НАДУВНАЯ ПОДУШКА БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ СИСТЕМЫ, УДЕРЖИВАЮЩЕЙ ТЕЛО ОТ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВАХ, А ТАКЖЕ ТКАНЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОДУШКИ Российский патент 1998 года по МПК B60R21/16 

Изобретение относится к надувной подушке безопасности для системы, удерживающей тело от перемещения в транспортных средствах, содержащей стенку из нескольких сшитых между собой частей ткани без покрытия, из которых обращенная к пассажиру часть ткани имеет значительно меньшую газопроницаемость, чем по меньшей мере одна обращенная от пассажира часть ткани.

Кроме того, изобретение относится к ткани для изготовления надувной подушки безопасности.

Действие, достигаемое надувной подушкой безопасности, защитное, зависит, в частности, от ее твердости в надувном виде. Мягкая надувная подушка уменьшает риск травматизма, пока не будет пробита при сильном столкновении транспортного средства или пассажиром большого веса. Поскольку при погружении пассажира в надувную подушку ее объем уменьшается, возрастает и внутреннее избыточное давление, за счет чего одновременно увеличивается твердость надувной подушки. Однако у обычной надувной подушки этот желаемый эффект устраняется тем, что из-за повышенного внутреннего избыточного давления возрастает прохождение газа через выпускные отверстия или газопроницаемые части стенки надувной подушки. Согласно обычным представлениям прохождение газа через выпускное отверстие или газопроницаемую ткань является в основном линейной функцией внутреннего избыточного давления.

В соответствии с изобретением создана надувная подушка безопасности для системы, удерживающей тело от перемещения в транспортных средствах, твердость которой регулируется автоматически и в пределах широкого диапазона участвующих параметров, например интенсивности столкновения, веса пассажира или зависимой от температуры производительности газогенератора, имеет значение, необходимое для оптимального защитного действия. Это саморегулирующееся поведение надувной подушки достигается за счет регулирования газопроницаемости ее стенки в зависимости от внутреннего избыточного давления. Кривая газопроницаемости, указывающая на прохождение газа через всю стенку надувной подушки в качестве функции внутреннего избыточного давления, должна резко отличаться от обычных представлений, согласно которым газопроницаемость возрастает с внутренним избыточным давлением приблизительно линейно. В действительности газопроницаемость по достижении максимума в пределах около 20 кПа должна даже убывать. Согласно изобретению газопроницаемость всей стенки надувной подушки до избыточного давления около 10 кПа с возрастанием давления должна возрастать до значения 0,4 - 1,0 м³/с. Между значениями избыточного давления 10 - 20 кПа газопроницаемость продолжает возрастать, достигает максимума и затем снова убывает. Выше избыточного давления примерно от 20 кПа по меньшей мере до 40 кПа газопроницаемость не должна существенно возрастать, а предпочтительно должна иметь заметно убывающую тенденцию. Благодаря этому характеру кривой газопроницаемости надувная подушка на начальной фазе создания избыточного давления относительно мягкая, так что при легком столкновении риск травматизма уменьшается. При высоких значениях избыточного давления, напротив, имеется сильное столкновение, например, у не пристегнутого ремнями пассажира. Поскольку в этом диапазоне газопроницаемости стенки надувной подушки не продолжают возрастать, а предпочтительно даже убывают, надувная подушка имеет теперь требуемую большую твердость.

Согласно предпочтительному усовершенствованию изобретения все части ткани стенки надувной подушки состоят из одинакового типа ткани, определяемого плотностью нитей и комплексной нитью. Использование одинакового типа ткани для частей ткани с различной газопроницаемостью имеет большое преимущество, поскольку все части ткани имеют одинаковую структурную прочность и соединения швами частей ткани представляют проблемы. То, что для частей ткани с резко различными значениями газопроницаемости может быть пригоден одинаковый тип ткани, является другим преимуществом изобретения. Во-первых, было обнаружено, что газопроницаемость данной ткани может быть очень различной в зависимости от того, оказывается ли на нити ткани более высокое натяжение в направлении основных нитей или в направлении уточных нитей. У цилиндрической в целом надувной подушки только на основе геометрии натяжение в направлении периферии вдвое больше, чем в осевом направлении. При ориентировании основы и утка в осевом направлении и направлении периферии неизбежно устанавливается, следовательно, соотношение натяжений 1:2 между значениями натяжения в направлении основы и утка. Для обращенной к пассажиру части ткани, т.е. части боковой поверхности у цилиндрической в целом надувной подушки, выбирают, следовательно, такое ориентирование основных и уточных нитей, при котором устанавливается меньшая газопроницаемость. Для других частей ткани, которые должны иметь значительно большую газопроницаемость, ориентирование основных и уточных нитей произвольным, поскольку на основе геометрии надувной подушки и без того имеется соотношение натяжений 1:1. У цилиндрической в целом надувной подушки - это локовые части, а у надувной подушки баллонообразной или прямоугольной формы и без того в первом приближении везде имеется соотношение натяжений 1:1.

Во-вторых, было обнаружено, что газопроницаемость стенки надувной подушки имеет явно выраженный динамический характер. Согласно обычной технике газопроницаемость ткани надувной подушки измеряют при постоянной разности давлений 500 Па, изобретение же опирается на тот факт, что ткани надувных подушек без покрытия в динамических условиях, приближенных к случаю активирования системы надувная подушка-ремни безопасности, могут иметь газопроницаемость, резко отличающуюся от значений ожидаемых на основе измерений, проводимых при постоянной разности давлений. В связи с этим при определении газопроницаемости ткани надувной подушки моделируют предпочтительно динамические условия, имеющиеся при активировании системы надувная подушка-ремни безопасности. В зависимости от обусловленного формой надувной подушки распределения натяжения отдельных частей ткани ориентирование основных и уточных нитей частей ткани на надувной подушке выбирают так, что для каждой части ткани установлена заданная газопроницаемость при ожидаемой на практике характеристике разности давлений. При использовании одного и того же типа ткани можно, таким образом, снабдить различные участки надувной подушки отличающимися друг от друга, хорошо воспроизводимыми значениями газопроницаемости.

Во время динамических исследований газопроницаемости ткани надувных подушек без покрытия оказалось, что за счет варьирования обычных параметров при вырабатывании ткани, например переплетений нитей или придания извитости в точках скрещивания нитей, может быть достигнут такой характер кривой газопроницаемости, который приближается к идеальному, в частности, за счет того, что выше максимального значения газопроницаемости около 20 кПа ткань "закрывается", т.е. ведет себя диаметрально противоположно обычным представлениям. За счет целенаправленного изменения названных параметров можно изготовить ткань с нужной характеристикой газопроницаемостью.

Благодаря изобретению в расположении имеются два типа ткани для изготовления надувной подушки безопасности.Первый тип ткани, который предназначен для обращенной к пассажиру части ткани надувной подушки, и, следовательно, должен быть относительно "плотным", отличается тем, что его газопроницаемость до избыточного давления около 20 кПа с возрастанием давления возрастает до максимального значения мене 0,4 м³/с, затем снова убывает и выше избыточного давления около 30 кПа больше существенно не возрастает. Второй тип ткани предназначен для обращенной (обращенных) от пассажира части (частей) ткани и отличается тем, что его газопроницаемость до избыточного давления около 10 кПа с возрастанием давления возрастает до значения 0,3 - 0,8 м³/с, продолжает возрастать при значениях избыточного давления 10 - 20 кПа, достигает максимума, а затем снова убывает, а выше избыточного давления от 20 кПа по меньшей мере до 40 кПа возрастает несущественно, предпочтительно даже убывает. Общая газопроницаемость надувной подушки безопасности является суммой обеих кривых газопроницаемости этих двух типов ткани, распределенных по площади.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:
фиг. 1 - диаграмму газопроницаемости идеальной надувной подушки безопасности в динамических условиях;
фиг. 2 - соответствующую диаграмму для относительно плотного типа ткани;
фиг. 3 - соответствующую диаграмму для относительно газопроницаемого типа ткани;
фиг. 4, а - г - схематичные изображения различных состояний переплетения нитей и извитости в ненагруженном виде и под натяжением.

На диаграмме (фиг.1) изображена общая газопроницаемость через стенку надувной подушки безопасности в зависимости от избыточного давления. У идеальной надувной подушки кривая газопроницаемости лежит между верхней кривой G_max и нижней кривой G_min. Обе эти кривые образуют коридор, в котором должна лежать кривая газопроницаемости идеальной надувной подушки безопасности. Изображенные на фиг. 1 кривые следует интерпретировать следующим образом: при разворачивании надувной подушки внутри нее создается избыточное давление, которое быстро возрастает и уже через несколько миллисекунд приводит к полному разрыванию надувной подушки. Так называемое "время выполнения" зависит от величины надувной подушки и составляет 20 - 35 мс. Избыточное давление внутри надувной подушки достигает максимума, когда пассажир погружается в нее. Эффективная твердость надувной подушки определяется газопроницаемостью ее стенки в зависимости от соответствующего избыточного давления. На начальной фазе создания избыточного давления надувная подушка должна быть мягкой с тем, чтобы при легком столкновении уменьшить риск травматизма. При высоких значениях избыточного давления имеется сильное столкновение, например, у не пристегнутого ремнями пассажира. Для того чтобы он не пробил надувную подушку, она должна быть твердой. С помощью изображенной на фиг. 1 характеристики значений газопроницаемости в зависимости от избыточного давления достигается желаемое саморегулирующееся поведение надувной подушки. Для оптимального характера кривой газопроницаемости между кривыми G_max и G_min определяющими являются несколько параметров, в частности тип транспортного средства, генератор сжатого газа, величина и форма надувной подушки, а также имеющаяся температура.

Далее было обнаружено, что кривая идеальной газопроницаемости всей надувной подушки может быть достигнута с помощью ее стенки из текстильной ткани без покрытия, что расходится с принятыми представлениями. Согласно обычной технике пригодность ткани для надувной подушки определяют с помощью ее газопроницаемости, устанавливаемой статически при твердо заданной разности давлений 500 Па, следовательно, ожидается, что прохождение газа через ткань имеет линейную зависимость от разности давлений. Линейно возрастающую с давлением газопроницаемость следовало бы изобразить на диаграмме фиг. 1 прямой, проходящей через нулевую точку. Кривую идеальной газопроницаемости, проходящую между кривыми G_max и G_min на фиг. 1, можно охарактеризовать, напротив, следующим образом:
а) до избыточного давления около 10 кПа газопроницаемость возрастает с возрастанием давления до значения 0,4 - 1,0 м³/с;
б) при значениях избыточного давления 10 - 20 кПа газопроницаемость продолжает возрастать до максимального значения и затем убывает;
в) выше избыточного давления около 20 кПа в диапазоне от по меньшей мере до 40 кПа не происходит существенного возрастания газопроницаемости.

Выше избыточного давления 20 кПа и в диапазоне по меньшей мере до 40 кПа наблюдается предпочтительно тенденция убывания газопроницаемости. Кроме того, видно, что кривая газопроницаемости выше значения избыточного давления около 20 кПа проходит предпочтительно через точку поворота. Наконец, газопроницаемость до значения избыточного давления 10 кПа убывают предпочтительно сильные, чем пропорционально.

Текстильная ткань покрытия, имеющая требуемую газопроницаемость, может быть изготовлена за счет целенаправленного выбора обычных параметров. При этом существенно то, что газопроницаемость ткани определяют динамически и учитывают соотношения натяжений на надутой подушке. Поскольку весь процесс расширения и сжатия надувной подушки происходит в течение отрезка времени 100 - 150 мс, экспериментальное определение газопроницаемости ткани должно осуществляться с импульсом давления, который в течение сопоставимого отрезка времени достигает возникающих значений избыточного давления.

Поскольку надувная подушка предпочтительно на своем обращенном к пассажиру участке имеет меньшую газопроницаемость, возникающий на фиг. 1 характер кривой газопроницаемости должен быть достигнут преимущественно за счет ткани на других участках надувной подушки. Если надувная подушка состоит из различных частей ткани, то обращенные к пассажиру части ткани должны иметь значительно меньшую газопроницаемость, чем обращенные от него части ткани. Возникающая на фиг. 1 кривая газопроницаемости является тогда суммой двух распределенных по площади кривых газопроницаемости используемых частей ткани. Обращенная к пассажиру часть ткани является предпочтительно "газоплотной", т.е. газопроницаемость возрастает при одностороннем нагружении давлением в течение около 100 мс с возрастанием давления по меньшей мере выше значения от 10 по меньшей мере до 40 кПа. В этих условиях может быть использована ткань без покрытия, чья газопроницаемость при статическом нагружении давлением с разностью давлений 500 Па составляет более 11 л/мин•дм², например 15 - 18 л/мин•дм².

Кривая газопроницаемости такого типа ткани показана на диаграмме фиг. 2 и описывается следующим образом: до внутреннего избыточного давления около 20 кПа газопроницаемость с возрастанием давления возрастает до максимального значения менее 0,4 м³/с, затем убывает и выше значения внутреннего давления около 30 кПа больше существенно не возрастает, а остается на относительно низком значении.

Кривая газопроницаемости для другого типа ткани, который должен иметь сравнительно высокую газопроницаемость, показана на фиг. 3 и описывается следующим образом: до внутреннего избыточного давления около 10 кПа газопроницаемость с повышением давления возрастает до значения 0,3 - 0,8 м³/с; при значениях избыточного давления 10 - 20 кПа газопроницаемость продолжает возрастать, достигает максимума и затем снова убывает; выше внутреннего избыточного давления от 20 по меньшей мере до 40 кПа газопроницаемость возрастает несущественно, предпочтительно даже убывает.

Обе кривые газопроницаемости имеют одинаковый характер, однако лежат на разном уровне.

Для достижения нужного характера кривой газопроницаемости текстильный ткани без покрытия целенаправленно выбирают, в частности, следующие параметры: плотность нитей; тип нитей (полимеризат и поведение при усадке); переплетение ткани; извитость и отделка. Для существенного упрощения изготовления надувной подушки, если она состоит из разных частей ткани, несмотря на совершенно разный характер газопроницаемости разных частей ткани используют всегда одинаковый тип ткани, определяемый плотностью и типом нитей.

Важными параметрами, влияющими на кривую газопроницаемости, являются переплетение нитей и извитость. Так, за счет переплетений с наложением нитей в основе и утке на две или более нити, причем для стабилизации текстильного полотна после каждого наложения нити снова осуществляют полотняное переплетение нити, можно увеличить размер пор в точках пересечения нитей ткани, а тем самым воздухопроницаемость при одинаковой плотности нитей. Под нагрузкой натяжением при возрастании внутреннего избыточного давления размер пор увеличивается за счет конструкционного растяжения ткани, в результате чего в накладывающихся точках пересечения нитей образуется больше места для расширения слоя комплексных нитей, что при продолжении возрастания внутреннего избыточного давления вызывает тенденцию убывания газопроницаемости. Если ткань при всех встречающихся соотношениях натяжений между основой и утком, т. е. 1:1, 2:1 или 1:2, должна иметь одинаковый характер газопроницаемости, то переплетения выполняют таким образом, что в направлении основы и утка имеются одинаковая извитость и одинаковое переплетение нитей, и, следовательно, одинокое конструкционное растяжение. Ориентирование основных и уточных нитей в разных частях ткани надувной подушки не оказывает тогда существенного влияния на газопроницаемость. Для частей ткани, которые на надувной подушке из-за своей геометрии имеют отличающееся от 1:1 соотношение натяжений между основой и утком, можно напротив целенаправленно, варьировать переплетение и извитость нитей в направлениях основы и утка, так что это соотношение натяжений можно использовать для регулирования газопроницаемости.

На фиг. 4, а, б изображен эффект ткани, "закрывающейся" под действием возрастающего внутреннего давления надувной подушки.

На фиг. 4,в схематично изображен разрез ткани с полотняным переплетением нитей без наложений нитей в нагруженном состоянии, где основные нити обозначены позиций 10, а уточные - 12, а также видна извитость уточных нитей. При растяжении в направлении уточных нитей (фиг. 4, б) извитость уменьшается, основные и уточные нити прижимаются друг к другу и при этом упрощаются, в результате чего размер пор в точках пересечения нитей уменьшается. Эффективное сечение потока газа через ткань уменьшается, за счет чего уменьшается и газопроницаемость.

Тот же эффект показан на фиг. 4, в, г, при этом на фиг. 4, в изображен тип ткани с наложением уточной нити 12 на две основные нити 10 в ненагруженном состоянии, а на фиг. 4, г - тот же тип ткани при растяжении в направлении уточных нитей 12.

Надувная подушка безопасности для систем, удерживающих тело от перемещения в транспортных средствах, состоит из нескольких сшитых между собой частей ткани с равной газопроницаемостью, тем не менее все части ткани надувной подушки состоят из одинакового типа ткани, определяемого плотностью нитей и комплексной нитью. Газопроницаемость всей надувной подушки в качестве функции внутреннего избыточного давления возрастает до избыточного давления около 10 кПа до значения 0,4 - 1,0 м³/с, затем продолжает возрастать при значениях избыточного давления 10 - 20 кПа, достигает максимума, а затем снова убывает с тем, чтобы выше избыточного давления от 20 кПа по меньшей мере до 40 кПа снова убывать. За счет этого характера кривой газопроницаемости твердость надувной подушки автоматически регулируется с тем, чтобы на начальной фазе создания давления благодаря меньшей твердости уменьшить риск травматизма, однако при высокой интенсивности столкновения за счет увеличенной твердости надувной подушки воспрепятствовать ее пробиванию. 3 с. и 5 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Надувная подушка безопасности для системы, удерживающей тело от перемещения в транспортных средствах, содержащая стенку из нескольких сшитых между собой частей ткани, из которых обращенная к пассажиру часть ткани выполнена со значительно меньшей газопроницаемостью, чем по меньшей мере одна обращенная от пассажира часть ткани, отличающаяся тем, что ткань всей стенки выполнена с газопроницаемостью 0,4 - 1,0 м³/с при возрастании избыточного давления до 10 КПа, при возрастании избыточного давления до 10 - 20 КПа с газопроницаемостью, возрастающей больше 1 м³/с, достигающей максимума и убывающей, а при избыточном давлении выше 20 КПа по меньшей мере до 40 КПа с газопроницаемостью, не возрастающей. 2. Подушка по п.1, отличающаяся тем, что ткань всей стенки выполнена с газопроницаемостью, убывающей при избыточном давлении от 20 до по меньшей мере 40 кПа. 3. Подушка по п.1, отличающаяся тем, что все части ткани выполнены одинакового типа, определяемого плотностью нитей и комплексной нитью. 4. Ткань, используемая в качестве обращенной к пассажиру части ткани, в надувной подушке безопасности, имеющая переплетенные основу и уток, отличающаяся тем, что газопроницаемость ткани выполнена возрастающей до максимального значения менее 0,3 м³/с при возрастании избыточного давления до 20 кПа, при дальнейшем возрастании избыточного давления выполнена убывающей, а при избыточном давлении около 30 кПа газопроницаемость ткани выполнена невозрастающей. 5. Ткань, используемая в качестве обращенной от пассажира части ткани, в надувной подушке безопасности, имеющая переплетенные основу и уток, отличающаяся тем, что газопроницаемость ткани выполнена возрастающей до 0,3 - 0,8 м³/с при возрастании избыточного давления до 10 кПа, при возрастании избыточного давления от 10 до 20 кПа газопроницаемость выполнена возрастающей, достигающей максимума и убывающей, а при возрастании избыточного давления от 20 по меньшей мере до 40 кПа газопроницаемость выполнена невозрастающей. 6. Ткань по п.5, отличающаяся тем, что газопроницаемость ткани выше избыточного давления 20 кПа в диапазоне по меньшей мере до 40 кПа выполнена убывающей. 7. Ткань по п.4 или 5, отличающаяся тем, что в направлениях основы и утка она выполнена с одинаковой извитостью и переплетением. 8. Ткань по п.4 или 5, отличающаяся тем, что в основе и утке она выполнена с наложением по меньшей мере на две нити, а после каждого наложения основа выполнена с полотняным переплетением.