преобразователь энергии в системах укладки и натяжения ремней безопасности для пассажиров автомобилей

Формула изобретения

1. Преобразователь энергии в системах укладки и натяжения ремней безопасности для пассажиров автомобилей, содержащий трубчатый корпус из пластически деформирующегося материала и расположенное в нем деформирующее устройство с присоединенным к нему тяговым или толкающим органом, имеющее по меньшей мере один деформационный элемент, имеющий возможность контактирования со стенкой корпуса при перемещении в нем деформирующего устройства в определенном направлении и пластически деформирующий эту стенку при дальнейшем перемещении деформирующего устройства, отличающийся тем, что деформационные элементы расположены на одной стороне деформирующего устройства, которое радиально противоположной стороной оперто на внутреннюю поверхность корпуса с возможностью скольжения.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что деформационный элемент выполнен в виде по меньшей мере одного тела качения, опирающегося своей обращенной от стенки корпуса стороной на рампу поршневого элемента, связанного с тяговым или толкающим органом.

3. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что тела качения выполнены в виде расположенных рядом шариков.

4. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что тело качения представляет собой ролик, ось которого перпендикулярна оси корпуса, со скругленным переходом от боковой поверхности к тормозной поверхности на осевых концах.

5. Преобразователь по п.4, отличающийся тем, что радиус скругленного перехода составляет 0,5 1 мм, предпочтительно 0,7 0,9 мм.

6. Преобразователь по одному из пп. 2 5, отличающийся тем, что по меньшей мере одно тело качения удержано на пластинке, выполненной из упругого материала и размещенной в исходном положении на основании рампы, а на осевых концах с возможностью контактирования со стенкой корпуса.

7. Преобразователь по п.6, отличающийся тем, что основание ролика образовано выполненным в поршневом элементе пазом, боковые поверхности которого оперты на осевые торцевые поверхности ролика с возможностью центрирования его в положении, перпендикулярном оси корпуса.

8. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что деформирующее устройство включает в себя пластинку, имеющую возможность поворота между наклоненным к оси корпуса исходным положением и рабочим положением, обеспечивающим привод деформационных элементов, выполненных на одном ее радиально наружном конце, для контактирования с внутненней поверхностью корпуса, а радиально противоположным концом оперта на внутреннюю поверхность корпуса с возможностью скольжения.

9. Преобразователь по п.8, отличающийся тем, что деформационные элементы образованы двумя соседними скругленными на радиальных концах выступами, выполненными на одном радиальном конце пластины.

10. Преобразователь по п.9, отличающийся тем, что деформационные элементы выполнены со скосом на кромках, размещенных в стенке корпуса.

11. Преобразователь по одному из пп. 8 10, отличающийся тем, что пластина удержана посредством упруго деформирующейся направляющей детали в исходном положении под наклоном ее плоскости к оси корпуса.

12. Преобразователь по одному из пп. 8 11, отличающийся тем, что пластинка расположена между двумя закрепленными на расстоянии один от другого на тяговом или толкающем органе поршневыми элементами в наклоненном к оси корпуса исходном положении с возможностью ее выпрямления и контактирования со стенкой корпуса при перемещении в направлении растягивающего усилия.

13. Преобразователь по одному из пп. 1 12, отличающийся тем, что его трубчатый корпус образован цилиндром пиротехнического цилиндропоршневого линейного привода натяжителя ремня, а деформирующее устройство расположено на поршне этого привода, причем направление движения поршня при активировании привода противоположно направлению растягивающего усилия.

14. Преобразователь по одному из пп. 1 13, отличающийся тем, что толщина стенок его трубчатого корпуса выполнена увеличивающейся в направлении действия силы растягивающего усилия.

15. Преобразователь по одному из пп. 1 14, отличающийся тем, что внутренняя поверхность стенки его трубчатого корпуса снабжена средством скольжения.

16. Преобразователь по одному из пп. 1 15, отличающийся тем, что он рассчитан на возникающие при перемещении деформирующего устройства в его трубчатом корпусе силы приблизительно до 7000 Н и установлен, в частности, между концом ремня безопасности и местом его крепления на автомобиле.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается преобразователя энергии в системах укладки и натяжения ремней безопасности для пассажиров автомобилей, содержащего трубчатый корпус из пластически деформирующегося материала и расположенное в нем деформирующее устройство, в которому присоединен тяговый или толкающий орган и которое имеет по меньшей мере один деформационный элемент, входящий в контакт со стенкой корпуса при перемещении в нем деформирующего устройства в определенном направлении и пластически деформирующий стенку корпуса при дальнейшем перемещении деформирующего устройства.

Задача такого преобразователя энергии состоит в уменьшении пиков нагрузки в системе пристегивания ремня безопасности во время смещения пассажира вперед при ударе автомобиля о препятствие. Особенно эффективным является использование такого преобразователя энергии в сочетании с натяжителем ремня, устраняющим его неплотное прилегание до начала смещения пассажира вперед. Тогда для смещения пассажира вперед и происходящего одновременно преобразования энергии имеется достаточный отрезок движения.

Известен преобразователь энергии, состоящий из цилиндра из пластически деформирующего материала, в котором расположен шток, один конец которого выступает из цилиндра, а другой ограничивает свободное пространство с несколькими расположенными в нем телами качения. Наружный диаметр образованного телами качения кольца больше внутреннего диаметра отверстия цилиндра. Под действием высокой растягивающей нагрузки между цилиндром и штоком тела качения вдавливаются в материал стенки цилиндра, причем совершается работа деформации с образованием продольных канавок, в результате чего преобразуется значительная доля энергии и уменьшаются пики нагрузки в системе пристегивания ремня.

Достигаемое таким преобразователем энергии ограничение возникающих в системе пристегивания ремня пиков нагрузки способствует снижению риска травматизма, что можно подтвердить с помощью измерений нагрузки на манекенах. Было, однако, установлено, что преобразователь энергии ограничивает пики нагрузки в этой системе, но не позволяет избежать их.

В основу изобретения положена задача усовершенствования преобразователя энергии указанного типа, заключающаяся в дальнейшем уменьшении пиков нагрузки в системе пристегивания ремня безопасности и почти полного их устранения, с тем чтобы в ней возникала почти постоянная или непрерывно возрастающая в нужной степени нагрузка.

Для решения этой задачи согласно изобретению предлагается снабдить деформирующее устройство деформационными элементами только на одной стороне и чтобы на радиально противоположной стороне оно опиралось с возможностью скольжения на внутреннюю поверхность корпуса преобразователя. Это исполнение преобразователя энергии согласно изобретению рассчитано на ограничение силы приблизительно до 7000 Н. Силы в этом диапазоне возникают на отрезке ремня между направляющей накладкой и механизмом втягивания. При использовании хорошо работающего натяжителя ремня достигаются даже значения максимум около 5000 Н. Преобразователь энергии в соответствии с изобретением особенно пригоден поэтому для использования на механизмах втягивания ремня с воздействующим на катушку натяжителем.

Изобретение основано на том факте, что во избежание пиков нагрузки в системе пристегивания ремня преобразование энергии за счет пластической деформации материала корпуса преобразователя должно происходить постоянно и плавно. Для достижения этой цели лучше, если деформационные элементы вдавливаются в материал корпуса преобразователя значительно глубже, чем тела качения известных преобразователей энергии. Значение этого факта приводит к использованию лишь небольшого числа деформационных элементов, которые, однако, должны совершать большую работу деформации. Тогда можно избежать того, что стенка корпуса преобразователя сначала упруго подается назад, а затем деформируется приблизительно в форме многоугольника, прежде чем деформационные элементы вдавятся в материал стенки. Было обнаружено, что резких колебаний, зависимых от пути характеристики силы, можно значительно избежать, если происходит преимущественно пластическая деформация стенки трубчатого корпуса преобразователя, а упругие деформации в значительной степени исключены.

В соответствии с первой формой исполнения, отличающейся особенно постоянной характеристикой силы в зависимости от пути перемещения, в качестве деформационного элемента используется по меньшей мере одно тело качения в форме шарика или ролика, опирающееся своей обращенной от стенки корпуса преобразователя стороной на рамку поршневого элемента, на который воздействует тяговый или толкающий орган.

В соответствии со второй формой исполнения, у которой зависимая от пути перемещения характеристики силы также постоянна, хотя и не в такой степени, как у первой, деформирующее устройство содержит пластинку, поворачивающуюся между наклоненным к оси корпуса преобразователя исходным положением и рабочим положением, в котором она приводит выполненные на одном ее радиальном наружном конце деформационные элементы в контакт с внутренней поверхностью корпуса преобразователя, а радиально противоположным концом опирается на нее с возможностью скольжения. Эта форма исполнения отличается простотой конструкции и небольшой себестоимостью.

На фиг. 1 изображена первая форма исполнения преобразователя энергии, разрез; на фиг.2 сечение преобразователя энергии на фиг.1 после пластической деформации его трубчатого корпуса; на фиг.3 перспективный вид второй формы исполнения преобразователя энергии без трубчатого корпуса; на фиг.4 перспективный вид направляющей детали формы исполнения на фиг.3; на фиг.5 сечение преобразователя энергии на фиг.3 после пластической деформации его трубчатого корпуса; на фиг.6 перспективный вид другой формы исполнения преобразователя энергии без трубчатого корпуса; на фиг.7 перспективный вид упругой пластинки для формы исполнения на фиг.6; на фиг.8 сечение преобразователя энергии на фиг. 6 после пластической деформации его трубчатого корпуса; на фиг. 9 частичный разрез другой формы исполнения преобразователя энергии; на фиг. 10 сечение формы исполнения на фиг.9; на фиг.11 и 12 виды аналогично фиг. 9 и 10, но после пластической деформации трубчатого корпуса преобразователя; на фиг.13 вариант формы исполнения преобразователя; на фиг.14 сечение преобразователя энергии на фиг. 13 после пластической деформации его трубчатого корпуса; на фиг.15 перспективный вид деформирующего устройства в виде пластинки для преобразователя энергии на фиг.13 и 14; на фиг.16 перспективный вид пружинящего элемента для формы исполнения на фиг.13; на фиг. 17-19 три формы исполнения преобразователя энергии с разным исполнением его трубчатого корпуса; на фиг.20-22 диаграммы, изображающие для преобразователя энергии, изображенного соответственно на фиг.17-19, характеристику силы в зависимости от пути перемещения.

В трубчатом корпусе 10 преобразователя, имеющем круглое сечение, на тяговом тросе 12 расположено деформирующее устройство, состоящее из двух последовательно закрепленных на тросе поршневых элементов 14, 16 и шарика 18, который прилегает к конической рамке 20 элемента 14 и удерживается направляющей деталью 22 из эластичного материала в исходном положении на ремне 20, а также в упругом контакте с внутренней поверхностью стенки корпуса 10. Элементы 14, 16 могут быть также выполнены за одно целое в виде поршня, имеют возможность перемещения в корпусе 10. У изображенной формы исполнения деталь 22 представляет собой кольцо круглого сечения, которое охватывает рамку 20 на ее конце наименьшего диаметра и опирается на образованный элементом 16 заплечик.

Изображенное на фиг.1 цилиндро-поршневое устройство может одновременно служить линейным приводом натяжителя ремня, воздействующего на катушку механизма натягивания. У такого исполнения элемент 16 в образованном корпусом 10 цилиндре нагружен давлением газа пиротехнического газогенератора, за счет чего элементы 14, 16 перемещаются по стрелке F1, причем трос 12 захватывается и известным образом воздействует на шкив, соединяемый с катушкой механизма втягивания.

После натяжения ремня за счет обратного вращения катушки начинается смещение вперед пристегнутого ремнем пассажира, причем трос 12 оказывает растягивающее усилие на элементы 14, 16 по стрелке F2. Шарик 18, обеспечивающий свободное движение элементов 14, 16 по стрелке F1, упруго упирается посредством детали 22 во внутреннюю поверхностью стенки корпуса 10 и входит в контакт с этой стенкой, когда происходит движение по стрелке F2, поскольку он выдавливается радиально наружу рампой 20. Шарик 18 все глубже вдавливается в материал стенки, что приводит к ее пластической деформации (фиг.2). Элементы 14, 16 опираются противоположной шарику 18 стороной на внутреннюю поверхность стенки с возможностью скольжения. Для обеспечения как можно более равномерного перемещения и непрерывного процесса преобразования энергии целесообразно разместить на внутренней поверхности стенки средство скольжения, что уменьшает трение скольжения между нею и элементами 14, 16.

Если толщина стенок корпуса 10 постоянна (фиг.17), то в зависимости от пути перемещения S сила F имеет характеристику, изображенную на диаграмме фиг.20. Сила F является силой, которую следует приложить при перемещении элементов 14, 16 с шариком 18 в корпусе 10, а путь S путем их перемещения в нем. Как видно из фиг.20, сила F непрерывно возрастает от нуля до максимального значения, достигнутого после прохождения части всего пути. Особенно примечательно, что характеристика силы F в значительной степени свободна от циклов и провалов. В этом преобразователь энергии согласно изобретению отличается от известного преобразователя энергии с множеством шариков, лишь незначительно вдавливающихся в материал его корпуса. У формы исполнения на фиг. 17 с постоянной толщиной стенок корпуса 10 сила F остается почти постоянной, вплоть до окончательного упора.

У формы исполнения на фиг.18 толщина стенок корпуса 10 постоянна приблизительно на половине его длины, затем непрерывно возрастает на отрезке 10а приблизительно вдвое, а на отрезке 10с опять постоянна. В противоположность фиг.20 сила F на фиг.21 возрастает после прохождения приблизительно половины пути S и почти перед концом корпуса 10 достигает своего максимального значения.

У формы исполнения на фиг.19 толщина стенок корпуса 10 непрерывно возрастает от его начала к концу. На фиг.22 видно, что сила F сначала возрастает относительно резко, а затем постепенно и достигает своего максимального значения в зоне упора на конце корпуса.

За счет соответствующего расчета толщины стенок корпуса по его длине может быть достигнута почти любая нужная и пригодная для определенного случая характеристика силы F в зависимости от пути S. У всех исполнений оказалось, что характеристика силы полностью свободна от крупных пиков или провалов, благодаря чему значительно снижается риск травматизма.

Форма исполнения на фиг.3, 4 и 5 отличается от формы исполнения на фиг.1 и 2 тем, что вместо одного шарика имеются четыре расположенных рядом шарика 18а, 18b, 18с и 18d. Направляющая деталь 22 имеет формы части цилиндра с выемкой 23, в которой расположены шарики. Их число зависит от величины, нужной при преобразовании энергии силы F (фиг.20, 21, 22). Для этой формы исполнения также действителен принцип использования как можно меньшего числа шариков во избежание упругих деформаций корпуса 10.

У форму исполнения на фиг.6, 7 и 8 вместо шарика использован ролик 19, который прилегает к плоской рампе 21 поршневого элемента 15, упирается в пластинку 25 в самом низком месте ремня 21 и удерживается в упругом контакте с внутренней поверхностью стенки корпуса 10. Рампа 21 образована основанием выполненного в элементе 15 паза, его боковые стенки удерживают ролик 19 в благоприятном исходном положении для начала работы деформации. Во избежание пиков нагрузки важно, чтобы ролик 19 находился в равномерном и постоянном контакте с внутренней поверхностью корпуса 10.

Дальнейшая оптимизация достигается за счет того, что ролик 19 снабжен на торцах скругленным переходом к боковой поверхности. Радиус округления составляет в зависимости от материала и величины корпуса 10 около 0,7-0,9 мм, предпочтительно 0,8 мм. Благодаря этому скруглению ролик 19 мягко входит своими концами в контакт с внутренней поверхностью корпуса 10, а не врезается в материал корпуса и не снимает стружку.

В форме исполнения на фиг.9-16 между поршневыми элементами 14, 16, закрепленными на расстоянии один от другого на тросе 12, расположено деформирующее устройство в виде пластинки 30 с центральным отверстием 32 для троса 12. Обращенная к пластинке 30 сторона элемента 14 имеет форму клина. В расточке элемента 14 расположена пружина сжатия 33, опирающаяся на соседний конец пластинки 30, которую элемент 14 и пружина 33 удерживают в исходном положении под углом 30^о к оси корпуса 10. Конец 31 пластинки 30, снабженный выступом 31а, упирается во внутреннюю поверхность стенки корпуса 10, а противоположный конец 34 опирается на нее с возможностью скольжения. Выступ 31а имеет скос 31b, обеспечивающий мягкое вдавливание в материал стенки корпуса 10 без образования стружки или эффекта врезания.

На фиг.10 показан преобразователь энергии перед пластической деформацией корпуса 10.

Принцип работы формы исполнения с пластинкой 30 вместо шариков 18 или ролика 19, в общем, тот же, что и описанных. При движении элементов 14, 16 по стрелке F3 на фиг. 9 пластинка 30 остается в своем наклонном исходном положении. Если же посредством троса 12 на элементы 14, 16 оказано тяговое усилие по стрелке F4 на фиг.9, то пластинка 30, упруго упирающаяся выступом 31а во внутреннюю поверхность стенки корпуса 10, выпрямляется и сдавливается этим выступом в материал стенки.

Форма исполнения на фиг.11 и 12 отличается от формы исполнения на фиг.9 и 10 только средствами удерживающими пластинку 30 в ее исходном положении. Эти средства образованы здесь клиновидной направляющей деталью 22 из эластичного материала. Она выполняет ту же функцию, что и клиновидный элемент 14 в сочетании с пружиной 33 на фиг.9 и 10. Кроме того, на фиг.11 и 12 изображено состояние деформации корпуса 10. Аналогичная деформация происходит у формы исполнения на фиг.9 и 10.

У формы исполнения на фиг.13 пластинка 30 снабжена двумя соседними выступами 31а, 31с, она удерживается между элементами 14а, 16а в наклонном исходном положении посредством направляющей детали 22а. Элементы 14а, 16а закреплены на расстоянии один от другого на жестком штоке 12а. По окружности элемента 14а выполнен паз, в который уложено уплотнительное кольцо 15. Деталь 22а, U-образно согнутая из пружинящей стали, имеет два отверстия для штока 12а и выполняет ту же функцию, что и деталь 22 на фиг.11 и 12.

У форм исполнения на фиг.9-16 толщину стенок корпуса 10 рассчитывают по тем же принципам, что и у форм исполнения на фиг.17-22.