RU219306U1 - Кузов легкового автомобиля - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам пассивной безопасности легковых автомобилей, а именно к конструкции кузова. Сущность: кузов легкового автомобиля содержит каркас с моторным, центральным и багажным отсеками. Они включают стойки, продольные и поперечные балки, передний щит, передние и задние лонжероны, передние и задние арки крыльев, балки переднего и заднего бамперов. Моторный отсек снабжен задними стойками и поперечными верхними и нижними балками, жестко соединенными с передними стойками и поперечными верхними и нижними балками центрального отсека. Лонжероны моторного и багажного отсеков выполнены с наклоном в сторону центрального отсека. Передний щит установлен на передних стойках центрального отсека. Багажный отсек снабжен передними поперечными верхними и нижними балками, жестко соединенными с задними поперечными верхними и нижними балками центрального отсека. Вертикальные задние стойки центрального отсека жестко соединены с арками задних крыльев. Технический результат - повышение безопасности автомобиля путем обеспечения возможности отделения капсулы с водителем и пассажирами от переднего моторного или заднего багажного отсеков кузова после соударения автомобиля с препятствием. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к устройствам пассивной безопасности легковых автомобилей, а именно к конструкции кузова.

Кузов является важным элементом системы пассивной безопасности современного автомобиля. Согласно требований безопасности кузов автомобиля должен иметь конструкцию, обеспечивающую выживание водителя и пассажиров при аварии. Безопасная конструкция кузова автомобиля разрабатывается исходя из следующих принципов. Для поглощения энергии столкновения передняя и задняя части автомобиля должны быть деформируемыми с целью поглощения энергии удара о препятствие. Для выживания пассажиров каркас салона (капсула) автомобиля должен иметь максимальную жесткость и прочность и не деформироваться при ударе. Устройства пассивной безопасности салона (ремни и подушки безопасности) должны минимизировать травматичность пассажиров при соударении с деталями интерьера (см. Молодцов В.А. Безопасность транспортных средств. Учебное пособие для вузов. - Тамбов: ТГТУ. - 2013. - 236 с.; Безопасная конструкция кузова http://systemsauto.ru/passive/body.html).

Большинство современных легковых автомобилей содержат несущий кузов, изготавливаемый методом горячей штамповки, на котором посредством контактной сварки закреплены дополнительные элементы конструкции кузова, служащие для крепления узлов и придающие ему требуемые по соображениям безопасности свойства. Так передняя и задняя части корпуса содержат деформируемые элементы, гасящие кинетическую энергию автомобиля при ударе в препятствие и выполненные из пластичных сталей с предел прочности до 200 МПа (см. Штробель В.К. Современный автомобильный кузов. - М.: Машиностроение. - 1984. - 264 с.). Средняя часть корпуса (капсула), в которой устанавливаются водительское и пассажирские сидения, представляет собой жесткую недеформируемую конструкцию, выполненную из особо прочных сталей с пределом прочности до 800 Мпа (см. Техничка. Капсула безопасности Volvo (S60) https://www.drive2.ru/l/1012471/). При ударе в направлении близкому к фронтальному в процессе деформации передней части автомобиля двигатель «уходит» под капсулу кузова, не травмируя водителя и пассажира переднего сидения (см. История и новейшие достижения в области пассивной безопасности автомобиля https://m.pikabu.ru/story/istoriya_i_noveyshie_dostizheniya_v_oblasti_passivnoy_bezopasnosti_avtomobilya_4640053?cid=76461204). При взаимной скорости соударения транспортных средств более 60 км/час деформируемые части кузова не обеспечивают достаточного поглощения энергии удара, вследствие чего силы инерции водителя и пассажиров достигают такой величины, что ремни и подушки безопасности не гарантируют стопроцентной выживаемости людей (см. Молодцов В.А. Безопасность транспортных средств. Учебное пособие для вузов. - Тамбов: ТГТУ. - 2013. - 236 с.). Снижение сил инерции пассажиров возможно путем дальнейшего перемещения капсулы салона, например, поверх деформированной передней части кузова, но на расстояние, исключающее соударение о препятствие (примерно до полуметра). Согласно расчетам, данный способ сократит силы инерции по крайней мере в два раза. Для этого требуется изменение типовой конструкции кузова легкового автомобиля - сделать капсулу отдельным монтажным блоком, крепящимся особым образом к остальной части кузова, обеспечивающим отделение капсулы при превышении сил инерции опасного для жизни значения, соответствующего значению ускорения торможения 20g, так как согласно второму закону Ньютона сила инерции PuH=mg, где m - масса движущегося тела (см. Молодцов В.А. Безопасность транспортных средств. Учебное пособие для вузов. - Тамбов: ТГТУ. - 2013. - 236 с.). Имеется единичное упоминание о подобной конструкции в спортивном автомобиле Bugatti Veyron (см. Самые технологически сложные автомобили (http://www.lgai.ru/blog/cars/512814-samye-tehnologicheski-slozhnye-avtomobili.html). Однако капсула в этом автомобиле является частью несущего корпуса и к ней крепятся посредством сварного соединения передняя и задняя части корпуса. В случае удара о препятствие капсула не отделяется от деформируемых частей корпуса.

Известна конструкция кузова автомобиля повышенной безопасности, содержащая 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, причем 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 титано-никелевого 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 титано-никелевого сплава с эффектом памяти формы, внутри трубок амортизаторов также размещены ампулизированные нагреватели химического типа (см. пат. РФ №2270778, B62D 23/00).

Недостатком данной конструкции является ее сложность, несоответствие действующим технологиям изготовления кузовов легковых автомобилей и в силу выше сказанного неприменимость, по крайней мере в обозримом будущем.

Известен способ обеспечения безопасности автомобиля, включающий амортизацию бампером фронтального силового воздействия на автомобиль при дорожно-транспортном происшествии и изменение геометрии несущей конструкции автомобиля под силовым воздействием, возникающим при дорожно-транспортном происшествии, с выводом кабины из зоны силового воздействия, причем изменение геометрии несущей конструкции автомобиля осуществляют с амортизацией и накоплением энергии силового воздействия, возникающего при дорожно-транспортном происшествии, после чего накопленную энергию используют для возврата кабины и восстановления геометрии несущей конструкции автомобиля в первоначальное положение. Процесс изменения геометрии автомобиля представлен в двух вариантах. При помощи шарнирного соединения между модулем мотора, расположенного спереди, и модулем кабины (вариант I), и при помощи телескопического соединения между модулем мотора и модулем багажника, и шарнирного соединения между модулем багажника и модулем кабины (вариант II) (см. пат. РФ №2077444, B62D 63/02).

Недостатком данной конструкции является ее сложность и несоответствие действующим технологиям изготовления кузовов легковых автомобилей, что приводит к невозможности ее применимости.

Известна конструкция безопасного легкового автомобиля, содержащего двигатель, ходовую часть, несущий кузов с установленной на нем посредством болтового соединения рамы с двумя сегментами, на которой закреплен двигатель и выполненный в виде капсулы кузов с водительским и пассажирскими сидениями, к днищу которого прикреплены два сегмента, опирающиеся на направляющие сегменты рамы, причем торцы сегментов капсулы снабжены передними и задними датчиками-замками и связаны через направляющие ролики с несущим кузовом эластичными тросами (см. пат. РФ №2225798, B60R 21/02).

Недостатком данной конструкции является ее сложность и несоответствие действующим технологиям изготовления кузовов легковых автомобилей, что приводит к невозможности ее применимости.

Наиболее близким по технической сущности аналогом к заявляемой полезной модели является современная типовая конструкция каркаса кузова легкового автомобиля, элементы которой изготавливаются методом горячей штамповки с последующим соединением посредством контактной сварки, и содержащая капсулу для водителя и пассажиров, включающую передние, центральные и задние стойки, пороги, балки крыши, поперечные балки, моторный отсек, расположенный спереди капсулы и включающий лонжероны, переднюю верхнюю и нижнюю поперечные балки (балки переднего бампера), балки и арки крыльев, передний щит, багажный отсек, расположенный сзади капсулы и включающий задние лонжероны, задние стойки, задние лонжероны и балки, арки задних крыльев, балку заднего бампера (см. Кузов автомобиля http://autoleek.ru/nesushhaja-sistema/kuzov-avtomobilja/kuzov-avtomobilya.html) Причем элементы конструкции капсулы выполняется из особо прочных сталей, исключающих ее деформацию при ударе автомобиля в препятствие, а элементы передней и задней частей выполняются из мягких сталей, для смягчения динамической нагрузки на капсулу за счет поглощения энергии удара автомобиля о препятствие посредством деформации при переднем или заднем ударе.

Недостатком данной конструкции является повышенная динамическая нагрузка на капсулу, так как после деформации передней или задней частей оставшаяся часть динамической нагрузки воспринимаются пассажирами, находящимися в резко остановившейся капсуле.

Техническая проблема известных технических решений заключается в сниженной безопасности автомобиля, вызванной повышенной динамической нагрузкой на капсулу, и, кроме того, в невозможности их применимости в виду несоответствия действующим технологиям изготовления кузовов легковых автомобилей.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что безопасный кузов легкового автомобиля содержит каркас с моторным, центральным и багажным отсеками. Они включают стойки, продольные и поперечные балки, передний щит, передние и задние лонжероны, передние и задние арки крыльев, балки переднего и заднего бамперов. Моторный отсек снабжен задними стойками и поперечными верхними и нижними балками, жестко соединенными с передними стойками и поперечными верхними и нижними балками центрального отсека. Лонжероны моторного и багажного отсеков выполнены с наклоном в сторону центрального отсека. Передний щит установлен на передних стойках центрального отсека. Багажный отсек снабжен передними поперечными верхними и нижними балками, жестко соединенными с задними поперечными верхними и нижними балками центрального отсека. Вертикальные задние стойки центрального отсека жестко соединены с арками задних крыльев.

Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении безопасности автомобиля путем обеспечения возможности отделения капсулы с водителем и пассажирами от переднего моторного или заднего багажного отсеков кузова после соударения автомобиля с препятствием. Заявляемый безопасный кузов легкового автомобиля обеспечивается изготовлением по действующим технологиям с минимальными отличиями от типовых конструкций каркасов, что позволяет обеспечить возможность его применимости.

Полезная модель поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 схематично изображен общий вид каркаса автомобиля с боку;

- на фиг. 2 - общий вид каркаса автомобиля сверху.

Безопасный кузов легкового автомобиля содержит центральный каркас для капсулы 1 для водителя и пассажиров, передний каркас для моторного отсека 2, расположенный спереди капсулы 1 и задний каркас для багажного отсека 3, связанные между собой посредством контактной сварки с определенным количеством точек сварки. Жирными точками на фигурах показаны места контактной сварки между каркасами. Моторный 2 и багажный 3 отсеки показаны штриховыми линиями. Количество точек сварки определяется расчетным путем. Каркас капсулы 1 для водителя и пассажиров включает передние 4, центральные 5 и задние 6 стойки, пороги 7, продольные балки 8 крыши, поперечные нижние 9, средние 10 и верхние 11 балки, передний щит 12. Моторный отсек 2 включает лонжероны 13, поперечные передние верхнюю 14 и нижнюю 15 балки, поперечные задние верхнюю 16 и нижнюю 17 балки, балки 18 и арки 19 крыльев, передние 20 и задние 21 стойки. Капсула 1 соединена с моторным отсеком 2 посредством контактной сварки между стойками 4 и 21. Багажный отсек 3 включает задние стойки 22, задние лонжероны 23 и балки 24, арки 25 задних крыльев, балку 26 заднего бампера, поперечные нижние 27 и верхние 28 балки. Капсула 1 соединена с багажным отсеком 3 посредством контактной сварки между стойками 6 и арками 25 задних крыльев, а также балками 11 и 28. Элементы конструкции капсулы 1, как и в прототипе, выполнены из особо прочных сталей, исключающих ее деформацию при ударе автомобиля в препятствие, а элементы моторного 2 и багажного 3 отсеков выполнены из мягких сталей для смягчения динамической нагрузки на капсулу 1 за счет поглощения энергии удара автомобиля о препятствие посредством деформации при переднем или заднем ударе. Капсула 1, моторный 2 и багажный 3 отсеки выполнены отдельными конструктивными модулями с заданными механическими свойствами, что позволяет. Передний щит 12 установлен в передней части капсулы 1 на стойках 4, что позволяет. Моторный отсек 2 дополнительно снабжен задними стойками 21, связанными посредством контактной сварки со стойками 4 капсулы 1, а лонжероны 13 установлены с уклоном назад и упираются в нижнюю часть капсулы 1 через стойки 21, что позволяет. Лонжероны 23 багажного отсека 3 выполнены с уклоном вперед и упираются в нижнюю часть капсулы 1 через арки 25 задних крыльев, что позволяет.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом.

При фронтальном ударе автомобиля о препятствие происходит деформация элементов каркаса моторного отсека 2 с частичным поглощением энергии удара. Мотор, отрываясь от мест крепления к лонжеронам 13, двигается по ним вниз и в сторону капсулы 1, упирается в наклонный передний щит 12 и уходит под капсулу 1, не причиняя вреда водителю и пассажиру переднего сидения. В случае высокой скорости движения автомобиля кинетическая энергия движущейся вперед капсулы 1 не гасится полностью за счет деформации элементов каркаса моторного отсека 2 и происходит отделение капсулы 1 от моторного отсека 2 по местам разрыва контактной сварки между стойками 4 и 21. Выдавливанию капсулы 1 наверх способствует наклонное расположение лонжеронов 13, упирающихся в нижнюю часть переднего щита 12. Капсула 1 свободно перемещается вперед и вверх, гася оставшуюся часть кинетической энергии. При заднем ударе автомобиля о препятствие или ударе движущегося объекта в автомобиль происходит деформация элементов каркаса багажного отсека 3 с частичным поглощением энергии удара. В случае высокой скорости соударения инерция капсулы 1 не гасится полностью за счет деформации элементов каркаса багажного отсека 3 и происходит отделение капсулы 1 от багажного отсека 3 по местам разрыва контактной сварки между стойками 6 и арками 25 задних крыльев, а также балками 11 и 28. Капсула 1 свободно перемещается назад и вверх, гася оставшуюся часть кинетической энергии. Заявляемый безопасный кузов легкового автомобиля изготавливается по действующим технологиям с минимальными отличиями от типовых конструкций каркасов. Это позволяет обеспечить его применимость.

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить безопасность автомобиля путем обеспечения возможности отделения капсулы с водителем и пассажирами от переднего моторного или заднего багажного отсеков кузова после соударения автомобиля с препятствием.

Claims (1)

1. Кузов легкового автомобиля, содержащий каркас с моторным, центральным и багажным отсеками, включающими стойки, продольные и поперечные балки, передний щит, передние и задние лонжероны, передние и задние арки крыльев, балки переднего и заднего бамперов, отличающийся тем, что моторный отсек дополнительно снабжен задними стойками и поперечными верхними и нижними балками, жестко соединенными с передними стойками и поперечными верхними и нижними балками центрального отсека, лонжероны моторного и багажного отсеков выполнены с наклоном в сторону центрального отсека, а передний щит установлен на передних стойках центрального отсека, багажный отсек дополнительно снабжен передними поперечными верхними и нижними балками, жестко соединенными с задними поперечными верхними и нижними балками центрального отсека, а вертикальные задние стойки центрального отсека жестко соединены с арками задних крыльев.

Images