專利名稱：使車輛減速的方法、公路碰撞緩沖器及其能量吸收件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能安全和有效地操作以使一沖擊車輛減速的改進(jìn)了的公路碰撞緩沖器。
公路碰撞緩沖器廣泛地用來使沖擊的車輛減速，同時將減速限制到保證車輛乘客安全的水平。這類緩沖器有多種用途，沿公路旁設(shè)置，例如設(shè)在橋墩或其他障礙物之前。此外，公路碰撞緩沖器也設(shè)于停于工作區(qū)前方的遮蔽用車輛如重型卡車上。這樣的卡車保護(hù)著工作區(qū)不為離開車道的車輛闖入，同時所述的公路碰撞緩沖器在互撞時保護(hù)著沖擊的車輛與遮蔽用車輛兩者。
轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的June的美國專利5642794公開了通過支架安裝于卡車上的包括有鉸接臂的一種公路碰撞緩沖器。在此支架上設(shè)有能量吸收件，設(shè)計成能以控制方式塌縮而能使沖擊的車輛減速。
本發(fā)明針對一種改進(jìn)的公路碰撞緩沖器及其相關(guān)方法，它們由于改進(jìn)了設(shè)計的靈活性而提供了至關(guān)重要的優(yōu)點。這樣就可使碰撞緩沖器的設(shè)計者將此碰撞緩沖器施加到?jīng)_擊的車輛上的減速負(fù)荷設(shè)計成產(chǎn)生最佳的效率。本發(fā)明由后附權(quán)利要求書確定，本部分中所述任何內(nèi)部都不應(yīng)視作對這些權(quán)利要求的限制。
作為介紹，下述的這種碰撞緩沖器包括有一支架，此支架形成至少第一和第二排架，它們沿預(yù)期的沖擊方向設(shè)置成一前一后。此支架包括至少第一、第二和第三橫向架，它們沿預(yù)期的沖擊方向相互隔開，使得第一排架在第一和第二橫向架之間而第二排架在第二和第三橫向架之間。此支架還包括至少四個側(cè)架，第一與第二側(cè)架在第一排架各側(cè)上的第一和第二橫向架之間延伸，第三與第四側(cè)架在第二排架各側(cè)上的第二和第三橫向架之間延伸。每個側(cè)架又包括連接到相應(yīng)橫向架上的第一和第二側(cè)架件以及連接在此第一和第二側(cè)架件之間的鉸鏈。在這些排架的至少一個上設(shè)有至少一個能量吸收件，而在這些側(cè)架上則連接有至少兩個約束件來反抗鉸鏈的運動。
上述能量吸收件可取多種形式，在一種較佳形式中能量吸收件包括錐形的可變形片狀金屬件。各個片狀金屬件確定出一在小端和大端間延伸的縱軸線，此縱軸線一般與某些面向能量吸收件第一側(cè)的上述小端和另一些面向能量吸收件的與此第一側(cè)相對的第二側(cè)的小端對準(zhǔn)。
下面詳述的碰撞緩沖器是一種新型碰撞緩沖器的例子，它所具有的系統(tǒng)反應(yīng)分布能提供異常有效的操作，并能在符合控制規(guī)程的同時于極短的距離內(nèi)使沖擊的車輛停動。所公開的這種碰撞緩沖器的上述反應(yīng)分布的特征表現(xiàn)在它的初始部分、中間部分與最終部分。此反應(yīng)分布的減速力在其最終部分期間具有一平均值F，減速力在初始部分期間達(dá)到一顯著大于F的峰值，而減速力在中間部分期間則下降到一顯著小于F的值。這一系統(tǒng)反應(yīng)分布初始時明顯地減慢車速，然后顯著地減小或消除車輛上的減速力，最后給出一受控的減速力使車輛停動。這樣，初始時將沖擊車輛減慢到一特定的量(如12m/sec)所要求的時間與距離可最小化，而沖去的車輛很快便達(dá)到此分布的第三部分，這時沖擊車輛即按很高的平均速率，在許多場合中按高達(dá)約20G，減速。
下面的附圖和詳細(xì)說明更細(xì)致地公開了一些最佳實施形式以及它們的眾多優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的公路碰撞緩沖器的第一最佳實施形式的透視圖。
圖2是圖1的碰撞緩沖器更詳細(xì)地透視圖。
圖3、4與5分別是圖2中碰撞緩沖器的前視圖、頂視圖和側(cè)視圖。
圖6是圖2的實施形式中所包括的鉸鏈與約束件的詳圖。
圖7是本發(fā)明第二最佳實施形式的頂視圖，表明支架在沖擊中塌縮的初始階段。
圖8與9是圖7中實施形式的側(cè)視圖，表明了此碰撞緩沖器在工作時的水平位置(圖10)和在垂直的輸送/存儲位置(圖11)的情形。
圖12是圖2的實施形式的兩種變型在比較沖擊事件中減速力相對于時間的曲線圖。
圖13是適用于本發(fā)明的一種能量吸收件一部分的部件分解圖。
圖14與15分別是適用于本發(fā)明的另一種能量吸收件的可變形片狀金屬件的部分分解圖與前視圖。
圖16與17是錐狀可變形件的單向陣列的上與下透視圖。
圖18是錐狀可變形件的雙向陣列的透視圖。
圖19是多邊形錐狀可變形件的透視圖。
圖20與21分別是采用圖19的多邊形錐狀可變形件的單向陣列和雙向陣列的透視圖。
下面參考附圖，圖1示明體現(xiàn)了本發(fā)明當(dāng)前屬最佳實施形式的碰撞緩沖器10。緩沖器10借助安裝結(jié)構(gòu)18安裝于遮蔽式車輛或卡車的背部。緩沖器10包括詳述于后的支架12。支架12支承一背離卡車T的沖擊面14，同時確定出兩個支承各能量吸收件16的排架。支架12形成為自支承結(jié)構(gòu)，而能量吸收件16則設(shè)計成于沖擊中吸收能量但在碰撞緩沖器10中不起結(jié)構(gòu)作用。
圖2是碰撞緩沖器10的較詳細(xì)的透視圖，包括橫向架20、22和24以及側(cè)架26、27、28、30。為醒目起見，圖1中的沖擊面14未示于圖2中，但是此支承面14是安裝于橫向架20上。在某些實施形式中，面14可以是非結(jié)構(gòu)性的或甚至可以除去。
如圖4所示，各個側(cè)架26、27、28、30包括兩個由一對中央鉸鏈34互連的相分開的側(cè)架件32。此外，各個側(cè)架件32由另外的鉸鏈36連接到相應(yīng)的一個橫向架20、22、24之上。如圖4所示，側(cè)架件32凸向外彎曲而鉸鏈34定位成允許側(cè)架件32在沖擊時向外運動。
橫向架20、22與側(cè)架26、27形成了包括第一能量吸收件36的第一排架38。類似地，橫向架22、24與側(cè)架28、30構(gòu)成了包含第二能量吸收件16的第二排架40。這兩個能量吸收件16分別安裝于各個橫向架22、24上并從其上以懸臂形式伸出。
如圖5所示，在安裝結(jié)構(gòu)18上可以設(shè)置一或多個液壓缸52，使得支架12能在圖5和15所示的水平工作位置和圖11所示的垂直存儲/運輸位置之間旋轉(zhuǎn)。如圖4與5所示，在這些橫向架之間設(shè)有橫撐44，給沖擊之前提供穩(wěn)定性。橫撐44在以后各圖中為醒目起見均予略去。
圖6是鉸鏈34之一和相關(guān)的側(cè)架件32的局部分解透視圖。為清楚起見，所示的鉸鏈34是處于轉(zhuǎn)動位置。通常，鉸鏈34是按垂直的鉸鏈軸線取向，如圖2與4所示。
如圖6所示，每個鉸鏈34相關(guān)地設(shè)置有約束件46。在此實施例中，約束件46取螺栓48與螺母50的形式。螺栓48通過安裝塊52中的孔，此安裝塊則牢牢地定位于各相應(yīng)的側(cè)架件32之上。本實施形式中的鉸鏈34是由銷46插入孔54、55中形成。孔55可以由安裝于鉸鏈部件中之一中的套筒57形成。
當(dāng)碰撞緩沖器10處于圖1-5所示的工作位置中時，八個鉸鏈34中的每個都為相應(yīng)的約束件46保持于閉合位置。注意到鉸鏈34是這樣地定位，使得沖擊的車輛(未圖示)沿沖擊方向1(圖4)碰撞橫向架20對支架12所施加的壓力給相關(guān)的約束件施加張力。當(dāng)這些張力超過相應(yīng)螺栓48(圖6)的強(qiáng)度時，螺栓就會斷裂，使鉸鏈34松釋而向外打開，允許橫向架20、22、24相互趨近和壓迫能量吸收件16。
圖7-11涉及第二種優(yōu)選碰撞緩沖器，它在很多方向與上述的第一種碰撞緩沖器類似。對于類似的部件附以類似的標(biāo)號。圖7-10的碰撞緩沖器與上述碰撞緩沖器10的不同之處在于，安裝在第一橫向架20上的側(cè)架件32另設(shè)有輔助鉸鏈58。如圖7所示，在通常沖擊情形下，鉸鏈58保持閉合，而圖7-11的實施形式與結(jié)合圖1-6的上述實施例按相當(dāng)類似的方式工作。
如圖8與9所示，此實施形式還包括纜索60和62。纜索60連接與輔助鉸鏈58鄰接的前向側(cè)架件32相應(yīng)的一個之上。當(dāng)纜索60收緊而纜索62放松時，施加于前向側(cè)架件32的力便使輔助鉸鏈58閉合，而將第一橫向架20從第二橫向架22伸開到達(dá)圖9所示的工作位置。相反，當(dāng)纜索60松開而纜索62收緊，則第一橫向架20隨著此輔助鉸鏈的打開而拉向第二橫向架22，如圖8所示。這樣，此碰撞緩沖器的全長便減短。鉸鏈58可以由彈簧加載朝打開方向偏動以促進(jìn)其打開的運動。
纜索60、62最好這樣地連接到類似于上述的安裝結(jié)構(gòu)上，使得纜索60、62在碰撞緩沖器于圖10的水平工作位置和圖11的垂直、輸送/存儲位置間轉(zhuǎn)動時，能自動地如上所述地松緊。這樣，當(dāng)碰撞緩沖器上升到圖11的垂直位置時，纜索60便自動地松馳而纜索62則自動地收緊，使得碰撞緩沖器的行進(jìn)高度自動地縮短。相反，當(dāng)此碰撞緩沖器降低到圖10所示的工作位置時，纜索60便自動收緊而拉索62自動松釋，使第一橫向架20延伸到圖9所示的工作位置。這樣，碰撞緩沖器10的總體高度在此行進(jìn)位置中便能保持于所需高度，例如不超過路面13英尺。
纜索60、62與輔助鉸鏈58在碰撞緩沖器從水平轉(zhuǎn)至垂直位置時起到使第一排架自動塌縮的裝置的作用，而在碰撞緩沖器從垂直轉(zhuǎn)至水平位置時起到使第一排架自動伸展開的裝置的作用。上述部件還起到使支架12至少是部分地塌縮以縮短其長度而便于存儲的裝置的作用。
上述用來使支架12自動伸縮的裝置可以取多種其他形式。例如，使此支架延伸的裝置可以包括這樣的彈簧加載系統(tǒng)，它促使支架12的第排架在回撤的纜索松馳時保持成完全伸展開。在有必要時可以設(shè)置一或多個閂鎖，使得在行進(jìn)位置和/或工作位置中，能通過不同于纜索上的張力的形式而保持碰撞緩沖器10的構(gòu)型。
圖13表明能量吸收件16之一的最佳結(jié)構(gòu)。如圖13所示，在蓋板92之間設(shè)有許多片狀金屬形成的矩形盒90。沖擊時，這些片狀金屬件被碰撞而提供受控的減速力。圖13的盒90和蓋板92類似于其整體內(nèi)容已綜合于此供參考的，轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利4711481和5199755中的對應(yīng)部件。
圖1中的能量吸收件的另一種最佳結(jié)構(gòu)包括許多錐狀可變形件。這種錐狀可變形件能取多種形式，圖14-21中示明了它的若干例子。一般，這種錐狀可變形件能夠形成為分開的獨立的錐狀件，通過將其兩端固定到某種架上而使之穩(wěn)定，例如可采用鉚釘、焊接、粘合劑或其他緊固件?；蛘?，這種錐狀可變形件可以形成為一維或二維陣列的形式。
圖14與15涉及到第一種錐狀可變形件94，這些可變形件呈一般的錐狀，各包括有沿縱軸線96分開的小端98和大端100。如圖14所示，在此實施形式中，這些錐狀可變形件94緊密地堆放成使一些小端100朝向有關(guān)陣列的第一側(cè)102，而使其他的小端98面向此陣列的第二的相對側(cè)104。
在圖15的端視圖中，這種可變形件以94′和94″標(biāo)明。變形件94′的小端面向圖面，變形件94″的小端98″則背向圖面。
回到圖14，在此實施形式中，變形件94是由片材例如鋁片的沖壓片106、108形成。取決于可變形件的所需硬度，可以采用任何適當(dāng)?shù)暮穸群秃辖鸩牧?。如圖14最上一排所示，各個片材106、108是由沖壓或其他方式形成，構(gòu)成了半錐體的一種陣列。片材106、108當(dāng)這種半錐體適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥谄渖蠒r實質(zhì)上可以是一致的。當(dāng)片材106、108配合到一起時，便形成了如圖14下兩排所示的各個錐狀件94的截頭錐形。片材106、108可以用任何適當(dāng)?shù)姆绞奖３值揭黄穑缬命c12焊、鉚接、緊固件連接或由粘合劑保持到一起，或安裝到外部機(jī)架(未示明)上。
圖16-18涉及另一最佳實施形式，其中的各個錐狀可變形件111都是由片材例如鋁片的單片件110形成。在此情形下，錐狀可變形件111是以通常的沖壓或壓延工藝由片件110形成。于是，單片件110與這種襯片的其余平面部分一起形成了所有相關(guān)的錐狀件111。
如圖16和17所示，錐狀可變形件111的單片件110可以用來形成單向陣列?；蛘呷鐖D18所示，可以將兩個片件110嵌套到一起而形成雙向陣列，其中一個片件的錐狀件111的小端面向第一方向，而第二片件的錐狀件111的小端則面朝另一方向。
在所有的實施形式中，這種錐狀可變形件的剖面并非必須是圓形的。圖19的錐狀可變形件116便具有矩形的橫剖面。其他的多邊形，包括邊數(shù)較多或較少排列成正多邊形或不規(guī)則多邊形的剖面，也是可以采用的。如圖20、21所示，可以將多面體錐狀可變形件116排列成單向陣列118或雙向陣列120。
盡管圖14-21中未予示明，但在有需要時可以用通常的蓋板罩住并使錐狀變形件固定就位，同時在單一能量吸收件中可以采用多排所示的這種變形件。
上述錐狀變形件的優(yōu)點是能加大沖程因而提高了效率。這是由于錐狀可變形件94、111、116能夠被壓扁到其原有長度的很小的一個百分?jǐn)?shù)，而在這些壓偏或壓碎的部件作金屬與金屬接觸之前則能顯著地增加作進(jìn)一步壓扁或壓碎時所需的力。
碰撞緩沖器10依下述方式對車輛的沖擊起反作用。首先，沖擊的車輛接觸后沖擊面14。此沖擊面為車輛提供了一均勻表面，以與車輛給碰撞緩沖器10所加的負(fù)載相互作用并傳輸這種負(fù)載。側(cè)架件32由于這種負(fù)荷而開始彎曲，然后繼續(xù)彎曲至約束件46破壞。施加于沖擊車輛上的負(fù)載量可以通過考慮確定約束件何時松釋各相應(yīng)鉸鏈的若干因素來調(diào)節(jié)。這些因素可以包括鉸鏈34的幾何形狀以及側(cè)架件32與約束件46的位置關(guān)系、螺栓48的極限強(qiáng)度、側(cè)架件的剛度和質(zhì)量以及橫向件和面14。
約束件46一旦損壞，側(cè)架件32便響應(yīng)沖擊的車輛供給于橫向架20的力開始旋轉(zhuǎn)。橫向架20的平移和側(cè)架件32的轉(zhuǎn)動促使沖擊的車輛中原有的動能傳遞給支架12，由此使沖擊的車輛減速。側(cè)架件32繼續(xù)塌縮，直至能量吸收件16與橫向架20、22間的間隙G1、G2閉合(圖4)。此時，能量吸收件16在塌縮時變形，直至動能的設(shè)計水平業(yè)已為此系統(tǒng)耗散或車輛業(yè)已停動時。
碰撞緩沖器10經(jīng)設(shè)計成，使其在多次沖擊之后的絕大多數(shù)部件可以重新使用。能量吸收件16是可伸展的，可在沖擊之后予以更換。
為碰撞緩沖器10施加給沖擊車輛的初始減速力是作為下述物理量的函數(shù)決定的(1)支架12各部件的線性慣量(例如橫向架20的質(zhì)量)；(2)側(cè)架件32的線性與轉(zhuǎn)動慣量；(3)各個側(cè)架件32相對于沖擊時所加的塌縮負(fù)載的角位移。應(yīng)知線性與轉(zhuǎn)動慣量兩者對有關(guān)系統(tǒng)作出響應(yīng)時不涉及到支架12任何有計劃的偏轉(zhuǎn)，破裂或其他損傷情形。
碰撞緩沖器10的初始沖擊響應(yīng)還與機(jī)械的或機(jī)電的約束件的應(yīng)用有關(guān)。這些約束件限制了可塌縮排架的松釋，除非達(dá)到?jīng)_擊強(qiáng)度的某個所需的最低閾值。上述系統(tǒng)完全為被動的，且依賴于置于張力作用下受沖擊而斷裂的螺栓未控制支架12的松釋。其他的被動式裝置如剪力安全銷、防超載纜索或是在各個鉸鏈34中的高摩擦制動器也都是可以采用的。另外，適用于本發(fā)明的約束件還可包括傳感器和/或控制器，它們在對于沖擊的狀態(tài)作出了某種決定后，能調(diào)節(jié)松釋性質(zhì)以最好地適應(yīng)沖擊車輛的特性。例如，約束件可以包括機(jī)電式裝置。當(dāng)負(fù)載(例如由整體式負(fù)載傳感器所測定的)達(dá)到閾值時，由致動器從接頭拉出鎖定銷，由此而松開鉸鏈。這樣，用來限制支架塌縮的約束件可以是或不是能重新使用的，可以是被動的或主動的，關(guān)鍵的特征是，此系統(tǒng)的塌縮是在特定的和可預(yù)測的條件下而不是在其他方式下松釋開。主動式約束件可以使支架的塌縮以沖擊條件例如力、速度、位移等任何所需的組合形式為其松釋條件。
通過調(diào)節(jié)橫向架20、22以及側(cè)架件32的慣性性質(zhì)、通過調(diào)節(jié)側(cè)架件32的幾何結(jié)構(gòu)(即側(cè)架件32在其鉸鏈34中于其展開的工作位置處的彎曲程度)、同時通過調(diào)節(jié)約束件46的特性，這樣就可使碰撞緩沖器10的響應(yīng)能最優(yōu)地觸發(fā)沖擊車輛的在其上的氣囊或其他安全系統(tǒng)。氣囊的一個特殊的復(fù)雜問題是，需要區(qū)別氣囊應(yīng)投入使用的條件，例如需將高速事故與不需用氣囊的條件如低速沖擊停車場護(hù)柱或其他車輛的情形加以區(qū)別。通過調(diào)節(jié)碰撞緩沖器的響應(yīng)，氣囊的不展開問題或展開不適當(dāng)?shù)膯栴}就可減少。例如，通過調(diào)節(jié)碰撞緩沖器的參數(shù)來求得較高的初始減速度峰值時，碰撞緩沖器10就能對沖擊車輛提供足夠大的常能確保氣囊在沖擊之初就展開的初始力，這樣就能使氣囊為車輛乘客提供最大的效益。
碰撞緩沖器10還可以設(shè)計成使其整體長度縮短。一般的情形是，碰撞緩沖器越長，沖擊的力就越低。但是，較大的長度將限制特定的碰撞緩沖器得以合適應(yīng)用的地點。在把碰撞緩沖器安裝到卡車背后的應(yīng)用中，緩沖器的長度特別敏感，因為過大的長度便增加了必需由卡車車架支承的重量。此外，安裝于卡車上的碰撞緩沖器的荷重一般是以其臂形式安裝于卡車之上，于是過大的長度就會增加碰撞緩沖器的荷重對安裝結(jié)構(gòu)18的力矩。此外，隨著卡車安裝式的碰撞緩沖器的長度增加，此緩沖器的尾端常會隨卡車的轉(zhuǎn)彎而大幅度地擺動。因此，減短卡車安裝式的碰撞緩沖器的長度至關(guān)重要。
在減短了碰撞緩沖器的長度時，重要的是特別仔細(xì)地設(shè)計碰撞緩沖器的沖擊響應(yīng)以便繼續(xù)提供最佳的安全性能。設(shè)計者能夠調(diào)節(jié)碰撞緩沖器的響應(yīng)，以在系統(tǒng)的長度與其沖擊性能之間確立精細(xì)的平衡。
支架12的另一個優(yōu)點是，它能塌縮成非常緊致的尺寸以便運送和存儲。要是所包括的能量吸收件16本身是可塌縮的(例如由液壓式或氣動式部件形成的)，則支架12安裝到卡車T上時可以塌縮，使得碰撞緩沖器10可以在卡車T的行駛中變得非常緊湊。
實際的碰撞試驗已經(jīng)證明碰撞緩沖器10能夠通過調(diào)節(jié)上述的參數(shù)迅速調(diào)整而獲得所需的減速曲線。圖12給出了沖擊的車輛沖撞碰撞緩沖器10時減速力與時間關(guān)系的兩條曲線80、82。這兩條曲線80與82所反映的上述試驗結(jié)果間的主要區(qū)別涉及到對前述變量的選擇。在曲線80中，用到了兩個能量吸收件16，但第一排架中的能量吸收件16較第二排架中的短和軟。具體地說，間隙G1為33″而間隙G2為7″。曲線82所用的條件是在第一排架中無能量吸收件，而第二排架中的能量吸收件和第二橫向架22之間只有1″的間隙。注意到曲線80在碰撞之際于初始峰值之后出現(xiàn)的第二峰值顯著地早于曲線82中的第二峰值。這些峰值隨時間的大小和位置可以通過合適地選擇上述的系統(tǒng)參數(shù)控制。
從上述可知，業(yè)已說明了一種改進(jìn)的公路碰撞緩沖器，它允許由設(shè)計者進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)具體的沖擊特性。對于這種碰撞緩沖器10，可就所述兩個排架中的各個選擇至少五個變數(shù)線性慣量、轉(zhuǎn)動慣量、排架中能量吸收件的硬度、能量吸收件和有關(guān)橫向架之間的間隙、約束件的松釋負(fù)載。這兩個排架對上述任何變數(shù)都能設(shè)定于不同的水平。此外，這兩個排架是以復(fù)雜的方式配合工作。
本發(fā)明的最佳碰撞緩沖器將上述各變量設(shè)計成能實現(xiàn)新穎的系統(tǒng)響應(yīng)分布，以符合當(dāng)前通用的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)同時提供顯著減短了的碰撞緩沖器。
碰撞緩沖器的試驗在北美是按照國家合作公路研究規(guī)劃報告350(HCHRP-350)進(jìn)行的。此NCHRP-350準(zhǔn)則依賴一種連枷式的空間模型來評價沖擊試驗中乘客的危險。這種連枷式的空間橫型假定有未受約束的處于車輛的前座上。在沖擊事件開始時，車輛因與碰撞緩沖器沖擊而減速。同時乘客依無阻礙的方式繼續(xù)向前。乘客在某些部分上與車輛內(nèi)部接觸，NCHRP-350準(zhǔn)則規(guī)定了在接觸瞬間乘客的相對于車輛的速度的限制。一旦乘客開始與車輛內(nèi)部接觸，乘客在車輛減速至停動時將繼續(xù)保持與車輛的接觸。NCHRP-350準(zhǔn)則規(guī)定，當(dāng)乘客與車輛內(nèi)部接觸時，車輛的減速度值不得超過20G。這些準(zhǔn)則還規(guī)定了乘客不得以大于12m/sec的相對速度與車輛接觸。
為便于討論，沖擊事件至或碰撞到乘客與車輛內(nèi)部沖擊的時間的這部分稱作為ΔV段或ΔV部分，而此事件的其余時間部分(從乘客沖擊直至車輛停動)則稱之為車損段。
在一次沖擊下的ΔV段和車損段示明于圖12。ΔV段分為初始部分和中間部分，而車損段則對應(yīng)于沖擊事件的最后部分。這些圖表符號只與曲線80有關(guān)。曲線82業(yè)已相對于其他特性調(diào)節(jié)而與上述討論無關(guān)。
如圖12所示，此系統(tǒng)響應(yīng)分布的初始部分表征為有高峰值減速度，這在本實施形式中與超過3F的峰值減速力相關(guān)。初始部分之后是車輛減速度下降的中間部分。此中間部分的特點是對車輛的減速力顯著地減少。這時的減速力接近于零。
一旦車輛已減速到所需的速度(例如12m/sec)。碰撞緩沖器即在此最后部分期間提供低于20G的為規(guī)則所定限度的受控的減速度。在此最后部分，平均減速力是在圖12所示的F級上。
曲線80是作為舉例而提供的。一般，最好是在沖擊事件的初始部分期間將峰值為F1的高的減速力施加于沖擊車輛上。F1宜至少為F的150％，更好至少是F的約200％，而最好至少是F的約300％。這樣就能給車輛提供急劇的減速度而有助于于沖擊事件中獲得短的停動距離。但要是沖擊事件中初始部分的峰值減速度繼續(xù)，則車輛就會減速到使乘客以過高的速度碰擊車輛內(nèi)部。為了防止出現(xiàn)這種不利的結(jié)果，應(yīng)使沖擊事件或響應(yīng)分布的中間部分下降至顯著小于F的減速力，這樣的減速力宜降至小于F的50％的值F2，更好是小于F的20％，而最好是小于F的10％。此減速力宜保持到低于這樣的值達(dá)至少20ms，更好至少達(dá)30ms，而最好至少達(dá)40ms。以上各值對于力的等級和持續(xù)時間是作為獨立參數(shù)提供的，而不是用來表明力的等級和持續(xù)時間的任何具體組合的優(yōu)選結(jié)果。
本發(fā)明的發(fā)明人業(yè)已發(fā)現(xiàn)，通過采取與直觀結(jié)論相反的步驟在初始部分期間使減速力達(dá)到甚高的峰值之后，于沖擊事件的中間部分期間顯著減少作用在車輛的減速力，這樣就能縮短沖擊事件中總的過程時間與總的經(jīng)過距離，由于短暫的沖擊事件對于許多應(yīng)用來說都是重要的，這就表明在相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域中取得了顯著的進(jìn)展。
僅用于舉例目的，表1中列出了與產(chǎn)生圖12中減速曲線80的系統(tǒng)有關(guān)的有效系統(tǒng)參數(shù)。
表1擇優(yōu)的碰撞緩沖器參數(shù)A.支架部件的質(zhì)量橫向架20 129kg橫向架22 58kg側(cè)向架32 32kgB.慣性矩側(cè)架件32 1.92kg-m2C.螺栓48六角螺栓，3/8″，粗螺紋，級別8D.間隙G1＝0.229mG2＝0.178mE前能量吸收件16每行的盒件數(shù) 材料厚度(mm)行1(前) 4 0.81行2 4 0.81行3 8 0.81/1.02(各4個元件)行4 8 0.81/1.02(各4個元件)行5(后) 8 1.02F.后能量吸收件16
每行的盒件數(shù) 材料厚度(mm)行1(前) 80.81行2 12 1.27行3 12 1.27行4 12 1.27行5(后) 12 0.81/1.02(各6個元件)在表1的碰撞緩沖器中，能量吸收件16各包括五排鋁片盒件。圖13示明了十二個盒所成的行，其他各行則是類似的，但在認(rèn)為合適時每行可用較少的盒件。
上述碰撞緩沖器表示的只是用來實現(xiàn)所希望的系統(tǒng)響應(yīng)分布的一種方法。還能夠有許多其他方法。例如可在傳統(tǒng)的碰撞緩沖器，如美國專利5199755所述的卡車安裝式阻尼器之前選定的距離處設(shè)置大的慣性質(zhì)量件。此外，也可以為制動器基的碰撞緩沖器例如美國專利5022782中所述的這種緩沖器，提供沖程的中間部分，其中顯著地降低了制動效率從而顯著地減小了減速力。這可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)制動纜索的尺寸、材料或潤滑劑來完成。還有另一個例子，即在沖擊事件的初始部分中由氣動或液力能量吸收系統(tǒng)，繼后隔一特定的間隙由第二個剛性較低的能量吸收系統(tǒng)，來提供高峰值的減速度。
在設(shè)有氣動或液力能量吸收系統(tǒng)的另一例這類碰撞緩沖器系統(tǒng)中，可以對能量吸收裝置設(shè)置閥門，通過調(diào)節(jié)來提供初始的峰值力，繼而顯著地減少阻力，最后是第二個較低的阻力。更具體地說，此初始峰值力可以由預(yù)加壓的氣動部件例如含有氣體的氣囊提供，此氣動部件允許在緊接初始峰值力之后迅速排空，而能使碰撞緩沖器的阻力在碰撞事件的中間段急劇減小，之后，此含氣體的氣囊可以爆發(fā)性地再次加壓以在碰撞事件的最后段提供必要的阻力。另一種方法則是采用剛性的可壓扁的部件來提供理想的響應(yīng)分布。在已擠扁一定量之后，由機(jī)械松釋裝置，例如June的美國專利5642794中所公開的裝置予以松釋。
再有一種產(chǎn)生所需系統(tǒng)響應(yīng)分布的方法是用犧牲式機(jī)械支承件來支承碰撞緩沖器的沖擊面，提供所需的初始峰值力，然后完全壓扁或破碎而使得它在碰撞事件的中間段的阻力下降到接近于零，之后此沖擊的車輛在此碰撞事件的最后段同較常規(guī)的碰撞件結(jié)合。這樣可壓扁件能夠由可通過擠壓、開裂、卷曲、扭接或其他機(jī)械方法變形的部件取代。
也可以在碰撞緩沖器10的鉸鏈件之外用滑動件來置換它或另設(shè)這種滑動件，借此使排架塌縮而來制成適用的碰撞緩沖器。
一般地說，可以用最廣泛的能量吸收系統(tǒng)來提供所需的系統(tǒng)響應(yīng)分布，同時能用不同的能量吸收工藝來實現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)分布的不同部分。可以單獨地或以不同的組合形式利用最廣可能范圍的材料彎曲、材料撕裂、材料壓扁、材料破碎、磨擦、液壓、氣動和慣性系統(tǒng)，來實現(xiàn)上述的響應(yīng)分布。
自然，對上述的最佳實施形式可以作出許多的變化和改型。例如，支架可以與所述的結(jié)構(gòu)相反，整個地或部分地由實心板構(gòu)成。類似的，橫向架可以包括實心板并可以在厚度與質(zhì)量上相互不同。在有需要時，此支架的折合側(cè)可以位于碰撞緩沖器的頂部與底部而不是位于橫側(cè)。可以用活鉸鏈來置換所示的多部件鉸鏈，同時如上所述，可以對于約束件有許多不同的代替件。任何適當(dāng)?shù)哪芰课占に嚩伎梢赃m用于本發(fā)明，包括液力、氣動、材料變形、撕裂或粉碎以及其他方法。被動式和主動式兩種系統(tǒng)都可采用。所謂“主動式”是指這樣的系統(tǒng)，其中傳感器給碰撞緩沖器提供的信息在某種方式下得到評估，并用來在沖擊之前和/或之中來改變碰撞緩沖器的性能。此外，并不必要將各個能量吸收件限于單一的排架。必要時，橫向架可以確定出一些中央孔口，以使單個能量吸收件占據(jù)兩或多個排架的空隙。本發(fā)明不限于用在卡車安裝式的阻尼器中，也可以用于其他公路側(cè)的障礙物之前，例如包括橋墩之類的固定的路側(cè)障礙物。此外，當(dāng)有需要時可以采用兩個以上排架。
這里所用的詞“錐形”廣義地包括截頭錐形在內(nèi)，而詞“存儲”廣義地包括了運輸與存儲?！袄|索”一詞廣義地概括了各種張緊部件，包括鏈、鋼絲繩、繩索，等等。
上面的詳細(xì)描述只是本發(fā)明可取的多種形式中的幾個。因此，這里的詳細(xì)說明是用于解釋目的而非出于限制。只有后附的權(quán)利要求書以及所包括的等效內(nèi)容才是用來限定本發(fā)明的范圍的。
權(quán)利要求
1.公路碰撞緩沖器，它包括支架，形成依預(yù)期沖擊方向排列成一個在另一個之后的至少第一和第二排架，此支架又包括至少第一、第二和第三橫向架，它們沿預(yù)期的沖擊方向相互隔開，使得上述第一排架位于此第一和第二橫向架之間，上述第二排架位于此第二和第三橫向架之間；至少第一、第二、第三和第四側(cè)架，此第一與第二側(cè)架在第一排架各側(cè)上于第一和第二橫向架之間延伸，而此第三與第四側(cè)架在第二排架各側(cè)上于第二和第三橫向架之間延伸，而各個所述的側(cè)架則包括有連接到相應(yīng)橫向架上的第一和第二側(cè)架件以及連接在此第一和第二側(cè)架件之間的鉸鏈；設(shè)于至少其中一個所述排架中的至少一個能量吸收件，以及與所述側(cè)架連接來阻止鉸鏈運動的至少第一與第二約束件。
2.權(quán)利要求1所述的碰撞緩沖器，其中所述約束件與相應(yīng)的排架關(guān)聯(lián)，此第一和第二約束件在相應(yīng)的第一和第二級的壓縮力下松釋相應(yīng)排架的側(cè)架，且上述的第一和第二級壓縮力是不同的。
3.權(quán)利要求1所述的碰撞緩沖器，還包括設(shè)于前述第二排架中的第二能量吸收件，其中第一和第二能量吸收件沿所述預(yù)期的沖擊方向比相應(yīng)的排架要短相應(yīng)的第一和第二距離，且此第一和第二距離相互不同。
4.權(quán)利要求1所述的碰撞緩沖器，還包括設(shè)于前述第二排架中的第二能量吸收件，其中此第一和第二能量吸收件的剛性沿所述預(yù)期的沖擊方向是不同的。
5.權(quán)利要求1所述的碰撞緩沖器，還包括在所述第一和第二側(cè)架的第一側(cè)架件中的多個輔助鉸鏈；與此第一和第二側(cè)架的至少一個連接的第一纜索，用來將所述第一和第二側(cè)架拉至工作位置同時促致所述輔助鉸鏈閉合；以及與所述第一橫向架連接的第二纜索，用來將此第一橫向架拉向第三橫向架同時促致所述輔助鉸鏈開啟。
6.權(quán)利要求1所述的碰撞緩沖器，還包括用來在此碰撞緩沖器由水平轉(zhuǎn)至垂直位置時，自動地使所述第一排架至少是部分地塌縮的裝置；用來在此碰撞緩沖器由垂直轉(zhuǎn)至水平位置時，使所述第一排架自動展開到工作位置的裝置。
7.公路碰撞緩沖器的能量吸收件，此能量吸收件包括許多錐狀可變形件，各個可變形件確定出在小端與大端之間延伸的一縱軸線，所述縱軸線通常對準(zhǔn)面向此能量吸收件的第一側(cè)的某些小端以及面向與此第一側(cè)相對的該能量吸收件的第二側(cè)的某些小端。
8.權(quán)利要求7所述的能量吸收件，其中具有面向能量吸收件第一側(cè)的小端的第一組可變形件是由一整體的金屬片制成和連接而成。
9.權(quán)利要求7所述的能量吸收件，其中所述第一組可變形件包括兩個金屬片，各個金屬片形成此第一組可變形件的相應(yīng)的一半并在其間延伸。
10.使脫離開公路車輛減速的方法，此方法包括下述步驟(a)在車輛與此碰撞緩沖器之間有沖擊事件的初始部分之際，由碰撞緩沖器將峰值高于值F1的減速力施加于此車輛上；在上述初始部分之后，于此沖擊事件的中間部分之際，由碰撞緩沖器將下降到值F2之下的減速力施加給此車輛；在上述中間部分之后，于此沖擊事件的最后部分之際，由碰撞緩沖器將平均值F的減速力施加給此車輛。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其中F2小于F的五分之一。
12.權(quán)利要求10所述的方法，其中F1大于兩倍F。
13.權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述中間部分期間的減速力保持到F的二分之一以下至少30msec。
14.公路碰撞緩沖器，它當(dāng)為選定類別的車輛于選定的速度下碰撞時產(chǎn)生系統(tǒng)反應(yīng)分布，此系統(tǒng)反應(yīng)分布的特征表現(xiàn)為初始部分、中間部分和最后部分，所述碰撞緩沖器包括在此最后部分期間給沖擊車輛施加平均減速為F的裝置；在此初始部分期間給沖擊車輛施加其峰值顯著大于F的減速力的裝置；以及在此中間部分期間給沖擊車輛施加其值下降到顯著小于F的減速力的裝置。
15.權(quán)利要求14所述的碰撞緩沖器，其中所述施加給沖擊車輛的減速力在中間部分期間降至小于F的五分之一的值。
16.權(quán)利要求14所述的碰撞緩沖器，其中施加給沖擊車輛的減速力在此初始部分期間達(dá)到大于兩倍F的峰值。
17.權(quán)利要求14所述的碰撞緩沖器，其中在此中間部分期間減速力保持為低于F的二分之一至少30msec。
全文摘要
提供了能減少沖擊事件中停動距離的新穎系統(tǒng)反應(yīng)分布的公路碰撞緩沖器,它包括沿預(yù)期方向分前后排列的至少兩個排架的支架。支架包括至少三個橫向架和在相鄰橫架間延伸的側(cè)架。各側(cè)架包括與各橫架相連的第一和第二側(cè)架件和在后者間的鉸鏈。排架中之一至少有一能量吸收件,側(cè)架上連接至少第一和第二約束件以限制鉸鏈運動。此緩沖器由水平升至垂直位置時部分地自動塌縮,相反時則自動延伸至工作位置。能量吸收件可以包括金屬片形成的截頭錐形件。
文檔編號B60R19/00GK1256219SQ99124460
公開日2000年6月14日 申請日期1999年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月16日
發(fā)明者P·A·勒安哈德特, L·C·科布, J·V·馬查多 申請人:能量吸收系統(tǒng)公司