车辆冲击缓冲装置 【技术领域】
本发明涉及一种安装在易于发生车辆碰撞的道路上或其附近以立即停止碰撞车辆及缓和施加于车辆上的冲击的车辆冲击缓冲装置。
背景技术
车辆冲击缓冲装置被安装于车辆碰撞容易发生的地点，例如中间路带的端部、道路岔口及收费站的分支点的端部，以立即停止碰撞车辆及缓和施加于车辆上的冲击，由此防止二次事故并减少对车辆及乘客的伤害。
例如是钢栏杆或安全防护缆绳的护栏可以被描述为车辆冲击缓冲装置。但是，使用这些装置，碰撞车辆还是会受到很大地冲击，且对乘客及车辆的伤害不能得以有效阻止。此外，这些装置很可能很大的损害碰撞车辆且四散的碎片易于导致二次事故。
其它车辆冲击缓冲装置包括充水容器型冲击缓冲装置。但是，这类装置也产生了问题，即在车辆高速行驶与它们碰撞时，车辆受到了很大的冲击。此外，被车辆撞倒的容器可能散落在道路上，或者甚至在撞倒容器后，碰撞车辆也不会减速，并可能跳过容器的基座进入到相对的车道中，导致二次事故。
着眼于以上问题，本发明人进行了大量的研究，并提出了包括减震器及固定在地面上用于支持减震器的支持件的车辆冲击缓冲装置，其中在由于车辆碰撞而施加超过设定量的负载时，支持件可从地面释放并进行滑行运动(日本未审查专利公开2001-159107号，以下称“公开文献1”及日本未审查专利公开2003-64629号，以下称“公开文献2”)。所提出的装置可有效地吸收冲击、立即停止车辆及防止车辆受到超过设定量的冲击负载。
但是，因为车辆冲击缓冲装置通常被安装于具有有限空间的狭窄地点，例如中间路带的端部，该等装置必须在每个安装空间的冲击负载吸收能力方面是最小化的或进行改良，以允许流畅的交通流并使得装置在更多的地点可安装。此外，车辆冲击缓冲装置的安装成本必须减少以使得在许多地点可以安装此装置。
【发明内容】
本发明的第一个目的是提供一种可以被安装在具有限制空间的狭窄地点中的、可以立即停止碰撞车辆并有效缓和车辆受到的冲击的车辆冲击缓冲装置。本发明的第二个目的是提供一种可以低成本进行安装的车辆冲击缓冲装置。
为了实现上述目的，本发明的第一车辆冲击缓冲装置包括：
随着车辆的碰撞而变形以由此减少所述车辆上的冲击的减震器；
用于所述减震器的支持件；及
在安装区域内保持所述支持件于竖直状态的保持部分；
所述支持件或所述保持部分具有随着施加上等于或超过设定量的负载而断裂的释放部分，以由此将所述支持件从所述安装区域中保持的竖直状态释放，且所述支持件通过低于所述设定量的负载而塑性变形。
本发明的第二车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第一车辆冲击缓冲装置中的所述支持件是管状元件；所述保持部分包括固定于所述支持件的下部上的连接部分，及植入所述安装区域中以由此保持所述连接部分于所述安装区域内并起所述释放部分功能的锚栓；且所述锚栓能够随着施加上等于或超过所述设定量的负载而断裂。
本发明的第三车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第一车辆冲击缓冲装置中的所述保持部分包括形成在所述安装区域中以容纳所述支持件下部的埋入孔；所述支持件是管状或棒状元件，其具有在所述支持件被容纳在所述埋入孔中时，位于所述安装区域之上的切口；且在等于或超过所述设定量的负载被施加时，所述切口作为断裂开始点，并起释放部分的作用。
本发明的第四车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第三车辆冲击缓冲装置中的支持件是管状元件；且在所述管状元件变平时产生所述塑性变形。
本发明的第五车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第三车辆冲击缓冲装置中进一步设有随着施加上等于或超过预定量的负载而塑性变形的线圈；所述保持部分包括形成在所述安装区域内以容纳所述支持件下部的埋入孔；所述支持件是管状元件，其随着施加上低于所述设定量的负载而塑性变形；所述线圈的端部被定位在所述释放部分之上及之下，且其安装于通过车辆碰撞而释放的支持件上部，且安装于在车辆碰撞后仍然被保持的保持部分或支持件下部。
本发明的第六车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第五车辆冲击缓冲装置中的线圈为具有多个圈且每个圈都为大致圆形的螺旋形状，其具有不小于110mm且不大于130mm的线圈直径，不小于30mm且不大于40mm的线直径，及不小于3且不大于20的圈数；且所述线圈由结构钢制成。
本发明的第七车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第一车辆冲击缓冲装置中的支持件包括多个相互邻近保持在所述安装区域内的支持件；且所述减震器由所有的支持件所支持。
本发明的第八车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第三、第四或第五车辆冲击缓冲装置中的任一个中的保持部分容纳在所述埋入孔中，且包括接合并保持所述支持件下部的安装元件；且所述安装元件具有足够的强度，以在所述释放部分断裂后大体保留其初始形状。
本发明的第九车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第二、第四或第五车辆冲击缓冲装置中的任一个中的释放部分的断裂时的设定量不小于50kN且不大于900kN；且在所述支持件塑性变形时使其变平的屈服点负载不小于25kN且不大于800kN。
本发明的第十车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第九车辆冲击缓冲装置中的管状元件由铁或塑料制成，具有不小于100mm且不大于800mm的外径，且壁厚不小于0.8mm且不大于100mm。
本发明的第十一车辆冲击缓冲装置的特征在于，在所述第二、第四或第五车辆冲击缓冲装置中的任一个中的管状元件包括内部衬垫材料。
在第一车辆冲击缓冲装置中，在车辆碰撞时，冲击首先通过减震器的变形，再通过支持件的塑性变形，然后通过保持部分的断裂而被吸收。在负载等于或超过设定量时，释放部分破裂以释放支持件，由此车辆上的冲击可以被限制在一预定量。由此，车辆冲击缓冲装置通过支持件的塑性变形以及减震器及释放部分的缓冲作用来吸收冲击。因此，由于支持件塑性变形的贡献，缓冲装置具有比减震器的柔性所实现的更高的冲击负载吸收能力。因为支持件没有增加车辆冲击缓冲装置的体积，缓冲装置具有比已知的车辆冲击缓冲装置更高的每安装区域的冲击负载吸收能力。由此，本发明的车辆冲击缓冲装置可安装至具有有限空间的狭窄空间中，有效缓和由碰撞车辆接收的冲击，并立即停止车辆。具体来说，在两个或更多个车辆冲击缓冲装置并排安装时，随着一个缓冲装置的支持件的释放，使得碰撞车辆冲击随后的缓冲装置，使用第一车辆冲击缓冲装置可以减少需要安装的缓冲装置的数量，由此大大减少所需的安装空间。
在第二车辆冲击缓冲装置中，使用施加上等于或超过所述设定量的负载而断裂的锚栓可容易地实现释放支持件的释放部分。
在第三车辆冲击缓冲装置中，支持件及保持部分被一体形成为一个管状元件，且形成在支持件上并作为释放部分的切口简化了释放部分的结构，由此减少了制造成本。此外，支持件可以通过将支持件下部插入设置在安装区域中的埋入孔中而竖起并简单固定，这使得安装操作容易且安装成本较低。此外，上述结构使得可在狭窄空间内安装。此外，释放部分的屈服点负载可以根据切口的形状而改变，且由此破坏强度可以易于设定为最佳量，且由此车辆冲击缓冲装置可以易于设置具有有适用于安装地点情况的破坏强度的释放部分。
在第四车辆冲击缓冲装置中，使用管状元件作为支持件。因此，为了通过塑性变形以缓和冲击，支持件在碰撞的方向上形成凹陷并通过在大体垂直于碰撞方向的方向上的凹陷扩展而变平。结合在垂直方向上的弯折，所述的变平柔性地吸收碰撞方向上的冲击。此外，因为所述的变平不依赖于碰撞方向，所以缓冲作用是稳定的。此外，可以使用通用管状元件以降低制造成本。
在第五及第六车辆冲击缓冲装置中，即使在支持件的上部已经由于车辆碰撞而分离后，线圈依然持续吸收冲击。
第七车辆冲击缓冲装置包括多个支持件，并由此支持件的塑性变形对增加冲击负载吸收能力作出很大贡献。此外，此结构消耗了碰撞车辆接收的负载。
在第八车辆冲击缓冲装置中，即使在车辆碰撞时等于或超过设定量的负载被施加，冲击集中在具有比安装元件强度低的带有切口的区域。此带有切口的区域可以平稳地破裂，由此有效的防止安装元件的损害。因此，在车辆碰撞后，因为通过简单的除去安装元件内部及周围的剩余物而可恢复缓冲装置的安装基础，车辆冲击缓冲装置可以被方便的回收。此外，安装元件可重新使用并简化了新车辆冲击缓冲装置的安装。这减少了恢复成本及安装成本，并减少了所需的工作时间。
在第九车辆冲击缓冲装置中，设定量及屈服点负载被调整为上述范围内的量，由此上述效果得以显著的实现。
在第十车辆冲击缓冲装置中，管状元件的屈服点负载可以调整为上述范围内的量。
第十一车辆冲击缓冲装置包括在管状元件变平时对冲击吸收作出贡献的内部衬垫材料。通过适当选择设置或不设置内部衬垫材料及内部衬垫材料的形式或质量，管状元件的冲击吸收能力易于优化。由此，可以容易的提供具有适用于安装地点的情况的冲击吸收能力的车辆冲击缓冲装置。
【附图说明】
图1是说明根据本发明的第一实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。
图2是一系列纵向剖视图，说明在车辆碰撞时，图1中所说明的车辆冲击缓冲装置的变形。
图3是说明根据本发明的第二实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。
图4是一系列纵向剖视图，说明在车辆碰撞时，在图3中说明的车辆冲击缓冲装置的变形。
图5是说明根据本发明的第三实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。
图6是一系列纵向剖视图，说明在车辆碰撞时，在图5中说明的车辆冲击缓冲装置的变形。
图7是一系列剖视图，说明支持件的示例。
图8示出了支持件的一部分，图(a)到(c)是说明带有切口的区域的立体图，图(d)是带有槽口的区域的纵向剖视图。
图9是一对纵向剖视图，说明安装元件的示例。
图10是说明根据本发明的第一实施例的多个车辆冲击缓冲装置的布置的示例的平面图。
图11示出了立体图(a)及平面图(b)，说明安装在由多个杆支持的栏杆的端部之后的本发明第三实施例的车辆冲击缓冲装置。
图12是说明根据本发明的第四实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。
图13是说明多个图12中所说明的车辆冲击缓冲装置的布置示例的平面图。
图14为示意性的示出了压于管形元件的施加压力端的负载与位移之间的关系的图表。(a)示出了在管形元件没有容纳内部衬垫材料的情况下的关系，而(b)示出了在管形元件容纳有内部衬垫材料的情况下的关系。
图15是说明根据本发明的第五实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。
图16是一系列纵向剖视图，说明在车辆碰撞时，在图15中说明的车辆冲击缓冲装置的变形。
图17是示出了压于图15中所说明的车辆冲击缓冲装置的施加压力端的负载与位移之间的关系的图表。
图18为表明使用在图15中所说明的车辆冲击缓冲装置中以吸收碰撞负载的线圈上的测量结果的图表。
【具体实施方式】
参考附图，本发明的实施例描述如下。
(第一实施例)
图1是说明根据本发明的第一实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。图2(a)至(d)是纵向剖视图，说明在车辆碰撞时，在图1中说明的车辆冲击缓冲装置的变形。
如图1所示，根据本发明的第一实施例的车辆冲击缓冲装置100包括随着车辆的碰撞而变形以缓和在车辆上的冲击的减震器10，用于减震器10的支持件20，及固定在安装表面E上并保持支持件20在安装表面E上处于竖直状态的保持部分30。保持部分30包括释放部分，该释放部分具有一破坏强度，其允许释放部分随着施加上等于或超过设定量的负载而断裂，并由此释放支持件20。此外，支持件20具有允许支持件随着施加上小于设定量的负载而塑性变形的变形强度。
保持部分30包括固定在支持件20下部上、用于将支持件20保持在竖直状态的连接部分31，以及通过设置在连接部分31中的配合孔32植入安装表面E中的锚栓33。锚栓33对应于释放部分，并随着施加上等于或超过设定量的负载而断裂，以由此释放支持件20。
在此，安装有车辆冲击缓冲装置100的“安装表面”E是道路表面、道路旁的地面、或设置在道路旁的地面的基础(如混凝土基础)的上表面。此外，“释放”指使支持件20不能支持减震器10而使得减震器的缓冲作用不再有效，例如，将支持件20由安装表面E上的固定位置分离，或使支持件20毁坏。这些术语在说明书及权利要求书中以相同的含义使用。
减震器10优选的由塑料衬垫材料制成，例如可膨胀聚苯乙烯(EPS)、膨胀聚乙烯、膨胀聚丙烯、膨胀聚亚安酯等。但是，也可以使用其它衬垫材料，例如纸衬垫材料、空气衬垫材料等。尽管本实施例中的减震器10为环形并在中间具有用于插入支持件20的空洞，但减震器10可以具有其它形状，只要在车辆碰撞时其可以被支持件20所支持即可。
支持件20是管状元件(例如，圆柱形钢管)，且在管状支持件20变平时发生塑性变形。在本实施例中，管状支持件20由铁制成，但其可以由其它金属、具有高弯折强度的塑料或其他可通过塑形变形有效吸收车辆碰撞冲击的材料制成。
此外，在本实施例中，管状支持件20包含内部衬垫材料23，并以盖子22密封以防雨水。各种衬垫材料可以用作内部衬垫材料23，包括上述塑料衬垫材料、纸衬垫材料、空气衬垫材料等。内部衬垫材料23可以改变为不同的形状及尺寸，从粒状或卵石尺寸材料到将要被插入管状支持件20的一块圆柱形材料。或者，内部衬垫材料23可以省去。
当车辆C与根据本发明的第一实施例构成的车辆冲击缓冲装置100碰撞时，冲击首先通过如图2(b)所示的减震器10的变形吸收，然后通过如图2(c)所示的支持件20的塑性变形吸收，再通过保持部分30的断裂而被吸收。在负载超过设定量时，保持部分30的锚栓33断裂以如图2(d)所示释放支持件20。因此，车辆C上的冲击可以被限制至一预定量。优选的是，在被释放后，通过诸如公开文献1和2中揭示的脚轮或导轨的导引装置(未示出)，滑动减震器10及支持件20，并同时保持近似竖直状态。
因此，本实施例的车辆冲击缓冲装置100不仅可以通过减震器10及保持部分30的缓冲作用吸收冲击，而且还可以通过支持件20的塑性变形吸收冲击，由此因为塑性变形的贡献，实现比通过减震器10的柔性实现的更高的冲击负载吸收能力。因为此结构不需增加车辆冲击缓冲装置100的量，车辆冲击缓冲装置100比已知的车辆冲击缓冲装置具有更高的每安装空间的冲击负载吸收能力。因此，车辆冲击缓冲装置100可以被安装在具有有限空间的狭窄安装地点中，立即停止碰撞车辆C，并有效缓和车辆C上的冲击。
在本实施例中，因为使用了诸如圆柱形钢管的管状元件作为支持件20，为了缓和冲击的塑性变形产生为在支持件20上沿碰撞方向的凹陷及此后在大体垂直于碰撞方向的方向上通过扩展凹陷的变平。结合在垂直方向的弯折，所述的变平柔性地吸收来自碰撞方向的冲击。
此外，因为变平不依赖于碰撞的方向，缓冲作用的以稳定。如本实施例中，在减震器10具有环状形状且支持件20是圆柱形管状元件时，缓冲装置的整体呈轴向对称，且由此减震器10及支持件20有效的表现出缓冲作用，而与车辆C的碰撞方向无关。此外，使用通用产品作为管状支持件20节省了成本。
因为本实施例使用了在管状支持件20变平时对吸收冲击作出贡献的内部衬垫材料23，通过选择设置或不设置内部衬垫材料23及其形式与质量，管状支持件20的冲击吸收能力易于优化。这使得可容易地实现具有适用于安装地点状况的冲击吸收能力的车辆冲击缓冲装置100。
此外，使用了锚栓33，使得可容易地实现施加上等于或超过设定量的负载而断裂以释放支持件20的释放部分。
用于释放部分(锚栓33)断裂的设定量，使管状支持件20变平的屈服点负载，管状支持件20的质量、外径及壁厚，及内部衬垫材料23的设置与否及类型都可以根据安装地点的状况优化地选择。
在通常的安装地点，即，道路表面或路边，碰撞车辆的重量可以假设为0.5至3t，且由碰撞产生的加速度为100至300m/S2。在此情况下，优选的是，相应于支持件20，用于释放部分(锚栓33)断裂的设定量是50至900kN，且使管状支持20变平的屈服点负载是25至800kN。更优选的，设定量是80至400kN且屈服点负载是50至350kN，且甚至更优选的，设定量是120至250kN且屈服点负载是100至200kN。通过在上述范围内调整设定量及屈服点负载，上述效果可以显著地实现。
管状支持20优选由铁或塑料制成且优选具有100至800mm的外径及0.8至100mm的壁厚。更优选的，外径是130至500mm且壁厚是1.0至20mm，且甚至更优选的，外径是200至320mm且壁厚是1.6至6mm。这使得可在上述范围内调整管状支持件20的屈服点负载。
具体地，在使用塑料时，例如玻璃纤维加强酚醛树脂或具有高弯折强度的类似塑料，管状支持件20优选具有100至800mm的外径及1.6至100mm的壁厚，更优选的，外径是130至400mm且壁厚是1.6至40mm，且甚至更优选的，外径是200至350mm且壁厚是3至12mm。
(第二实施例)
图3是根据本发明的第二实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。图4是一系列纵向剖视图，说明在车辆碰撞时，在图3中所说明的车辆冲击缓冲装置的变形。
如图中所示，根据本发明的第二实施例的车辆冲击缓冲装置100A包括随着车辆的碰撞而变形以缓和车辆上的冲击的减震器10A，及用于减震器10A的支持件20A。如第一实施例，支持件20A是管状元件(例如，圆柱形钢管)。形成为支持件20A的下部的连续部分32A被埋在低于安装表面E的区域(以下安装表面E及其下的区域被通称为“安装区域”)，由此支持件20A在安装表面E上保持竖直。支持件20A在稍高于安装表面E的部分内形成有切口31A。切口31A穿透支持件20A，并沿大体垂直于支持件20A主轴的平面具有细长开口。连续部分32及形成在安装区域中的埋入孔构成保持部分30A。
支持件20A的切口31A形成释放部分，其作为因为等于或超过设定量的负载的断裂的开始点。即，邻近支持件20A的切口31A的部分的破坏强度被设定使得此部分通过等于或超过设定量的负载而断裂，以释放支持件20A。但是，在第一实施例中，支持件20A没有设计为塑性变形。具体来说，用于邻近切口31A的部分之断裂的设定量比使管状支持件20A变平的屈服点负载要低。
减震器10A与第一实施例中的相同，故省去其描述。
在车辆C与本实施例构造的车辆冲击缓冲装置100A碰撞时，如图4(b)所示，减震器10A变形以吸收冲击。在负载等于或超过设定量时，切口31A作为其邻近部分断裂的开始点，由此释放支持件20A。因此，在车辆C上的冲击可以被限制至一预定量。
本实施例的车辆冲击缓冲装置100A具有简单结构，包括一个平的、一件式管状元件作为支持件20A，管状元件在其下部具有切口31A。此结构使得可以以较少的步骤及较低的成本制造车辆冲击缓冲装置100A。
此外，以切口31A布置于安装表面E以上的方式，支持件20A可以通过将其下部分(连续部分32A)埋入设置在安装区域中的埋入孔而得以安装。这简化并方便了安装，减少了安装成本，并减小了所需的安装空间。
(第三实施例)
图5是说明根据本发明的第三实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。图6是一系列纵向剖视图，说明在车辆碰撞时，图5中所说明的车辆冲击缓冲装置的变形。
如图中所示，根据本发明的第三实施例的车辆冲击缓冲装置100B包括随着车辆碰撞而变形以缓和车辆上冲击的减震器10B，用于减震器10B的支持件20B，及固定在安装表面E上以将支持件20B竖直保持在安装表面E上的保持部分30B。保持部分30B包括形成为支持件20B的下部的连续部分32B，及埋在安装表面E之下以配合上并保持住连续部分32B的安装元件34B，借此支持件20B被保持在竖直状态。如第二实施例中的，在稍高于安装表面E的部分中，作为释放部分，支持件20B形成具有细长开口的切口31B，其作为因为等于或超过设定量的负载之断裂的开始点。即，邻近支持件20B的切口31B的部分的破坏强度被设定使得此区域通过等于或超过设定量的负载而断裂，由此释放支持件20B。此外，如第一实施例中的，支持件20B的变形强度建立为可允许支持件20B随着小于设定量的负载的施加而塑性变形。
减震器10B与第一实施例中的减震器相同，故省去其描述。
如第一实施例中的，支持件20B是管状元件(例如，圆柱形钢管)，且塑性变形在使管状支持件20B变平时产生。
此外，在本实施例中，安装元件34B足够坚固以甚至在支持件20B邻近切口31B的部分断裂之后还大体保持其原始形态。此安装元件34B优选具有80至1500kN的屈服点负载。在安装元件34B具有可以容纳如本实施例中的连续部分32B的圆柱形状时，优选的是，安装元件34B由金属制成，如铁，并具有稍大于连续部分32B的外径的内径，具有0至30mm的间隙，及3至80mm的壁厚。
当车辆C与根据本发明的第三实施例构造的车辆冲击缓冲装置100B碰撞时，如图6(b)所示冲击首先通过减震器的变形吸收，然后如图6(c)所示通过支持件20B的变形吸收，再通过邻近切口31B的部分的断裂而吸收。在等于或超过设定量的负载被施加时，切口31B作为邻近切口31B的部分的断裂开始点，以由此释放支持件20B。由此，在车辆C上的冲击可以被限制至一预定量。
因此，类似于第一实施例的缓冲装置，因为支持件20B的塑性变形的贡献增加了每安装空间的冲击负载吸收能力，根据本实施例的车辆冲击缓冲装置100B具有高的冲击负载吸收能力。
此外，类似第二实施例，本实施例的车辆冲击缓冲装置100B具有简单结构，包括作为支持件20B的一个一件式的管状元件，管状元件在其下部具有切口31B，并由此可以低成本进行制造及安装。此外，缓冲装置可以被安装在具有有限空间的狭窄地点，立即停止碰撞车辆C，并缓和车辆C上的冲击。
此外，因为本实施例的缓冲装置包括安装元件34B，所以即使在车辆碰撞时，等于或超过设定量的负载被施加，冲击可集中在比安装元件34B的强度小的带有切口31B的区域。这允许此带有切口31B的区域平稳的断裂并有效的防止对安装元件34B的损害。
在碰撞后，车辆冲击缓冲装置100B的基础部分(安装元件34B)通过简单的除去安装元件34B内部或周围的剩余物(形成支持件20B的下部及其它部分的连续部分32B)而可被使用。由此，缓冲装置易于回收及更新，减少了用于安装及恢复的成本及时间。
在上述的第一至第三实施例中，支持件20、20A及20B是管状(例如，圆柱形)元件，但是支持件可以具有不是管形状的其它形状。例如，如图7(a)至(c)所示，支持件可以是具有H、U或S形横截面的棒状元件。但是，优选的是，支持件是可以通过保持部分30、30A或30B保持在竖直位置以支持减震器10、10A或10B的管状元件，其大体在大致水平方向上接收冲击。
在第二及第三实施例中，切口31A或31B于稍高于安装表面E的部分被形成在支持件20A或20B中，且其为穿透支持件20A或20B并沿大体垂直于支持件20A或20B主轴的平面而布置的细长通孔的形状。但是，切口31A及31B可以具有其它形状，不一定是通孔。
例如，如图8(a)至(c)所示具有不同形状的切口可以被设置在连续部分。在图8(a)及(b)中，多个圆形或细长矩形孔沿大体周向方向大体设置为一列。在图8(c)中，多个圆形孔被布置而形成多个列。
如图8(d)(支持件的部分纵向剖视图)所示，支持件可以设置有不贯穿支持件并沿大体垂直于支持件主轴的平面而形成的切口(或槽口)。此切口可以被形成在实心元件及如管的空心元件上。
因为邻近支持件上切口的部分的屈服点负载根据切口的形状及其它特征而不同，所以通过根据支持件的壁厚及强度来设计切口(尺寸、形状、数量、布置)，邻近切口的部分的破坏强度可以容易地调节至需要的量。由此，具有适用于安装地点状况的破坏强度的车辆冲击缓冲装置可以容易地得以实现。
此外，切口的形成可以根据是使用单一缓冲装置还是一套两个或更多缓冲装置而进行选择。在使用单一车辆冲击缓冲装置时，优选的是，在具有切口的区域断裂时，在支持件的底部依然以一定程度固定在安装表面上时，支持件被向下拉，以停止支持件散落并由此防止二次事故。为此，如图8(b)所示，在其外围的部分上，连续部分优选设置有固定部分311。通过安装车辆冲击缓冲装置使得从碰撞车辆观察，固定部分311被定位在支持件的后侧，甚至在具有切口的区域因为碰撞断裂时，通过其后侧上的固定部分，支持件保持以一定程度固定于安装表面。
在使用一套两个或更多车辆冲击缓冲装置时，安装在其前部的缓冲装置被优选地制成使得，在具有切口的区域断裂时，支持件由安装表面分离并在保持大体竖直形态的同时进行滑行。如图8(d)所示，通过增加切口占据的区域(例如，增加切口的数量或扩大切口的开口)，通过减少相邻切口之间的空间，或通过增加槽口的深度，可以方便地实现便于支持件分离的孔。这使得在具有切口的区域断裂后，可连续保持后续的车辆冲击缓冲装置的减震器及支持件的冲击吸收作用。优选的是，通过合适的导引装置、绳索等防止支持件的散落。在安装在该套车辆冲击缓冲装置的后部中的车辆冲击缓冲装置中，优选地，在支持件的底部保持固定至安装表面时，支持件被向下拉。
在第三实施例中，使用圆柱形安装元件，但只要其固定在连续部分上以保持支持件在竖直状态并在释放部分(切口)断裂后大体保持原始形状，安装元件可以具有任何形状。
图9(a)及(b)是纵向剖视图，说明安装元件及连续部分的其它示例。
图9(a)所示的安装元件34C是将被埋于安装表面下的地板状元件。地板状元件的上表面设置有插入连续部分32C的插入开口341C，以由此保持支持件在竖直状态。在图9(d)所示的安装元件34D中，地板状元件的上表面突起，每个突起都插入连续部分32D中，以由此保持支持件在竖直状态。在图9(b)所示的结构中，支持件的切口被形成在稍高于突起342D的顶端的一部分。
在第一至第三实施例中，车辆冲击缓冲装置被单独地安装。但是，在车辆很可能以高速碰撞的地点，通常适于并排安装多个车辆冲击缓冲装置。在此情况下，使用具有两个或更多插入开口341C或突起342D的安装元件34C或34D消除了在安装地点判断车辆冲击缓冲装置之间距离的必要，方便了安装操作。
图10(a)至(c)是平面图，说明根据本发明的第一实施例的多个车辆冲击缓冲装置的布置的示例。如图中所示，车辆冲击缓冲装置100于中间路带的端部D处安装在安装表面E上。
在此布置中，优选的是车辆冲击缓冲装置100邻接设置，使得减震器相互接触，并沿碰撞的预期方向布置，即，可能与缓冲装置碰撞的车辆的行进方向。这使得即使施加到一个车辆冲击缓冲装置100上的冲击达到了屈服点并释放了支持件20时，后续的车辆冲击缓冲装置100可立即吸收冲击，并由此在短距离内停止碰撞车辆并有效缓和车辆上的冲击。
如图10所示，在中间路带的端部D处，车辆冲击缓冲装置需要被大体安装在约40至100cm的狭窄宽度内，因此，安装现有的冲击缓冲装置是困难的。但是，根据本发明的第一实施例的车辆冲击缓冲装置100具有增加的每安装空间的冲击负载吸收能力，并在保持足以停止车辆并缓和冲击的能力的同时，可以被安装在狭窄地点，例如中间路带的端部D。在一些情况下，将被并排安装的车辆冲击缓冲装置100的数量可以增加，因而大大减小了必须的安装空间。
以上解释了在中间路带端部处车辆冲击缓冲装置的安装，但是车辆冲击缓冲装置也可以被应用在其它不同的易于发生车辆碰撞的地点，例如道路岔口、收费站的分支点端部等。
图11(a)示出了根据本发明的第三实施例的车辆冲击缓冲装置安装在由多个杆P支持的栏杆G的端部之后的立体图。图11(b)是车辆冲击缓冲装置及栏杆的平面图。如图中所示，车辆冲击缓冲装置100B于栏杆的端部之后安装在安装表面E上。
栏杆G通常由钢坚固地制成，以防止车辆进入由其保护的区域。但是，超过支持栏杆G的杆P的端部在车辆与其碰撞时将严重的弯折，并因而不能有效的防止车辆进入，导致被保护区域处于危险之中。
如上所述及图中所示，车辆冲击缓冲装置100B可以安装在具有有限空间的狭窄安装位置中。安装于安装表面E上、栏杆的端部之后的车辆冲击缓冲装置100B可以立即停止碰撞车辆并有效缓和车辆上的冲击。
(第四实施例)
图12是根据本发明的第四实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。图13(a)及(b)是平面图，示出了多个在图12中说明的车辆冲击缓冲装置的布置的示例。可以解释成此车辆冲击缓冲装置包括具有8形横截面的管状支持件(见图7)。
如图12所示，根据本发明的第四实施例的车辆冲击缓冲装置100C包括随着车辆的碰撞而变形以由此缓和车辆上冲击的减震器10C，用于减震器10C的两个支持件20C，及固定在安装表面E之下以将两个支持件20C竖直地保持在安装表面E上的保持部分30C。支持件20C及保持部分30C具有与根据第二或第三实施例的车辆冲击缓冲装置100A或100B的支持件20A或20B及保持部分30A或30B相同的结构。
不同于根据第二及第三实施例的车辆冲击缓冲装置100A及100B，车辆冲击缓冲装置100C包括两个支持件20C，两个保持部分30C及一个减震器10C，每个支持件20C都具有切口31C及连续部分32C，减震器10C大体是包围两个管状支持件20C的椭圆圆筒，减震器10C与安装表面E直接接触。除了以上地方，车辆冲击缓冲装置100C与根据本发明的第三实施例的车辆冲击缓冲装置100B相同。因此，省略车辆冲击缓冲装置100C的描述。相应于用于切口31断裂的设定量及使管状支持件20C变平的屈服点负载，优选的是，两个支持件30C的总设定量及总屈服点负载在第一实施例具体描述的范围内。
类似第三实施例，根据本实施例的车辆冲击缓冲装置100C具有因为支持件20C的塑性变形的贡献而增加的冲击负载吸收能力，由此实现了高的每安装空间的冲击负载吸收能力。具体来说，本实施例的车辆冲击缓冲装置包括两个相邻的管状支持件20C，其塑性变形对更高冲击负载吸收能力有很大的贡献。此外，支持件20C消耗了碰撞车辆上的冲击。
在多个此车辆冲击缓冲装置被成行安装时，如图13(a)及(b)所示，优选将两个或更多车辆冲击缓冲装置100C沿垂直于两个管状支持件20C的行方向之方向布置。此外，如上所述，根据行的排列次序，可以选择切口的设计及内部衬垫材料的类型，以相应于支持件20C的断裂地设定量或使支持件20C变平的屈服点负载而改变车辆冲击缓冲装置。例如，优选的是，在行的前部的车辆冲击缓冲装置100C中，如上所述，多个切口沿大体周向方向成列设置，以便于断裂。在行的后部的车辆冲击缓冲装置100C中，优选的是，上述的固定部分被设置在支持件20C的一部分上并允许即使在切口断裂时，支持件20C仍可保持固定于安装表面。
(示例1)
相应于通过管状元件的变平而吸收冲击负载的第一、第三或第四实施例的车辆冲击缓冲装置，研究管状支持件的外径及壁厚的优选范围，假定碰撞车辆的重量是1t，由碰撞产生的加速度是100至300m/s2，且车辆撞击的位置是高于地面50cm处。外径根据JIS G3444选择。使用的管状支持件由铸铁制成并具有400MPa的断裂应力。除了如第一或第三实施例的包括一个管状元件的车辆冲击缓冲装置，还使用了如第四实施例的包括两个管状元件的车辆冲击缓冲装置，及包括三个管状元件的车辆冲击缓冲装置。表1示出结果。
在表中，“弯折”及“变平”分别显示通过管状元件的弯折及变平而吸收的负载。基于以上假设，总负载需要是100至300kN或更多。此外，在“调整”栏内的“I.C.：内部衬垫材料”显示在管状元件中使用内部衬垫材料是优选的。
压力装置的压力施加端被压在管状元件的中央，其离每一个固定端50cm，以测量压力施加端的位移及负载。图14(a)及(b)分别示意性的示出了支持件包括内部衬垫材料的情况下及支持件不包括内部衬垫材料的情况下，位移与负载之间的关系。通过由区域R示出的量，图14(b)揭示了使用内部衬垫材料实现的由曲线F2表示的冲击负载吸收能力大于由曲线F1表示的冲击负载吸收能力。
表1 外径支持件的数 量 厚度 弯折 变平 调整 216.3mm 1 3.5mm 7.5mm 12mm 100kN 200kN 300kN 20kN 95kN 250kN I.C. I.C. 不需要 2 1.7mm 3.5mm 6.0mm 50kN 100kN 150kN 4.5kN 20kN 60kN I.C. I.C. I.C. 318.5mm 1 1.6mm 3.2mm 5mm 100kN 200kN 300kN 2.7kN 11kN 27kN I.C. I.C. I.C. 2 0.8mm 1.6mm 2.4mm 50kN 100kN 150kN 0.7kN 2.7kN 6kN 不可能 I.C. I.C. 139.8mm 2 4.5mm 10mm 20mm 50kN 100kN 200kN 52kN 270kN 1000kN 不需要 S.A. S.A. 3 2.9mm 6.2mm 10mm 33kN 66kN 100kN 21kN 100kN 270kN I.C. S.A. S.A. 114.3mm 2 4.5mm 7.5mm 20mm (实心) 50kN 100kN 200kN 200kN 1700kN 无 S.A. S.A. S.A. 3 2.9mm 4.5mm 10mm 20mm 33kN 66kN 100kN 65kN 350kN 1700kN S.A. S.A. S.A.
I.C.：内部衬垫材料
S.A.：减震器
如表1所示，在外径是216.3mm时，具有三个厚度，即3.5mm、7.5mm及12mm的单独使用的管状支持件达到100至300kN或更多的总负载。通过使用内部衬垫材料的调整，具有厚度为3.5mm或7.5mm的支持件可以制成能够承受300kN或更多的负载。由此，在使用具有外径为216.3mm的支持件的情况下，可以应用至少3.5至12mm的厚度。此表还揭示了，在使用两个具有外径为216.3mm的管状支持件时，可以应用至少1.7至6mm的厚度。
此表还示出了以下情况：在外径是318.5mm时，在使用一个管状支持件的情况下，可以应用至少1.6至5mm的厚度，且在使用两个管状支持件的情况下至少可以应用1.6至2.4mm的厚度；在外径是139.8mm时，在使用两个管状支持件的情况下，可以应用至少4.5至20mm的厚度，且在使用三个管状支持件的情况下，可以应用至少2.9至10mm的厚度；且在外径是114.3mm时，在使用两个管状支持件的情况下，可以应用至少4.5至20mm的厚度，且在使用三个管状支持件的情况下，可以应用至少2.9至10mm的厚度。
在表1中，“S.A.：减震器”表示可承受的负载通过将多个车辆冲击缓冲装置布置为一套而进行调整。如上所述，主要安装在这样一套车辆冲击缓冲装置的前部的车辆冲击缓冲装置优选设置有便于分离的切口。例如，72个直径为5mm的圆形通孔沿外径为216.3mm的管状支持件的周向方向成行形成。该等孔使得空隙率(孔直径×孔数量/支持件周长)约为50％，并由此便于断裂时候的分离。在其支持件在断裂时优选被分离的车辆冲击缓冲装置中，希望管状支持件的空隙率是40至90％。
(第五实施例)
图15是根据本发明的第五实施例的车辆冲击缓冲装置的立体图。类似于图5中所示的车辆冲击缓冲装置100B，此车辆冲击缓冲装置100E包括减震器10E、支持件20E、保持部分30E及切口31E，还进一步包括位于支持件20E内的螺旋线圈50。类似于图5中所示的车辆冲击缓冲装置100B，支持件20E具有允许支持通过小于设定量的负载而塑性变形的变形强度，且切口31E具有使得其在接收等于或超过预定量的负载时作为断裂的开始点而由此释放支持件20E的破坏强度。
线圈50是包括大体同心的圆形圈(卷曲)的圆形线圈。线圈50由金属制成，例如铁，其不具有弹性并通过等于或超过预定量的负载而塑性变形。例如，线圈50的可用材料包括低碳钢，如结构钢。
线圈50在每一端都具有钩。支持件20E在其内部具有第一及第二安装元件51、52，安装元件51、52高于及低于切口31E布置并具有开口。线圈50的钩钩在第一及第二安装元件51、52的开口上。
图16是示出了在与车辆C碰撞时，根据本实施例构造的车辆冲击缓冲装置100E的变形。在车辆C碰撞时，原来处于图16(a)所示状态的车辆冲击缓冲装置100E，首先通过减震器10E的变形及支持件20E的塑性变形而吸收冲击，如图(b)所示。随后，如图(c)所示，以切口31E作为断裂开始点，在支持件20E断裂为两块的同时吸收冲击。此外，即使在支持件20E的上部已经完全从下部分离后，如果车辆C保持动能，车辆的动能在支持件20E的上部由车辆C移动的同时被吸收，即，在通过由车辆C施加的力使线圈50塑性变形的过程中。
不同于其它实施例，根据本实施例的车辆冲击缓冲装置100E是优选的，因为如图(d)所示在通过线圈50的冲击吸收过程期间，大体上持续吸收冲击。图17是类似图14的图表，相应于根据本实施例的车辆冲击缓冲装置，示意性的示出了压力施加端的位移与负载之间的关系。在图17中，F3表示在类似于图14中表示的冲击吸收完成之后，冲击由线圈持续吸收。在图17中，只要线圈50可以伸长，曲线连续向右。
具有高弹性的弹簧，如普通钢弹簧，可以持续吸收车辆冲击能量，但在变形之后产生大的回复力并可能导致二次事故。相对地，本实施例中的线圈50由具有低弹性的材料制成并需要用于塑性变形的等于或超过预定量的负载，并由此具有非常小的回复力而不可能导致二次事故。
在上述描述中，线圈50是圆形线圈，但只要其是由塑性可变形材料制成的线形元件，需要用于延伸的等于或超过预定量的负载，且被置于支持件20E之中，其就不限于此。例如，线圈50的每一圈可以是任何形状，包括椭圆、等边或不等边多边形等；圈可以是不同尺寸；或线圈可以是折叠的线形元件。
只要线圈50的端部被定位在切口31E之上及之下，并安装至支持件20E上，将线圈50的端部安装至支持件20E的及位置是不受限制的。例如，线圈50的主体可以被置于支持件20E中并位于孔31E之下。在此情况下，在支持件20E中在孔31E之上的空间可以用衬垫材料填充。线圈50也可以安装至支持件20E的外部。在此情况下，车辆冲击缓冲装置100E优选以从预期的碰撞车辆观察，线圈50定位在支持件20E的后部的方式来安装。
在本发明的实施例已经详细描述的同时，本发明不限于第一至第五实施例，可以有不同的增加及改变。例如，通过视觉作用可以防止车辆碰撞的反射粘贴、灯等可以与车辆冲击缓冲装置安装在一起。
(示例2)
图18是一对图表，示出了用于第五实施例的车辆冲击缓冲装置中的线圈50上的测试结果。使用于此测试的线圈由结构钢制成，包括线圈直径D约为62mm的圈，还具有约为12mm的线直径d且圈数Na为3。
图18(a)示出了，通过以变形率约200mm/min连续施加力至线圈端部直到线圈断裂的线圈变形结果。在图表(a)中，横坐标表示变形量，纵坐标表示负载。此图表示出负载基本稳定在5kN至10kN的范围内，证明能量得以有效吸收。
根据JIS B 2704，
τ0＝8DP/(πd3) (等式1)
τ＝κτ0 (等式2)
其中τ0是扭曲应力，τ是扭曲修正应力，P是负载，及κ是应力修正系数。
由等式1及2，
P＝(πd3τ)/(8Dκ) (等式3)
其中κ＝(4c-1)/(4c-4)+0.615/c，且c＝D/d。
图(a)所示的测试结果被代入等式3以找到其中负载稳定的τ的范围。因为c＝5.17且κ＝1.3，在P＝5(kN)时，τ＝(8DκP)/(πd3)＝594(N/mm2)；且在P＝10(kN)时，τ＝(8DκP)/(πd3)＝1180(N/mm2)。由此，在τ是60.5至121(N/mm2)时，能量可以被有效的吸收。
此外，因为在1吨的车辆碰撞时产生约30至150m/s2的加速度，所以反过来计算，具有理想强度以吸收能量的车辆冲击缓冲装置，可以通过决定产生约30kN至150kN的冲击负载P的线圈的线圈直径D及线直径d而实现。例如，在使用结构钢线圈时，110至130(mm)的线圈直径D及30至40(mm)的线直径d产生约40kN至80kN的冲击负载P。
除了这些条件，在圈数Na是3或更多时，吸收车辆的能量所需要的距离，即需要线圈基本完全伸展的距离，约为1m或更多，这是可行的。此外，在圈数Na是20或更多时，线圈可以置于可行高度约600mm的支持件中。
图18(b)示出了除了在断裂前的变形期间负载被释放四次(在点P1至P4)外，采用与如上述测试相同的变形率来施加力时，与上述测试(图表(a))中相同的尺寸及材料的线圈的变形的测试结果。图表(b)的纵坐标的比例相对于图表(a)的被放大。在图表(b)中，在点P1至P4处负载减至0，且线圈每次只回复约20mm。这表明在线圈是由具有低弹性的材料制成并需要等于或超过预定量的负载用于塑性变形时(例如，低碳钢，包括结构钢)时，由于其塑性，线圈可以持续吸收能量，并产生极小的回复力，因此，使得其不可能导致二次事故。
工业实用性
本发明提供了一种可以低成本安装、立即停止碰撞车辆并有效缓和车辆上的冲击的车辆冲击缓冲装置。