用于道路两侧和中央预留位置的来自与车辆限制系统相对的正面碰撞限制系统的车辆的动能吸收装置,例如碰撞衰减器或者栅栏终端

摘要

本发明涉及一种用于道路两侧和中央预留位置的来自与车辆限制系统相对的正面碰撞限制系统的车辆的动能吸收装置，例如碰撞衰减器或者栅栏终端，是通过一个或多个纵向可变形金属型材的可塑性变形的纵向增值实现的，可塑性变形是通过沿所述可变形型材移动的与系统的结构元件连接的坚硬的撞锤切割所述可变形型材的横截面的一部分产生的，所述结构元件接受和传递沿限制系统移动的车辆的碰撞，所述可变形型材直接或间接固定在地面上，因此，在碰撞过程中，所述可变形型材保持静止。

说明书

技术领域

本发明涉及用于道路两侧和中央预留位置的与车辆限制系统相对的车 辆正面碰撞限制系统的动能吸收装置，例如碰撞衰减器或者栅栏终端，基本 上由一个作为碰撞元件或撞锤的坚硬体和一个可变形的纵向型材组成，撞锤 直接或间接连接在限制系统的结构元件上，结构元件接受并传递车辆的正面 碰撞给系统，并可以沿系统纵向移动，所述撞锤设置在系统内，这样由于结 构元件接受来自车辆的正面碰撞的压力，当撞锤随着结构元件纵向移动时， 撞锤的横截面部分或整体切割直接或间接固定在地面上的可变形金属型材 的横截面，因此可塑性变形发生在可变形型材内，可变形型材的纵向尺寸渐 增达到撞锤可沿其移动的程度。

背景技术

在实践中，存在很多种安装在道路两侧或中央预留位置处的车辆限制系 统，其目的是减少来自因失控驶出路面、碰撞障碍物、滑下斜坡或碰撞其他 任何危险因素的汽车的碰撞的严重性，方法是用系统自身的可控碰撞代替对 危险因素的潜在碰撞，这样能够减少车主和其他路面使用者以及附近的人和 物的伤亡和损失。

其中应用最广泛的限制系统是纵向安全栅栏，其作用是为失控或因失误 离开路面的汽车提供阻拦和改变其方向来减小发生的事故的严重性。安全栅 栏为接受侧面碰撞而设想和设计，换句话说，安全栅栏是与系统成不大于 25°夹角的碰撞轨道。

在车辆与路边的障碍物或危险因素产生正面碰撞的地方车辆需要保护， 而这种保护不能由纵向栅栏完成，安装另一种称作“碰撞衰减器”或有时也称 作“碰撞阻尼器”的装置。这种装置放置在障碍物和路面之间，是为了减小车 辆对障碍物的正面碰撞的严重性，这样，通过一个合适的装置吸收一部分或 者全部的碰撞动能，以“手风琴”的方式达到纵向变形的程度而起作用。由于 所有的碰撞衰减器常常有一定的初始长度，并经常暴露于交通车辆，因此在 可能的侧面碰撞中它们需要起到安全栅栏的作用。由于这个原因，具有侧面 控制碰撞能力的碰撞衰减器被认为可以“改变方向”。大部分的这种系统的 应用需要可改变方向的衰减器。

还有一种安装在重型车辆或类似的移动卡车上的车载碰撞衰减器 (TMA)。当车辆停止，其前部受到保护时，为了减小可能碰撞静止重型车辆 的其他车辆的正面碰撞的严重性，在重型车辆的后部安装一个车载衰减器。 这种车载衰减器，以卡车配备衰减器(TMA)著称，常用于路面工程保护区。

另一种保护正面碰撞的车辆的限制系统叫吸收动能的栅栏终端(TAE)， 这些装置是安全栅栏终端的纵向部分特有的终端，避免汽车正面碰撞实际栅 栏(只为侧面碰撞而设计)的终端而减小碰撞的严重性。就像碰撞衰减器一 样，栅栏终端(TAE)通过一种吸收动能的装置达到车辆使栅栏终端(TAE) 纵向变形直到车辆完全停止的程度起作用。

现有的各种碰撞衰减器的设计取决于其中的动能吸收装置：设置在金属 框架之间的塑料材料的块或盒、泡沫、气囊、铝管等，当受到来自车辆的正 面碰撞时，金属框架沿衰减器纵向移动，“压缩”设置在型材之间的那些盒子、 充气滚筒、人造橡胶或钢料制成的竖向圆筒、开口钢箍，由于来自车辆等的 碰撞，型材受到移动的刀体的“切割”。

因其材料组成、结构和工作方式，一种或另一种限制系统中的动能吸收 装置，决定了：

1、能量吸收的可控效率和系统的最小长度。理论上，单位长度吸收的 能量越多，装置被认为效率越高，因为这将允许一个系统长度更短，成本更 低、和限定的碰撞动能可利用空间的适应性。但是，车辆减速直至停止必须 在特定的最大的限制内完成，否则会导致车主的危险，而且，车辆的最终变 形程度不能影响驾驶室里的乘客。一方面，能量吸收装置必须尽可能高效， 另一方面，必须有足够的可控性保证最大减速值限制在最大容许值内且车辆 不会产生过度变形。

2、耐久度。装置必须有合理的材料并且保证其合理的使用寿命，换句 话说，在来自车辆的碰撞过程中，材料必须保持其特性稳定。和镀锌钢做成 的安全栅栏相比，塑料、泡沫等材料通常没有足够的使用寿命，并且气囊和 一些塑料或泡沫材料在变形过程中并不稳定。只有完全由镀锌钢制成的系统 保证类似于那些金属栅栏的耐久性。

3、经济成本。这类控制系统的吸收系统必须有合理的成本，使用高成 本的材料，如铝制的蜂窝板或泡沫，制成非常昂贵的系统，降低了系统的效 益成本比率，这是路面安全应用中最基本的要素。这类系统的能量吸收装置 必须采用一种成本在合理范围内的材料制造。镀锌钢是一种普通的结构设计 不是很复杂的经济型材料，否则生产成本将会很高。

4、维修方便。相对于其他的限制系统，碰撞衰减器常常是一种高成本 装置。因此它们通常设计为不用更换整个系统就可以阻止不止一个车辆的碰 撞。因此，碰撞后能量吸收系统的维修必须简单经济，使衰减器能尽可能地 再利用。这不仅降低了系统的操作成本，还有利于环境的可持续发展。

现有技术提出了各种各样不同来自与限制系统相对的车辆正面碰撞的 动能吸收的技术方案，但是根据以上陈述的每个决定性因素，任一个技术方 案都不能同时满足某些优化的特性。

发明内容

本发明提供了一种新的用于道路两侧和中央预留位置的来自与限制系 统相对的车辆正面碰撞限制系统的动能吸收装置，本装置包括一个车辆限制 系统，例如碰撞衰减器或者栅栏终端。相对于现有技术，本发明优化了如下 方面的特性：

1、沿系统的长度方向上具有更好的可控性能和动能吸收效率。

2、功能长期保持稳定。

3、更高的耐久性。

4、较低的经济成本。

5、更容易修理和更好地再利用。

这种新的来自与限制系统相对的车辆正面碰撞限制系统的动能吸收装 置，例如碰撞衰减器或者栅栏终端，大体包括两个相互关联的元件，如图1 中的图1a。

——作为碰撞元件或撞锤的坚硬体(1)

——纵向设置在限制系统内的可变形金属型材(2)

撞锤(1)和可变形金属型材(2)设置在限制系统内，撞锤(1)的横 截面完全或部分切割可变形型材(2)的横截面，如图2中的图2a。

撞锤(1)以合适的连接方式直接或间接地刚性连接在限制系统的结构 元件(3)上，由于其前部受到车辆的正面碰撞，结构元件(3)可以做纵向 移动，也就是说，限制系统的这个部分离事故交通最近，如图1中的图1a。 结构元件(3)位于限制系统上并与限制系统相适配，使得它能直接或间接 地接受车辆(5)的正面碰撞并传递给撞锤(1)。上述的撞锤(1)和结构元 件(3)组成限制系统的移动部分的一部分，换句话说，在车辆正面碰撞(5) 过程中系统的这个部分纵向移动。

可变形型材(2)通过合适的连接方式直接或间接地刚性连接在地面(4) 上，因此它形成了限制系统的静止部分的一部分，换句话说，在车辆的正面 碰撞(5)的过程中，系统的这个部分不移动。

这样，当车辆正面碰撞限制系统，结构元件(3)向系统的后部产生纵 向移动时，与结构元件相连的撞锤(1)在平行于可变形型材(2)的轴(20) 的方向上做同样地纵向移动。由于撞锤(1)和可变形型材(2)横向排列， 撞锤(1)的横截面部分或整体切割可变形型材(2)的横截面，所以当撞锤 (1)纵向移动时，引起可变形型材(2)的一个、几个或所有的侧面发生可 塑性变形，达到撞锤(1)沿可变形型材(2)向前移动的程度，如图1中的 图1b和图2中的图2b。撞锤(1)在其通道内沿着可变形型材(2)前进、 切割可变形型材(2)使产生渐进可塑性变形的变形型材(2)吸收和消耗车 辆的动能直到车辆完全停止。因此，一旦能量已经传递到撞锤(1)上，撞 锤(1)和可变形型材(2)的结合组成的装置就将车辆对限制系统的正面碰 撞动能转化为型材的可塑性变形。

因此系统的撞锤(1)和结构元件(3)组成的单元沿系统纵向移动，因 而完成撞锤(1)切割可变形型材(2)后的变形，撞锤(1)和结构元件(3) 需要仅仅沿纵向移动而在其他方向上不移动。一个解决办法就是提供一个纵 向导向型材(6)，如图3所示，纵向导向型材(6)不受撞锤(1)切割且刚 性连接或固定在地面(4)上，这样结构元件(3)和撞锤(1)都可以将导 向型材(6)以支撑或跑道的方式作为导轨了。纵向导向型材(6)构成了限 制系统上静止部分的一部分。

而且，如果可变形型材(2)通过合适的连接件(7)刚性固定在导向型 材(6)上，如图4所示，本装置就简化了。同一个导向型材(6)可以固定 两个或更多个可变形型材(2)，如图5所示，在这种情况下，系统的结构元 件(3)与一个、两个或几个撞锤(1)连接，每个撞锤(1)与一个可变形 型材(2)相对应。

为了同时符合所设定的正面碰撞的大小所要求的能量吸收水平和减速 控制，可以使用平行排列且相互靠近的两个或更多个纵向导向型材(6)，并 且这些纵向导向型材(6)都用合适的连接方式(15)刚性固定在地面(4) 上且很好连接在一起，同时每个导向型材(6)上安装一个、两个或更多个 型材(2)，如图11所示。

撞锤(1)可以有不同的几何形状，取决于可变形型材(2)的实际横截 面和期望的变形功。为了使撞锤(1)对型材(2)的碰撞尽可能有效且可控， 撞锤(1)优选前端为楔形状(以碰撞的前行方向为前端)，如图1所示。

可变形型材(2)可以由纵向依次排列的两个或更多个连续段(2′)， (2″)组成，如图7所示。在(2′)段和(2″)段，沿其厚度方向，型材(2) 的横截面的一些侧面的尺寸有所不同。这样，型材(2)对撞锤(1)的通道 的阻力在一个基本模块上改变，来控制车辆动能吸收装置作出反应时车辆的 减速和单位长度上消耗的能量总数。侧面的尺寸和厚度越大，对撞锤通道的 阻力就越大。在任何时刻，装置的阻力必须根据预期的车辆完成的速度的改 变而改变。因此，开始碰撞的瞬间也就是车辆速度最大时，为了避免突然停 止，建议此时的阻力很小或者甚至为零，在车辆逐步停止的过程中，逐渐增 大阻力。为了达到吸收装置功能的可控性，将可变形型材(2)分解为不同 横截面和厚度的(2′)，(2″)段是必要的。

考虑到车辆正面碰撞限制系统的瞬间，车辆的减速需要特别的控制，因 为此时的速度是最大的，并且考虑到在这个瞬间车辆必须驱动系统开始运 动，建议这个瞬间可变形型材(2)对撞锤(1)的通道的阻力应该为最小或 者零。为此，可变形型材(2″′)的一段上，一个或更多个侧面的宽度从最小 值或零逐步增大到型材的固定值，如图8所示。

可变形型材(2)可以是开口的也可以是封闭的，并且可以有不同形状 的横截面。

当型材为横截面为“U”、“C”、“Ω”或“∑”的开口状时，撞锤(1)主要通 过开口部碰撞型材、使型材的侧面(翼和凸缘)的部分或全部而不是型材的 核心或背脊产生变形并展开。当型材横截面为“双波纹”或“三波纹”时，型材 的任何部分都可能受到撞锤的碰撞，它们一个接一个地或展开、或折叠，或 挤压。

如图6所示，图6a和6b提供了当可变形型材(2)横截面呈“U”、“C”、 “Ω”或“∑”的开口状时，高效率的撞锤(1)的结构。撞锤(1)由基面(10) 组成，基面(10)为核心(8)提供支撑，核心(8)的前端(车辆前进的方 向)为楔形状，基面的上、下端设有两个翼(9)，翼(9)没有遮盖撞锤的 全部长度，在其后端部留有两个缺口(12)。横截面开口的可变形型材(2) 的核心或背脊的高度大于撞锤(1)上楔形状的核心(8)的前端部的高度且 小于撞锤两翼之间的距离和核心(8)后端部的高度。这样，当撞锤(1)的 基面(10)朝向可变形型材(2)的背脊时，达到撞锤(1)沿着可变形型材 (2)纵向移动的程度，撞锤(1)的核心(8)的楔形碰撞表面(11)迫使 可变形型材(2)的翼打开并伸展，产生可塑性变形，其双翼通过撞锤(1) 后部的缺口(12)而伸出。

附图说明

为了补充上述的描述，辅助理解本发明的特征，根据一个实施例的优选 例，本发明提供了一组附图，作为本说明书的必要部分，作为说明的基础而 非限制，具体说明如下：

图1：提供了由完整地连接在系统的结构元件(3)上的坚硬的碰撞体或撞 锤(1)和固定在地面(4)上的可变形纵向型材(2)组成的单元的侧视图， 结构元件(3)直接或间接地吸收车辆(5)的正面碰撞，在接受和传递车辆 的碰撞前(如图1a所示)和撞锤(1)平行于可变形型材(2)的轴(20) 做纵向移动时，车辆(5)的碰撞引起撞锤移动，同时可变形型材在撞锤的 通道内变形，通过结构元件将碰撞传递至撞锤。

图2：提供了由坚硬的碰撞体或撞锤(1)和可变形纵向型材(2)组成的单 元的横截面，在接受和传递车辆的碰撞前(如图2a)，和撞锤(1)平行于可 变形型材(2)的轴做纵向移动时，型材(2)在撞锤的通道内发生变形(如 图2b所示)。

图3：提供了纵向导向型材(6)的一部分、结构元件(3)和撞锤(1)的 侧视图，导向型材(6)固定在地面(4)上，且可变形型材(2)固定在相 同的导向型材(6)上。

图4：提供了横截面为“H”的导向型材(6)的横截面，可变形型材(2)通 过连接件(7)连接在型材(6)上，由虚线表示的撞锤(1)与限制系统的 结构元件(3)连接，结构元件(3)接收接受车辆的正面碰撞并将其传递给 撞锤(1)。

图5：提供了横截面为“H”的导向型材(6)的横截面，同一个导向型材(6) 通过连接件(7)连接有两个可变形型材(2)和两个由虚线表示的撞锤(1)， 每个撞锤(1)对应一个可变形型材(2)，且两个撞锤(1)都完整地连接在 同一个系统的结构元件(3)上，结构元件(3)接受车辆的正面碰撞并将其 传递给撞锤(1)。

图6：提供了横截面为“H”的导向型材(6)的横截面，同一个导向型材(6) 通过连接件(7)连接有两个可变形型材(2)和两个由虚线表示的撞锤(1)， 每个撞锤(1)对应一个可变形型材(2)，且两个撞锤(1)都完整地连接在 同一个系统的结构元件(3)上，结构元件(3)接受车辆的正面碰撞并将其 传递给撞锤(1)。

图7：提供了横截面为开口“U”形的可变形型材(2)的侧视图，型材(2) 由纵向依次排列的两个具有不同的横截面和厚度的连续段2′，2″组成。 图8：提供了包括(2″′)段的可变形型材(2)的侧视图，(2″′)段优选为可变形 型材2的前段，在(2″′)段，一个或更多个侧面的尺寸沿型材逐渐增大到固定 值。

图9：提供了完整连接在系统的结构元件(3)上的坚硬的碰撞体或撞锤(1) 和一个固定在地面(4)上的封闭的可变形纵向型材(13)组成的单元的侧 视图，结构元件(3)直接或间接地接受车辆(5)的正面碰撞，在接受和传 递车辆的碰撞前(如图9a所示)和撞锤(1)平行于封闭的可变形型材(13) 的轴(20)纵向移动时，在撞锤的通道上型材(13)通过挤压产生变形(如 图9b)。

图10：提供了接受和传递车辆碰撞的坚硬的碰撞体或撞锤(1)和封闭的纵 向可变形型材(13)组成的单元的横截面，在接受和传递车辆的碰撞前(如 图10a所示)和撞锤(1)平行于封闭的可变形型材(13)的轴(20)纵向 移动过程中，在撞锤的通道上型材(13)通过挤压产生变形(如图10b)。

图11：提供了由两个相同的横截面为“H”的纵向导向型材(6)组成的单元 的侧视图，每个导向型材(6)的“H”形横截面的导槽双侧分别设置有一个横 截面为开口“U”形的型材(2)，每个型材(2)通过普通连接件(14)固定在 导向型材(6)的中轴上，所述单元通过地脚螺栓(15)刚性固定在地面(4) 上，组成限制系统(碰撞衰减器)的固定基体，在固定基体上设有由结构元 件(3)和撞锤(1)构成衰减器的移动部分，因为移动部分接受和传递车辆 (5)的正面碰撞并沿系统的固定基体纵向移动。

具体实施方式

图6、7、8和11提供了本发明的一个详细的实施例，本实施例由一个 正面碰撞限制系统，如碰撞衰减器，的车辆动能吸收装置组成，本装置的基 体由两个相同的平行排列并相互靠近的横截面为“H”形的纵向导向型材(6) 组成，这两个导向型材(6)连接在一起并通过合适的地脚螺栓(15)固定 在地面(4)上。

两个横截面为“U”形的开口可变形型材(2)的中心通过合适的连接件 (7)对称固定在每个横截面为“H”形的导向型材(6)的每个导槽的中心上。

每个横截面为“U”形的可变形型材(2)由横截面为相同的“U”形的2′，2″ 段组成，但是沿碰撞方向，二者的厚度不同且均逐渐增大。每个“U”形可变 形型材(2)的开头段，即在车辆(5)正面碰撞衰减器的过程中撞锤(1) 先碰撞的一端，在初始的(2″′)段有两个缩短的翼，在这一段“U”形型材的每 个翼的长度增长直到达到连续段的所述“U”形型材的横截面的翼的长度为 止。

衰减器有作为框架的结构元件(3)，竖直放置并垂直于导向型材(6) 组成的基体并与四个撞锤(1)刚性连接，四个撞锤(1)可以沿导向型材(6) 滑动而纵向移动，就像导向型材(6)是跑道，它作为一个合适的导向系统 支撑并连接撞锤。四个撞锤(1)与结构元件(3)连接并设置在导向型材(6) 的四个导槽内，这样当每个撞锤(1)在车辆正面碰撞结构元件(3)的方向 上前进时，每个撞锤切割位于同一个导槽内的可变形型材(2)。

四个撞锤(1)有很相似的结构。每个撞锤(1)包括基面(10)，基面 (10)为前部为楔形状的核心(8)提供支撑，并在末端设有两个翼(9)，上 翼和下翼，翼没有遮盖所述撞锤(1)的全部长度，在其后部留有两个缺口 (12)。横截面为“U”形的可变形型材(2)的高度大于撞锤(1)的楔形状的 核心(8)的前端部(前进的方向)，但小于撞锤(1)的两翼(9)之间的距 离和所述核心(8)的后端部的高度，这样，由于系统设有撞锤(1)，撞锤 (1)的基面(10)朝向可变形型材(2)的“U”形横截面的开口部，达到撞锤 (1)沿可变形型材(2)纵向移动的程度，撞锤(1)的核心(8)的楔形碰 撞表面(11)迫使可变形型材(2)的翼打开并伸展，产生可塑性变形，型 材(2)的两翼经撞锤(1)后部的缺口(12)穿出。