Повышение энергоемкости кузовов при определении безопасности автомобиля — Часть 1: Создание конструкции, удовлетворяющей требованиям безопасности

Для создания конструкции, удовлетворяющей требованиям пассивной безопасности, конструктором еще на стадии проектирования должны быть выбраны такие ее параметры, которые обеспечивали бы достаточную энергоемкость и жесткость при допустимом для человека уровне перегрузок в случаях соударении его с отдельными частями автомобиля. Из-за сложности конструкции автомобиля в целом и отдельных его узлов теоретические исследования этого вопроса в значительной мере затруднены, но прикидочные расчеты все же могут быть выполнены на стадии проектирования автомобиля. Окончательное суждение об удовлетворении конструкции автомобиля требованиям пассивной безопасности может быть вынесено только после его испытаний.

Одним из наиболее тяжелых по последствиям и частых видов дорожно-транспортных происшествий является фронтальный удар. Если фронтальное столкновение происходит при небольших скоростях, то одним из элементов конструкции автомобиля, обеспечивающих защиту водителя и пассажиров при столкновении, является буфер. Он должен поглощать энергию удара и тем самым уменьшать его воздействие на автомобиль и пассажиров, а также предотвращать повреждение фар, радиатора, топливопровода и уменьшить стоимость ремонта.

В настоящее время работа по созданию конструкций буферов ведется по двум направлениям: создание конструкций энергопоглощающих буферов и применение жестких буферов с энергопоглощающими элементами; последние являются более предпочтительными по ударно-прочностным характеристикам.

Выбор характеристик буфера основан на варьировании трех величин: максимального усилия P_max, развиваемого амортизирующим устройством (P_max, передаваясь на переднюю часть автомобиля, не должно вызывать остаточных деформаций в элементах его конструкции); максимального хода x_max этого устройства, т. е. перемещения буфера, на котором должна быть поглощена энергия удара; закона изменения силы амортизации в процессе удара. Исходными данными для решения поставленной задачи является скорость автомобиля v₀ в начальный момент удара и его масса m.

Для принятой расчетной схемы движение автомобиля во время удара будет описываться уравнением:

Где P(t) — изменение силы амортизации во времени; x — ускорение (замедление) автомобиля.

Интегрируя уравнение (40) дважды, получим две произвольные постоянные, которые могут быть определены из следующих начальных условий: в момент времени t=0 x=0, a x=v₀.

Подставляя выражение (41) в уравнение (40) и интегрируя с использованием начальных условий, получим

Для удобства дальнейших расчетов разложим функцию P(t) в ряд Маклорена:

В формулах (41) — (43) Р(0), Р'(0) —значения функции P(t), а также производных ее в момент времени t = 0.

Рассмотрим несколько случаев удара при различных законах изменения силы сопротивления амортизирующего устройства по времени.

1. Сила сопротивления в процессе удара остается постоянной:

В дальнейшем время удара будем обозначать t_y. За это время скорость автомобиля снижается до нуля, а перемещение амортизирующего устройства достигнет x_max. В этом случае x_Max=0,5mv₀²×l/P_max; t_y=mv₀/Р_max.

Конструкция амортизирующего устройства, обладающего такой характеристикой, является идеальной.

Проведя выкладки, аналогичные описанным в предыдущем случае, найдем:

2. Сила амортизации меняется во времени по линейному закону:

3. Сила амортизации меняется во времени по закону квадратичной функции. В этом случае x_max=1,5(1 /P_max) (mv₀²/2); t_y=1,5mv₀/P_max.

Все части: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6