ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ПАССАЖИРОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 1996 года по МПК B60R22/28 

Изобретение касается преобразователя энергии в системе безопасности пассажиров транспортных средств, состоящего из цилиндрического корпуса преобразователя энергии, выполненного из материала, поддающегося пластической деформации, и заключенного в него деформирующего устройcтва, к которому крепится тянущее или толкающее cредство, и которое имеет два деформирующих элемента, выполненных в виде роликов, которые установлены симметрично так, что их оси ориентированы перпендикулярно оси цилиндрического корпуса преобразователя энергии и которые в определенный момент времени опираются сторонами не обращенными к стенке корпуса преобразователя энергии, на наклонную поверхность поршневого элемента, на который воздействует тянущее или толкающее средство, и которые при перемещении деформирующего устройства в корпусе преобразователя энергии в определенном направлении входят в контакт со стенкой корпуса преобразователя энергии и при дальнейшем перемещении пластически деформируют эту стенку.

Подобный преобразователь энергии предназначен для снижения пиковых нагрузок в системе ремней безопасности при перемещении пассажира транспортного средства вперед в момент столкновения транспортного средства с препятствием. Особенно эффективно применение такого преобразователя энергии в сочетании с устройством натяжения ремней, которое выбирает свободный запас ремня еще до того, как начинается перемещение пассажира вперед. В этом случае для перемещения пассажира вперед и для одновременно начинающегося превращения энергии имеется достаточный запас хода.

Известен преобразователь энергии, который называют и ограничителем силы, состоящий из цилиндра, выполненного из материала, поддающегося пластической деформации, и заключенного в него стержня, один конец которого выступает из цилиндра, а другой конец ограничивает свободное пространство, в котором заключено несколько роликов. Наружный диаметр кольца, образованного роликами, превышает внутренний диаметр полости цилиндра. Под воздействием высокого тягового напряжения между цилиндром и стержнем ролики вдавливаются в материал стенки цилиндра, и в ходе образования продольных канавок затрачивается работа деформации, за счет чего происходит преобразование большого количества энергии и снижение пиковых нагрузок в системе ремней безопасности (1).

Достигнутое за счет применения такого преобразователя энергии ограничение пиковых нагрузок в системе ремней безопасности вносит существенный вклад в снижение вероятности получения травм, что может быть подтверждено изменениями нагрузок с использованием так называемых "Дамми" (манекенов). Было однако установлено, что хотя за счет применения такого преобразователя энергии пиковые нагрузки в системе ремней безопасности и ограничиваются, они не могут быть устранены полностью.

В основе настоящего изобретения лежит задача усовершенствовать преобразователь энергии, соответствующий современному уровню развития техники в том отношении, чтобы еще больше снизить и почти устранить пиковые нагрузки в системе ремней безопасности так, чтобы нагрузка в системе ремней безопасности была почти постоянной, либо равномерно возрастала в соответствии с выбранным законом.

Для решения этой задачи в соответствии с настоящим изобретением предложено, чтобы цилиндрический корпус преобразователя энергии в недеформированном состоянии имел круглое поперечное сечение. Такая модель преобразователя энергии по настоящему изобретению особенно рекомендуется для ограничения нагрузок до уровня, лежащего в диапазоне от примерно 5000 до 12000 н. Нагрузки, лежащие в таком диапазоне, имеют место в замках ремней. Поскольку нагрузка на замок ремня передается через два ремня, а именно через плечевой и грудной ремни, нагрузка в нем вдвое превышает ту, которая, например, возникает на участке между поворотным фиксатором и намоточным барабаном ремня. Поэтому преобразователь энергии по настоящему изобретению особенно пригоден для установки между замком ремня и узлом его крепления к автомобилю.

Настоящее изобретение основывается на том выводе, что для устранения пиковых нагрузок в системе ремней безопасности необходимо обеспечить, чтобы преобразование энергии происходило за счет равномерной, без скачков, пластической деформации материала корпуса преобразователя энергии. Для достижения этого желательно, чтобы деформирующие элементы вдавливались в материал корпуса преобразователя энергии существенно глубже, чем ролики известных преобразователей энергии. В этом случае удастся избежать того, что стенки преобразователя энергии сначала упруго прогибаются, а потом еще до того, как деформирующие элементы вдавливаются в материал стенки корпуса преобразователя энергии, приобретает почти многоугольную форму. Было обнаружено, что резкие скачки на графике зависимости силы от пути в значительной степени устраняются, если происходит преимущественно пластическая деформация стенки цилиндрического корпуса преобразователя энергии, а упругие деформации преимущественно подавляются.

Различные модификации и варианты настоящего изобретения приведены в формуле изобретения.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения поясняются при помощи нижеследующего описания нескольких вариантов выполнения изобретения и чертежей, на которые будут сделаны ссылки.

На фиг. 1 представлен схематично частичный продольный разрез первого варианта преобразователя энергии,
на фиг. 2 поперечный разрез преобразователи энергии, показанного на фиг. 1, и после наступления пластической деформации цилиндрического корпуса преобразователя энергии,
на фиг. 3 схематичный вид пластины, применяемой в варианте преобразователи энергии, показанного на фиг. 1 и 2.

на фиг. 4 6 три варианта преобразователя энергии с различной формой цилиндрического корпуса преобразователя.

на фиг. 7 9 графики зависимости силы от пути для вариантов, показанных на фиг. 3а 3с.

В цилиндрическом корпусе преобразователя энергии 10, имеющего круглое поперечное сечение, на тяговом тросе 12 расположено деформирующее устройство, включающее в себя два поршневых элемента 14 и 16, закрепленных друг за другом на тяговом тросе 12, и два ролика 18, опирающихся на две симметрично расположенные друг против друга наклонные поверхности 20 поршневого элемента 14, и в положении покоя на пластину 22, выполненную из упругого материала, и удерживаются у основании наклонных поверхностей 20, причем своими боковыми торцами они соприкасаются с внутренней поверхностью стенки цилиндрического корпуса преобразователя энергии 10. Поршневые элементы 14,16, могут перемещаться в цилиндрическом корпусе преобразователи энергии 10.

В системе ремней безопасности цилиндрический корпус преобразователя энергии 10 можно крепить, например, к корпусу транспортного средства, а к тяговому тросу 12 крепят замок ремня. Показанное на фиг. 1 устройство "поршень/цилиндр" может также служить линейным приводом устройства натяжения ремней, крепящегося к замку ремня. При таком варианте поршневой элемент 16 в цилиндре, образованном цилиндрическим корпусом преобразователя энергии 10, под воздействием давления газа, образованных пиротехническим газогенератором, вызывает перемещение поршневых элементов 14, 16, внутри цилиндрического корпуса преобразователи энергии 10 в направлении, показанном на фиг. 1 стрелкой F₁, которые увлекают за собой тяговый трос 12 и прикрепленный к нему замок ремня. После того, кАК свободный ход ремня выбран, начинается перемещение вперед пассажира транспортного средства, зафиксированного системой ремней безопасности, при этом через тяговый трос 12 на поршневые элементы 14, 16 передается тяговое усилие в направлении, показанном на фиг. 1 стрелкой F₂. Ролики 18, позволяющие свободное перемещение поршневых элементов 14, 16 в направлении стрелки F₁, упруго прижаты в устройстве пластиной 22 к внутренней поверхности стенки цилиндрического корпуса преобразователя энергии 10. Когда начинается движение в направлении стрелки 12, они вступают в контакт с указанной стенкой, поскольку они отжимаются наклонной поверхностью 20 наружу в радиальном направлении. С постоянно нарастающей силой они вдавливаются в материал стенки цилиндрического корпуса преобразователя энергии 10, что влечет за собой пластическую деформацию указанной стенки. Это состояние пластической деформации показано на фиг. 2.

Если прочность стенки цилиндрического корпуса преобразователя энергии 10 постоянна, как это изображено на фиг. За, то зависимость силы F от расстояния S приобретает вид, показанный графиком на фиг. 4а. Сила F является той самой силой, которая возникает при перемещении поршневых элементов 14, 16, и роликов 18 внутри цилиндричеcкого корпуса преобразователя энергии 10, а расстояние S является тем путем, который проходят внутри корпуса преобразователя энергии поршневые элементы с валиками 18. Как видно из фиг.4а, сила F возрастает от нулевого до максимального значения, которое достигается уже после прохождения незначительной части всего возможного пути. Заслуживает особого внимания то обстоятельство, что на графике силы F практически нет пиков в скачков. В этом отношении преобразователь энергии по настоящему изобретению существенно отличается от устройств, соответствующих современному состоянию техники и имеющих большое количество деформирующих элементов, например, шариков, которые лишь немного вдавливаются в материал корпуса преобразователи энергии. Для варианта с постоянной прочностью стенки корпуса преобразователя энергии 10, показанного на фиг. 3а, сила F затем остается почти постоянной до того момента, пока не будет достигнут концевой упор преобразователя энергии.

В варианте, показанном на фиг. 3b прочность стенки преобразователя энергии примерно на половине его длины постоянна, затем на участке 10а она монотонно возрастает до примерно вдвое большей величины, а затем, на участке 10с, остается постоянной. На фиг. 4b показан соответствующий график изменения силы F в зависимости от расстояния S. В отличие от фиг. 4а, после прохождения примерно половины пути сила F начинает нарастать и поблизости от конца преобразователя энергии достигает своей максимальной величины.

В варианте, показанном на фиг. 3с, прочность стенки преобразователя энергии с самого начала и до конца постоянно нарастает. На фиг. 4с показан соответствующий график изменения силы F в зависимости от расстояния S. Можно видеть, что сила F вначале относительно медленно, а затем все быстрее нарастает, достигая постепенно своей максимальной величины к моменту удара в конце преобразователя энергии 10.

Путем соответствующего подбора прочности стенки преобразователя энергии по его длине, может быть получена почти любая зависимость изменения силы F в зависимости от пройденного пути S, пригодная для конкретного случая применения.

Оказалось, что во всех вариантах настоящего изобретении график силы полностью свободен от значительных пиков и скачков, за счет чего вероятность травм может быть весьма существенно снижена.

На фиг. 2а показана пластина 22 и ролик 18, которые установлены на наклонной поверхности 20. Наклонную поверхность 20 образует паз, выбранный в теле поршневого элемента 14. В положении покоя боковые стенки паза центрируют каждый ролик 13 и удерживают их в положении, благоприятствующем началу работы по деформации. Для избежания пиковых значений нагрузки весьма важно, чтобы ролики 18 вдавливались во внутреннюю поверхность стенки преобразователя энергии равномерной и устойчивой силой.

Дальнейшее улучшение конструкции может быть достигнуто путем округления у роликов 18 перехода от торцов к боковой поверхности. В зависимости от материала и размера корпуса преобразователя энергии 10 радиус скругления составляет 0,7 0,9 мм, предпочтительно 0,8 мм. Путем такого скругления достигается не резкий или вызывающий напряжения в материале корпуса преобразователя энергии, а мягкий первоначальный контакт торцов роликов 18 с внутренней стороной корпуса преобразователя энергии 10. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8

Использование: преобразователь энергии в системах безопасности для пассажиров транспортных средств. Сущность: в преобразователе энергии в системе безопасности пассажиров транспортных средств обеспечен особо равномерно изменяющийся график зависимости силы от пройденного расстояния за счет того, что происходит только пластическая деформация цилиндрического корпуса преобразователя энергии, который в недеформированном состоянии имеет круглое поперечное сечение. В качестве деформирующих элементов предусмотрено использование двух симметрично расположенных роликов, которые в определенный момент времени опираются на наклонную поверхность поршневого элемента. 6 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Преобразователь энергии в системе безопасности для пассажиров транспортных средств, содержащий трубчатый корпус, выполненный из пластически деформирующего материала и имеющий в недеформированном состоянии круглое сечение, а также деформирующие элементы, выполненные в виде по меньшей мере двух роликов, расположенные на противоположных сторонах оси трубчатого корпуса преобразователя и опирающиеся каждый на своей обращенной от стенки корпуса преобразователя стороне на наклонную поверхность поршневого элемента, связанного с тянущим или толкающим средством, обеспечивающим при перемещении в определенном направлении в определенный момент времени смещение деформирующих элементов и деформацию стенки корпуса преобразователя, отличающийся тем, что оси роликов расположены на двух симметрично противоположных друг другу сторонах перпендикулярно оси трубчатого корпуса преобразователя. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что каждый из роликов в исходном положении оперт на пластину, выполненную из упругого материала, и размещен у основания наклонных поверхностей, а своим боковым торцом он установлен с возможностью контакта со внутренней поверхностью стенки цилиндрического корпуса преобразователя энергии. 3. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что в поршневом элементе выполнен паз с образованием наклонной поверхности, в котором размещены ролики с возможностью касания боковых сторон паза торцев роликов и центрирования их в положении, перпендикулярном оси цилиндрического корпуса преобразователя энергии. 4. Преобразователь по пп. 1-3, отличающийся тем, что ролики выполнены на своих осевых концах со скругленным переходом от боковой поверхности к торцам, причем радиус скругленного перехода лежит в диапазоне примерно от 0,5 до 1 мм, предпочтительно от 0,7 до 0,9 мм. 5. Преобразователь по пп. 1-4, отличающийся тем, что цилиндрический корпус преобразователя энергии представляет собой цилиндр пиротехнического линейного привода устройства натяжения ремней, имеющий поршень, при этом деформирующее устройство установлено на поршень указанного линейного привода, а направление перемещения поршня при активации линейного привода противоположно вышеопределенному направлению. 6. Преобразователь по пп. 1-5, отличающийся тем, что толщина стенки трубчатого корпуса преобразователя выполнена увеличивающейся в направлении передачи тягового усилия на поршень. 7. Преобразователь по пп. 1-6, отличающийся тем, что он расположен между замком ремня и местом его крепления на транспортном средстве.