碰撞衰减器系统和方法与流程

碰撞衰减器系统和方法


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、碰撞缓冲垫、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。本发明以一种创新、廉价、非常简单但有效的方式实现了这一目标。
4.本发明及其附加特征和优点可以通过参考以下附图的描述得到最好的理解。


技术实现要素：

5.在一个示例性方面，本发明包括一种用于在诸如桥台之类的固定结构之前部署的碰撞衰减器系统。该系统包括沿碰撞衰减器系统的长度延伸的轨道、最初沿轨道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基端，使得当碰撞衰减器系统的前端受到来自错误车辆的冲击力时，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，使得第一和第二个隔板沿着轨道进一步向后移动，该过程持续使用多个隔板中更多的隔板，直到冲击力完全减弱。该系统还包括在碰撞衰减器系统上的撕裂构件，该撕裂构件适于与形成碰撞衰减器系统的可撕裂构件的材料接合，当冲击力撞击碰撞衰减器系统时，撕裂构件和可撕裂构件可相对移动，使得撕裂构件撕裂可撕裂构件，从而增加冲击力的衰减。
6.在示例性实施例中，撕裂构件包括螺栓，并且可以设置在多个隔板之一上，例如设置在多个隔板中的第一个的基端上。撕裂构件可以包括多个撕裂构件。
7.可撕裂构件沿碰撞衰减器的长度的至少一部分延伸并且包括设置在其中的多个孔，该多个孔沿可撕裂构件的长度延伸并且彼此纵向间隔开。撕裂构件与多个孔之一接合，使得当冲击力施加到碰撞衰减器时，可撕裂构件和撕裂构件之间发生相对运动，该相对运动导致撕裂构件撕裂多个孔中的相邻孔之间的材料，从而形成连续狭缝，该材料的撕裂起到减弱冲击力的作用。
8.在本发明的一些实施例中，沿着具有多个孔的可撕裂构件的长度设置的该多个孔不是被均匀地间隔开。例如，靠近碰撞衰减器的前端和后端之一的该多个孔中的相邻孔可以比靠近碰撞衰减器的前端和后端中的另一端的多个孔中的相邻孔具有更紧密的间距。在一些情况下，该多个孔的尺寸彼此不同。例如，在图示的实施例中，该多个孔中最前面的孔
可以比位于更靠近碰撞衰减器后端的多个孔中的孔更大和更细长，尽管根据应用和所需的衰减特性，所述方向可以根据具体情况而颠倒。
9.在其他变化实施例中，朝向碰撞衰减器的前端和后端之一的形成该可撕裂构件的材料可以更薄，并且朝向碰撞衰减器的前端和后端中的另一端的材料更厚。在可单独使用或以各种组合使用上述任何或所有实施例和变化实施例中，可撕裂构件在其从碰撞衰减器的前端和后端之一向另一端延伸时可包括多个节(stage)，其中朝向该碰撞衰减器的前端和后端之一的第一节比朝向该碰撞衰减器的前端和后端中的另一端的第二节更软。
10.在所示实施例中，碰撞衰减器的前端和后端中的一个是碰撞衰减器的前端，并且碰撞衰减器的第一端和第二端中的另一端是碰撞衰减器的后端。
11.因为形成第一节的材料比形成第二节的材料更薄，第一节可以更软。因为设置在第一节中的多个孔中的所述孔比设置在第二节中的多个孔中的所述孔具有更紧密的间隔，第一节也可以更软。因为设置在第一节中的多个孔中的所述孔的尺寸大于设置在第二节中的多个孔中的所述孔的尺寸，第一节也可以更软。
12.在本发明的特定实施例中，轨道包括在宽度方向上间隔开的第一和第二外轨道，并且可撕裂构件包括中心轨道。多个防护板沿着碰撞衰减器的长度布置在碰撞衰减器的每一侧，其中当碰撞衰减器受到车辆撞击时，多个防护板中最前面的防护板适于与多个防护板中最后面的防护板并肩滑动。前箱设置在碰撞衰减器的最前端。在特定实施例中，可撕裂构件是静止的并且撕裂构件响应于冲击力而移动，尽管这也可以根据设计目标而变化。
13.在本发明的又一方面，提供了一种用于在固定结构前面部署的碰撞衰减器系统，该系统包括具有基部、沿该基部的长度延伸的第一外轨道，以及同样沿该基部的长度延伸并与第一外轨道间隔开的第二外轨道，以及多个间隔开的横梁，该横梁延伸跨越该基部的宽度并将该第一外轨道连接到该第二外轨道。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道和第二外轨道中的每一个可移动地接合的基端，使得当上衰减器部分的前端受到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隔板都沿第一和第二外轨道进一步向后移动，持续对多个隔板中的更多隔板进行此过程，直到冲击力完全衰减。撕裂构件设置在上衰减器部分上，该撕裂构件适于与形成上衰减器部分的可撕裂构件的材料接合，当冲击力撞击碰撞衰减器系统时，撕裂构件和可撕裂构件可相对移动，使得撕裂构件撕裂可撕裂构件，从而增加冲击力的衰减。
14.在本发明的又一方面，公开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，并且使上衰减器部分的一个或多个构件响应于冲击力而沿着基部向后移动。进一步的步骤是当上衰减器部分的一个或多个构件向后移动时，使设置在碰撞冲击衰减器上的撕裂构件撕裂设置在碰撞冲击衰减器上的可撕裂材料，其中所述材料的撕裂起到减弱冲击的作用力量。
15.在该方法的某些变化中，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，其最初与形成在可撕裂材料中的孔接合。在可撕裂材料中有多个孔，以间隔关系纵向布置，并且撕裂步骤包括撕裂在最初接合的孔和多个孔中的相邻孔之间的可撕裂材料，以形成狭缝。上衰减器部分的一个或多个构件包括一个或多个隔板，并且可撕裂材料包
括轨道，其形成基部的一部分。
16.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。
附图说明
17.图1是根据本发明的原理所构造的碰撞衰减器的示例性实施例的等角视图，其布置在一个展开方向上；
18.图2是类似于图1的等角视图，其中碰撞衰减器处于部分压缩的方向，所示的碰撞衰减器中移除了创新的撕裂构件，因此撕裂不会发生并且中心轨道中的孔或孔口是可见的；
19.图2a是类似于图2的等角视图，其中示出了本发明的撕裂构件并且前孔38的撕裂已经发生以减弱冲击力；
20.图3是类似于图1和图2的等角视图，其中碰撞衰减器处于一个完全压缩的方向，但本发明的撕裂构件已被移除，因此不会发生撕裂并且中心轨道中的孔或孔口是可见的；
21.图3a是类似于图3的等角视图，其中存在本发明的撕裂构件并且前孔38的撕裂已经发生以减弱冲击力；以及
22.图4是从碰撞衰减器前端看的后视图。
具体实施方式
23.现在更具体地参考附图，图1至4示出了上述所讨论的固定碰撞冲击衰减器系统10的一个示例性实施例，其中该系统被设计成牺牲性的，因为它旨在用于单次冲击，之后将其更换。因此，它被设计成在设计和构造上相对便宜和简单，但在保护碰撞衰减器的车辆乘员方面非常有效。
24.系统10的设计考量是使其符合美国联邦tl(测试级别)-3碰撞衰减规范，它的外形窄、具双向能力、符合mash(评估安全硬体的手册)、便宜，并且是独立式的(不需要对接刚性物体，当然也可以)。该系统设计简单、易于制造(材料皆为标准尺寸和形状，防护板(fender panels)基于标准的三波形钢板梁(thrie beam))、易于组装，并可作为一个完整的组件来运输。基部是钻孔模板，可以在组装好单元10的情况下钻出锚孔。在示例性实施例中，该单元的长度设计为大约20至24英尺。它的宽度为32英寸或更小，这允许在卡车上运输三个宽度的单元10。高度为32至36英寸。单元10可以锚定到混凝土、沥青，或两者的混合体上，并且使用标准锚和粘合剂进行锚定。它适合在-40度到150+华氏度的温度范围内使用。
25.在图示的示例性实施例中，系统10包括具有梯形框架设计的基部12，包括分别支撑第一外轨道16和第二外轨道18的多个横梁14以及中心轨道20。横梁14包括锚孔22，用于使用螺栓锚或其他合适的机械紧固件将基座锚固到地面。在某些情况下，可以替代或同时使用粘合剂。在所示实施例中，在第一和第二外轨道16、18的外侧和内侧，锚孔22沿每个横梁14的长度分隔地设置。
26.系统10还包括上衰减器部分24，其包括前箱(nose box)26、多个隔板(diaphragm)28，和多个防护板30。前箱26可以包括警告标志32，并且在其前部、标志32的后面可以包括可压碎的元件。前箱26支撑与正面、侧面和倾斜角度(angled nose)撞击相关的负载，并被滚轮34所支撑，这允许前部面板沿着外轨道16、18向后移动。滚轮34设计用于防止在倾斜角
度(angled nose)撞击中被绑定/锁定。随着前箱26在车辆碰撞后向后移动，从而触发衰减。
27.隔板28被间隔地设置在前箱26后面。它们由标准形状和尺寸制成，并具有尺寸适合负载的交叉支撑(cross braces)。每个交叉支撑被定位成便于防护板30的组装。如图所示，每个隔板28在其每侧的基端36处可滑动地安装到外轨16、18。
28.防护板30在结构上是标准的，采用标准的thrie梁板，优选地由10或12号钢(10or 12-gauge steel)制成。当车辆发生碰撞时，衰减器被压实，如图2、2a和3、3a所示，防护板30优选地设计成以滑动方式相互嵌套或重叠，如图所示。防护板30的长度由侧面碰撞中的负载确定，并且防护板优选地设计成通用的并且在可能的情况下可互换。螺栓将最前面的防护板30固定到前箱26上，并且还将防护板固定到隔板28上。在所示实施例中，尽管也可以使用其他附接方法，防护板30的后部通过夹子(clip)而不是槽(slot)来固定。系统10的设计使用标准三波形钢板梁过渡件。
29.形成防护板的钢可以是镀锌的，并且可以是例如a36、a513或a517。
30.用于减弱碰撞/冲击力的各种方法都在本发明的范围内。例如，可以使用裂土板(ripper plate)，其具有变化和分级的厚度和形状以分级衰减，或激光/等离子切割图案分级衰减，或例如位于前箱26上的切割器(cutter)。可以使用剪切螺栓(shearing bolts)，例如包括双剪切(double shear)方法或前箱26上的刀具。失效的钢丝绳段，包括被拉到失效的钢丝绳环、扭结的管拱(tube arch)、蜂窝盒(铝、钢或塑料)、可压碎的泡沫填充盒、沙子填充盒、细砾石填充盒、充水盒、具有在油中填充玻璃珠的筒、通过偏置辊(offset roller)拉动的金属条、通过钢丝绳拉动的摩擦制动器、棒料(bar stock)上的摩擦制动器，或速度磁(磁控衰减)都是潜在的可能实施例。
31.图1至4例示一种衰减方法，其包含中心轨道20。如图所示，轨道20以竖直方向固定安装到基部12的横梁14上。如图2a和3a所示，多个孔或孔口38沿轨道20的长度被间隔地设置。
32.在受到车辆撞击时，上衰减器部分24向后移动并发生衰减，从而吸收碰撞的冲击能量，并且这种衰减能力通过使用一个或多个创新的剪切螺栓或撕裂构件40(图2b、图3b和图4)，其从衰减器部分24延伸并与孔38接合。值得注意的是，图2a、3a中移除了撕裂构件40，从而示出了孔38，而图2b和3b显示了撕裂构件40就位的碰撞衰减器，如实际安装中的情况。还应注意，术语「撕开tear」、「撕裂rip」、「剪切shear」、「切slice」、「切割cut」等在本技术中可互换使用，以识别在材料中产生狭缝(slit)从而消散和衰减冲击能量的任何过程。术语「撕裂tear」、「撕裂tearing」、「可撕裂tearable」等在本文和所附权利要求中用作上述任何术语的替代，用于在碰撞衰减器部件中形成纵向狭缝以衰减冲击能量，并且旨在足够广泛的范围以包括任何这些术语。
33.在所示实施例中，撕裂构件40设置在最前面的隔板28上，如图所示，但在本发明的范围内也可以采用多个撕裂构件40，在一个隔板28的横向上被间隔设置以撕裂相应的结构构件，例如轨道20，或轨道20的相对侧，或者替代地，在多个隔板28中的一个以上采用一个或多个撕裂构件40。如图2b和3b所示，随着衰减器部分24向后移动，孔38被撕裂构件40撕裂，通过撕裂在孔38之间形成轨道20的材料，从而在孔38中形成狭缝42，以吸收大部分碰撞冲击力。通过改变孔38在轨道20的不同段中的间距及/或通过改变孔的尺寸，可以调整孔38以优化撕裂，从而优化衰减效果。例如，在轨道20前部的孔38可以被更紧密地间隔开，也可
以更细长，以使轨道在被挤压时「更软」，而在轨道20更靠后的部分中的孔38可以是为了使衰减器的这些部分在被压碎时「更硬」，从而衰减更高的力，它们更小、拉长更少、间隔更远。另外，如果需要，出于类似的原因，轨道20可以在前部由较薄的材料(gauge数)制成，而在后部由较厚的材料(gauge数)制成。这增加了轨道20的「可调性」。此外，如果需要，轨道本身的材料可以随着衰减器从前到后、从一个节(stage)到下一个节沿着轨道行进而改变。当然，尽管在所示实施例中希望较软部分在前而较硬部分在后，但不同的设计考虑可规定不同的方向，例如较软的部分在后而较硬的部分在前。
34.隔板28用于通过横梁14和锚固件22将侧向冲击的负载从隔板传递到路面。这种对路面的锚固使得路面本身成为衰减器系统10的一个结构构件。
35.因此，本发明的重要特征包括，例如：
36.1)成本低；
37.2)独立式(不是最终处理—不依赖被屏蔽的结构来提供结构的支撑)；
38.3)易于组装—一个20英尺长的组件可以用卡车运到现场并轻松地用螺栓固定在地面上—标准材料长度使运输更容易；
39.4)可调性可以改变以适应不同的碰撞标准和应用。
40.因此，虽然已经显示和描述了本发明的示例性实施例，但是应当理解，这里使用的所有术语都是描述性的而不是限制性的，并且本领域普通技术人员在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以做出许多改变、修改和替换。

技术特征：
1.一种用于在固定结构前部署的碰撞衰减器系统，该系统包括：轨道，沿该碰撞衰减器系统的长度延伸；多个隔板，最初沿该轨道的长度以间隔关系布置，该多个隔板中的每一个具有适于与该轨道可移动地接合的基端，使得当该碰撞衰减器系统的前端接收来自一个错误的车辆的冲击力时，该多个隔板中的第一个沿轨道向后移动并撞击该多个隔板中的第二个，使得该多个隔板中的第一个和第二个沿该轨道进一步向后移动，这个过程持继使用该多个隔板中的其他隔板，直到冲击力完全衰减；以及撕裂构件，在该碰撞衰减器系统上，适于与形成该碰撞衰减器系统的可撕裂构件的材料接合，当冲击力撞击该碰撞衰减器系统时，该撕裂构件和该可撕裂构件可相对移动，使得该撕裂构件撕裂该可撕裂构件，从而增加冲击力的衰减。2.根据权利要求1所述的该碰撞衰减器系统，其中，该撕裂构件包括螺栓。3.根据权利要求1所述的碰撞衰减器系统，其中，该撕裂构件设置在该多个隔板之一上。4.根据权利要求3所述的碰撞衰减器系统，其中，该撕裂构件设置在该多个隔板中的第一个隔板的基端上。5.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，其中，该撕裂构件包括多个撕裂构件。6.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，其中，该可撕裂构件沿该碰撞衰减器的长度的至少一部分延伸并且包括设置在其中的多个孔，该多个孔沿该可撕裂构件的长度延伸并且彼此纵向间隔开，该撕裂构件与该多个孔之一接合，使得当冲击力施加到该碰撞衰减器时，该可撕裂构件和该撕裂构件之间发生相对运动，该相对运动导致该撕裂构件撕裂该多个孔中相邻孔之间的材料，从而产生连续的狭缝，该材料的撕裂起到减弱冲击力的作用。7.根据权利要求6所述的碰撞衰减器，其中，沿着设置有该多个孔的可撕裂构件的长度上，该多个孔被不均匀地间隔开。8.根据权利要求7所述的碰撞衰减器，其中，该多个孔中更靠近所述碰撞衰减器的前端和后端之一的相邻孔的间隔比该多个孔中的更靠近该碰撞衰减器的前端和后端中的另一端的相邻孔的间隔更近。9.根据权利要求6所述的碰撞衰减器，其中，该多个孔的尺寸彼此不同。10.根据权利要求8所述的碰撞衰减器，其中，该多个孔中更靠近所述碰撞衰减器的前端和后端之一的孔比该多个孔中更靠近该碰撞衰减器的前端和后端中的另一端的孔更大且更细长。11.根据权利要求6所述的碰撞衰减器，其中，朝向该碰撞衰减器的前端和后端之一的形成该可撕裂构件的材料更薄，并且朝向该述碰撞衰减器的前端和后端中的另一端的形成该可撕裂构件的材料更厚。12.根据权利要求6所述的碰撞衰减器，其中，该可撕裂构件从该碰撞衰减器的前端和后端之一向该碰撞衰减器的第一端和第二端中的另一端延伸，该可撕裂构件包括多个节，其中朝向碰撞衰减器的前端和后端之一的第一节比朝向该碰撞衰减器的第一端和第二端中的另一端的第二节更软。13.根据权利要求12所述的碰撞衰减器，其中，该碰撞衰减器的前端和后端中的一个是该碰撞衰减器的前端，并且该碰撞衰减器的第一端和第二端中的另一端是该碰撞衰减器的
后端。14.根据权利要求12所述的碰撞衰减器，其中因为形成该第一节的材料比形成该第二节的材料更薄，该第一节更软。15.根据权利要求12所述的碰撞衰减器，其中，因为设置在该第一节中的该多个孔中的孔比设置在该第二节中的该多个孔中的孔更靠近在一起，该第一节更软。16.根据权利要求12所述的碰撞衰减器，其中，因为设置在该第一节中的该多个孔中的孔比设置在该第二节中的该多个孔中的孔的尺寸更大，该第一节更软。17.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，其中，该轨道包括在宽度方向上间隔开的第一外轨道和第二外轨道，并且该可撕裂构件包括中心轨道。18.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，还包括沿着该碰撞衰减器的长度沿其每一侧设置的多个防护板，其中当碰撞衰减器被车辆撞击时，该多个防护板中的最前面的多个防护板适于与该防护板中的最后的多个防护板叠靠滑动。19.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，还包括设置在该碰撞衰减器的最前端的前箱。20.根据权利要求1所述的碰撞衰减器，其中，该可撕裂构件是静止的，并且该撕裂构件响应于所述冲击力而移动。21.一种用于在固定结构前部署的碰撞衰减器系统，该系统包括：基部，包括沿该基部的长度延伸的第一外轨、与第一外轨隔开并且也沿基部的长度延伸的第二外轨、以及多个被间隔开的横梁，其延伸跨越基部的一宽度并将该第一外轨连接到该第二外轨；上衰减器部分，包括最初沿该基部的长度间隔布置的多个隔板，该多个隔板中的每一个都具有适于与该第一外轨和该第二外轨中的每一个可移动地接合的基端，使得当该上衰减器部分的前端受到来自错误车辆的冲击力时，该多个隔板中的第一个沿该第一和第二外轨道向后移动并撞击该多个隔板中的第二个，使得该多个隔板中的第一和第二个隔板沿着该第一和第二外轨道进一步向后移动，该过程持续使用该多个隔板中的其他隔板，直到冲击力已经完全衰减；以及撕裂构件，设置在该上衰减器部分上，该撕裂构件适于与形成该上衰减器部分的可撕裂构件的材料接合，当冲击力撞击该碰撞衰减器系统时该撕裂构件和该可撕裂构件可相对移动，使得该撕裂构件撕裂该可撕裂构件，从而增加冲击力的衰减。22.一种减弱由错误车辆施加的碰撞冲击力的方法，否则该错误车辆会撞击不可移动的物体，该方法包括：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；使该上衰减器部分的一个或多个构件响应于冲击力沿该基部向后移动；以及当上衰减器部分的该一个或多个构件向后移动时，使设置在该碰撞冲击衰减器上的撕裂构件撕裂设置在碰撞冲击衰减器上的可撕裂材料，其中该可撕裂材料的撕裂起到减弱冲击力的作用。23.根据权利要求22所述的方法，其中，该撕裂构件是设置在该上衰减器部分的该一个或多个构件之一上的突起，该突起最初与在该可撕裂材料中所形成的孔接合。24.根据权利要求23所述的方法，其中，在该可撕裂材料中存在沿着纵向间隔布置的多个孔，并且该撕裂步骤包括撕裂在该最初接合的孔和该多个孔中的相邻孔之间的该可撕裂
材料，以形成狭缝。25.根据权利要求24所述的方法，其中，该上衰减器部分的该一个或多个构件包括一个或多个隔板，并且该可撕裂材料包括轨道，其形成该基部的一部分。

技术总结
一种用于在固定结构前面部署的碰撞衰减器系统，包括沿碰撞衰减器系统的长度延伸的轨道和最初沿轨道长度以间隔关系布置的多个隔板。多个隔板中的每一个都沿轨道移动，使得当碰撞衰减器系统的前端受到来自车辆的冲击力时，第一个隔板沿轨道向后移动并撞击第二个隔板，因此第一和第二隔板都沿着轨道进一步向后移动，这个过程继续使用另外的隔膜，直到冲击力完全减弱。碰撞衰减器系统上的撕裂构件与形成碰撞衰减器系统的可撕裂构件的材料接合，撕裂构件撕裂形成可撕裂构件的材料以增加冲击力的衰减。力的衰减。力的衰减。


技术研发人员：吉欧菲瑞
受保护的技术使用者：特拉费斯装置股份有限公司
技术研发日：2020.10.15
技术公布日：2022/4/15