кузов автомобиля повышенной безопасности

Формула изобретения

Кузов автомобиля повышенной безопасности, содержащий трубчатый силовой каркас в виде несущей пространственной конструкции, выполненный с капсулой живучести, обладающей памятью первоначальной формы, и соединенную с каркасом армированную облицовку, выполненную из эластичного материала, по крайней мере один из слоев которого каучуковый, а также бронированные обзорные стекла, в том числе лобовое, жестко закрепленное на нем, отличающийся тем, что несущая пространственная конструкция выполнена в передней и задней частях с противоподкатной защитой, а именно с жесткими выступами перед капсулой живучести, декоративно и аэродинамически прикрытыми под облицовкой вспененным алюминием, капсула живучести выполнена из термоупругого демпфирующего титаноникелевого сплава с эффектом памяти формы, внутри полостей трубчатой силовой конструкции капсулы живучести размещены ампулизированные нагреватели химического типа, верхние поверхности корпусов двигателя и коробки передач со стороны капсулы живучести покрыты монолитной оболочкой из вспененного алюминия, корпуса двигателя и коробки передач имеют форму, плавно сужающуюся под капсулой живучести, основания пассажирских кресел соединены с силовой конструкцией капсулы живучести посредством пластических амортизаторов трубчатого профиля, выполненных из термоупругого демпфирующего титаноникелевого сплава с эффектом памяти формы, внутри трубок амортизаторов также размещены ампулизированные нагреватели химического типа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автомобильной промышленности и может быть в частности использовано в легковых, скоростных и специальных автомобилях.

Известны кузова автомобилей, содержащие каркас и армированную, эластичную облицовку, выполненную, например, из бутадиенстирольного каучука [1].

Прототипом предлагаемой конструкции является кузов автомобиля, содержащий трубчатый силовой каркас в виде несущей пространственной конструкции, выполненный с капсулой живучести, обладающей памятью первоначальной формы и соединенную с каркасом армированную облицовку, выполненную из эластичного материала, по крайней мере один из слоев которого каучуковый, а также бронированные обзорные стекла, в том числе лобовое, жестко закрепленное на нем [2].

Это решение частично решает задачу повышения пассивной безопасности пассажиров автомобиля, однако имеет следующие недостатки:

- невысокая эффективность работы трубчатого силового каркаса по самовосстановлению, вследствие отсутствия конструктивного источника тепла, необходимого для приобретения первоначальной формы после пластической деформации [3-5], что может привести к необратимому сдавливанию пассажиров;

- чрезмерная жесткость конструкции кресел, препятствующая плавному перемещению пассажиров на допустимое расстояние в сторону соударения, не снижающая опасных перегрузок на человеческое тело [6].

Задача повышения безопасности пассажиров может быть решена следующим образом.

Кузов автомобиля содержит каркас в виде трубчатой силовой пространственной конструкции, соединенную с ней армированную облицовку, выполненную из эластичного материала, по крайней мере один из слоев которого каучуковый, капсулу живучести, обладающую памятью первоначальной формы, а также бронированные обзорные стекла, в том числе лобовое, жестко закрепленное на нем, трубчатая силовая пространственная конструкция каркаса выполнена в передней и задней части с противоподкатной защитой, а именно с жесткими выступами перед капсулой живучести, которые декоративно и аэродинамически прикрыты под облицовкой вспененным алюминием, капсула живучести выполнена в виде трубчатой силовой конструкции из термоупругого демпфирующего титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы, внутри полостей трубчатой силовой конструкции капсулы размещены ампулизированные нагреватели химического типа, верхние поверхности корпусов двигателя и коробки передач со стороны капсулы живучести покрыты монолитной оболочкой из вспененного алюминия, корпуса двигателя и коробки передач имеют форму, плавно сужающуюся под капсулой живучести, основания пассажирских кресел соединены с силовой конструкцией капсулы живучести посредством пластических амортизаторов трубчатого профиля, выполненных из термоупругого демпфирующего титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы, внутри трубок амортизаторов также размещены ампулизированные нагреватели химического типа.

Сущность предлагаемого кузова автомобиля повышенной безопасности поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показан общий вид автомобиля; на фиг.2 - вид А (схема элемента капсулы живучести с ампулизированным нагревателем химического типа); на фиг.3 - схематично показан общий вид крепления пассажирского кресла.

Кузов автомобиля содержит каркас 1, армированную облицовку 2, капсулу живучести 3, обладающую памятью первоначальной формы. Каркас 1 кузова автомобиля, выполненный в виде трубчатой силовой пространственной конструкции, включает в себя раму 4, соединенную с армированной облицовкой 2, выполненной из эластичного материала, по крайней мере один из слоев которого каучуковый, а также бронированные обзорные стекла 5, в том числе лобовое, жестко закрепленное на ней. Трубчатая силовая пространственная конструкция 1 выполнена в передней и задней части с противоподкатной защитой, а именно с жесткими выступами 6 перед капсулой живучести, которые декоративно и аэродинамически прикрыты под облицовкой 2 вспененным алюминием 7, капсула живучести 3 выполнена в виде трубчатой силовой конструкции из термоупругого демпфирующего титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы, внутри полостей трубчатой силовой конструкции капсулы живучести 3 размещены ампулизированные нагреватели 8 химического типа. Ампулизированные нагреватели 8 химического типа могут состоять, например, из эластичного пакета 9 с морозоустойчивым гелеобразным раствором 10 этиленгликоля в воде, в который погружена хрупкая ампула 11 с обезвоженным гидроксидом натрия 12. Верхние поверхности корпусов двигателя и коробки передач со стороны капсулы живучести покрыты монолитной оболочкой 13 из вспененного алюминия, корпуса двигателя и коробки передач имеют форму, плавно сужающуюся под капсулой живучести. Основания 14 кресел водителя и пассажиров соединены с трубчатой силовой конструкцией капсулы живучести посредством пластических амортизаторов 18 трубчатого профиля, выполненных из термоупругого демпфирующего титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы, внутри трубок амортизаторов также размещены ампулизированные нагреватели 8 химического типа.

При дорожно-транспортном происшествии, например, лобовом столкновении, первоначальный удар на себя воспринимает бампер 15 и широкие усиленные колеса 16, которые в некоторой степени гасят часть аварийных нагрузок. Следующей линией безопасности является противоподкатная защита, а именно блок вспененного алюминия 7 и жесткий выступ 6 перед капсулой живучести 3, а также особая конструкция верхней поверхности корпусов двигателя и коробки передач, которая со стороны капсулы живучести 3 покрыта монолитной оболочкой 13 из вспененного алюминия. При смятии блока вспененного алюминия перед противоподкатной защитой корпусов двигателя и коробки передач, имеющие плавно сужающуюся форму, перемещаются под капсулу живучести 3 и не наносят вреда водителю и пассажирам. При этом удар двигателя и коробки передач о капсулу живучести 3 смягчается вспененным алюминием. Третья и основная линия безопасности является собственно капсулой живучести 3, которая временно деформируется, поглощая значительную часть ударных нагрузок. Деформация трубчатых конструкций из сплава с эффектом памяти формы ведет к смятию эластичного пакета 9 с морозоустойчивым гелеобразным раствором 10 глицерина в воде и разрушению хрупкой ампулы 11 с обезвоженным гидроксидом натрия 12. При растворении гидроксида натрия в воде выделяется 42,3 кДж/моль удельной тепловой энергии [7], достаточной для нагрева 1 кг приведенной массы деформированного элемента конструкции из сплава с эффектом памяти формы примерно на 100°С. Для сплава с эффектом памяти формы на основе, например, эквиатомной системы Ni-Ti эта температура для наиболее стабильных результатов восстановления составляет 80...110°С. Степень и скорость восстановления формы существенно зависят от степени смятия элементов трубчатой конструкции капсулы живучести и в любом случае будут достаточными для своевременного предотвращения раздавливания людей, освобождая их до прибытия аварийно-спасательной службы. Таким образом, восстановление формы трубчатой конструкции капсулы живучести обеспечивается силой термоупругости сплава, из которого она выполнена, за счет экзотермического растворения в воде гидроксида натрия. Бронированные обзорные стекла 7, жестко закрепленные на кузове 1, предотвращают какое-либо проникновение внутрь салона автомобиля. Подушки и натяжные ремни безопасности позволяют пассажирам катапультироваться несколько вперед и затем возвратиться в исходное положение, значительно уменьшая воздействие перегрузок.

В случае столкновения, происшедшего с высокой скоростью (более 56 км/час [6]), пассажирские кресла вместе с людьми, пристегнутыми натяжными ремнями, катапультируются несколько вперед. Перемещения кресел происходят за счет пластически деформируемых трубчатых амортизаторов и позволяют существенно снизить опасную перегрузку на пассажиров, не приближая их к твердым предметам салона автомобиля (рулевое колесо, например, телескопически складывается или уводится в сторону). При значительных деформациях срабатывают ампулизированные нагреватели химического типа, расположенные внутри полостей амортизаторов, и плавно отводят кресла с людьми в положение, близкое к исходному.

При других видах дорожно-транспортных происшествий, например, боковых и угловых ударах и столкновениях или в случае опрокидывания автомобиля, основную роль в безопасности играют капсула живучести и пассажирские кресла, поведение которых описано выше. Часть энергии удара при боковом воздействии принимают на себя блоки вспененного алюминия, расположенные в пустотах трубчатых силовых конструкций дверей.

Предлагаемый кузов автомобиля отличается от прототипа усовершенствованной конструкцией, обеспечивающей безопасность пассажирам при дорожно-транспортных происшествиях на скорости около 60 км/час (условия среднестатистического, реального столкновения на дороге [6]), связанных со значительным смятием салона, опасными перегрузками для людей и груза. Кроме того, предложенная конструкция, обеспечивая работу по восстановлению формы трубчатых элементов капсулы живучести, позволяет сразу же после аварии минимизировать травмы находящихся в кабине людей, облегчить их эвакуацию, снизить ущерб для груза и защитить других участников дорожного движения.

Литература

1. Заявка Франции №2098497, кл. В 62 D 29/00, 1972.

2. Глясман К.С. Кузов автомобиля. Описание патента РФ №2096231, 1997. - 6 с.

3. Костоглотов А.И., Денисов О.В., Ступаков В.Я., Шевцова Л.А. Экспериментальное исследование механических свойств титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы при повышенных температурах и пластическом кручении //Изв. ВУЗов. Естественные науки. №4, 1999. - С.24-26.

4. Денисов О.В., Мишин В.А. Устройство демпфирования колебаний объекта. Описание патента РФ №2073142, 1997. - 12 с.

5. Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М.Бернштейна/Под ред. В.А.Займовского - М.: Металлургия, 1979 - 472 с.

6. Трохачев А. Синоним защиты - VOLVO. Автомобильный транспорт №11, 2002. - С.26-29.

7. Краткая химическая энциклопедия. Т.I-V. М., "Советская энциклопедия", 1961-1967.