устройство для обратного втягивания лямки ремня безопасности

Формула изобретения

1. Устройство для обратного втягивания лямки ремня безопасности, содержащее инерционную катушку, в П-образном корпусе которой смонтирован с возможностью вращения вал со шпулей для наматывания или сматывания лямки ремня безопасности, спиральную пружину для вращения вала в сторону наматывания лямки, муфту принудительного обратного вращения вала, содержащую закрепленный на валу барабан и закрепленный на корпусе сепаратор с петлеобразно уложенной внутри него с зазором вокруг барабана гибкой тягой в виде троса, один участок которой выведен наружу и продет через тормозные кулачки сепаратора, а противоположный участок выведен через направляющий канал в пиротехническое устройство, при аварийном срабатывании которого посредством муфты осуществляют обратное вращение вала и натяжение гибкой тяги, а также инерционно-сенсорный храповой механизм для блокирования вала при ускоренном вытягивании лямки ремня, содержащий закрепленный на корпусе храповой венец с зубьями и смонтированный на конце вала, взаимодействующий с зубьями храпового венца, запорный элемент для блокирования вала при нагрузке, а также инерционный диск и датчик состояния транспортного средства и сенсорную пружину, взаимодействующие с запорным элементом для удержания его в нейтральном положении при угловых ускорениях вала, не превышающих заданной величины, отличающееся тем, что сепаратор муфты выполнен в виде кольцевой коробки с переменно перемежающимися бортами, окружающими петли троса, а тормозные кулачки расположены на периферийной цилиндрической поверхности кольцевой коробки и один из них смещен относительно двух других в направлении, параллельном оси вала катушки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что запорный элемент выполнен в виде плоской шайбы с несколькими зубьями на периферии и с центральным фигурным вырезом, внутри которого размещена концевая часть вала с возможностью своего размещения в одном из двух разных положений, из которых первое - нейтральное, а второе - блокировочное.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что сенсорная пружина присоединена непосредственно к концевой части вала, для чего на конце последнего выполнено отверстие, в котором зафиксирован шплинт, а на плоской шайбе закреплен штифт с головкой, при этом сенсорная пружина выполнена в виде пружины растяжения, надетой одним своим концом за головку штифта, а другим концом надетой в отверстие головки шплинта.

4. Устройство по любому из пп. 1, 2 и 3, отличающееся тем, что инерционный диск, выполненный с равномерно-расположенными зубьями на его периферийной поверхности и центральным опорным отверстием в виде цапфы, смонтирован с возможностью вращения на оси, выполненной соосно, но раздельно, с валом в центре крышки сенсорно-храпового механизма.

5. Устройство по любому из пп. 2, 3 и 4, отличающееся тем, что для взаимодействия плоской шайбы с инерционным диском, на краю последнего выполнено овальное отверстие, а на плоской шайбе закреплен дополнительный штифт, который размещен в овальном отверстии для взаимодействия указанных шайбы и диска между собой при воздействии сил углового ускорения, превышающих заданную величину.

6. Устройство по любому из пп. 2, 4 и 5, отличающееся тем, что дополнительный штифт и овальное отверстие расположены таким образом, при котором возможно синхронное зацепление зубьев плоской шайбы с зубьями храпового венца за счет сил инерции плоской шайбы и инерционного диска.

7. Устройство по любому из пп. 4, 5 и 6, отличающееся тем, что на инерционном диске смонтирована плоская фигурная пластина, ориентация которой направлена против дисбаланса угловых ускорений плоской шайбы.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между стенками корпуса смонтирована и закреплена круглая распорка для оптимального направления и опоры лямки при выходе из корпуса катушки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам пассивной безопасности транспортных средств, применяемых преимущественно для защиты пассажиров и водителей в автомобилях.

Обычные, встраиваемые в автомобиле, инерционные ремни безопасности, содержащие инерционную катушку с лямкой, замыкающее приспособление и детали крепления, имеют некоторые недостатки, не позволяющие в полной мере использовать защитный эффект ремня. Это связано с тем, что в эксплуатационных условиях имеет место некоторая слабина лямки, которая обычно достигает величины 100-150 мм, которая в начальной фазе фронтального столкновения автомобиля с препятствием дает возможность телу пользователя безудержно пролететь некоторое расстояние вперед, несмотря на то, что автомобиль за счет смятия его переда уже находится в процессе торможения. Поэтому происходит удар тела пользователя в систему лямок на прежней, т. е. исходной, скорости. Таким образом, не используется тормозной путь автомобиля, в результате чего пользователь получает более сильные повреждения. Этот отрицательный эффект усугубляется еще и за счет того, что в начальной стадии удара витки лямки на шпуле катушки, сжимаясь, несколько проскальзывают относительно друг друга (так называемый "эффект шпули"), лямка не сразу воспринимает полную нагрузку и не удерживает пользователя от удара в рулевое колесо или детали панели в кузове автомобиля. Для устранения указанных недостатков применяются устройства упреждающего натяжения лямки ремня, срабатывающие в самом начале ударного замедления автомобиля и устраняющие слабину лямки и "эффект шпули". Изобретение касается дополнительного устройства, которое принудительно с большой скоростью, примерно за 10-15 мс времени от начала столкновения вращает вал со шпулей в направлении наматывания лямки. При этом вал делает 1-2 оборота в обратную сторону, чем достигается натяг и укорачивание лямки на 100-180 мм. После окончания натяга, сенсорно-храповой механизм немедленно блокирует вращение вала и ремень безопасности эффективно и при меньшей нагрузке удерживает тело пользователя. Известные устройства для обратного втягивания лямки ремня безопасности имеют недостатки, заключающиеся в том, что на замыкание храпового механизма после процесса втягивания тратится значительное время, что приводит к некоторому возврату длины лямки без ее участия в нагрузке. Кроме того, при пиротехническом приводе вращения вала, возникающие инерционные силы могут разрушить детали датчика катушки и замыкание вала нарушится из-за огромного углового ускорения.

Известно устройство обратного втягивания лямки по патенту Великобритании 2125682 А, 1985, содержащее инерционную катушку, в П-образном корпусе которой смонтирован с возможностью вращения вал со шпулей для наматывания или сматывания лямки ремня безопасности, спиральную пружину для вращения вала в сторону наматывания лямки, муфту принудительного обратного вращения вала, содержащую закрепленный на валу барабан и закрепленный на корпусе сепаратор с петлеобразно уложенной внутри него с зазором вокруг барабана гибкой тягой в виде троса, один участок которой выведен наружу и продет через тормозные кулачки сепаратора, а противоположный участок выведен через направляющий канал в пиротехническое устройство, при аварийном срабатывании которого посредством муфты осуществляют обратное вращение вала и натяжение гибкой тяги, а также инерционно-сенсорный храповой механизм для блокирования вала при ускоренном вытягивании лямки ремня, содержащий закрепленный на корпусе храповой венец с зубьями и смонтированный на конце вала, взаимодействующий с зубьями храпового венца, запорный элемент для блокирования вала при нагрузке, а также инерционный диск и датчик состояния транспортного средства и сенсорную пружину, взаимодействующие с запорным элементом для удержания его в нейтральном положении при угловых ускорениях вала, не превышающих заданной величины. Указанное устройство имеет недостатки, заключающиеся, например, в том, что открытые с одной стороны петли уложенного в сепараторе троса стремятся вытесниться из сепаратора. Кроме того, треугольно располагаемые тормозные кулачки выполнены таким образом, что трос между ними находится в плоскости, параллельной плоскостям петель гибкой тяги, что приводит к снижению эффективности обхвата тросом барабана муфты. Кроме того, в известных устройствах сенсорная часть инерционного храпового механизма не выдерживает инерционных нагрузок из-за получаемого высокого уровня ускорения при срабатывании пиротехнического устройства и выходит из строя. В заявляемом устройстве все указанные недостатки устраняются.

Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование конструкции и повышение надежности устройства. Достигаемый технический результат - повышение эффективности ремня безопасности на 40-50%.

Это обеспечивается тем, что устройство для обратного втягивания лямки ремня безопасности содержит инерционную катушку, в П-образном корпусе которой смонтирован с возможностью вращения вал со шпулей для наматывания или сматывания лямки ремня безопасности, спиральную пружину для вращения вала в сторону наматывания лямки, муфту принудительного обратного вращения вала, содержащую закрепленный на валу барабан и закрепленный на корпусе сепаратор с петлеобразно уложенной внутри него с зазором вокруг барабана гибкой тягой в виде троса, один участок которой выведен наружу и продет через тормозные кулачки сепаратора, а противоположный участок выведен через направляющий канал в пиротехническое устройство, при аварийном срабатывании которого посредством муфты осуществляют обратное вращение вала и натяжение гибкой тяги, а также инерционно-сенсорный храповой механизм для блокирования вала при ускоренном вытягивании лямки ремня, содержащий закрепленный на корпусе храповой венец с зубьями и смонтированный на конце вала, взаимодействующий с зубьями храпового венца, запорный элемент для блокирования вала при нагрузке, а также инерционный диск и датчик состояния транспортного средства и сенсорную пружину, взаимодействующие с запорным элементом для удержания его в нейтральном положении при угловых ускорениях вала, не превышающих заданной величины, при этом сепаратор муфты выполнен в виде кольцевой коробки с переменно перемежающимися бортами, окружающими петли троса, а тормозные кулачки расположены на периферийной цилиндрической поверхности кольцевой коробки и один из них смещен относительно двух других в направлении, параллельном оси вала катушки. Запорный элемент может быть выполнен в виде плоской шайбы с несколькими зубьями на периферии и с центральным фигурным вырезом, внутри которого размещена концевая часть вала с возможностью своего размещения в одном из двух разных положений, из которых первое - нейтральное, а второе - блокировочное. Сенсорная пружина присоединена непосредственно к концевой части вала, для чего на конце последнего выполнено отверстие, в котором зафиксирован шплинт, а на плоской шайбе закреплен штифт с головкой, при этом сенсорная пружина выполнена в виде пружины растяжения, надетой одним своим концом за головку штифта, а другим концом надетой в отверстие головки шплинта. Инерционный диск, выполненный с равномернорасположенными зубьями на его периферийной поверхности и центральным опорным отверстием в виде цапфы, смонтирован с возможностью вращения на оси, выполненной соосно, но раздельно, с валом в центре крышки сенсорно-храпового механизма.

Для взаимодействия плоской шайбы с инерционным диском на краю последнего выполнено овальное отверстие, а на плоской шайбе закреплен дополнительный штифт, который размещен в овальном отверстии для взаимодействия указанных шайбы и диска между собой при воздействии сил углового ускорения, превышающих заданную величину. Дополнительный штифт и овальное отверстие расположены таким образом, при котором возможно синхронное зацепление зубьев плоской шайбы с зубьями храпового венца за счет сил инерции плоской шайбы и инерционного диска. На инерционном диске прочно смонтирована плоская фигурная пластина, ориентация которой направлена против дисбаланса угловых ускорений плоской шайбы. Между стенками корпуса смонтирована и закреплена круглая распорка для оптимального направления и опоры лямки при выходе из корпуса катушки.

На фиг. 1 предложенное устройство показано в продольном разрезе, вид сверху;

на фиг. 2 дан вид сбоку, в направлении на муфту принудительного вращения, крышка и спиральная пружина сняты;

на фиг. 3 дан вид сбоку, в направлении на инерционно-сенсорный храповой механизм, находящийся в замкнутом положении, при этом остальные детали условно не показаны;

на фиг. 3а дан вид сбоку на катушку с вырезом в защитном кожухе, где более ясно показан инерционно-сенсорный механизм с датчиком состояния транспортного средства;

на фиг. 4 показана схема расположения вала и поворотной запорной шайбы внутри храпового венца в нейтральном положении;

на фиг. 5 - то же, в заблокированном положении;

на фиг. 6 показан плоский вал в плане;

на фиг. 7 показан вид сбоку на катушку с фрагментом в разрезе, для пояснения способа крепления конца лямки к валу;

на фиг. 8 и 9 показаны вид снизу и вид сверху на сепаратор в перспективном изображении;

на фиг. 10 показан вид на сепаратор в натуральную величину.

1 - корпус; 2 и 3 - стенки; 4 - вал; 5 - шпуля; 6 - лямка ремня; 7 и 8 - концевые участки; 7а и 8а - подшипники; 9 - муфта; 10 - отверстие; 11 - простенок; 12 - крышка; 13 - спиральная пружина; 14 - цапфа; 15 - распорка; 16 - барабан; 17 - резиновое кольцо; 18 - сепаратор; 19, 19а и 19б -кольцеобразная коробка с чередующимися бортами; 20 - петли; 21 - трос; 22 - гибкая тяга, соединяемая с пиротехническим устройством; 23 - свободный конец троса; 24 - бортики; 25, 26 и 27 - кулачки; 28 - выходной канал; 29 - штуцер; 30 - тросовая оболочка; 31 - заклепки; 31 а - центрирующий выступ; 32 - продольное отверстие; 33 - ступенчатый канал; 34 - концевая петля; 35 - клин внутри петли 34; 36 - храповой венец; 37 и 41 - зубья; 38 - впадина; 39 - плоская шайба; 40 - фигурный вырез; 42 - зауженный участок; 43 - расширенный участок; 44 - сенсорная пружина; 45 - штифт; 46 - отверстие головки; 47 - шплинт; 48 - отверстие; 50 - ось внутренней стенки крышки храпового механизма; 51 - храповой механизм; 52 - инерционный диск; 53 - цапфа; 54 - зубья; 55 - овальное отверстие инерционного диска; 56 - штифт; 57 - инерционный датчик; 58 - собачка датчика, определяющего состояние транспортного средства.

Устройство для обратного втягивания лямки ремня безопасности содержит инерционную катушку (фиг. 1, 2, 3а), в П-образном корпусе 1 которого между стенками 2 и 3 на подшипниках смонтирован с возможностью вращения плоский вал 4 (фиг. 6) с прямоугольным поперечным сечением, на котором насажена шпуля 5 для намотки лямки 6. Концевой участок 7 вала 4 выходит через подшипник 7а в полость А инерционно-сенсорного храпового механизма, а другой - ступенчатый концевой участок 8 выходит через подшипник 8а в полость Б муфты 9 для принудительного вращения вала 4. Участок 8 вала 4 далее проходит через отверстие 10 в простенке 11 крышки 12 в полость В, в которой смонтирована спиральная пружина 13, соединенная посредством цапфы 14 своим внутренним зацепом с концом 8 вала. Спиральная пружина 13 своим взведенным напряжением удерживает вал 4 в положении намотанной на шпулю 5 лямки 6, которая на выходе из катушки опирается на круглую распорку 15, закрепленную между стенками 2 и 3 корпуса 1, или возвращает лямку в катушку после растягивания ремня безопасности. Муфта 9 (фиг. 2) содержит надетый на участок 8 вала 4 барабан 16 с рифленой поверхностью, на которую надето резиновое кольцо 17. К стенке 2 корпуса 1 закреплен сепаратор 18 (фиг. 8, 9, 10) в виде кольцеобразной коробки 19 с чередующимися бортами 19а и 19б, между которыми спирально уложены петли 20 троса 21 гибкой тяги 22, соединяемой с пиротехническим устройством (на чертежах не показано). Муфта 9 (фиг. 2) допускает свободное вращение вала 4 вместе с барабаном 16, т. к. между петлями 20 и периферией резинового кольца 17 предусмотрен достаточный зазор. Свободный конец 23 троса 21 облегает сепаратор 18 по его наружной цилиндрической поверхности и ограничен бортиками 24, прилитыми к коробке сепаратора, а на входе внутрь сепаратора проходит между треугольно расположенными, прилитыми к цилиндрической поверхности сепаратора кулачками 25, 26 и 27, образующими тормоз для свободного конца 23 троса. Благодаря такому расположению свободный конец 23 и его изогнутая часть между кулачками плотно прилегают к наружной цилиндрической поверхности сепаратора 18 (фиг. 2, 8, 9 и 10). Сепаратор 18 выполнен с выходным каналом 28 и штуцером 29 для подсоединения тросовой оболочки 30 гибкой тяги 22. Крепление сепаратора 18 к стенке 2 корпуса 1 осуществлено заклепками 31 и центрующими выступами 31а. Для закрепления лямки 6 вал 7 выполнен с продольным отверстием 32, а в шпуле 5 предусмотрен ступенчатый канал 33 (фиг. 7), через которые продета концевая петля 34 лямки с клином 35 внутри петли. На выходе из катушки лямка 6 огибает круглую распорку 15 и далее переходит к элементам системы ремня безопасности. Расположенный в полости А инерционно-сенсорный храповой механизм (фиг. 3, 3а) содержит приклепанный к стенке 3 корпуса 1 храповой венец 36 с внутренними, расположенными соосно валу 4 зубьями 37 и впадинами 38. На конец вала 7 свободно надет запорный элемент, выполненный в виде плоской шайбы 39 с фигурным вырезом 40 и несколькими зубьями 41 на периферии. Геометрия зубьев 37 и 41 предусмотрена для их согласованного взаимозацепления с целью блокирования вала при повороте шайбы 39. Фигурный вырез 40 имеет такую форму, которая дает возможность поворота плоской шайбы 39 вокруг поперечного сечения вала 4 в два разных положения: первое положение - нейтральное (фиг. 4), при котором зубья 41 шайбы 39 выведены из зацепления с зубьями 37, а второе - замкнутое, т. е. блокировочное (фиг. 3 и 5), когда указанные зубья взаимозацеплены и вал 4 блокирован. Для этого фигурный вырез 40 выполнен с одной стороны с зауженным участком 42 для свободного размещения одного края концевого участка 7 вала 4, а с противоположной стороны с расширенным участком 43, в пределах которого вал может условно поворачиваться. Для постоянного удержания плоской шайбы 39 в нейтральном положении (фиг. 4) предусмотрена сенсорная пружина 44 растяжения (фиг. 3), один конец которой надет на головку штифта 45, закрепленного на плоской шайбе 39, а второй конец задет в отверстие 46 головки шплинта 47, вставленного в отверстие 48 (фиг. 6) на концевом участке 7 вала 4. Для управления процессом замыкания зубьев 41 диска 39 с зубьями 37 храпового венца 36 на оси 50 (фиг. 1), выполненной на внутренней стенке крышки 51 храпового механизма соосно с валом 4, смонтирован инерционный диск 52 с цапфой 53. На периферии инерционного диска 52 равномерно выполнены зубья 54, количество которых равно количеству зубьев 37 храпового венца 36. Кроме того, на краю инерционного диска 52 выполнено овальное отверстие 55, в котором с зазором постоянно расположен штифт 56, закрепленный на плоской шайбе 39 вблизи центральной части ее расширенного участка 43. В состав сенсорно-храпового механизма входит также инерционный датчик 57 (фиг. 3а) состояния транспортного средства, собачка 58 которого предусмотрена для взаимодействия с зубьями 54 инерционного диска 52 при воздействии на транспортное средство сил ускорения, торможения или наклона. Для устранения дисбаланса сил инерции, возникающих при угловом ускорении вала 4 и плоской шайбы 39, на инерционном диске 52 закреплена плоская фигурная шайба 59, центр массы которой эксцентричен по отношению оси вала 4.

Описанное устройство работает следующим образом.

В обычных условиях эксплуатации транспортного средства вал 4 и плоский диск 39, а также инерционный диск 52, могут совместно вращаться в обоих направлениях, находясь в нейтральном положении, ввиду воздействия заранее рассчитанного усилия сенсорной пружины 44: вал 4 посредством сенсорной пружины 44 удерживает плоскую шайбу 39, а плоская шайба, в свою очередь, удерживает инерционный диск 52, т. к. угловые ускорения вала 4 в направлении стрелки Е относительно невелики и не превышают заданной величины. Также и муфта 9 не препятствует вращению вала 4, т. к. между барабаном 16 и петлями 20 троса 21 имеется достаточный зазор. При неопасном резком затормаживании автомобиля датчик 57 поворачивает свою собачку 58 в зацепление с зубом 54 инерционного диска 52 и последний останавливается. Останавливается также совместное вращение штифта 56 плоской шайбы 39. Концевой участок 7 вала 4, продолжая вращаться, поворачивает плоскую шайбу 39 вокруг штифта 56, упираясь в точке К (фиг. 3) в кромку фигурного выреза 40, зубья 41 шайбы 39 входят в зацепление с зубьями 37 храпового венца 36, вал 4 и шпуля 5 заблокированы, лямка 6 ремня безопасности удерживает пользователя. В случае опасного фронтального столкновения автомобиля с жестким препятствием, когда его кузов получает сильную деформацию, пиротехнический привод, встроенный в систему ремня безопасности, по команде, полученной от особого датчика, срабатывает и производит скоростной натяг гибкой тяги 22, которая приводит в действие муфту 9. При этом, ввиду того, что свободный конец 23 троса 21 тормозится кулачками 25, 26, 27, трос получает натяжение и его петли 20 свертываются, плотно охватывая резиновое кольцо 17 с барабаном 16. Далее, ввиду резкого увеличения усилия тяги 22, муфта 9 развивает значительный момент М силы и вращает вал 4 со шпулей 5 в направлении стрелки С (фиг. 3), т. е. в обратном вытягиванию лямки 6 из катушки направлении, следовательно, лямка втягивается в катушку, слабина лямки поглощается. Кроме того, за счет поворачивания и уплотнения слоев намотанной на шпулю 5 части лямки, ликвидируется вышеуказанный "эффект шпули" и лямка 6 ремня безопасности плотно и с некоторым усилием охватывает тело пользователя. При ускоренном вращении вала 4 в направлении стрелки С концевая его часть 7 расположена в фигурном вырезе 40 плоской шайбы 39 в нейтральном положении и увлекает собой плоскую шайбу 39, а следовательно, и инерционный диск 51, в том же направлении. Блокирования вала пока не происходит. Момент М силы обратного вращения вала зависит от числа задействованных петель 20 троса 21 и коэффициента трения между тросом и поверхностью барабана, а также от развиваемого пиротехникой усилия натяжения гибкой тяги 22. Тело пользователя под воздействием силы инерции продолжает устремляться вперед, преодолевая момент М обратного вращения вала, а это происходит примерно после 15-20 мс от начала фронтального столкновения, вал 4 начинает ускоренно вращаться в направлении стрелки Е. Теперь плоская шайба 39 и инерционный диск 52 ввиду своей инерции останавливаются, а сенсорная пружина 44 растягивается и, после того как участок 7 вала 4 займет в фигурном вырезе 40 плоского запорного диска 39 свое блокировочное положение (фиг. 5), плоская шайба 39 под давлением вала 7 совершит поворот вокруг оси штифта 56, базирующегося в овальном отверстии 55 инерционного диска 52, и его зубья 41 войдут в зацепление с зубьями 37 храпового венца 36, вращение вала 4 блокируется. Когда лямка 6 ремня безопасности в катушке полностью заблокирована, она начинает воспринимать основную нагрузку. Так как лямка не имеет больше "холостого хода", а торможение скорости автомобиля за счет смятия его передка продолжается примерно еще около 80 мс, пользователь принимает участие в этом дополнительном торможении, а также в торможении за счет относительного удлинения самой лямки. Таким образом нагрузки и перемещение тела пользователя вперед снижаются. Проведенные испытания показали, что предложенное устройство обратного втягивания лямки ремня безопасности повышает эффективность ремня на 40-50%.