного средства.The technical result is an increase in the efficiency of protection of the vehicle bumper from destruction during counter impacts by providing automatic removal of part of the energy directly at the time of impact into the ground and simultaneous emergency braking of the vehicle.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства, содержащем укрепленный на раме кузова по всей ширине его передней части горизонтальный ударный брус, особенность заключается в том, что в теле ударного бруса выполнена последовательность сквозных вертикальных отверстий, в каждую соседнюю пару которых свободно вставлена сверху стальная Π-образная стойка с заостренными нижними концами, снабженная надетыми на вертикальные стороны винтовыми цилиндрическими пружинами, прикрепленными своими торцами к нижней поверхности перекладины стойки и верхней поверхности бруса в напряженно-растянутом состоянии, и удерживаемая в равновесном положении с помощью размещенной в средней части стойки и введенной с натягом и фиксацией между вышеуказанными поверхностями пластины из материала, разрушаемого при заданной величине ударной силы, при этом геометрические и физические параметры Π-образных стоек и пружин выбраны из условия обеспечения необходимого силового прижатия пружинами концов стоек к дорожному полотну при удалении из конструкции бампера удерживающих стойки пластин.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known bumper of the vehicle containing a horizontal impact beam mounted on the body frame along the entire width of its front part, the feature is that in the body of the impact beam a sequence of through vertical holes is made into each adjacent a pair of which is freely inserted on top of a steel Π-shaped rack with pointed lower ends, equipped with screw cylindrical wires mounted on vertical sides with their ends attached to the lower surface of the crossbar of the rack and the upper surface of the beam in a tensile state, and held in equilibrium by means of a plate made of material that is destroyed at a given shock value and is inserted with interference and fixation between the above surfaces of the bar forces, while the geometric and physical parameters of the Π-shaped struts and springs are selected from the condition of ensuring the necessary force pressing by the springs of the ends of the struts to the road olotnu upon removal of the bumper structure holding rack plates.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен предлагаемый бампер в транспортном состоянии на виде на транспортное средство спереди; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство на фиг. 1 в рабочем состоянии после встречного удара.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 schematically shows the proposed bumper in a transport state in front view of a vehicle; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. one; in FIG. 3 - the device of FIG. 1 in working condition after oncoming impact.

Бампер транспортного средства содержит укрепленный на раме 1 кузова 2 по всей ширине его передней части через промежуточные элементы 3 горизонтальный ударный брус 4. При этом в теле бруса 4 выполнена последовательность сквозных вертикальных отверстий 5, в каждую соседнюю пару которых свободно вставлена сверху стальная П-образная стойка 6 с заостренными нижними концами 7, снабженная надетыми на ее вертикальные стороны винтовыми цилиндрическими пружинами 8 растяжения-сжатия. Последние прикреплены /приварены/ своими верхними торцами к нижней поверхности горизонтальной перекладины соответствующей стальной стойки 6 и нижними торцами - к верхней поверхности также стального бруса 4 вокруг контура отверстий 5, причем крепление пружин 8 осуществлено в их напряженно-растянутом состоянии, вследствие чего они пытаются вернуться в равновесное недеформированное состояние и втянуть при этом Π-образные стойки 6 внутрь в отверстия 5 ударного бруса 4. Удерживание же Π-образных стоек 6 в исходном состоянии при растянутых пружинах 8 осуществлено в устройстве с помощью размещенных в средней части каждой стойки 6 параллельно между пружинами 8 вертикально установленной пластины 9, введенной своим верхним и нижним торцами плотно с натягом между соответственно нижней поверхностью перекладины стойки 6 и верхней поверхностью бруса 4, и зафиксированная на вышеуказанных поверхностях. При этом фиксация осуществлена с помощью специальной мастики. Для более надежной фиксации на верхнем торце пластины 9 выполнена специальная канавка 10, частично охватывающая снизу перекладину стойки 6 /в устройстве стойка 6 выполнена сплошного круглого сечения и соответственно канавка 10 - полукруглого сечения/, а на верхней поверхности бруса 4 выполнены мелкие углубления 11 для установки в них нижнего торца пластины 9. Пластины 9 выполнены из материала, разрушаемого при достижении действующей на бампер при столкновении ударной силы заранее заданного значения, требующего адаптивной перестройки структуры бампера. Значение этой силы задается в технических условиях именно для данного типа транспортного средства, причем, ее превышение в процессе удара представляет опасность для сохранения прочности конструкции кузова 2, пассажиров, водителя и т.п. Именно в момент достижения ударной силой при столкновении вышеуказанного значения конструкция бампера должна адаптивно перестроиться, то есть автоматически релейно ″сработать″, обеспечивая аварийное торможение транспортного средства за счет контакта элементов бампера с дорожным полотном 12. Это достигается подбором геометрических параметров пластин 9 и прочностных характеристик их материала, обеспечивающих разрушение пластин 9 при поперечной изгибающей нагрузке с амплитудами, вышеуказанных ударных сил. В качестве материала пластин 9 целесообразно использовать фенопласт либо АГ-4 с выполнением прессованием из порошков. Данные материалы выдерживают значительные статические сжимающие и изгибные нагрузки, однако более легко разрушаются при ударных нагрузках, причем позволяют достаточно точно и стабильно рассчитывать величины разрушающих ударных нагрузок. При разрушении пластин 9, что равнозначно релейному удалению пластин 9, удерживающих стойки 6 в состоянии статического равновесия, из конструкции бампера, стойки 6 своими вертикальными сторонами под действием восстанавливающих сил упругости растянутых пружин 8, релейно втягиваются в отверстия 5 бруса 4. При этом геометрические и физические параметры пружин 8 и стоек 6: жесткость, исходная статическая деформация, длина в недеформированном состоянии пружин 8, высота стоек 6 и т.п., выбраны таким образом, чтобы вышеуказанные силы упругости пружин 8 обеспечивали не просто контакт выходящих снизу из бруса 4 заостренных концов 7 стоек 6 с дорожным полотном 12, но и прижатие концов 7 к полотну 12 с необходимым усилием, обеспечивающим заданную эффективность экстренного торможения транспортного средства, и, соответственно, заданную степень гашения кинетической энергии удара и скорости за счет отвода части энергии столкновения в землю.The vehicle bumper comprises a horizontal impact beam 4 mounted on the frame 1 of the body 2 across the entire width of its front end through the intermediate elements 3. In this case, a series of through vertical holes 5 are made in the body of the beam 4, into each adjacent pair of which a steel U-shaped is freely inserted from above rack 6 with pointed lower ends 7, provided with helical coil springs 8 of tension-compression put on its vertical sides. The latter are attached / welded / with their upper ends to the lower surface of the horizontal beam of the corresponding steel rack 6 and the lower ends to the upper surface of the steel beam 4 around the contour of the holes 5, moreover, the springs 8 are fastened in their tensile state, as a result of which they try to return in equilibrium undeformed state and at the same time pull the Π-shaped struts 6 inward into the holes 5 of the shock beam 4. Keeping the Π-shaped struts 6 in its original state with stretched springs 8 is implemented in the device by means of a vertically mounted plate 9 placed in the middle of each rack 6 in parallel between the springs 8, inserted tightly with its upper and lower ends between the lower surface of the bar 6 of the rack and the upper surface of the beam 4, and fixed on the above surfaces . In this case, fixation is carried out using a special mastic. For more reliable fixation on the upper end of the plate 9, a special groove 10 is made, partially covering the bottom of the crossbar of the rack 6 / in the device, the rack 6 is made of a continuous circular section and, accordingly, the groove 10 is a semicircular section /, and on the upper surface of the beam 4 there are small recesses 11 for installation they have the lower end of the plate 9. The plates 9 are made of material that is destroyed when the impact on the bumper when the impact force collides reaches a predetermined value that requires adaptive adjustment of the structure s bumper. The value of this force is set in the technical conditions specifically for this type of vehicle, and its excess during the impact is a danger to maintain the strength of the structure of the body 2, passengers, driver, etc. It is at the moment when the shock force reaches the above value when the collision reaches the bumper that must adaptively rebuild, that is, automatically “relay off”, providing emergency braking of the vehicle due to the contact of the bumper elements with the roadway 12. This is achieved by selecting the geometric parameters of the plates 9 and their strength characteristics material, providing destruction of the plates 9 under a transverse bending load with amplitudes of the above impact forces. As the material of the plates 9, it is advisable to use phenoplast or AG-4 with the execution of pressing from powders. These materials can withstand significant static compressive and bending loads, however, they are more easily destroyed under shock loads, and moreover, they can quite accurately and stably calculate the values of breaking shock loads. When the plates 9 are destroyed, which is equivalent to the relay removal of the plates 9, which hold the posts 6 in a state of static equilibrium, from the bumper structure, the posts 6 with their vertical sides under the action of the restoring elastic forces of the stretched springs 8 are relayed into the holes 5 of the bar 4. In this case, the geometric and physical parameters of the springs 8 and struts 6: stiffness, initial static deformation, length in the undeformed state of the springs 8, the height of the struts 6, etc., are selected so that the above spring elastic forces 8 provided not only the contact of the pointed ends 7 of the legs 6 coming out from the bottom of the beam 4 with the roadway 12, but also the pressing of the ends 7 to the roadway 12 with the necessary force, providing the specified emergency braking performance of the vehicle, and, accordingly, the specified degree of suppression of the kinetic energy of the impact and speed due to the removal of part of the collision energy into the ground.

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

В исходном транспортном состоянии бампера /см. фиг. 1, фиг. 2/ устройство работает в обычном режиме бампера /см. [1]÷[5]/, когда гашение энергии удара при столкновениях транспортных средств с малыми ударными нагрузками происходит за счет ее преобразование в упругие и пластические деформации ударного бруса 4 и промежуточных элементов 3, связывающих брус 4 с рамой 1, а также вследствие диссипации и поглощения энергии удара при относительных перемещениях вышеуказанных элементов с вязкоупругими свойствами. При мощном встречном столкновении транспортного средства с препятствием или другим транспортным средством со значительными ударными нагрузками, прикладываемыми к ударному брусу 4, произойдет разрушение пластин 9 бампера, сопровождающееся релейным контактом заостренных концов 7 стоек 6 с дорожным полотном 12. Стойки 6 работают независимо друг от друга, поэтому даже в случае неразрушения нескольких пластин 9 /например, при боковом косом или скользящем ударе/ произойдет силовой контакт с дорожным полотном 12 остальных стоек 6. В результате такого контакта непосредственно в момент столкновения за счет аварийного торможения будет резко погашена скорость транспортного средства, часть кинетической энергии встречного удара будет непосредственно отведена в землю. В большинстве случаев это позволит исключить наиболее тяжелые летальные последствия аварий, приводящих, как правило, в случаях встречных столкновений к значительным разрушениям кузова, гибели водителя и пассажиров.In the initial transport state of the bumper / cm. FIG. 1, FIG. 2 / the device operates in normal bumper mode / cm. [1] ÷ [5] /, when the shock energy is extinguished during collisions of vehicles with low impact loads due to its transformation into elastic and plastic deformations of the impact beam 4 and intermediate elements 3 connecting the beam 4 with frame 1, as well as due to dissipation and absorption of impact energy during relative movements of the above elements with viscoelastic properties. In a powerful oncoming collision of a vehicle with an obstacle or other vehicle with significant shock loads applied to the impact beam 4, the bumper plates 9 will be destroyed, accompanied by the relay contact of the pointed ends 7 of the uprights 6 with the roadway 12. The uprights 6 work independently of each other, therefore, even in the case of non-destruction of several plates 9 / for example, with a side oblique or sliding impact / there will be a force contact with the roadway 12 of the remaining racks 6. As a result, of the contact immediately at the time of the collision due to emergency braking, the vehicle speed will be abruptly suppressed, part of the kinetic energy of the oncoming strike will be directly diverted to the ground. In most cases, this will eliminate the most severe lethal consequences of accidents, leading, as a rule, in cases of oncoming collisions to significant damage to the body, death of the driver and passengers.

По мнению заявителя, предлагаемый вариант адаптивной перестройки структуры бампера непосредственно в момент ударного столкновения и под действием удара, обеспечивающий релейный силовой контакт бампера с дорожным полотном, позволяет резко повысить эффективность защиты транспортного средства при особо опасных авариях, за счет автоматического осуществления экстренного торможения транспортного средства с отводом части кинетической энергии удара в землю.According to the applicant, the proposed version of the adaptive restructuring of the bumper structure immediately at the time of the impact collision and under the influence of the impact, providing relay power contact of the bumper with the roadway, can dramatically increase the protection efficiency of the vehicle in case of especially dangerous accidents, due to the automatic implementation of emergency vehicle braking with the removal of part of the kinetic energy of the impact to the ground.

Claims

A vehicle bumper comprising a horizontal impact beam mounted on the body frame along the entire width of its front part, characterized in that a series of through vertical holes are made in the body of the impact beam, each U pair of which is freely inserted from above with a steel U-shaped stand with pointed lower ends equipped with helical coil springs worn on vertical sides, attached with their ends to the lower surface of the crossbar of the rack and the upper surface of the beam in stress-strain state, and held in equilibrium by means of a plate placed in the middle of the strut and inserted with interference and fixation between the above surfaces of a plate made of material that is destroyed at a given value of impact force, while the geometric and physical parameters of the U-shaped struts and springs are selected from the condition of providing the necessary forceful pressure by the springs of the ends of the struts to the roadway when removing the plates holding the rack racks from the bumper structure.