碰撞冲击衰减器系统和方法与流程

背景技术：

1、本发明总体上涉及碰撞冲击衰减器，并且更具体地涉及机动车辆和公路护栏碰撞冲击衰减器，其包括用于保护桥台(abutments)的前缘和其他固定路边危险的固定系统。

2、高速公路上的车辆事故是一个重大的世界性问题，无疑是当今发达国家造成经济和人员损失和苦难的最大原因之一。特别是为了减轻这些悲惨事故造成的人员伤亡，已经开发了护栏、碰撞缓冲器、车载碰撞衰减器、碰撞桶等来减弱车辆与刚性不可移动障碍物，例如桥台的冲击。

3、这些类型的碰撞衰减器必须在不超过车辆减速度的极限下，吸收车辆的冲击能量。此外，它必须同时适用重型和轻型车辆。最轻的车辆经历较低的减速度，将决定减振器和重型车辆产生的最大力的极限，从而确定所需的总冲击形变。该力不能超过轻型车辆的极限，因此初始力和减速度较低，限制了能量吸收。当车辆从冲击速度「下降」到零时，增加碰撞阻力是符合严格政府安全标准的碰撞衰减器系统的一个非常重要的特征。当侧面受到斜向撞击时，碰撞缓冲器用于将车辆重新转向道路，并防止与刚性点(rigid pointhazard)的严重撞击。典型的碰撞缓冲器包括侧轨/板、中间隔板、用于锚定和引导中间隔板的轨道组件，以及能量吸收器。随着碰撞安全标准发展到越来越高的要求以更好地保护车辆乘员免受伤害，很明显需要新一代碰撞冲击衰减器或碰撞缓冲器，以创新、便宜，非常简单但有效的方式，来执行此功能并满足这些高标准。本发明满足并超过了这些高标准。

4、本发明及其附加特征和优点可以通过参考以下结合附图的描述得到最好的理解。

技术实现思路

1、本发明特别具有创新性，因为设置在其上的侧板也用作能量吸收器，因此不需要额外的内部吸收器组件。这种降低系统复杂性和成本的尚未在以前的碰撞缓冲技术中使用。

2、新型碰撞冲击衰减器系统的侧板设计为在碰撞衰减器系统端部压缩时相互滑动或套叠。这是防撞垫的一个共同特点。然而，每个板下游端的连接螺栓旨在在板移动经过连接螺栓时撕裂侧板/轨道。当系统被压缩时，这种撕裂行为会吸收能量，并且在撞击刚性危险点之前使错误的车辆处于受控的安全停止状态。当衰减器压缩时，板中的阻力被控制为以规定的速率吸收能量。阻力最初设计为较低，但随着系统的总长度增加。力在板之间甚至在个别板段内可能不同。阻力的变化是通过几个新颖的概念来实现的，例如改变板的厚度和引入配置有各种形状的孔，这些孔沿着撕裂路径切入板。利用不同的形状和形状之间的间距不仅影响阻力，而且有助于控制撕裂路径的一致性，并可用于实现不同的断裂模式(例如模式1–拉伸破坏，模式ii–剪切破坏，模式iii–面外剪切，或这些失效机制的组合)。此外，一些孔形状可用于减少碎屑。穿孔也可用于控制阻力和撕裂路径。对于具有更高阻力的板，孔或切口可以交错排列，以减轻冲击事件期间的力峰值。随后，板可以针对多种力和多种冲击条件进行配置。

3、碰撞缓冲器的示例性实施例的结构配置有具有两个t形轨道的双轨道设计，其锚固和引导中间隔板。轨道被焊接到固定在人行道上间断的基板上。中间隔板和冲击头由结构钢管组装而成，并配有沿轨道滑动的底脚。冲击头上的底脚被拉长，以防止/限制冲击头在偏心/角度冲击和高保险杠冲击装置前端时分别围绕垂直和横向轴线的旋转。中间隔板脚也设计用于限制旋转。冲击头和中间隔板都设计有足够的横向强度能力，以承受车辆对碰撞缓冲器一侧的冲击。板和中间隔板/冲击头之间的连接螺栓配置有专门设计、整体的垫圈板，以允许板相互滑动，引导板的撕裂路径，并防止连接螺栓拉出侧板。此外，碰撞缓冲器配备了一个可压碎的能量吸收鼻箱，当冲击头和侧板在撞击事件之初开始移动时，它可以延长动量传递并延长惯性脉冲。此功能减少了施加给车辆及其乘员的力峰值。

4、更具体地，在本发明的一个方面提供了一种用于减轻与直接车辆与一结构冲击的碰撞冲击衰减器系统，其包括衰减器部分，该衰减器部分包括多个支撑构件。固定结构可以包括例如混凝土桥台、护栏系统、终端和护栏端部处理等。例如，在护栏的情况下，支撑构件可以简单地是支撑柱。衰减器系统还包括侧板，该侧板包括沿衰减器部分的一侧设置的多个侧板中的一个，当碰撞冲击衰减器系统受到车辆撞击时，侧板适于沿着衰减器部分向后滑动，使得当侧板响应车辆撞击而向后滑动时，侧板在多个侧板中的相邻第二侧板上滑动。多个侧板中的每一个包括设置在构成该个别侧板的材料中的多个孔，该多个孔沿多个侧板中的每一个的长度延伸并且彼此纵向间隔开。

5、有利地，撕裂构件设置在衰减器部分上，该撕裂构件适于接合侧板材料中的多个孔的一个。因此，当碰撞衰减器被车辆撞击时，侧板和撕裂构件之间发生相对运动，从而在形成所述侧板的材料撕裂裂缝或狭缝，其在所述多个孔的相邻孔之间延伸。侧板材料的这种撕裂减弱了冲击力。侧板材料被调整以优化侧板材料的撕裂，侧板材料的调整通过以预定方式确定多个孔的尺寸和布置来完成。

6、在本发明的图示实施例中，衰减器部分还包括沿碰撞衰减器系统的长度延伸的轨道。在这样的实施例中，多个支撑构件可以包括沿轨道的长度以间隔关系布置的多个隔板，多个隔板中的每一个具有适于与轨道可移动地接合的底端或底脚，以便当碰撞冲击衰减器系统接收来自碰撞车辆的冲击力，多个隔板中的第一个沿轨道向后移动并撞击多个隔板中的第二个，其中多个隔板中的第一和第二个沿轨道进一步向后移动，该过程继续以附加多个隔板中的其他隔板，直到冲击力完全减弱。在所示实施例中，侧板也被称为防护板，这通常是用于构造所示和所述类型的碰撞缓冲器的情况。

7、在所示实施例中，撕裂构件包括螺栓，并且设置在多个隔板之一上。撕裂构件优选地包括多个撕裂构件，以获得更大的衰减效果。

8、本发明的另一个有利特征是能够调节侧板以获得最佳衰减。例如，在某些实施例中，这些孔不是沿侧板的长度均匀地间隔开的。多个孔中更靠近侧板的第一端或后端(在所示实施例中为最右侧)的相邻孔可以比多个孔中靠近第二端或前端(在图示实施例中最左侧)的相邻孔更紧密地间隔开。多个孔的尺寸可以彼此不同。多个孔中的最后一个孔可以比位于靠近侧板前端的多个孔中的那些孔更大且更细长。形成侧板的材料可以朝向侧板的后端变薄，而朝向侧板的前端变厚。在一些实施例中，多个孔可以布置成形成沿侧板的高度彼此间隔开的第一排孔和第二排孔，形成侧板上的第一排孔的每一个孔和第二排孔中的每一个孔彼此对应且彼此纵向对齐。在这种类型的其他多排实施例中，形成侧板上的第一排孔的每一个孔和第二排孔中的每一个孔彼此对应且在纵向上彼此交错。

9、在所示实施例中，侧板包括第一节衰减器部分，第二侧板包括第二节衰减器部分，第一节衰减器部分在第二节衰减器部分的前面，而侧板位于前节中，比第二侧板更柔软，第二侧板处于后节，位于前节的后面。由于以下一项或多项，将侧板调整为比第二侧板更柔软：a)侧板具有比第二侧板更多的孔，b)第二侧板中孔的平均尺寸小于侧板中孔的平均尺寸，c)侧板中的一些或所有孔的形状不同于第二侧板中的一些或所有孔的形状，d)第二侧板的孔的间距大于侧板的孔的间距，和e)侧板的平均厚度小于第二侧板的平均厚度。

10、举例来说，多个侧板还可包括在第二侧板的纵向后方延伸的第三、第四和第五侧板，其中第三侧板包括第三节衰减器部分，第四侧板包括第四节衰减器部分，第五侧板包括第五节衰减器部分，其中第三侧板比第二侧板硬，第四侧板比第三侧板硬，第五侧板比第四侧板硬侧板。因此，从第一节依序到第五节，每个后继的的侧板可以被适配和构造成比前一节的侧板更硬。应该注意的是，在一些实施例中，相同的板可以用于后继的节，因此在这种情况下，每个后继的侧板在刚度/阻力上等于或大于在向后方向上的前一个侧板的刚度/阻力。当然，总共五个节仅仅是示例性或说明性的，因为在本发明构思的参数内可以采用任意数量的节。在每个前述实施例中，鼻箱通常设置在碰撞衰减器的最前端。定义上，「软」是指板或材料将提供较小的抗力或每单位位移(per unit displacement)较少的能量吸收，而「硬」板或材料将提供比软板更大的抗力或每单位位移的更多能量吸收。

11、本发明的一个有利特征是螺栓可以与弯曲垫圈板组装在一起。弯曲垫圈板包括喇叭形前翼。弯曲垫圈板的有限前延伸允许侧板卷曲并防止在侧板被螺栓撕裂时堆积。

12、沿着多个侧板中的每一个的长度延伸并且彼此纵向间隔开的多个孔可以有利地包括在每一个所述多个侧板中的一排孔，该排孔沿着每一个所述多个侧板纵向延伸在到达每一个所述多个侧板中的前端之前终止。每一个所述多个侧板中的该排孔的终止有利于在多个侧板中的下一个相邻侧板的剪切开始，从而在碰撞冲击衰减器系统被压缩时减少冲击力衰减的尖峰。

13、本发明的另一个有利特征是，轨道包括彼此平行设置并沿衰减器部分的长度延伸的第一和第二轨道，第一和第二轨道中的每一个都具有t形构造，包括水平设置的顶部凸缘并沿每条轨道的长度延伸。每一个所述多个隔板的底端或底脚包括第一底端或底脚以及第二底端或底脚，第一底脚被配置为环绕第一轨道的顶部凸缘，第二底脚被配置为环绕第二轨道的顶部凸缘。这允许将来自斜向冲击的横向负载分配到碰撞衰减器系统的第一轨道和第二轨道的每一个。

14、在本发明的另一方面，提供了一种用于部署在固定结构前面的碰撞衰减器系统。该系统包括基部，该基部包括沿着基部的长度延伸的第一外轨道、与第一外轨到隔开并且沿着基部的长度延伸的第二外轨道，以及多个间隔开的横向构件或支撑管延伸穿过基部的宽度并将第一外轨连接到第二外轨。该系统还包括上衰减器部分，该上衰减器部分包括最初沿基部长度以间隔关系布置的多个隔板。多个隔板中的每一个具有适于与第一外轨和第二外轨中的每一个可移动地接合的底端，使得当上衰减器部分的前端接收来自错误车辆的冲击力时，多个隔板中的第一个沿着第一和第二外轨道向后移动并撞击多个隔板中的第二个，使得多个隔板中的第一和第二个都沿着第一和第二外轨道进一步向后移动，这过程继续附加使用多个隔板中的其他隔板，直到冲击力完全衰减。侧板设置在上衰减器部分上，侧板具有设置在其中的孔，该孔适于接合设置在上衰减器部分上的撕裂构件，当冲击力撞击碰撞衰减系统时撕裂构件和侧板可相对移动，使得撕裂构件撕裂侧板，从而增加冲击力的衰减。

15、在本发明的又一方面，提供了一种减弱由错误车辆施加的碰撞冲击力的方法，否则该车辆会撞击不动的物体。该方法包括以下步骤：在具有基部和上衰减器部分的碰撞冲击衰减器的前端接收冲击力，使上衰减器部分的一个或多个构件响应于冲击力而沿基部向后移动，当上衰减器部分的一个或多个构件响应于冲击力移动时，使设置在碰撞冲击衰减器上的撕裂构件撕裂构成设置在碰撞冲击衰减器上的侧板的材料，其中侧板材料的撕裂起到减弱冲击力的作用。

16、在某些实施例中，撕裂构件是设置在上衰减器部分的一个或多个构件之一上的突起，该突起最初与形成在侧板材料中的一个孔接合。在侧板材料上有多个孔，以间隔关系纵向排列，撕开步骤包括撕开最初接合的孔和多个孔中的相邻孔之间的侧板材料，以在侧板形成裂缝或狭缝。如图所示，撕裂构件可以包括螺栓，或者可以包括其他部件，例如杆(rod)、板(plate)、楔(wedge)等。

17、如上所述，本发明的最简单实施例涉及迫使撕裂构件穿过具有连续横截面的基材并且使基材破裂以耗散能量。然而，为了控制断裂和相关的能量耗散，可以对基材横截面进行各种修改。可以在撕裂构件的路径中的基材横截面切出各种形状的孔。这些形状可用于改变断裂模式、断裂表面的数量，并有助于控制断裂或裂纹的扩展。例如，一系列三角形切口可用于在基材中形成单一的模式i(拉伸)断裂面。或者，一系列梯形切口可用于在基材中形成模式ii和模式iii的组合断裂面。具有多个断裂表面可能会从基材产生碎屑，而沿撕裂构件的路径仅产生单个断裂表面不会产生碎屑。可以使用的其他潜在形状包括但不限于正方形、菱形、矩形、槽、圆形、半圆形、新月形等。

18、基材的纵向多个穿孔也可以单独使用或与基材中的成形孔结合使用。纵向多个穿孔通过去除基材部分的一部分来改变通过基材断裂产生的力和能量。此外，纵向多个穿孔可用于控制断裂面的扩展。单排可能导致单个破坏线，而多排可以帮助去除材料。

19、基材中未完全穿透基材横截面的凹槽、刻痕或其他应力集中特征也可单独使用或与基材中的成形孔或穿孔结合使用。这些特征提供了另一种用于控制材料断裂的力和能量耗散的机制，并且可以帮助控制断裂通过基材的传播。

20、基材横截面的纵向间距的各种变化也可用于控制本发明的断裂和能量耗散。这些改变的纵向间距可用于控制断裂模式，并通过改变撕裂构件断裂的材料量来提高或降低力水平和能量耗散。

21、如果在基材的单个截面中使用多个撕裂构件和断裂线，则由成形孔、穿孔、凹槽、刻痕和纵向间距的给定组合所产生的图案可以在纵向上交错或偏移，使得图案不彼此同步。错开模式会导致沿撕裂路径的间歇性断裂在不同时间发生，从而限制高强度峰值并提供更一致的力水平。

22、可以在单个基材截面内使用对基材横截面的多种上述改变，以产生所需的能量耗散。此外，可以沿基材的长度改变修改图案以改变能量耗散率并在单个基材部分内产生分节的能量吸收器。

23、可以修改基础材料的两个参数来控制能量耗散。一个参数是基础材料本身可以改变以调整与断裂相关的力和能量。例如，可以选择具有特定降伏强度(yield strength)和延展性的钢板的材料等级，以便在断裂期间产生所需的力和能量耗散率。此外，可以选择不同的材料，例如塑料、钢或铝，以产生所需的断裂行为。

24、第二个参数是可以修改基材厚度以控制材料的断裂和能量耗散。材料的厚度可用于控制断裂模式和断裂耗散能量的大小。多个材料层可以在给定位置组合以改变阻力和能量耗散，例如通过将金属层焊接在彼此之上。进一步不同厚度的材料可以端到端放置，以改变任何位置的力水平和能量耗散。

25、上述能量耗散机制是为在一系列三波形钢板梁(thrie beam)板的谷中使用而开发的。但是，所述方法可以应用于各种组件以及组件横截面内的不同位置。此外，所述技术不仅限于碰撞缓冲系统，还可适用于路边硬件和其他冲击吸收结构中使用的各种能量消散系统

26、本发明及其附加特征和优点可以通过参考以下结合附图的描述得到最好的理解。