具体实施方式

参考图1和图2，应当理解，本文中所使用的术语“纵向”是指或者涉及碰撞衰减器1、301的撞击端110和附接(attachment)端120、420之间的长度或长度方向100，且与大体平行于交通流方向的“轴向撞击方向”对准并限定该“轴向撞击方向”。如本文所用，术语“侧向”是指沿横向方向160在碰撞衰减器的侧面之间取向或朝向(或垂直于)侧面。术语“前部”、“朝前”、“朝前地”及其变型是指相对于附接端120、420的位置或取向，而术语“后部”、“朝后”、“朝后地”及其变型是指相对于碰撞衰减器1的撞击端110的位置或取向。附接端120、420将碰撞衰减器1、301连接到跟随车辆2等。碰撞衰减器1的撞击端110接收撞击车辆760。术语“下游”是指远离碰撞衰减器1的撞击端110且朝附接端120、420移动的位置或取向，而术语“上游”是指朝碰撞衰减器1的撞击端110且远离附接端120、420移动的位置或取向。因此，例如，定位在一个部件下游的另一部件更靠近附接端120、420，而反之，定位在一个部件上游的另一部件更靠近撞击端110。术语“外侧”是指朝向碰撞衰减器1、301的最外边缘的方向或取向，而术语“内侧”是指远离最外边缘且朝向碰撞衰减器1、301的中心的方向或取向。术语“上部”是指朝向碰撞衰减器1、301的最顶部边缘的竖直方向或取向，而术语“下部”是指朝向地面的竖直方向或取向。术语“联接”是指与例如中间构件直接或间接地连接或接合，且该接合不需要是固定或永久的，但是该接合可以是固定或永久的，且包括机械连接和电连接两者。应当理解，如本文中所使用的数字术语“第一”、“第二”以及“第三”的用途并不在于指示任何特定的部件序列或顺序。例如，“第一”和“第二”框架构件可以指这些框架构件的任何序列，无论是端部、侧部还是中间框架构件。如本文中使用地，术语“易碎的”是指分成两件或者更多件。术语“屈服”是指在不断裂的情况下弯曲或变形。

图1示出附接到跟随车辆2的碰撞衰减器1。碰撞衰减器1的重量由跟随车辆2支撑和承载。如图2所示，碰撞衰减器301由可在一根轴上旋转的一对轮子303支撑。附接端420包括可由安装在跟随车辆2(图1中所示)上的枢轴钩(pintle hook)接合的牵引眼(lunetteeye)422或枢轴环。在图1和图2的两个实施例中，碰撞衰减器1、301包括限定后机架(bay)3和前机架4的框架。后机架3包括通过侧框架构件5连接的撞击框架构件6和后部中间框架构件7。侧框架构件5也被称为臂组件。盒(cartridge)10和11被设置在后机架3的内部。前机架4由通过侧框架构件50连接的前部中间框架构件8和支撑框架构件9组成，侧框架构件50也被称为臂组件。盒12被设置在前机架4的内部。应当理解，盒10、11和12也设置在图2中所示的碰撞衰减器301的机架3、4中，但是为了清楚地示出实施例的框架结构，在图2中省略了盒10、11和12。还应当理解，仅一个盒或多于两个盒可被设置在后机架3中，而前机架4可配置有两个或更多个盒。

当然，应当理解，可以对上述实施例进行大范围的改变。例如，碰撞衰减器可以形成为多于两个机架，而每个机架可以在其内设置有一个、多个盒，或不设置任何盒。类似地，碰撞衰减器也可以如美国专利No.6,092,959中描述的那样设计。在该文献中，衰减器在机架之间不铰接，而是衰减器被铰接在支撑车辆的后部处。其它实施例将采取如图2中所示的拖车衰减器301的形式，和/或采用如美国专利No.7,874,572中所描述的形式，或者如在美国专利No.5,642,792中所述采用带有一个附接盒的单一机架的形式。美国专利No.6,092,959、7,874,792以及5,642,792的全部内容以引用方式并入本文中。

在优选实施例中，框架构件5、6、7、8、9和50由焊接钢构成，包括结构钢管、钢板、角钢以及其它适当形状的钢材。其它实施例可以使用用于这些元件的其它结构材料，例如铝、塑料、玻璃纤维等。在优选实施例中，盒10、11和12由铝单元制成，如例如在美国专利No.4,711,481和美国专利No.6,092,959中所述。其它实施例可以使用其它适当的可压碎材料，例如钢板、镀锡钢、塑料或以适当外壳覆盖的纸板。

如图1所示，碰撞衰减器1包括铰链组件72。铰链组件72将后部中间框架构件7连接到前部中间框架构件8。铰链组件72具有旋转轴130。当后机架3围绕旋转轴130旋转大约180度时，后机架3依靠在缓冲器71上。固定件60将侧框架构件5连接到撞击框架构件6和后部中间框架构件7。固定件60还将侧框架构件50连接到前部中间框架构件8和支撑框架构件9。

图3是在图2的实施例中示出的侧框架构件5和50与中间框架构件7和8的连接的详细视图。碰撞衰减器301的中间框架构件7、8例如通过焊接与横向构件(cross members)302联接，以便限定中间框架构件451。中间框架构件7、8的端部与上部箱式(box)端部托架和下部箱式端部托架452连接。上部箱式端部托架和下部箱式端部托架452中的每一个都具有利用侧壁458、460连接的上壁454和下壁456。侧壁458、460成角度以在侧壁458、460之间形成角度α，这确保了限定附接至侧壁的侧框架构件5、50的框架构件85、86相对于彼此成角度。这便于各种铰链组件的铰接以及碰撞衰减器框架的后续塌缩，具体将在下文中进一步解释。在一个实施例中，在侧壁458、460之间限定的角度α是30度。然而应当理解，其他实施例可以使用大于或小于30度的角度。

在图1和图4的实施例中，中间框架构件7、8与铰链组件72连接。其中分开的上部端部托架552和下部端部托架552连接到中间框架构件7、8的端部。端部托架552具有与外部侧壁558、560对应接合的上壁554和下壁556。上壁的内边缘配置有上翻的凸缘562，且下壁的内边缘配置有下翻的凸缘564。当碰撞衰减器处于展开配置时，凸缘562、564邻接(abut)。侧壁558、560成角度以在它们之间形成角度α，这确保了限定侧框架构件5、50的框架构件85、86相对于彼此成角度。这便于各种铰链组件的铰接以及碰撞衰减器框架的后续塌缩，具体将在下文中进一步解释。在一个实施例中，角度α是30度。然而应当理解，其他实施例可以使用大于或小于30度的角度。

侧框架构件5和50包括框架构件85。框架构件85利用铰链组件380与框架构件86连接。框架构件85配置为以及称为前部管。框架构件86配置为以及称为后部管。铰链组件380包括外铰链构件80和内铰链构件81，配置为与第一框架构件和第二框架构件重叠的弯曲钢板。应当理解，框架构件85、86可以具有相同或不同的长度。例如，前部框架构件85相比后部框架构件86更短或更长。在一个实施例中，外铰链构件80可以由比内铰链构件81更薄(或不同)的材料制成，并且在一个实施例中被配置为板。尽管在图1和图2中示出了两个铰链构件80和81，但是应当理解，一些设计可以仅包含一个铰链构件，例如，省掉外铰链构件80或内铰链构件81。如图2中的实施例中所示，内板81比外板80更长。其中，每个板在第一框架构件85和第二框架构件86之间的接合处，例如在虚拟铰链轴处更宽。

竖直构件87连接对应的成对框架构件85和成对框架构件86，从而赋予侧框架构件5、50额外的刚度，以及相对于底部管构件约束顶部管构件或者使顶部管构件相对于底部管构件间隔开。侧框架构件5、50的各种元件被通过焊接保持在一起，然而，也可以使用包括螺栓连接、铆接、钎焊等的其它组装方法。尽管许多设计受益于竖直构件87，但是存在可使用额外的竖直构件的其他设计，或者根本不使用竖直构件，从而产生两个分离的臂构件对。还可以存在利用弯曲(angled)构件的设计，如美国专利No.6,092,959中所公开的。还应当理解，其它类型的结构元件可以替代管85、86和87，例如、弯曲件、圆形区段、C-通道、T-区段、I-区段、Σ-区段等。还应当理解，其他形状或材料可用于铰链构件80和81。

参考图2至图5，框架构件85、86的端部通过铰链组件462、464连接到框架构件6、9和451。每个铰链组件462、464配置有与外铰链板602、702侧向间隔开一定距离的内释放板600、700。例如，该一定距离等于框架构件85、86的厚度。还应当理解，在一些实施例中，释放板和铰链板可以例如通过使第一框架构件85和第二框架构件86的侧壁延伸而与第一框架构件85和第二框架构件86一体地形成。

参考图3和图4，其示出了将中间框架构件7、8或中间框架构件451连接到框架构件85、86的铰链组件。释放板和铰链板中的每一个配置有第一凸缘604、608和第二凸缘606、610。其中第一凸缘604、608例如通过焊接或利用诸如螺栓的固定件固定地连接到框架构件85、86的相对侧。如上文所述，第一凸缘可以一体地形成为框架构件的侧壁。如在图3和图4中所示，第一凸缘604、608是平行的。第二凸缘606、610固定到端部托架452、552的侧壁458、460、558、560。端部托架452、552固定到中间框架构件7、8和/或中间框架构件451且限定中间框架构件7、8和/或中间框架构件451的一部分。第二凸缘606、610相对于彼此大致齐平，并且与第一凸缘604、608正交。在其它实施例中，第二凸缘相对于第一凸缘倾斜，这意味着它们既不正交于第一凸缘也不平行于第一凸缘。相反，铰链板的第二凸缘从第一凸缘向外延伸(并且远离释放板)，并且相对于第一凸缘形成例如75度的角度。而释放板的第二凸缘从第一凸缘向内(并且远离铰链板)延伸，且相对于第一凸缘形成例如105度的角度。应当理解，其他角度也可以是合适的，且由框架构件85、86对端部托架侧壁458、460、558、560的相对角度限定，端部托架侧壁458、460、558、560部分限定框架构件7、8、451。例如，在一个实施例中，在侧壁相对于彼此成角度的情况下，第一凸缘和第二凸缘在预撞击配置中是正交的。

参考图5和图8，其示出了将支撑框架构件9的一侧连接到框架构件85、86的铰链组件464。释放板700同样配置有第一凸缘704和第二凸缘706。其中，第一凸缘704例如通过焊接或利用诸如螺栓的固定件固定地连接到框架构件85、86的内侧。如上文所述，第一凸缘可以一体地形成为框架构件的侧壁。应当理解，具有释放板700的铰链组件464也可以将端部撞击框架构件6连接到框架构件85、86，或者释放板700可以被省掉，仅活动铰链将端部撞击框架6连接到框架构件85、86。铰链板702被配置为平板，但是可以被认为具有平行且齐平的第一凸缘708和第二凸缘710，其中第一凸缘708是覆盖框架构件85、86的部分，而第二凸缘710是覆盖框架构件9的端部的部分。或者，铰链板702可以是弯曲的，具有第一凸缘和第二凸缘。释放板的第一凸缘704和铰链板的第一凸缘708平行，如图5所示。释放板的第二凸缘706和铰链板的第二凸缘710固定到框架构件9。第二凸缘相对于彼此大致正交。但是释放板的第二凸缘706从第一凸缘向内(且远离铰链板)延伸，且相对于第一凸缘形成90度的角度，以便与框架构件9的端部配合。在其它实施例中，释放板的凸缘可相对于彼此形成75度的角度。应当理解，其他角度也可以是合适的，且由框架构件85、86相对于端部框架构件9的相对角度限定。释放板700还包括角撑板712或加强肋。角撑板712或加强肋例如通过焊缝713固定地联接到第一凸缘且优选地以正交关系从其向内延伸。角撑凸缘具有三角形形状，具有成角度的侧边缘714和端部自由边缘716，且端部自由边缘716沿着第二凸缘706的滑移表面718设置。

如图5和图8所示，焊缝713沿着在角撑板712与第一凸缘704的面之间的接口的长度延伸，并且沿着在角撑板712和第二凸缘706之间的接口的一部分(该一部分在第一凸缘和第二凸缘的交点(第一凸缘和第二凸缘之间的拐角)与指示凹口715之间)延伸。通过这种方式，组装者知道将焊接线一直延伸到凹口715，且提供关于在角撑板712与第二凸缘706之间提供的焊接量的确定性。这使得限定角撑板712邻接第二凸缘706的自由边缘716的长度(L)。该长度未被焊接或以其他方式固定，并且在凹口和角撑板712的端部之间测量。在操作中，角撑板的未固定部分或自由边缘716可以邻接并抵靠第二凸缘706压缩，以便防止和限制框架构件85相对于端部框架9的任何向内弯曲。角撑板有助于使连接在系统的寿命内更鲁棒，例如抵抗在车辆转弯期间和/或当系统在运输期间折叠时的相对运动。反之，在撞击事件期间，在角撑板712和第二凸缘706之间的焊缝部分可以被撕裂，以便允许第一凸缘704和第二凸缘706相对于彼此弯曲。应当理解，角撑板也可以被设置在凸缘604、606之间的连接处，包括如本文所述的其焊缝部分。

每个铰链板602、702的第二凸缘610、710利用延伸穿过安装孔90的固定件而被紧固地(不可释放地)固定到端部托架/中间框架构件或端部框架构件6、9，以允许固定件60将侧框架5、50附接到中间框架。在一个实施例中，固定件60被配置为利用螺母固定的螺栓。其它实施例可以使用其它组装方法代替螺栓，例如铆焊、钎焊等。

参考图1至图5，释放板600、700的第二凸缘606、706可释放地固定到端部托架452、552。端部托架452、552部分限定中间框架构件7、8、中间框架构件451或端部框架9。其中固定件60延伸穿过安装孔390(在图8中示出)，以允许固定件60将侧框架5、50附接到中间框架构件或端部框架构件。安装孔390包括固定件开口620和在固定件开口和释放板的内侧边缘624之间延伸的槽622。固定件60配置为具有头部626和杆628的螺栓，其中杆穿过固定件开口插入并与螺母650接合。衬靠垫圈630设置在头部626和第二凸缘606、706的“滑移”表面618、718之间。优选地，垫圈630是圆形或环形的，使得垫圈630从释放板的表面偏离头部626的尖端。头部626可具有六边形形状。以这种方式，垫圈630确保为了使滑移功能保持恒定，头部取向将不需要转位(index)。垫圈630可以被配置为开口锁定垫圈。

杆628具有允许其穿过具有内径D的固定件开口620的外径。在一个实施例中，槽622具有在其相对侧边缘652、654之间限定的宽度W。其中，宽度W小于内径D和杆的外径。在其它实施例中，宽度W和内径D可以相同。在一个实施例中，W是1/4英寸，而D是13/16或7/8英寸。固定件开口620具有中心轴线656。槽622从中心轴线656偏移且与固定件开口620连通。在一个实施例中，槽的一个侧边缘654限定与固定件开口620的外边缘相切的切线。在该实施例中，固定件开口620和槽622组合为P形，或限定P形释放开口。如图4至图6所示，每个释放板600、700都具有一对固定件开口620和槽622。但是应当理解，单个固定件开口和槽或多于两个固定件开口和槽可以是合适的。如图8所示，上安装孔390具有沿着开口620的底部取向的槽622，而下安装孔390具有沿着开口620的顶部取向的槽622，槽622之间的距离因此可以被最小化。通过使槽从开口中心线偏移并在其相对侧上取向，例如在固定件无意中松脱的情况下，固定件将不趋于离开槽。应当理解，取向可以切换，其中在槽622之间的距离被最大化，或者槽可以沿着开口的一些其他部分布置，例如沿着其中点布置。

固定件可被扭转，并且在垫圈和释放板之间具有预定的摩擦系数或摩擦系数范围，以帮助在撞击事件期间提供受控且一致的释放力。例如但不限于，在一个实施例中，摩擦系数(例如，μ＝.4至.7)是在粉末涂覆钢(被涂覆或粉刷后的钢)之间提供期望的静摩擦系数的摩擦系数。在部件之间的受控夹紧压力(其具有施加到保持固定件60的扭矩的形式)通过将臂保持在其预撞击状态，与摩擦系数组合，在产品的寿命期内提供稳定的系统。扭矩和摩擦系数也有助于在撞击期间确保臂的释放。在一个实施例中，固定铰链板的固定件60被扭转到120-130英尺磅，而固定释放板的固定件60被扭转到55-60英尺磅。应当理解，固定件60的数量和尺寸、槽622和固定件60的相对尺寸、释放板材料的类型和厚度、施加到固定件的扭矩以及许多其他变量都可以起作用，且可以变化，以允许系统以各种预定撞击力和角度塌缩。

虽然后部框架构件85和前部框架构件86在图1和图2的实施例中被示出为长度类似，但是应当理解，这些框架构件在长度方面可以根据具体设计的需要而不同。例如，在侧框架构件5的一些设计中，前部框架构件85或管可比后部框架构件86或管更长或更短。其它设计可改变前部框架构件50的框架构件的长度，而又一些其它设计可改变两组框架构件的长度。

如图1和图2所示，后部框架构件85与纵向方向100成角度β。同样，前部框架构件86与纵向方向100成角度Φ。以这种方式，前部框架构件和后部框架构件之间形成钝角。如图1和图2所示，使框架构件或臂成角度促进铰链组件的铰接和碰撞衰减器框架的后续塌缩。使框架构件成角度还促进内铰链板81的铰接和外铰接构件80的失效。在图1和图2的实施例中，角度β是15度。但是应当理解，其他实施例可以使用大于或小于15度的角度。还应当理解，一些实施例可以使用不相等的角度，例如，角度β可以大于角度Φ，反之亦然。

尽管释放板600、700包括释放槽622，但是如在某些设计中需要地，可以使用其它方法来提供弱化区域以促进固定件60的释放。例如，释放板的材料和/或厚度可以不同于铰链板602、702的材料和/或厚度。图6A和6B以及图7A至图7F是在预撞击配置与车辆碰撞期间的碰撞配置之间移动的铰链组件380的一个实施例的顺序视图。

参考图1至图3，撞击导致臂85和86的相对旋转，这在外铰链构件80中产生张力且在内铰链构件81中产生压缩力。因为外铰链构件80由更薄的材料制成，所以张力在外铰链构件80中引起比存在于内铰链构件81中的应力更高的应力。这导致外铰链构件80失效且破裂成两件。同时，内铰链构件81已经形成活动铰链，从而允许后部管85相对于前部管86旋转。短语“活动铰链”是指具有弯曲的中间区域的整体材料件，例如包括但不限于具有相对端部和中间部分的薄柔性板。铰链构件可以变薄或被切割，以允许刚性件沿着铰链线弯曲。

图6A和图7A示出了处于初始、预撞击状态或配置的铰链组件380。在图7B中，中间框架构件7、8或中间框架构件451由于车辆撞击到碰撞衰减器1、301内(如图2所示)而相对于框架构件85、86移动或开始旋转。该撞击导致前部框架构件85和后部框架构件86相对于框架构件7、8、9、451旋转。如图7B至图7F所示，框架构件85、86的旋转导致释放板600弯曲/变形，并且打开，其中第一凸缘604相对于第二凸缘606移动。被施加到释放板600的张力使垫圈626沿着释放板的滑移表面618滑移，且导致固定件杆628被拉动穿过槽622且最终从框架构件7、8、451释放释放板600(参考图7D至图7F)，从而允许铰链板602弯曲/变形且用作活动铰链。图7F示出在碰撞事件结束时的框架构件，其中在铰链组件中限定活动铰链的铰链板602允许后部框架构件85和前部框架构件86连续旋转。

在同一撞击事件期间，如图6B所示，框架构件85、86的旋转导致释放板700弯曲/变形，并且向上打开，其中第一凸缘704相对于第二凸缘706移动。被施加到释放板700的张力使垫圈626沿着释放板的滑移表面718滑移，且使固定件杆628被拉动穿过槽622，且最终从框架9释放释放板700(参考图6B)，从而允许铰链板702弯曲/变形且用作活动铰链。同时，在角撑板712和第二凸缘706之间的焊缝713的部分可以撕裂，也允许铰链板702弯曲和变形。图6B示出在碰撞事件结束时的框架构件，其中在铰链组件中限定活动铰链的铰链板702允许后部框架85和前部框架86相对于端部框架9继续旋转。当铰链板702沿着优选的竖直轴线弯曲时，释放板700滑移和弯曲，从而从螺栓和衬靠垫圈的夹持中释放。由于在释放板中的槽622正好足够宽以使释放板弯曲远离固定件60且释放固定件60，所以允许释放板的释放。

在可构成TMA的整个寿命的预撞击配置中，侧框架5、50被保持在静态位置，而在TMA的部件之间没有相对运动。释放板600、700用作TMA的臂内的保持力量的一部分。释放板600、700在整个TMA的框架和结构中维持其原始形状和静态角度。

作为一种公路安全装置，TMA用作能量吸收碰撞衰减器。当在撞击事件期间发生撞击时，TMA吸收撞击车辆的能量。当撞击车辆760静止时，通过能量吸收盒的压缩、框架的移动以及框架臂5、50在这些框架臂5、50朝支撑车辆/主车辆2坍缩时的弯曲来吸收能量。

在臂折叠期间，铰链板602、702将作为在臂管与配合的刚性组件(中间框架/中间构件或端部框架构件)之间的铰链弯曲。如在图6A至6B和图7A至7F所示，当臂5、50弯曲时，臂向外摆动，并且通过使铰链板602、702弯曲而做到这一点。当铰链板602、702沿着优选的竖直轴线弯曲时，释放板600、700滑移和弯曲，从而从螺栓和衬靠垫圈的夹持中释放。由于在释放板中的槽正好足够宽以使释放板弯曲远离螺栓，所以允许该释放。一旦释放板已经从螺栓和衬靠垫圈完全释放，臂5、50就可以通过铰链板602、702的弯曲轴线自由旋转。

铰链板602、702和释放板600、700在侧框架5、50位于端部框架构件和中间框架构件处的框架拐角处操作。铰链板和释放板可以成对地或分离地操作，以导致臂根据需要弯曲以使撞击车辆停止。

虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的改变。因此，上文的详细描述旨在被认为是说明性的而不是限制性的，且权利要求书及其所有等价物旨在限定本发明的范围。