RU2555871C1 - Impact protection device of vehicle with passive damping system - Google Patents
Impact protection device of vehicle with passive damping system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2555871C1 RU2555871C1 RU2014125882/11A RU2014125882A RU2555871C1 RU 2555871 C1 RU2555871 C1 RU 2555871C1 RU 2014125882/11 A RU2014125882/11 A RU 2014125882/11A RU 2014125882 A RU2014125882 A RU 2014125882A RU 2555871 C1 RU2555871 C1 RU 2555871C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- toroidal
- coating
- rigid bumper
- elastic
- vehicle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Vibration Dampers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к ударозащитным устройствам в области транспортной техники, и может быть использовано в легковых автомобилях для обеспечения безопасности участников дорожно-транспортного происшествия (ДТП).The invention relates to the automotive industry, and in particular to shockproof devices in the field of transport equipment, and can be used in cars to ensure the safety of participants in a road accident.
Из уровня техники известны ударозащитные устройства, состоящие либо:The prior art known shockproof devices, consisting either of:
- из комбинации «бамперный брус - покрытие - упругодемпфирующая связь с рамой транспортного средства (ТС)», например, по патенту на изобретение (RU 2133679, B60R 19/28, опубл. 27.07.1999);- from the combination "bumper beam - coating - elastic-damping connection with the frame of the vehicle (TC)", for example, according to the patent for the invention (RU 2133679, B60R 19/28, publ. 07.27.1999);
- по отдельности - жесткий бамперный брус, покрытый эластичным материалом; жесткий брус без покрытия, но связанный упругодемпфирующей связью с рамой ТС по патентам (US 3841683, B60R 19/10 опубл. 15.10.1974; GB 1370267, B60R 19/00, опубл. 16.10.1974; FR 2159931, B60R 19/00, опубл. 22.06.1973);- individually - a rigid bumper bar covered with elastic material; rigid bar without coating, but connected by an elastic-damping connection with the frame of the vehicle according to the patents (US 3841683, B60R 19/10 publ. 10/15/1974; GB 1370267, B60R 19/00, publ. 10/16/1974; FR 2159931, B60R 19/00, publ. 06/22/1973);
- ударозащитные бампера с использованием магнитоактивных эластомеров в качестве элементов демпфирования по патентам (US 5971451, B60R 19/02, опубл. 26.10.1999; RU 2424133, B60R 19/26, F16F 9/53, 20.07.2011; RU 2514999, B60R 19/02, B60R 19/30, опубл. 10.05.2014) и международная заявка на изобретение (WO 2009/088974 А1, опубл. 16.07.2009);- shockproof bumpers using magnetoactive elastomers as damping elements according to patents (US 5971451, B60R 19/02, publ. 10.26.1999; RU 2424133, B60R 19/26, F16F 9/53, 07.20.2011; RU 2514999, B60R 19 / 02, B60R 19/30, publ. 05/10/2014) and the international application for invention (WO 2009/088974 A1, publ. 16.07.2009);
- ударозащитные бампера ТС имеющие различные оболочечные формы жесткого бамперного бруса по патентам: DE 19849358, B60R 19/18, опубл. 05.11.2000, (В-образная форма), DE 19847743, B60R 19/02, опубл. 20.04.2000, (Y-образная форма), патент JP 2844555, опубл. 10.04.1994 (О-образная форма) и т.п. и демпфирующие элементы в виде цилиндрических оболочек (патент JP 3007744, опубл. 28.02.1995).- shock-proof TS bumpers having various shell forms of a rigid bumper beam according to patents: DE 19849358, B60R 19/18, publ. 11/05/2000, (B-shaped), DE 19847743, B60R 19/02, publ. 04/20/2000, (Y-shaped), patent JP 2844555, publ. 04/10/1994 (O-shaped), etc. and damping elements in the form of cylindrical shells (patent JP 3007744, publ. 02.28.1995).
К недостаткам вышеперечисленных конструкций ударозащитных устройств ТС относится:The disadvantages of the above structures shock protection devices TS include:
- низкая эффективность защиты как пешехода во время столкновения с ТС, так и автомобиля (водителя) при ударе о препятствие;- low efficiency of protection as a pedestrian during a collision with a vehicle, and a car (driver) when hitting an obstacle;
- технически сложные конструкции;- technically complex structures;
- ни один из них не включает в себя в полной степени достоинства других вышеприведенных вариантов;- none of them fully includes the merits of the other options above;
- не используют преимуществ торообразных форм оболочек.- do not use the advantages of toroidal shell shapes.
За прототип настоящего изобретения принято ударозащитное устройство ТС, содержащее поперечный жесткий бамперный брус с закрепленными на нем для соединения с рамой ТС упругими элементами в виде вставок-креплений, выполненных из магнитоактивных эластомеров (МАЭ) и покрытых слоем эластичного, восстанавливаемого, после снятия ударной нагрузки, материала также из МАЭ по патенту на изобретение (RU 2424133, B60R 19/26, F16F 9/53, 20.07.2011);The prototype of the present invention is taken to be a shock-proof device TS containing a transverse rigid bumper beam with elastic elements fixed to it for connecting to the frame of the vehicle in the form of insert-mountings made of magnetically active elastomers (MAE) and coated with a layer of elastic, restored after removing the shock load, material also from the MAE according to the patent for the invention (RU 2424133, B60R 19/26, F16F 9/53, 07/20/2011);
Недостатком конструкции по прототипу является сложность конструкции, использование дорогостоящих смарт-материалов и, в частности, технически сложные устройства по наведению внешнего электромагнитного поля, а также отсутствие торообразности жесткого бамперного бруса и возможности овализации его поперечного сечения, что увеличивает его жесткость при изгибных деформациях и, как следствие, не позволяет эффективно снижать силу удара.The disadvantage of the design of the prototype is the complexity of the design, the use of expensive smart materials and, in particular, technically sophisticated devices for inducing an external electromagnetic field, as well as the absence of toroidality of a rigid bumper beam and the possibility of ovalization of its cross section, which increases its rigidity under bending deformations and, as a result, it is not possible to effectively reduce the impact force.
Задача предложенного изобретения заключается в повышении эффективности защиты как пешехода во время столкновения с ТС, так и автомобиля (водителя) при ударе о препятствие, путем создания ударозащитного устройства, обладающего простой конструкцией, конструктивные элементы которой позволяют в максимально возможной степени реализовывать прочностные и жесткостные параметры, не прибегая к использованию дорогостоящих смарт-материалов и сложных устройств по наведению внешнего электромагнитного поля, а также легкостью в ремонте.The objective of the proposed invention is to improve the protection of both a pedestrian during a collision with a vehicle, and a car (driver) when hitting an obstacle, by creating a shock-proof device with a simple structure, the structural elements of which allow to realize the strength and stiffness parameters as much as possible, without resorting to the use of expensive smart materials and complex devices for inducing an external electromagnetic field, as well as ease of repair.
Поставленная задача по предлагаемому изобретению осуществляет пассивную систему демпфирования ударной нагрузки при достаточной простоте конструкции и реализуется следующим образом, ударозащитное устройство, преимущественно для легкового автомобиля, содержит поперечный жесткий бамперный брус, имеющий упруговязкое покрытие из эластомерного материала и вставки-крепления поперечного жесткого бамперного бруса к лонжерону транспортного средства, согласно изобретению отличие состоит в том, что оно выполнено в виде составной торообразной оболочечной конфигурации ее основных элементов: упруговязкого покрытия, поперечного жесткого бамперного бруса и вставки-крепления бамперного бруса к лонжерону транспортного средства, при этом поперечное сечение торообразного жесткого бамперного бруса (например, в виде овалов Кассини) и торообразная оболочка упруговязкого покрытия из эластомерного материала (форма поперечного сечения может быть простой или составной, например, в виде цилиндров или овалов Кассини) выполнены овальной формы, причем форма бамперного бруса сочетает участки с положительной и отрицательной гауссовой кривизной срединной поверхности, а сам бамперный брус опирается на торообразные вставки-крепления (например, интегрированные в лонжерон ТС) в виде катеноида с отрицательной гауссовой кривизной срединной поверхности, которые установлены параллельно продольной оси ТС, а также могут быть установлены и под небольшим углом, не более 5°, в направлении продольной оси ТС, что способствует, кроме эффективного восприятия ударной нагрузки (вблизи краев гонких торообразных оболочек возникает концентрация изгибных напряжений и значительные нормальные напряжения), расклиниванию в катеноиде, а это позволяет эффективно уменьшать жесткость конструкции по сравнению с наиболее распространенными в автомобильной промышленности цилиндрическими ударопоглощающими вставками-креплениями.The object of the invention provides a passive shock damping system with sufficient design simplicity and is implemented as follows, a shock-proof device, mainly for a passenger car, contains a transverse rigid bumper bar having an elastic-viscous coating of elastomeric material and an insert-mount transverse rigid bumper bar to the spar vehicle, according to the invention, the difference is that it is made in the form of a composite toroid the shell configuration of its main elements: an elastic-viscous coating, a transverse rigid bumper beam and an insert-attachment of the bumper beam to the vehicle side member, while the cross section of a toroidal rigid bumper beam (for example, in the form of Cassini ovals) and a toroidal shell of an elastic-viscous coating of elastomeric material ( the cross-sectional shape can be simple or composite, for example, in the form of cylinders or Cassini ovals) made oval, and the shape of the bumper beam combines joints with positive and negative Gaussian curvature of the median surface, and the bumper bar itself is supported by toroidal insert-attachments (for example, integrated into the vehicle spar) in the form of a catenoid with a negative Gaussian curvature of the median surface, which can also be installed parallel to the longitudinal axis of the TC, and can also be installed and at a small angle, not more than 5 °, in the direction of the longitudinal axis of the vehicle, which contributes, in addition to the effective perception of shock load (near the edges of racing toroidal shells, a concent tion of bending stresses and significant normal voltage) wedging a catenoid, and it can effectively reduce the rigidity as compared with the most common in the automotive industry-cylindrical shock-absorbing inserts fasteners.
Кроме того, еще отличия состоят в том, что:In addition, another difference is that:
- торообразная оболочка упруговязкого покрытия и торообразный жесткий бамперный брус в поперечном сечении могут иметь форму овалов Кассини;- the toroidal shell of the viscoelastic coating and the toroidal rigid bumper bar in cross section may be in the form of Cassini ovals;
- торообразная оболочка упруговязкого покрытия жесткого бамперного бруса может быть выполнена в виде слоистой конструкции, состоящей из чередующихся слоев, например резинового слоя с металлической сеткой;- the toroidal shell of the viscoelastic coating of the rigid bumper beam can be made in the form of a layered structure consisting of alternating layers, for example, a rubber layer with a metal mesh;
- торообразная оболочка упруговязкого покрытия жесткого бамперного бруса может состоять из нескольких оболочек, работающих как единое целое; торообразная оболочка упруговязкого покрытия может быть покрыта легким и прочным тканевым синтетическим материалом, содержащим армирующие волокна полипарафенилентерефталамида, например кевлар, тварон и номекс;- the toroidal shell of the viscoelastic coating of the rigid bumper bar may consist of several shells working as a whole; the toroidal shell of the viscoelastic coating can be coated with a light and durable fabric synthetic material containing reinforcing fibers of polyparaphenylene terephthalamide, for example Kevlar, Twaron and Nomex;
- торообразный жесткий бамперный брус может быть выполнен из упруговязкого композиционного материала, например стеклопластика, с креплением к лонжерону типа рессоры и реализующим упругую связь между ними;- a toroidal rigid bumper bar can be made of an elastically viscous composite material, for example fiberglass, with fastening to a spring spar and realizing an elastic connection between them;
- формы тороидальных оболочек жесткого бамперного бруса и упруговязкого покрытия могут быть выполнены отличными друг от друга по форме.- the shape of the toroidal shells of the rigid bumper beam and the viscoelastic coating can be made different from each other in shape.
- в некоторых из оболочек жесткого бамперного бруса и вставок-креплений предусмотрены отверстия или вырезы.- holes or cutouts are provided in some of the shells of the rigid bumper beam and the insert-fasteners.
Упруговязкий эластомерный материал первой из составных торообразных оболочек, крепящийся на жестком бамперном брусе ТС и выполняющий роль покрытия, способен как накапливать энергию удара, так и рассеивать ее. Торообразная форма эластомерного покрытия обеспечивает наиболее оптимальные жесткостные параметры и наиболее оптимальное снижение энергии упруговязких деформаций при столкновении с препятствием, а также последующее распределение и передачу ударной нагрузки на жесткий бамперный брус, кроме того, сочетание участков с положительной и отрицательной кривизной дает снижение изгибной жесткости для последнего.The viscoelastic elastomeric material of the first of the composite toroidal shells, mounted on a rigid bumper bar of the TS and acting as a coating, is capable of both accumulating impact energy and dissipating it. The toroidal shape of the elastomeric coating provides the most optimal stiffness parameters and the most optimal reduction in the energy of viscoelastic deformations in a collision with an obstacle, as well as the subsequent distribution and transfer of shock loads to a rigid bumper bar, in addition, the combination of sections with positive and negative curvature gives a decrease in bending stiffness for the latter .
Торообразная форма жесткого бамперного бруса, овальная форма его поперечного сечения и его кривизна в сравнении, например, с прямым брусом уменьшает его жесткость при изгибных нагрузках и способствует увеличению энергии упруговязких деформаций, что приводит к более эффективному снижению энергии упруговязких деформаций при столкновении ТС с препятствием.The toroidal shape of a rigid bumper beam, the oval shape of its cross section and its curvature in comparison, for example, with a straight beam reduces its rigidity under bending loads and contributes to an increase in the energy of elastic-viscous deformations, which leads to a more effective decrease in the energy of elastic-viscous deformations when a vehicle collides with an obstacle.
Кроме того, торообразность оболочечных конструкций позволяет в определенной степени экономить материал. Например, при следующих размерах катеноида: верхний радиус R=5,4 см, нижний радиус r=5,25 см, высота Н=8 см, применение вставки-катеноида по сравнению со вставкой-цилиндром аналогичными габаритами R×H дает экономию материала в 10% при одинаковой толщине стенки h.In addition, the toroidal nature of the shell structures allows to a certain extent to save material. For example, with the following dimensions of the catenoid: upper radius R = 5.4 cm, lower radius r = 5.25 cm, height H = 8 cm, the use of a catenoid insert compared to a cylinder insert with similar dimensions R × H gives material savings in 10% at the same wall thickness h.
Другое отличие состоит в том, что торообразное эластомерное покрытие бамперного бруса может представлять собой слоистую амортизирующую конструкцию с чередующимися резиновыми слоями с металлической сеткой, что, как известно из литературных источников и, в частности, из области вертолетостроения, способствует снижению ударных волн.Another difference is that the toroidal elastomeric coating of the bumper bar can be a layered shock-absorbing structure with alternating rubber layers with a metal mesh, which, as is known from literature and, in particular, from the field of helicopter engineering, helps to reduce shock waves.
Другое отличие состоит в том, что торообразная оболочка упруговязкого покрытия жесткого бамперного бруса может состоять из нескольких оболочек, работающих как единое целое, что обеспечивает повышение прочности за счет снижения внутренних механических напряжений и обеспечивает лучшую ремонтопригодность при повреждениях покрытия (пояснение к п. 4 формулы изобретения).Another difference is that the toroidal shell of the viscoelastic coating of the rigid bumper beam can consist of several shells working as a whole, which provides increased strength by reducing internal mechanical stresses and provides better maintainability in case of damage to the coating (explanation of
Другое отличие состоит в том, что торообразная оболочка упруговязкого покрытия покрыта прочным тканевым синтетическим материалом, содержащим армирующие волокна полипарафенилентерефталамида, например кевлар, тварон, номекс, что обеспечивает целостную работу всех составляющих покрытия. Кроме того, многослойная конструкция увеличивает долговременную прочность: согласно справочным данным, предел прочности кевлара в 5 раз больше конструкционной стали, которая, в свою очередь, на порядок прочнее пластмасс, применяемых в современных бамперах автомобилей (пояснение к п. 5 формулы изобретения).Another difference is that the toroidal shell of the viscoelastic coating is coated with a durable synthetic fabric material containing reinforcing fibers of polyparaphenylene terephthalamide, for example Kevlar, Twaron, Nomex, which ensures the integral operation of all coating components. In addition, the multilayer structure increases long-term strength: according to reference data, the Kevlar tensile strength is 5 times greater than structural steel, which, in turn, is an order of magnitude stronger than the plastics used in modern car bumpers (explanation to claim 5 of the claims).
Другое отличие состоит в том, что торообразный жесткий бамперный брус может быть выполнен из упруговязкого композиционного материала, например стеклопластика, с креплением к лонжерону типа рессоры, и реализующим упругую связь между ними. Как известно из литературных источников, стеклопластик легче и прочнее конструкционной стали, обладает лучшей коррозионной стойкостью, а энергия деформаций, накопленных до разрушения, у стеклопластика больше. Рессорное крепление, подобное равнопрочной по длине балке равного сопротивления изгибу, обеспечивает как экономию материала (облегчение веса конструкции), так и преимущества чистого изгиба при деформации (пояснение к п. 6 формулы изобретения).Another difference is that the toroidal rigid bumper beam can be made of an elastic-viscous composite material, for example fiberglass, with fastening to the spar of the spring type, and realizing an elastic connection between them. As is known from literature, fiberglass is lighter and stronger than structural steel, has better corrosion resistance, and the energy of deformations accumulated before fracture is higher for fiberglass. A spring mount similar to a beam of equal strength along the length of equal bending resistance provides both material saving (lightening the structure weight) and the advantages of pure bending during deformation (explanation to claim 6 of the claims).
Другое отличие состоит в том, что торообразные вставки-крепления, соединяющие бамперный брус с лонжеронами ТС, установлены не строго в направлении продольной оси ТС, а под небольшим углом (не более 5°). Расклинивание создает в тороидальных узлах конструкций крепления и бампера значительные сжимающие и растягивающие напряжения, которые пропорциональны величине α-1 - угла касательной к поверхности тороидальной оболочки. При этом наиболее полно, в сравнении с наиболее распространенными в автомобилестроении цилиндрическими узлами, обеспечивается увеличение долговременной динамической прочности бампера ТС и автоматически снижается сила удара (при одинаковой величине ударного импульса).Another difference is that the toroidal insert-fasteners connecting the bumper bar with the vehicle spars are installed not strictly in the direction of the longitudinal axis of the vehicle, but at a small angle (not more than 5 °). The wedging creates significant compressive and tensile stresses in the toroidal nodes of the fastener and bumper structures, which are proportional to the value of α -1 - the angle of the tangent to the surface of the toroidal shell. In this case, the most complete, in comparison with the most common cylindrical assemblies in the automotive industry, is an increase in the long-term dynamic strength of the vehicle bumper and the impact force is automatically reduced (with the same value of the shock pulse).
Еще одно отличие состоит в том, что в некоторых из слоев жесткого бамперного бруса и вставок-креплений возможны отверстия или вырезы такой формы и таких размеров, при которых прочность конструкции значительно не снижается и не возникает существенная концентрация напряжений, но при этом отверстия или вырезы уменьшают вес конструкции. Например, меридиональные вырезы (отверстия) в торообразной вставке-креплении обеспечивают снижение силы удара при одинаковом ударном импульсе (пояснение к п. 9 формулы изобретения).Another difference is that in some of the layers of the rigid bumper beam and insert-fasteners, holes or cuts of such a shape and size are possible that the strength of the structure does not significantly decrease and there is no significant stress concentration, but the holes or cuts decrease construction weight. For example, meridional cuts (holes) in a toroidal insert-mount provide a reduction in impact force with the same shock impulse (explanation to paragraph 9 of the claims).
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается: в наиболее рациональном снижении энергии упруговязких деформаций в процессе соударения ТС за счет использования тороидальных оболочечных элементов оптимизирующих жесткостные параметры конструкции, простоте предлагаемой конструкции и экономии материала при ее изготовлении; при этом обеспечивается как сохранность конструкции бампера при малых скоростях соударения (сохраняя товарный вид автомобиля), так и эффективное энергопоглощение при более высоких скоростях (повышая пассивную безопасность ТС и обеспечивая безопасность водителя/пассажиров), а также травмобезопасность для пешехода и иного объекта соударения (снижая тяжесть потенциальных увечий/повреждений).The technical result achieved by using the invention is: the most rational reduction of the energy of viscoelastic deformations in the process of collision of the vehicle due to the use of toroidal shell elements optimizing the rigidity of the structure, the simplicity of the proposed structure and material saving in its manufacture; this ensures both the safety of the bumper design at low impact speeds (preserving the vehicle’s presentation) and efficient energy absorption at higher speeds (increasing the passive safety of the vehicle and ensuring the safety of the driver / passengers), as well as the safety of pedestrians and other objects of impact (reducing severity of potential injury / damage).
Предлагаемое ударозащитное устройство иллюстрируется чертежами, на которых изображено:The proposed shockproof device is illustrated by drawings, which depict:
фиг. 1 - составная конструкция ударозащитного устройства в разрезе (вид сверху) с торообразными упруговязкими вставками-креплениями, установленными параллельно направлению продольной оси ТС;FIG. 1 is a cross-sectional construction of an impact protection device (top view) with toroidal elasto-viscous insert-mountings mounted parallel to the direction of the longitudinal axis of the vehicle;
фиг. 2 - составная конструкция ударозащитного устройства в разрезе (вид сверху) с торообразными упруговязкими вставками-креплениями, установленными под небольшим углом в направлении продольной оси ТС;FIG. 2 is a cross-sectional composite structure of a shock protection device (top view) with toroidal, visco-elastic inserts-fasteners mounted at a small angle in the direction of the longitudinal axis of the vehicle;
фиг. 3 - торообразная упруговязкая вставка-крепление, общий вид;FIG. 3 - toroidal viscoelastic insert-mount, General view;
фиг. 4а - вариант сопряжений бамперного бруса ТС со вставкой-креплением, вид сверху;FIG. 4a is an embodiment of couplers of a vehicle bumper bar with an insert-mount, top view;
фиг. 4б - вариант сопряжений жесткого бамперного бруса ТС со вставкой-креплением, продольное сечение;FIG. 4b is an embodiment of conjugations of a rigid bumper bar of a vehicle with an insert-mount, longitudinal section;
фиг. 5 - составная конструкция ударозащитного устройства, поперечный разрез по вставке-креплению;FIG. 5 is a composite structure of a shock-proof device, a cross-section through an insert-mount;
фиг. 6 - варианты форм овализации эластомерного торообразного покрытия;FIG. 6 - variants of ovalization forms of an elastomeric toroidal coating;
фиг. 7 - возможные формы овализации поперечного сечения жесткого бамперного бруса ТС;FIG. 7 - possible forms of ovalization of the cross section of a rigid bumper beam TS;
фиг. 8 - график восприятия ударной нагрузки ТС.FIG. 8 is a graph of perception of shock load of the vehicle.
Ударозащитное устройство ТС содержит: поперечный жесткий бамперный брус 1 в виде торообразной криволинейной оболочки сочетающей участки с положительной и отрицательной гауссовой кривизной срединной поверхности, поперечное сечение которой имеет форму овалов Кассини с закрепленным на нем упруговязким, восстанавливаемым после удара покрытием 2 из эластомерного материала, причем покрытие имеет также форму торообразной оболочки, поперечное сечение которой имеет овальную форму, в частности овалы Кассини, а тыльная часть жесткого бамперного бруса 1 прикреплена посредством вставок-креплений 3, имеющих форму катеноида к лонжерону 4 рамы автомобиля, при этом вставки-крепления 3 достаточно податливы и выполнены из упруговязкого материала, например технической резины или тому подобных эластомеров; причем торообразная вставка-крепление с отрицательной Гауссовской кривизной срединной поверхности может быть установлена под небольшим углом к продольной оси ТС и при ударе помимо вышеуказанных свойств способна как расклиниваться сама, так и расклинивать лонжерон ТС.The shock-proof device TS contains: a transverse
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При соударении ТС с каким-либо препятствием (на небольших скоростях, не более 8-16 км/час) упруговязкое покрытие 2 жесткого бамперного бруса 1 деформируется, смягчая последствия удара, например, для пешехода (иного объекта соударения), далее жесткий бамперный брус 1 воспринимает полученную ударную нагрузку (как локально сосредоточенную, так и распределенную по какой-либо части бампера) и распределяет ее равномерно по всей фронтальной плоскости передней части автомобиля (передавая на лонжероны 4 и далее на решетку безопасности кузова), при этом в процесс снижения последствий соударения включается специфическая форма поперечного сечения, благодаря которой происходит увеличение энергии упруговязких деформаций, как результат снижения жесткости всей конструкции предлагаемой пассивной системы демпфирования.When a vehicle collides with an obstacle (at low speeds, no more than 8-16 km / h), the elastic-
При достаточно значительной силе удара (превышает вышеуказанный диапазон скоростей) нагрузка, воспринятая упруговязким покрытием ,2 передается на жесткий бамперный брус 1, который включается в процесс снижения последствий соударения и, благодаря своей форме сечения (имеет при изгибных деформациях значительно меньшую жесткость), более оптимально распределяет ударную нагрузку по всей конструкции бампера за счет наличия покрытия и овализации формы бруса и далее передает усилия на упруговязкую вставку-крепление 3 с отрицательной гауссовой кривизной срединной поверхности, которая кроме эффективного восприятия ударной нагрузки (вблизи краев тонких торообразных оболочек возникает концентрация изгибных напряжений и значительные нормальные напряжения) расклинивается в катеноиде, что также позволяет эффективно оптимизировать жесткость конструкции и снижать (демпфировать или рассеивать) ударный импульс.With a sufficiently significant impact force (exceeds the above speed range), the load perceived by the elastic-
При фронтальном столкновении (на небольших скоростях до 8-16 км/час - диапазон парковки, езды в пробках и т.п.), деформации элементов конструкции автомобиля малы, поэтому упруговязкое покрытие 2 бамперного бруса 1 и упруговязкая вставка-крепление 3 деформируются таким образом, что сохраняется товарный вид как автомобиля, так и объекта соударения (например, ограждения или другого автомобиля), минимизирует травмируемость пешехода.In a frontal collision (at low speeds up to 8-16 km / h - the range of parking, driving in traffic jams, etc.), deformations of the structural elements of the car are small, therefore the visco-
После соударения упруговязкое покрытие 2 бамперного бруса 1, равно как и упруговязкая вставка-крепление, 3 могут восстановить свои первоначальные формы, чтобы обеспечить как товарный вид автомобиля, так и функциональность конструкции бампера ТС.After the collision, the
При фронтальном столкновении на более значительных скоростях в работу по отнятию энергии включается не только сам торообразный жесткий бамперный брус 1, но и упругая-вязкая связь бамперного бруса с лонжероном ТС в виде торообразных вставок-креплений 3. Их общая деформация, отнимая основную часть энергии удара, положительно влияет уже на безопасность самого ТС и находящихся в нем людей.In a frontal collision at more significant speeds, not only the toroidal
Как известно, при ударной нагрузке на бамперный брус ТС изменение жесткости (при одинаковом внешнем ударном импульсе ) определяется временем, затрачиваемым на его деформирование. Жесткость бруса существенно зависит от изгибных деформаций поперечных сечений. Предварительная овализация увеличивает время, затрачиваемое на восприятие ударной нагрузки, и при одинаковом внешнем ударном импульсе автоматически снижает силу удара.As you know, when the shock load on the bumper bar of the vehicle changes in stiffness (with the same external shock impulse ) is determined by the time spent on its deformation. The stiffness of the beam significantly depends on the bending deformations of the cross sections. Preliminary ovalization increases the time taken to perceive the shock load, and with the same external shock impulse automatically reduces the force of impact.
Расчетными и экспериментальными методами установлено, что овализация криволинейного участка бруса при внешней ударной изгибающей нагрузке на 10-12% приводит к снижению изгибной жесткости в 1,6÷1,7 раза. При выборе рациональной формы как поперечного сечения жесткого бамперного бруса, так и вставки-крепления в итерационном алгоритме поиска геометрических параметров кривой срединной поверхности на каждом этапе численного эксперимента в качестве критерия оптимальности принимают функционал энергии упругих деформаций единичного участка бруса в зоне максимальных изгибных напряжений (без учета сдвиговых деформаций):It has been established by calculation and experimental methods that ovalization of a curved section of a bar with an external impact bending load of 10-12% leads to a decrease in bending stiffness by 1.6 ÷ 1.7 times. When choosing a rational form of both the cross section of a rigid bumper beam and the insert-attachment in the iterative algorithm for searching for geometric parameters of the curve of the middle surface at each stage of the numerical experiment, the energy functional of elastic strains of a single section of the beam in the zone of maximum bending stresses is taken as the optimality criterion (excluding shear deformations):
ξ1, ξ2, - изменения главной кривизны срединной поверхности в меридиональном и окружном направлениях соответственно;ξ 1 , ξ 2 , are the changes in the main curvature of the middle surface in the meridional and circumferential directions, respectively;
τ - деформации кручения;τ — torsion strain;
µ - коэффициент Пуассона;µ is the Poisson's ratio;
h - толщина стенки оболочки;h is the wall thickness of the shell;
A1, A2 - параметры Лямэ;A 1 , A 2 - Lame parameters;
α1 ,α2 - криволинейные координаты срединной поверхности.α 1 , α 2 - curvilinear coordinates of the middle surface.
Изменяя главные кривизны катеноида, как видно из вышеприведенной формулы, можно получить оптимум (требуемое для конструкции значение) снижения величины энергии упруговязких деформаций.By changing the main curvatures of the catenoid, as can be seen from the above formula, it is possible to obtain the optimum (the value required for the structure) decrease in the energy of elastic-viscous deformations.
Как известно, для балки, симметрично нагруженной и шарнирно закрепленной по краям, величина прогиба определяется по формуле:As you know, for a beam symmetrically loaded and pivotally attached at the edges, the deflection value is determined by the formula:
где: Where:
F - действующая нагрузка;F is the current load;
l - длина участка балки между опорами;l is the length of the beam section between the supports;
Е - модуль Юнга материала балки;E is the Young's modulus of the beam material;
J - осевой момент инерции поперечного сечения балки.J is the axial moment of inertia of the cross section of the beam.
Осевой момент инерции для круга (см. фиг. 7): осевые моменты инерции для эллипса: овалы Кассини описывает плоская алгебраическая кривая четвертого порядка, уравнение которой в прямоугольных декартовых координатах имеет вид: (х2+у2)2-2с(х2-у2)=а4-с4, причем в рассматриваемых нами случаях сечения должны удовлетворять соотношению для параметров(а при соотношениях как известно, имеет место обычный овал).Axial moment of inertia for a circle (see Fig. 7): axial moments of inertia for an ellipse: Cassini ovals are described by a fourth-order plane algebraic curve, the equation of which in rectangular Cartesian coordinates has the form: (x 2 + y 2 ) 2 -2s (x 2 -y 2 ) = a 4 -s 4 , and in the cases under consideration, the sections must satisfy relation for parameters (and with the relations as you know, there is a regular oval).
С другой стороны, экспериментально установлено и статистически подтверждено многочисленными исследованиями, что восприятие ударной нагрузки ТС происходит ступенчато в соответствии с вышеприведенным графиком (см. фиг. 8). Следует отметить, что, например, сравнивая сечения в форме кругового (D=5 см, h=5 мм) и овального колец (овализация порядка 10%) одинакового периметра и толщины стенки, т.е. при одинаковом расходе материала, достигается изменение жесткости порядка в 1,5 раз. Поскольку жесткость , то видно, что овализация поперечного сечения за счет варьирования параметрами, входящими в формулу момента инерции, приводит к уменьшению жесткости при одинаковом расходе материала.On the other hand, it has been experimentally established and statistically confirmed by numerous studies that the perception of the shock load of the vehicle occurs stepwise in accordance with the above graph (see Fig. 8). It should be noted that, for example, comparing sections in the form of circular (D = 5 cm, h = 5 mm) and oval rings (ovalization of the order of 10%) of the same perimeter and wall thickness, i.e. with the same material consumption, a change in rigidity of the order of 1.5 times is achieved. Since stiffness , it can be seen that ovalization of the cross section due to variation in the parameters included in the formula of the moment of inertia leads to a decrease in stiffness at the same material consumption.
Таким образом, ударозащитное устройство транспортного средства составной торообразной оболочечной конфигурации представляет собой простую, экономичную, пассивную систему демпфирования и реализует максимальное снижение энергии упруговязких деформаций при столкновении автомобиля, обеспечивая травмобезопасность для водителя, пассажиров и пешеходов в случае ДТП.Thus, the shock-proof device of a vehicle with a composite toroidal shell configuration is a simple, economical, passive damping system and implements the maximum reduction in the energy of elastic-viscous deformations in a car collision, ensuring injury safety for the driver, passengers and pedestrians in the event of an accident.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125882/11A RU2555871C1 (en) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Impact protection device of vehicle with passive damping system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125882/11A RU2555871C1 (en) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Impact protection device of vehicle with passive damping system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2555871C1 true RU2555871C1 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538585
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014125882/11A RU2555871C1 (en) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Impact protection device of vehicle with passive damping system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2555871C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU175120U1 (en) * | 2016-11-24 | 2017-11-21 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Crashbox of a vehicle with an oval base and in the shape of a catenoid |
CN114030437A (en) * | 2021-11-30 | 2022-02-11 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | Negative Gaussian curvature curved surface energy absorption structure |
RU209347U1 (en) * | 2021-02-11 | 2022-03-15 | Владимир Викторович Богданов | Shock-absorbing device for motor vehicles with composite sections in the form of a catenoid |
RU226361U1 (en) * | 2023-08-28 | 2024-05-31 | Игорь Сергеевич Чабунин | COMPOSITE IMPACT ABSORBING DEVICE FOR MOTOR TRANSPORT EQUIPMENT WITH THREE PARTS IN THE FORM OF A CATENOID |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2346188A1 (en) * | 1976-03-29 | 1977-10-28 | Budd Co | MOTOR VEHICLE BUMPER SPRING |
FR2368648A2 (en) * | 1976-10-22 | 1978-05-19 | Du Pont | Energy absorbing device, e.g. automobile bumper - has sinusoidal grooves and is of terpolymer of ethylene!-propylene!-1,4-hexadiene |
DE19721608A1 (en) * | 1997-05-23 | 1998-11-26 | Daimler Benz Ag | Energy absorbing element |
WO2008147276A1 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Gestamp Hardtech Ab | A bumper beam |
RU2424133C1 (en) * | 2010-03-26 | 2011-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет "МАМИ" | Automotive shockproof device with controlled damping system built around magnetically active elastomers |
-
2014
- 2014-06-26 RU RU2014125882/11A patent/RU2555871C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2346188A1 (en) * | 1976-03-29 | 1977-10-28 | Budd Co | MOTOR VEHICLE BUMPER SPRING |
FR2368648A2 (en) * | 1976-10-22 | 1978-05-19 | Du Pont | Energy absorbing device, e.g. automobile bumper - has sinusoidal grooves and is of terpolymer of ethylene!-propylene!-1,4-hexadiene |
DE19721608A1 (en) * | 1997-05-23 | 1998-11-26 | Daimler Benz Ag | Energy absorbing element |
WO2008147276A1 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Gestamp Hardtech Ab | A bumper beam |
RU2424133C1 (en) * | 2010-03-26 | 2011-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет "МАМИ" | Automotive shockproof device with controlled damping system built around magnetically active elastomers |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU175120U1 (en) * | 2016-11-24 | 2017-11-21 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Crashbox of a vehicle with an oval base and in the shape of a catenoid |
RU209347U1 (en) * | 2021-02-11 | 2022-03-15 | Владимир Викторович Богданов | Shock-absorbing device for motor vehicles with composite sections in the form of a catenoid |
CN114030437A (en) * | 2021-11-30 | 2022-02-11 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | Negative Gaussian curvature curved surface energy absorption structure |
CN114030437B (en) * | 2021-11-30 | 2024-01-19 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | Negative Gaussian curvature curved surface energy absorption structure |
RU226361U1 (en) * | 2023-08-28 | 2024-05-31 | Игорь Сергеевич Чабунин | COMPOSITE IMPACT ABSORBING DEVICE FOR MOTOR TRANSPORT EQUIPMENT WITH THREE PARTS IN THE FORM OF A CATENOID |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4004924B2 (en) | Bumper device for vehicle | |
CN106458119B (en) | Car body crashworthiness structure | |
JP2011513105A5 (en) | ||
US9132793B2 (en) | Front end for a motor vehicle | |
RU2555871C1 (en) | Impact protection device of vehicle with passive damping system | |
CN205044684U (en) | A buffer stop for car body | |
CN109440690A (en) | A kind of road safety cushion guardail device | |
CN208359887U (en) | A kind of anti-collision automobile door | |
CN201457278U (en) | Flexible cushioning device against mechanical impact of automobile | |
CN204712998U (en) | Collision of motor-driven vehicles shock absorber | |
CN104827995A (en) | Collision buffering device for motor vehicle | |
KR101664042B1 (en) | Front side member for vehicle | |
RU2424133C1 (en) | Automotive shockproof device with controlled damping system built around magnetically active elastomers | |
US9493134B2 (en) | Motor vehicle rollover protection device and method | |
KR102592572B1 (en) | Guard rail | |
CN211107282U (en) | Reusable automobile tail anti-collision device | |
US10822111B2 (en) | System for protecting an aircraft against hard landings | |
CN110228437B (en) | A vehicle collision energy dissipation device | |
CN205737368U (en) | A kind of front anticollision beam of automobile | |
CN105365722A (en) | Ball type energy absorption buffering automobile bumper | |
CN2936847Y (en) | Vehicle buffer collision device | |
RU2620145C1 (en) | Adaptive vehicle seat with active back and headrest | |
CN2463237Y (en) | Hydraulic buffer anticollision device for vehicle | |
CN2835003Y (en) | Energy-saving and -consuming type anti-collision device for automobile | |
CN217672518U (en) | Aluminum alloy automobile anti-collision beam |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170627 |