Система защиты транспортного средства при столкновении

Представлена система защиты транспортных средств с рамной конструкцией при столкновении со столбами, содержащая первый и второй продольные элементы, соединенные трубчатой или не трубчатой жесткой и негнущейся поперечиной. При ударе в любую из сторон оснащенного такими системами транспортного средства энергия столкновения или удара передается на противоположную сторону транспортного средства, таким образом, уменьшая травмы пассажиров или повреждения салона.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкции кузова транспортного средства,

Уровень техники

В настоящее время проблемой является увеличение безопасности транспортных средств для снижения вероятности травм пассажиров при столкновении. Самое распространенное решение - усилить металлический каркас или структуру, окружающую салон. Однако усиление металлического каркаса неизбежно ведет к увеличению веса и, таким образом, является нежелательным при оптимизации расхода топлива.

Национальная ассоциация безопасности дорожного движения (NHTSA) выпустила ряд федеральных нормативных документов, введенных для обеспечения безопасности пассажиров. В частности, федеральный стандарт безопасности для транспортных средств 214 (FMVSS 214) содержит требования к защите от боковых столкновений со столбами, а также предписывает определенные требования по безопасности пассажиров в случае столкновения со столбом или другим неподвижным объектом.

Транспортные средства с объединенными кузовом и рамой за счет своей конструкции имеют большую степень защищенности. В случае бокового столкновения со столбом рамная конструкция, как правило, использующаяся в коммерческих транспортных средствах, например, грузовиках и автобусах, а также при использовании сцепного устройства, например, в пикапах, может не обладать прочностью, присущей монолитным конструкциям с объединенными кузовом и рамой. Таким образом, в этом случае существует потребность в усилении прочности рамной конструкции. По этой причине соблюдение требований стандарта FMVSS-214 при использовании транспортного средства, имеющего рамную конструкцию, связано с дополнительными трудностями.

Известно решение, описанное в патентной заявке Японии No. 71980/1991 (опубл. 19.07.1991), где предложена структура, обеспечивающая подавление смещения боковых продольных балок рамы транспортного средства с помощью косой пластины. Также известен патент США 5,921,618 (опубл. 13.07.1999), в котором описано использование между продольными балками дополнительных продольных и поперечных элементов, которые не позволяют деформироваться продольным элементам. Данный документ может быть выбран в качестве ближайшего аналога. Однако описанные конструкции не обеспечивают достаточную степень безопасности за счет недостаточно жесткого крепления дополнительных элементов.

Таким образом, необходимо разработать относительно небольшое по весу решение для повышения прочности транспортного средства с рамной конструкцией в случае столкновения с придорожным столбом, которое будет обеспечивать улучшенную защиту пассажира в случае такого удара, одновременно обеспечивая оптимальную эффективность расхода топлива.

Раскрытие полезной модели

Техническим результатом полезной модели является улучшение безопасности рамной конструкции транспортного средства при боковых столкновениях без значительного увеличения веса конструкции, что обеспечивает оптимально эффективный расход топлива.

Транспортное средство с рамной конструкцией состоит из кузова, расположенного и закрепленного известным образом на раме. Рама содержит первый продольный элемент и второй продольный элемент, каждый из которых расположен вдоль всего транспортного средства и обычно параллелен или, по меньшей мере, примерно параллелен продольной оси транспортного средства.

Для обеспечения достижения указанного технического результата предложена конструкция, содержащая поперечину, которая соединяет первый и второй продольные элементы и имеет профиль, ограничивающий внутреннюю область. Поперечина может представлять собой полую трубку, что снижает вес системы защиты при столкновении со столбами. Внутри поперечины может быть расположен по меньшей мере один дополнительный поперечный элемент. Внутри поперечины расположено по меньшей мере два дополнительных поперечных элемента, разделяющих поперечное сечение поперечины на четыре примерно равных части. Поперечина может иметь поперечное сечение с четырехугольным или восьмиугольным профилем, а также ячеистую внутреннюю область. Поперечина может быть расположена по существу перпендикулярно к указанным первому и второму продольным элементам.

Система имеет первую наружную зону соединения, сформированную наружным пересечением первого продольного элемента и проходящей через него поперечины, причем первая зона соединения прикреплена к по меньшей мере части профиля поперечины, и вторую наружную зону соединения, сформированную наружным пересечением второго продольного элемента и проходящей через него поперечины, причем вторая зона соединения прикреплена к по меньшей мере части профиля поперечины. При этом поперечина может быть приварена по меньшей мере по части своего профиля к указанной первой зоне соединения и по части своего профиля к указанной второй зоне соединения.

Система защиты может дополнительно содержать третью внутреннюю зону соединения, сформированную внутренним пересечением первого продольного элемента и проходящей через него поперечины, причем третья зона соединения прикреплена к по меньшей мере части профиля поперечины; и четвертую внутреннюю зону соединения, сформированную внутренним пересечением второго продольного элемента и проходящей через него поперечины, причем четвертая зона соединения прикреплена к по меньшей мере части профиля поперечины. При этом поперечина может быть приварена по меньшей мере по части своего профиля к указанным первой, второй, третьей и четвертой зонам соединения.

Поперечина может быть приварена к указанным выше первому, второму, третьему и четвертому местам соединения по всему своему профилю.

В одном из вариантов выполнения поперечина может быть выполнена из жесткого и негнущегося материала, прикреплена своими концами к первому и второму продольным элементам рамы и расположена в области, занимающей 20-80% длины рамы между передней позицией вблизи передней части транспортного средства и задней позицией вблизи задней части транспортного средства, в направлении назад от указанной передней позиции.

Поперечина также может крепиться к первому и второму продольным элементам с помощью крепления или прикручивания первой радиальной внутренней пластины жесткой поперечины к первому продольному элементу и с помощью крепления или прикручивания второй радиальной внутренней пластины жесткой поперечины ко второму продольному элементу.

Было обнаружено, что сварка или любой другой способ крепления поперечной балки к первому и второму продольному элементам описанным выше образом усиливает способность передавать энергию при боковом столкновении со столбом от одной стороны транспортного средства к другой, снижая механические повреждения кузова и/или внутренней части транспортного средства. За счет этого безопасность пассажиров существенно возрастает, при этом имеется возможность уменьшить вес транспортного средства, уменьшив количество опорных элементов, необходимых для предотвращения травм пассажиров. Таким образом, удается выполнить требования Национальной ассоциации безопасности дорожного движения (NHTSA) и одновременно удовлетворить потребность в транспортных средствах с низким потреблением топлива и относительно небольшим весом.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид снизу рамы и поперечины, закрепленных внизу транспортного средства.

Фиг.2 представляет собой вид в перспективе системы защиты при столкновении со столбами.

Фиг.3 представляет собой вид в перспективе одного из вариантов системы защиты при столкновении со столбами, где выделена область соединения поперечной опоры и продольных элементов, обозначаемая линией 4-4.

Фиг.4 представляет собой вид вдоль линии 4-4 с Фиг.3, изображающий соединение между поперечной опорой и элементами рамы, где поперечные опоры крепятся к продольным элементам рамы с внешней и внутренней сторон каждого продольного элемента рамы.

Фиг.5 представляет собой изображение в разобранном виде внутреннего и наружного места соединения поперечной опоры и элемента (элементов) рамы.

Фиг.6 представляет собой вид в перспективе одного из вариантов системы защиты при столкновении со столбами, где линией 6-6 обозначено сечение поперечной опоры.

Фиг.7 представляет собой многосекционный вариант, изображающий возможное сечение поперечной опоры, где четыре продольные ячейки окружают центральную продольную ячейку и показан четырехугольный профиль поперечной опоры.

Фиг.8 представляет собой вариант с одной ячейкой, изображающий возможное сечение поперечной опоры, где показан восьмиугольный профиль поперечной опоры.

Фиг.9 представляет собой многосекционный вариант, изображающий сотовидную многосекционную конфигурацию.

Фиг.10 представляет собой еще один многосекционный вариант, изображающий возможное сечение поперечной опоры, где показано четыре продольных ячейки с четырехугольным профилем.

Фиг.11 представляет собой вариант с одной ячейкой, изображающий возможное сечение поперечной опоры, где показан четырехугольный профиль.

Фиг.12 представляет собой еще один многосекционный вариант, изображающий возможное сечение поперечной опоры, где показаны четыре продольных ячейки с восьмиугольным профилем.

Фиг.13 представляет собой вид снизу системы защиты при столкновении со столбами, показанной на Фиг.1, после столкновения со столбом. Как показано, при столкновении энергия была передана от одного элемента к другому.

Фиг.14 представляет собой еще один вариант, изображающий альтернативный способ крепления поперечной опоры к продольным элементам рамы.

Осуществление полезной модели

Полезная модель относится к системе защиты при столкновении со столбами, которая предназначена для транспортных средств с рамной конструкцией. В таких транспортных средствах, как грузовики или пикапы, кузов часто располагается на отдельной раме. Как правило, это имеет место, если транспортное средство также оснащено комплектом сцепного устройства, который оптимально размещен в транспортном средстве с рамной конструкцией. Следует отметить, что рамная конструкция лучше подходит для размещения комплекта сцепного устройства, таким образом снижая сопутствующие нагрузки, которые в противном случае поглощались бы кузовом, например, в конфигурациях с единым или несущим кузовом.

На Фиг.1 и 2 изображено транспортное средство 10, оснащенное системой 12 защиты при столкновении со столбами. Рама 14 содержит левый (или первый) продольный элемент 16 и правый (или второй) продольный элемент 18, предназначенные для поддержки кузова 20. Длина рамы 14 определяется по передней боковой позиции 17 в передней части транспортного средства и задней боковой позиции 19 в задней части транспортного средства. Поперечная балка 22 может быть трубчатой или не трубчатой и располагаться поперек транспортного средства от первого продольного элемента 16 до второго продольного элемента 18. Понятие «трубчатый», как правило, подразумевает полую структуру поперечины 22, а «не трубчатый» в общем случае означает сплошную структуру поперечины 22 по ее поперечному сечению. Элемент 22 поперечной опорной балки (далее - «поперечина 22») может быть изготовлен из любого жесткого и негнущегося материала, включая углеродное волокно, металлические и полимерные материалы и/или другие подходящие материалы. Например, поперечина 22 может быть изготовлена из алюминия или экструдированной стали, их сплавов либо из жесткого полимерного материала (материалов). Элементы рамы могут быть изготовлены известным из уровня техники способом. Поперечина 22 предпочтительно имеет жесткую полую форму, благодаря чему в данной полезной модели удается избежать появления зон ожидаемой механической деформации. Другими словами, в отличие от других поперечных балок, обычно используемых в автомобилестроении (приведенных ниже в качестве примера как поперечины 40 и 42), поперечина 22 не содержит в себе зон, которые с легкостью сомнутся под действием осевой силы, действующей на поперечину 22 вдоль оси «А» поперечины 22. Профиль 24 определяется наружной частью поперечины, которой поперечина 22 крепится к левому и правому продольным элементам 16 и 18.

Как показано на Фиг.3, 4 и 5, в первом продольном элементе 16 может быть выполнено по меньшей мере одно отверстие 26 или первая пара отверстий 26 для того, чтобы вставить туда поперечину 22. Точно так же может быть выполнено отверстие 28 или вторая пара отверстий 28 во втором продольном элементе, чтобы вставить туда поперечину 22. Как показано на Фиг.4 и 14, поперечина 22 может быть приварена или каким-либо другим образом прикреплена к первому и второму продольным элементам 16 и 18, например, гайками и болтами или с помощью других крепежных средств, например, заклепок. Первое наружное соединение 30 может быть расположено рядом с наружной поверхностью 33 первого продольного элемента 16, и может быть задано соединением профиля 24 и внутренней полой стенки 31 рядом с первой парой отверстий 26. Второе наружное соединение 34 может быть расположено рядом с наружной поверхностью 35 второго продольного элемента 18 и может быть задано соединением профиля 24 и внутренней полой стенки 32 рядом со второй парой отверстий 28. Например, как показано на Фиг.4, поперечина 22 может быть приварена в первом наружном соединении 30, по меньшей мере, по части профиля 24, что создает прочное и усиленное соединение между поперечиной 22 и первым продольным элементом 16. Также поперечина 22 может быть приварена во втором наружном соединении 34, по меньшей мере, по части профиля 24, что создает прочное и усиленное соединение между поперечиной 22 и вторым продольным элементом 18. В более предпочтительном варианте профиль 24 поперечины 22 может быть полностью приварен к наружным соединениям 30 и 34.

Кроме того, при желании первое внутреннее соединение 36 может быть размещено рядом с внутренней поверхностью 37 первого продольного элемента 16 и может быть образовано соединением профиля 24 и внутренней полой стенки 32 рядом с первым отверстием 26. Второе внутреннее соединение 38 может быть размещено рядом с внутренней поверхностью 39 второго продольного элемента 18 и может быть образовано соединением профиля 24 и внутренней полой стенки 32 рядом со вторым отверстием 28. Как показано на Фиг.4, поперечина 22 может быть приварена, по меньшей мере, по части профиля 24 в первом внутреннем соединении 36, что создает прочное и усиленное соединение между поперечиной 22 и первым продольным элементом 16. Также поперечина 22 может быть приварена, по меньшей мере, по части профиля 24 во втором внутреннем соединении 38, что создает прочное и усиленное соединение между поперечиной 22 и первым продольным элементом 18. В более предпочтительном варианте, как показано па Фиг.4, профиль 24 поперечины 22 может в наружных соединениях 30 и 34 и/или внутренних соединениях 36 и 38 быть полностью приварен.

Как показано на Фиг.2, элементы 16 и 18 могут быть присоединены к другим поперечинам, к которым могут относиться, например, опора 40 трансмиссии и поперечина 42 карданного вала. В отличие от поперечины 22, поперечины 40 и 42 предназначены для передачи энергии с одной стороны транспортного средства на другую или от одного продольного элемента к другому. Вместо этого поперечины 40 и 42 могут обеспечивать опору для трансмиссии (не показана) и карданного вала (не показан) соответственно. Необходимо отметить, что, в отличие от поперечин 40 и 42, жесткая и негнущаяся структура поперечины 22 снижает и может предотвратить разрушение поперечины в любом поперечном сечении по всей ее длине. Расстояние «Y» измеряется в нижней части транспортного средства от опоры 40 трансмиссии до поперечины 42 карданного вала. Расстояние «Y» может варьироваться в зависимости от транспортного средства с рамной конструкцией и по существу определяет боковые точки, в которых поперечина 22 может быть прикреплена к продольным элементам 16 и 18 или «зоне крепления». Также следует отметить, что, так как поперечина 22 присоединена к продольным элементам 16 и 18, она может быть присоединена к ним перпендикулярно, обеспечивая жесткую и негнущуюся опору для поперечной передачи энергии с одной стороны на другую.

В другом варианте выполнения сечение 44 поперечины может иметь четырехугольную форму и быть полым. Кроме того, во внутренней части балки могут быть выполнены один или более дополнительных элементов 46, прикрепленных к внутренней стенке 50 поперечины 22, и проходящих, например, от одной стороны поперечины 22 до другой ее стороны, еще больше усиливая жесткую структуру поперечины 22 с целью предотвращения ее разрушения при столкновении со столбом. Соответственно конструкция поперечного сечения усиливает передачу энергии от продольного элемента 16 (или 18) ко второму продольному элементу. Как также показано на фигурах, экструдированные дополнительные элементы 46 можно присоединить друг к другу множеством самых разных способов.

На Фиг.7 изображен один из вариантов воплощения полезной модели и сечение 44 с четырьмя квадрантами или ячейками 52, задаваемыми элементами 46, направленными в центр сечения 44. Каждый квадрант (ячейка) 52 может быть задан элементами 46, которые проходят по всей длине поперечины 22. Каждый квадрант проходит радиально внутрь в направлении внутренней трубы 54, также проходящей по всей длине поперечины 22. Поперечину или трубу 22 можно таким образом определить как «усиленную» дополнительными элементами 46, проходящими во внутренней части 50 поперечины 22 и физически соединенными с внутренней стенкой 50 поперечины 22. Дополнительные элементы 46, таким образом, формируют ячейки 52, находящиеся внутри поперечины 22. Среди разнообразных многосекционных конфигураций могут присутствовать двухсекционные сечения или конфигурации, четырехсекционные сечения или конфигурации «окошком», или ячеистые сечения. Предполагаются также и другие формы сечений 44 поперечины 22, включая восьмиугольные и четырехугольные формы, а также другие «усиливающие» конфигурации, аналогичные показанным на Фиг.7-11. Как показано на Фиг.7-11, одно- и многосекционные экструдированные элементы могут быть сформированы в соответствии с предложенным решением и в соответствии с методами обработки металла, хорошо известными из уровня техники.

В другом варианте воплощения, как показано на Фиг.14, поперечина 22 может быть присоединена или прикреплена к продольным элементам 16 и 18 посредством крепления поперечины 22 к продольным элементам 16 и 18 болтами. Как показано на Фиг.14, на поперечине 22 закреплены первая пластина 60 для болтов и вторая пластина 62 для болтов, предназначенные для крепления поперечины 22 к элементам 16 и 18. Как также показано на Фиг.14, в каждой пластине для крепящих болтов имеется по меньшей мере один болт 64 или по меньшей мере один крепежный элемент 64, например, заклепка, проходящая через нее, более предпочтительно - по меньшей мере два болта 64, крепящие поперечину 22 к раме 14 по существу перпендикулярно элементам 16 и 18. Можно повторно отметить, что жесткая, прочная и негнущаяся конструкция поперечины 22 улучшает передачу энергии при столкновении со столбом или иным объектом. Как показано на Фиг.12, столкновение со столбом в «рабочей зоне» одного из продольных элементов приводит к механической деформации обоих продольных элементов 16 и 18, благодаря чему снижается деформация внутри самого кузова транспортного средства. Понятие «рабочая зона» может относиться к срединной области элементов рамы. Срединная область может быть рассчитана как область, расположенная посередине элементов рамы. Точнее, при желании «рабочая зона» соединений 30 и 34 с поперечиной 22 может быть определена как срединная область, занимающая от 20% до 80% длины элементов.

Таким образом, конфигурация настоящей системы защиты при боковом столкновении со столбами с небольшим весом приводит к большей экономии топлива при одновременном увеличении прочности и сопротивления удару транспортного средства с рамной конструкцией.

Необходимо понимать, что приведенные выше описания вариантов выполнения полезной модели приведены только в качестве примера. Таким образом, в элементы конструкции и способы функционирования, указанные в данном документе, могут быть внесены различные изменения, соответствующие обычным возможностям, известным из уровня техники, без выхода за рамки раскрытия полезной модели.

1. Система защиты транспортного средства при столкновении, содержащая раму с первым продольным элементом и вторым продольным элементом; трубчатую поперечину, соединяющую указанные первый и второй продольные элементы; первую наружную зону соединения, сформированную наружным пересечением первого продольного элемента и проходящей через него поперечины, причем первая зона соединения прикреплена к по меньшей мере части профиля поперечины, и вторую наружную зону соединения, сформированную наружным пересечением второго продольного элемента и проходящей через него поперечины, причем вторая зона соединения прикреплена к по меньшей мере части профиля поперечины.

2. Система защиты по п.1, которая дополнительно содержит третью внутреннюю зону соединения, сформированную внутренним пересечением первого продольного элемента и проходящей через него поперечины, причем третья зона соединения прикреплена к по меньшей мере части профиля поперечины; и четвертую внутреннюю зону соединения, сформированную внутренним пересечением второго продольного элемента и проходящей через него поперечины, причем четвертая зона соединения прикреплена к по меньшей мере части профиля поперечины.

3. Система защиты по п.1, в которой указанная поперечина представляет собой полую трубку.

4. Система защиты по п.3, в которой внутри поперечины расположен по меньшей мере один дополнительный поперечный элемент.

5. Система защиты по п.4, в которой внутри поперечины расположено по меньшей мере два дополнительных поперечных элемента, разделяющих поперечное сечение поперечины на четыре примерно равных части.

6. Система защиты по п.3, в которой поперечина имеет четырехугольное или восьмиугольное поперечное сечение.

7. Система защиты по п.4, в которой поперечина имеет ячеистое поперечное сечение.

8. Система защиты по п.1, в которой указанная поперечина расположена по существу перпендикулярно к указанным первому и второму продольным элементам.

9. Система защиты по п.1, в которой указанная поперечина приварена по меньшей мере по части своего профиля к указанной первой зоне соединения и по части своего профиля к указанной второй зоне соединения.

10. Система защиты по п.2, в которой указанная поперечина приварена по меньшей мере по части своего профиля к указанным первой, второй, третьей и четвертой зонам соединения.

11. Система защиты по п.10, в которой указанная поперечина приварена к указанным выше первому, второму, третьему и четвертому местам соединения по всему своему профилю.

12. Система защиты по п.1, в которой поперечина выполнена из жесткого и негнущегося материала, прикреплена своими концами к первому и второму продольным элементам рамы и расположена в области, занимающей 20-80% длины рамы между передней позицией вблизи передней части транспортного средства и задней позицией вблизи задней части транспортного средства, в направлении назад от указанной передней позиции.