Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля
Предлагаемое защитное устройство предназначено для снижения возможности серьезного травмирования водителя и пассажиров при аварии автомобиля на скоростях до 60-64 км/час и может быть использовано на всех марках легковых автомобилей.
«Пенальное» защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, содержащее корпус-балку и два многослойных, многопролетных, гофрированных пакета, набранных «гофр в гофр» из омедненных, стальных, шлифованных, каленых, гофрированных лент, отличающееся тем, что корпус-балка выполнен из двух жестко соединенных по их длине деталей - прямой балки с П-образным поперечным сечением с фланцами и основанием, выполненным в виде полосы, внутри корпуса-балки расположен толкатель, выполненный в виде полосы с прямоугольным сечением, а гофрированные пакеты с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем, причем толкатель по длине разделен на отдельные части и число частей, их длины и расстояния между частями определяются из условия обеспечения требуемых зависимостей E(s) и T(s), где Е - рассеиваемая устройством энергия, Т - равнодействующая сил трения, действующая на сместившиеся части толкателя, s - текущее значение хода толкателя, и стыки частей толкателя расположены под впадинами гофров пакетов, а сами расстояния между ответными торцами частей толкателя меньше пролета гофра, причем первая наружная часть толкателя (отсчет номеров частей толкателя начинается от точки приложения ударной нагрузки) в направлении удара выступает на величину хода l толкателя из корпуса, и последняя часть толкателя также выступает из корпуса, а участок
этой части, на который опираются гофры, больше хода l на несколько пролетов гофров, торцы корпуса закрыты крышками с отверстиями для выхода выступающих частей толкателя, между боковыми торцами частей толкателя и корпусом выполнены зазоры, наружные части толкателя также с зазорами по периметру толкателя проходят через отверстия в крышках, причем эти зазоры по бокам толкателя такие же, как между боковыми торцами толкателя и корпусом, а зазоры между верхней и нижней поверхностью толкателя и ответными поверхностями отверстия в крышках меньше толщины ленты гофрированных пакетов, и зазоры между крышками и торцами пакетов выбраны такими, чтобы при сдвиге пакета (или ленты пакета, опирающейся на толкатель) в пределе зазора вершины гофров не могли попасть в щели между частями толкателя.
Предложено несколько компоновок этого устройства, способных рассеять от 15 до 50% кинетической энергии лобового удара автомобиля с массой 100-130 кг при скорости 64 км/час при соударении с упругим препятствием с коэффициентом перекрытия 40% (условия краш-испытания).
Предлагаемая полезная модель относится к устройствам, повышающим уровень защиты от травматизма водителя и пассажиров при аварии автомобиля.
Известно защитное устройство, повышающее уровень безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля (см. положительное решение о выдаче патента на полезную модель по заявке 
2008128164/22(034677) «Защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля», авторы Эскин И.Д., Алкеев Р.И., дата подачи заявки 10.07.2008), содержащее бампер, жестко закрепленный внутри корпуса-балки с зазорами по бокам бампера, в которых с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофров, размещены многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты, набранные «гофр в гофр» из стальных, омедненных, каленых, шлифованных, гофрированных лент, причем корпус-балка без пластических деформаций может смещаться относительно бампера в направлении удара на величину остаточного выгиба гофра.
Эти устройства при конструктивно приемлемых параметрах способны рассеивать до 50% кинетической энергии при лобовом ударе легкового автомобиля об упругое препятствие с коэффициентом перекрытия 40% на скорости 64 км/час (условие краш - испытаний).
Это устройство по технической сущности наиболее близко к предлагаемой модели и принято за прототип.
Ставится задача разработки защитного устройства, которое бы хорошо вместе с защитным устройством (см. положительное решение о выдаче патента на полезную модель по заявке 2008128164/22(034677) вписывалось в конструкцию автомобиля и увеличивало при этом рассеянную за счет работы сил трения энергию с 50% до 80% и даже до 100%
кинематической энергии лобового удара легкового автомобиля об упругое препятствие с коэффициентом перекрытия 40% на скорости 64 км/час. Причем это защитное устройство должно иметь и самостоятельное практическое применение и обладать возможностью хорошего подбора его параметров и демпфирующих характеристик для различных практических применений и разных марок легковых (да и не только легковых) автомобилей.
Поставленная задача решается тем, что предлагается «пенальное» защитное устройство (термин «пенальное» введен авторами настоящего предложения), содержащее корпус-балку и два многослойных, многопролетных, гофрированных пакета, набранных «гофр в гофр» из омедненных стальных, каленых, шлифованных, гофрированных лент, отличающееся тем, что корпус-балка выполнен из двух жестко соединенных по их длине деталей - прямой балки с П-образным поперечным сечением с фланцами и основанием, выполненным в виде полосы, внутри корпуса-балки расположен толкатель, выполненный виде полосы с прямоугольным сечением, а гофрированные пакеты с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем, причем толкатель по длине разделен на отдельные части, и число частей, их длины и расстояние между частями выбираются из условия обеспечения требуемых зависимостей E(s), T(s), где Е - рассеиваемая устройством энергия, s - текущее значение хода толкателя, Т - равнодействующая сил трения, действующая на сместившиеся части толкателя, и стыки частей толкателя расположены под впадинами гофров пакетов, а сами расстояния между ответными торцами частей толкателя меньше пролета гофра. Причем первая наружная часть толкателя (отсчет номеров частей толкателя начинается от точки приложения ударной нагрузки) в направлении удара выступает на величину хода l толкателя из корпуса, и последняя часть толкателя также выступает из корпуса, а участок этой части, на который опираются гофры больше хода l на несколько
пролетов гофров, торцы корпуса закрыты крышками с отверстиями для выхода выступающих частей толкателя, между боковыми торцами частей толкателя и корпусом выполнены зазоры, наружные части толкателя также с зазорами по периметру толкателя проходят через отверстия в крышках, причем зазоры по бокам толкателя такие же, как между боковыми торцами толкателя и корпусом, а зазоры между верхней и нижней поверхностью толкателя и ответными поверхностями отверстия в крышках меньше толщины ленты гофрированных пакетов, и зазоры между крышками и торцами пакетов выбраны такими, чтобы при сдвиге пакета (или ленты пакета, опирающейся на толкатель) в пределе зазора вершины гофров не могли попасть в щели между частями толкателя.
Наличие у последней части толкателя участка, на который опираются гофры пакета, с длиной, большей хода l толкателя на несколько пролетов гофра, исключает «выстреливание» последней части толкателя из корпуса при ударе.
Выполнение зазоров между верхней и нижней поверхностью толкателя и ответными поверхностями отверстий в крышках меньшими толщины отдельной гофрированной ленты исключает возможность вылезания наружу ленты пакета.
Кроме того, с целью увеличения рассеиваемой устройством энергии натяг по вершинам гофров в 10-20 раз больше остаточного выгиба гофра, который в этом случае составляет несколько десятых долей миллиметра, например 0,2-0,3 мм;
Кроме того, с целью обеспечения возможности применения расстояний между частями толкателя, больших пролета гофра, между гофрированными пакетами и толкателем (с каждой стороны толкателя) установлены одна, две или более омедненные гладкие, каленые, шлифованные ленты, концы которых отогнуты к концам пакетов.
Кроме того, толкатель защитного «панельного» устройства может шарнирно крепится к детали автомобиля, на которую непосредственно
оказывается ударное воздействие. Причем направление удара может быть под острым углом к оси «пенальных» устройств, к которым прикреплена деталь, и место приложения удара может находится на одном из концов детали.
При этом толкатели части «пенальных» устройств будут вталкиваться в «пенальные» устройства, а у другой части вытягиваться из них.
Поэтому для обеспечения работы всех частей каждого отдельного толкателя не только при вталкивании его в устройство, но и при вытягивании его из него части толкателя соединены друг с другом шарнирно, для чего в одной стыкуемой части сделан паз в середине которого размещена ось шарнира, жестко закрепленная в другой стыкуемой части толкателя, причем размер паза вдоль оси толкателя на величину пролета гофра или меньшую величину больше диаметра оси шарнира, а расстояние между ответными торцами стыкуемых частей толкателя меньше половины пролета гофра, а сама щель между ответными торцами стыкуемых частей толкателя расположена под той половиной пролета гофра, которая дальше вдоль оси толкателя от места шарнирного соединения его с деталью автомобиля, и на этом конце толкателя выполнено отверстие, в котором размещается ось шарнира при креплении толкателя к детали автомобиля.
Причем количество гладких лент, устанавливаемых с каждой стороны толкателя, выбирается из условия, чтобы при вытягивании толкателя при попадании вершины гофра в середину щели между ответными торцами стыкуемых частей толкателя вдавливание гладких лент в щель было таким, чтобы не препятствовало вытягиванию толкателя при ударе.
Кроме того корпус защитного «пенального» устройства может быть выполнен как лонжерон кузова автомобиля, а в качестве основания защитного устройства в этом случае использован пол кузова автомобиля, либо другая деталь кузова к которой крепится лонжерон.
Кроме того с целью исключения заклинивания толкателя в корпусе устройства при его вдавливании в корпус к внутренним поверхностям
боковых стенок корпуса приклеены прокладки, изготовленные из фторопласта или капрона, а прямые углы при вершинах прямоугольных впадин частей толкателя скруглены. Так как коэффициент трения стали по фторопласту или капрону очень мал (0,01 или несколько сотых) и углы ребер частей толкателя, по которым происходит контакт частей толкателя с боковыми стенками корпуса при перекосе частей толкателя, скруглены в местах этих контактов не возникают большие силы, способные заклинить части толкателя при его вдавливании в корпус.
Конструкция предлагаемой полезной модели поясняется рисунками.
На фиг.1 изображен продольный разрез пенального защитного устройства.
На фиг.2 изображено соединение вида слева и разреза по А-А на фиг.1 пенального защитного устройства.
На фиг.3 изображен продольный разрез пенального защитного устройства с гладкими лентами, установленными между пакетами.
На фиг.4 изображен продольный разрез пенального защитного устройства с шарнирным соединением частей толкателя для шарнирного присоединения устройства к автомобилю.
На фиг.5 изображен разрез по А-А на фиг.4.
На фиг.6 изображено соединение вида слева и разреза А-А на фиг.1 варианта пенального защитного устройства, у которого в качестве корпуса использован лонжерон кузова автомобиля, а в качестве основания устройства - пол кузова автомобиля.
На фиг.7 изображен пример возможной постановки пенального защитного устройства на автомобиль.
На фиг.8 изображено соединение вида слева и разреза А-А на фиг.1 варианта устройства с наклеенными на боковые стенки корпуса прокладками из фторопласта или капрона.
Предлагаемое «пенальное» защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля (см. фиг.1, 2)
содержит корпус 1, выполненный в виде прямой балки 2 с П-образным поперечным сечением с фланцами, к которым с помощью заклепок 3 жестко крепится основание 4, для усиления крепежного шва основание дополнительно может привариваться к корпусу торцовыми швами.
Внутри корпуса 1 расположены толкатель 5, выполненный в виде отдельных частей 6 из полосы прямоугольного поперечного сечения, и с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, два многослойных, многопролетных, гофрированных пакета 7 (по одному с каждой стороны толкателя 5), набранных из омедненных, каленых, шлифованных, гофрированных лент 8 «гофр в гофр» и опирающихся на толкатель 5 вершинами к вершине гофра. Число частей 6, длина каждой отдельной части 6 и расстояние между соседними частями 6 подбираются из условия обеспечения требуемой зависимости E(s), и T(s). Причем щель 9 между ответными торцами соседних частей 6 толкателя 5 располагается под впадинами гофра пакетов 7 и меньше пролета гофра (см. фиг.1).
Этим исключается попадание вершин гофров пакетов 7 в щели 9. Первая наружная часть 6 толкателя 5 (отсчет номеров частей толкателя начинается от точки приложения ударной нагрузки) выступает на величину хода l (см. фиг.1) толкателя из корпуса l, и последняя часть 6 также выступает из корпуса 1.
Причем участок последней части 6 толкателя 5, на который опираются гофры пакетов 7, больше хода l толкателя на несколько пролетов.
Торцы корпуса 1 закрыты крышками 10 с отверстиями для выхода выступающих частей толкателя. Между боковыми торцами частей 6 толкателя 5 и корпусом 1 имеются зазоры 11 (см. фиг.2).
Аналогичные зазоры 12 (см. фиг.2) имеются между боковыми торцами выступающих из корпуса 1 частей 6 толкателя 5 и отверстиями в крышках 10. Зазоры 13 (см. фиг.1, 2) между верхней и нижней поверхностью толкателя 5 и ответными поверхностями в крышках 10 выполнены меньшими толщины ленты 8. Поэтому вылезание лент 8 из корпуса 1 исключено.
Зазоры 14 (см. фиг.1) между крышками 10 и торцами пакетов 7 выбраны такими, чтобы при сдвиге пакета (или ленты пакета, опирающейся на толкатель) в пределе зазора 14 вершины гофров не могли попасть в щель 9 между частями 6 толкателя 5.
Натяг по вершинам гофров пакета 7 может быть в 10-20 раз больше остаточного выгиба гофров, а остаточный выгиб гофров в этом случае может составлять несколько десятых долей миллиметра, например 0,2-0,4 мм.
Кроме того (см. фиг.3) между гофрированными пакетами 7 и толкателем 5 (с каждой стороны толкателя) могут быть установлены одна, две или более омедненные, гладкие, каленые, шлифованные ленты 15, концы 16 которых отогнуты к концам пакетов 7.
Кроме того толкатель 5 (см. фиг.4, 5) может шарнирно крепится к детали автомобиля, на которую непосредственно оказывается ударное воздействие.
В этом случае части 6 толкателя 5 соединяются друг с другом шарнирно. Для чего в одной стыкуемой части 6 (см. фиг.5) сделан паз 17, в середине которого размещена ось шарнира 18, жестко закрепленная в другой стыкуемой части 6 толкателя 5. причем размер паза 17 вдоль оси толкателя больше на величину пролета гофра или меньшую величину диаметра оси шарнира.
Расстояние между ответными торцами стыкуемых частей 6 меньше половины пролета гофра, а сама щель 19 между ответными торцами стыкуемых частей 6 толкателя 5 расположена под той половиной пролета гофра, которая дальше вдоль оси толкателя от места шарнирного соединения его с деталью автомобиля. На фиг.5 расположение вершин гофров пакета 7 над щелями 19 между стыкуемыми частями 6 толкателя 5 показано штрихпунктирной линией с двумя точками. У шарнирного соединения толкателя с этой деталью на конце толкателя 5 выполнено отверстие 20, в котором при креплении толкателя 5 к детали автомобиля размещается ось шарнира (на фиг.5 не показана).
При шарнирном соединении стыкуемых частей 6 толкателя 5 (см. фиг.4) с каждой стороны толкателя ставятся гладкие ленты 15. Причем их количество с каждой стороны толкателя выбирается из условия, чтобы при попадании вершины гофра в середину щели 19 вдавливание лент 15 в щель было таким, чтобы не препятствовало вытягиванию толкателя 5 при ударе.
Кроме того корпус 1 защитного устройства (см. фиг.6) может быть выполнен как лонжерон кузова автомобиля, а в качестве основания 4 используется пол кузова автомобиля, к которой крепится лонжерон.
В примере практического применения предлагаемого «пенального» защитного устройства, показанном на фиг.7, каждое «пенальное» устройство выполнено в виде двух толкателей 5 вместе с опирающимися на них пакетами 7, собранных в общем корпусе 1, жестко соединенного заклепками 3 с общим основанием 4.
Каждое такое спаренное «пенальное» защитное устройство жестко закреплено снизу днища кузова автомобиля. А толкатели 5 выходят наружу за штатный бампер автомобиля. Причем концы 21 толкателей 5 отогнуты вверх и между концами 21 и штатным бампером автомобиля имеется расстояние la - величина смещения толкателя защитного устройства без пластической деформации бампера.
Кроме того, (см. фиг.8) на боковые стенки корпуса 1 с внутренней стороны могут быть наклеены прокладки 22 из фторопласта или капрона, а прямые углы в вершинах прямоугольных частей толкателя 5 - скруглены.
Предлагаемое «пенальное» защитное устройство собирается следующим образом.
На основание 4 укладывают собранный «гофр в гофр» пакет 7 и на пакет 7 укладывают части 6 толкателя 5 так, как это описано выше и требуется для получения нужных характеристик E(s) и T(s). Причем первая и последняя части 6 толкателя 5 укладываются на пакет 7 с предварительно надетыми на них крышками 10.
Затем на толкатель 5 сверху устанавливают второй пакет 7 и корпус 1.
В специальном приспособлении усилием, приложенным к корпусу 1, прижимают его к основанию 4 и склепывают эти детали заклепками 3.
Ставят на место крышки 10 и приваривают их к корпусу 1 и основанию 4. Торцовым швом дополнительно сваривают корпус 1 и основание 4.
При проведении сварочных работ следят, чтобы температура пакетов 7 не повышалась свыше 300°С.
Предлагаемое «пенальное» защитное устройство работает следующим образом.
При ударе толкатель 5 смещается с трением по вершинам гофров пакетов 7 в направлении удара, за счет чего совершается работа. Эта работа и есть энергия, рассеиваемая устройством, которая вычитается из кинетической энергии удара.
По нашим приблизительным расчетным оценкам защитные «пенальные» устройства, показанные на фиг.7, способны при ходе l=150 мм рассеять до 17% и более кинетической энергии удара автомобиля массой 130 кг на скорости 64 км/час об упругое препятствие с коэффициентом перекрытия 40% (кинетической энергии удара при краш - испытании). Это, по нашему мнению, очень хороший результат.
Предлагаемое «пенальное» защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля конструктивно просто. Технология его изготовления и сборки достаточно проста. По этому это устройство не будет дорогим.
Оно универсально и может быть применено на любых марках легковых, да и не только легковых автомобилях.
1. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, содержащее корпус-балку и два многослойных, многопролетных, гофрированных пакета, набранных «гофр в гофр» из омедненных, стальных, шлифованных, каленых, гофрированных лент, отличающееся тем, что корпус-балка выполнен из двух жестко соединенных по их длине деталей - прямой балки с П-образным поперечным сечением с фланцами и основанием, выполненным в виде полосы, внутри корпуса-балки расположен толкатель, выполненный в виде полосы с прямоугольным сечением, а гофрированные пакеты с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем, причем толкатель по длине разделен на отдельные части и число частей, их длины и расстояния между частями определяются из условия обеспечения требуемых зависимостей E(s) и T(s), где Е - рассеиваемая устройством энергия, Т - равнодействующая сил трения, действующая на сместившиеся части толкателя, s - текущее значение хода толкателя, и стыки частей толкателя расположены под впадинами гофров пакетов, а сами расстояния между ответными торцами частей толкателя меньше пролета гофра, причем первая наружная часть толкателя (отсчет номеров частей толкателя начинается от точки приложения ударной нагрузки) в направлении удара выступает на величину хода 1 толкателя из корпуса, и последняя часть толкателя также выступает из корпуса, а участок этой части, на который опираются гофры, больше хода 1 на несколько пролетов гофров, торцы корпуса закрыты крышками с отверстиями для выхода выступающих частей толкателя, между боковыми торцами частей толкателя и корпусом выполнены зазоры, наружные части толкателя также с зазорами по периметру толкателя проходят через отверстия в крышках, причем эти зазоры по бокам толкателя такие же, как между боковыми торцами толкателя и корпусом, а зазоры между верхней и нижней поверхностью толкателя и ответными поверхностями отверстия в крышках меньше толщины ленты гофрированных пакетов, и зазоры между крышками и торцами пакетов выбраны такими, чтобы при сдвиге пакета (или ленты пакета, опирающейся на толкатель) в пределе зазора вершины гофров не могли попасть в щели между частями толкателя.
2. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.1, отличающееся тем, что натяг по вершинам гофров в 10-20 раз больше остаточного выгиба гофра, который в этом случае составляет несколько десятых долей миллиметра, например 0,2-0,3 мм.
3. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.2, отличающееся тем, что между гофрированными пакетами и толкателем (с каждой стороны толкателя) установлены одна, две или более омедненные гладкие, каленые, шлифованные ленты, концы которых отогнуты к концам пакетов.
4. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.3, отличающееся тем, что толкатель устройства шарнирно крепится к детали автомобиля, на которую непосредственно оказывается ударное воздействие, части толкателя соединены друг с другом шарнирно, для чего в одной стыкуемой части сделан паз, в середине которого размещена ось шарнира, жестко закрепленная в другой стыкуемой части толкателя, причем размер паза вдоль оси толкателя на величину пролета гофра или меньшую величину больше диаметра оси шарнира, а расстояние между ответными торцами стыкуемых частей толкателя меньше половины пролета гофра, а сама щель между ответными торцами стыкуемых частей толкателя расположена под той половиной пролета гофра, которая дальше вдоль оси толкателя от места шарнирного соединения его с деталью автомобиля, и на этом конце толкателя выполнено отверстие, в котором размещается ось шарнира при креплении толкателя к детали автомобиля, причем количество гладких лент, устанавливаемых с каждой стороны толкателя выбирается из условия, чтобы величина выдавливания гладких лент в щель между стыкуемыми частями толкателя при его вытягивании из корпуса и попадании вершины гофра, опирающегося на гладкие ленты, в середину этой щели, была такой, чтобы не происходило заклинивания толкателя при ударе.
5. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.4, отличающееся тем, что корпус пенального устройства выполнен как лонжерон кузова автомобиля, а в качестве основания защитного устройства используется пол кузова автомобиля либо другая деталь кузова, к которой крепится лонжерон.
6. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля по п.5, отличающееся тем, что к внутренним поверхностям боковых стенок корпуса устройства приклеены прокладки из фторопласта или капрона, а прямые углы при вершинах прямоугольных в плане частей толкателя скруглены.
