СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР С ПУСКОВЫМ МЕХАНИЗМОМ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО УСТРОЙСТВА, ВСТРОЕННОГО В АВТОМОБИЛЬ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПЕШЕХОДА В СЛУЧАЕ ЛОБОВОГО СТОЛКНОВЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F15B15/19 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение касается силового цилиндра с пусковым механизмом, образующего приводной элемент защитной системы, установленной на автомобиле и предназначенной для быстрого подъема капота автомобиля в случае столкновения с пешеходом.

Более конкретно изобретение касается усовершенствования, обеспечивающего возможность плавного возврата штока такого силового цилиндра и, следовательно, демпфированного возвратного перемещения капота после удара, а также, в случае отсутствия удара, возвращения капота в исходное положение под собственным весом или под действием умеренного усилия, через определенное время после срабатывания пускового механизма.

Уровень техники

Патентная публикация FR 2878212 описывает защитную систему для защиты пешехода в случае его столкновения с автомобилем. Данная система содержит механизм, обеспечивающий возможность быстрого подъема капота в случае столкновения. Действительно, когда происходит такое столкновение, оно часто вызывает соударение головы пешехода с капотом автомобиля. Такой удар головы по капоту вызывает деформацию капота. При превышении некоторого уровня деформации капот приходит в соприкосновение с блоком двигателя и всеми жесткими элементами, которые окружают двигатель. Именно в этот момент голова пешехода испытывает наиболее резкое торможение, которое может привести к тяжелым травмам. В связи с этим вышеупомянутая система разработана для обеспечения быстрого подъема капота на определенную высоту, исключающую соударение пешехода и, в частности, его головы с блоком двигателя после деформации капота. Подъем капота происходит в задней его части, со стороны ветрового стекла. При этом капот остается закрепленным в передней части автомобиля.

Таким образом, такая система защиты, будучи своевременно приведена в действие соответствующими средствами обнаружения столкновения, позволяет приподнять капот на несколько десятков миллиметров в течение нескольких десятков миллисекунд (обычно используемые значения составляют 80 мм и 30 миллисекунд), т.е. в течение весьма короткого временного интервала после обнаружения возможного столкновения.

Привод такой системы в оптимальном варианте содержит силовой цилиндр с пусковым механизмом, содержащий пиротехнический заряд с электрическим воспламенением. Газы, произведенные в результате сгорания заряда, выталкивают поршень силового цилиндра, который в свою очередь соединен со штоком, приводящим в действие механизм подъема капота или непосредственно воздействующим на него.

В соответствии с известными решениями после подъема капота обеспечивают его демпфированное возвратное движение с целью демпфирования удара по капоту и ограничения воздействия на пешехода. В оптимальном варианте систему демпфирования возвратного хода объединяют с силовым цилиндром, обеспечивающим подъем капота. Таким образом, под воздействием удара (после подъема и деформации капота) происходит возвратное движение блока, образованного капотом, поднимающим его механизмом и поршнем силового цилиндра, причем такое возвратное движение происходит с торможением вплоть до полной остановки. Демпфер расположен в кузове и может содержать различные механические средства.

Для обеспечения ограничения и демпфирования возвратного хода в камере давления силового цилиндра поддерживают давление, достаточно высокое для ограничения возвратного хода его поршня. Такое время ожидания обычно составляет порядка 300 мс. Использование пиротехнического заряда большей массы, обеспечивающего, с одной стороны, более высокое давление на поршень, вызывающее быстрое срабатывание силового цилиндра, а с другой стороны, поддержание давления в камере поршня нецелесообразно. Действительно, применение такого пиротехнического заряда приводило бы к чрезмерно резкому срабатыванию силового цилиндра, способному вызвать повреждения механизма подъема капота.

Таким образом, специалисты в данной области по-прежнему испытывают потребность в простой системе, не использующей специальных механизмов для приведения в действие силового цилиндра, но обеспечивающей его срабатывание с небольшим усилием в течение короткого времени (порядка 30 мс) с последующим поддержанием усилия, противодействующего возвратному движению в течение более длительного промежутка времени (порядка 300 мс), и ослаблением такого усилия для обеспечения возможности плавного возврата силового цилиндра, например под действием силы тяжести, по истечении более длительного промежутка времени, обычно составляющего несколько секунд.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в обеспечении плавного возврата капота в исходное положение более простыми средствами.

Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением предлагается силовой цилиндр с пусковым механизмом, содержащий корпус, в котором установлен поршень, соединенный со штоком, выступающим с одного конца указанного корпуса, и управляемый газогенератор, установленный в указанном корпусе напротив указанного поршня на заранее установленном расстоянии от исходного положения поршня до приведения его в действие с образованием расширительной камеры между указанным газогенератором и указанным поршнем, причем указанный газогенератор содержит пиротехнический заряд быстрого сгорания, отличающийся тем, что содержит пиротехнический заряд более медленного сгорания по сравнению с пиротехническим зарядом указанного газогенератора, установленный в местоположении, сообщающемся с указанной расширительной камерой. В соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения воспламенение пиротехнического заряда медленного сгорания происходит в результате горения пиротехнического заряда быстрого сгорания.

Указанный пиротехнический заряд медленного сгорания может быть установлен в указанном газогенераторе, содержащем пиротехнический заряд быстрого сгорания, т.е., например, в пластмассовом корпусе с запальным каналом, обеспечивающим возможность управляемого воспламенения указанных пиротехнических зарядов. В соответствии с оптимальным вторым вариантом осуществления изобретения указанные пиротехнические заряды быстрого и медленного сгорания расположены в силовом цилиндре по отдельности с сообщением с расширительной камерой. Данный вариант позволяет разделять функции зарядов и изменять каждую из их функций независимо в соответствии с требованиями конкретных приложений.

Кроме того, система защиты может быть приведена в действие и подъем капота может произойти без реального столкновения, например, в случае ошибочного обнаружения возможного столкновения. Пешеход также может избежать удара о капот автомобиля. В таких обстоятельствах желательно обеспечить возможность возвращения капота в исходное положение через некоторое время после срабатывания системы защиты.

Изобретение также обеспечивает возможность такого автоматического возвращения капота в исходное положение, например, под действием его собственного веса.

Для этого в поршне и, возможно, в штоке предусмотрен калиброванный выпускной канал, предназначенный для отвода газов, вызвавших смещение поршня.

В соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения поршень и шток жестко скреплены друг с другом, а выпускной канал выходит на поверхность штока в кольцевом зазоре, образованном штоком и внутренней стенкой корпуса.

Таким образом, выход выпускного канала сообщается с окружающей средой только после приведения силового цилиндра в действие. В течение всего периода до приведения силового цилиндра в действие опасность коррозии отсутствует, а пиротехнические заряды изолированы от внешней среды. Внутренние металлические элементы силового цилиндра могут быть выполнены из менее дорогостоящих металлов и не требуют какой-либо особой антикоррозионной обработки.

Дополнительный пиротехнический заряд медленного сгорания сгорает в течение приблизительно трех десятых секунды после срабатывания системы и поддерживает в камере давление, достаточное для демпфирования возвратного хода капота во время столкновения.

Если же после срабатывания системы удара не происходит, отвод газов через выпускной канал занимает более продолжительное время. В таком случае поршень совершает возвратное перемещение в корпусе силового цилиндра, что обеспечивает возможность возвращения капота в исходное положение под действием собственного веса или путем приложения умеренного усилия непосредственно к капоту.

Краткое описание чертежей

Изобретение станет более ясно, а его преимущества более очевидны, из нижеследующего описания предпочтительного варианта осуществления силового цилиндра с пусковым механизмом, приведенного исключительно для примера и содержащего ссылки на прилагаемые чертежи.

На чертежах:

- на фиг.1 схематически представлен в продольном разрезе силовой цилиндр с пусковым механизмом по изобретению;

- на фиг.2 приведен график, иллюстрирующий зависимость усилия, развиваемого силовым цилиндром, от времени, начиная с момента срабатывания.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлен силовой цилиндр 11 с пусковым механизмом, содержащий корпус 13, обычно имеющий цилиндрическую форму, в котором расположен поршень 15, соединенный со штоком 17, выступающим в аксиальном направлении через конец 18 корпуса. Корпус 13 также содержит газогенератор 19, в оптимальном варианте представляющий собой микрогазогенератор с запальным каналом, управляемый электрическими сигналами и установленный в корпусе напротив поршня, на определенном расстоянии от него. Газогенератор 19 закреплен на другом конце 21 корпуса между уступом 22, предусмотренным в корпусе, и задним ограничителем 23. Между газогенератором 19 и внутренней стенкой корпуса размещена кольцевая прокладка 25. Между генератором и поршнем вставлен ломкий или разъединяемый соединительный элемент 27. Он удерживает поршень 15 на заранее определенном расстоянии от газогенератора с тем, чтобы обеспечить постоянное положение поршня 15 и штока 17 до срабатывания пускового механизма и определить исходный объем расширительной камеры 30, заключенной между газогенератором и ближайшей к нему стороной указанного поршня.

Газогенератор 19 содержит пиротехнический заряд быстрого сгорания. После поджигания заряда газы, выбрасываемые в расширительную камеру 30, вызывают разрыв или разъединение соединительного элемента 27 и выталкивают поршень и шток так, что указанный шток быстро выходит в аксиальном направлении из конца корпуса. Данное перемещение штока позволяет привести в действие механизм подъема капота (не представлен). В соответствии с оптимальным и наиболее простым вариантом осуществления изобретения шток может быть непосредственно соединен шарнирным соединением с капотом.

На конце корпуса, из которого выходит шток, предусмотрен уступ 35, который определяет кольцевой продольный зазор 36 между штоком и внутренней стенкой корпуса. Как показано на чертеже, вблизи выступающего наружу конца штока предусмотрена уплотнительная прокладка 37. Данная прокладка расположена между штоком 17 и внутренней стенкой корпуса вблизи соответствующего конца 18 последнего. Таким образом, в течение всего периода, предшествующего поджиганию заряда, кольцевой зазор 36 изолирован от внешней среды. Данный кольцевой зазор также изолирован от расширительной камеры кольцевой прокладкой 39, расположенной между указанным поршнем 15 и указанным корпусом 13.

В соответствии с одной из важных отличительных особенностей изобретения силовой цилиндр 11 дополнительно содержит пиротехнический заряд 38, сгорание которого происходит более медленно, чем сгорание пиротехнического заряда указанного газогенератора. Данный второй заряд, выполненный в виде таблетки из спрессованного порошка, размещен в пространстве, сообщающемся с расширительной камерой 30, так, чтобы обеспечить его поджигание при горении пиротехнического заряда быстрого сгорания.

В проиллюстрированном примере пиротехнический заряд медленного сгорания помещен в полость 40 поршня, сообщающуюся с расширительной камерой.

Для удержания заряда 38 в требуемом положении предусмотрена крышка, вставленная в отверстие полости 40, в центре которой предусмотрено отверстие.

В соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения проем, соединяющий данную полость с расширительной камерой 30, расположен в аксиальном направлении напротив газогенератора.

Фиг.2 иллюстрирует результат последовательного сгорания двух зарядов. По оси ординат отложена величина силы, действующей в аксиальном направлении на поршень в результате расширения газов, а по оси абсцисс - время. Видно, что заряд быстрого сгорания вызывает весьма сильный, но кратковременный толчок (фаза А). Сила такого толчка превышает 1000 Н, но весьма быстро спадает до уровня 500 Н в течение промежутка времени, приблизительно составляющего несколько десятков миллисекунд (обычно около 30 мс). Данная фаза соответствует перемещению поршня и, следовательно, срабатыванию системы защиты, обеспечивающей подъем капота. Быстрое уменьшение усилия не позволяет обеспечить достаточного демпфирования возвратного движения. Однако в соответствии с изобретением происходит поджигание пиротехнического заряда 38 медленного сгорания, что позволяет создать некоторую силу с гораздо более медленным уменьшением, как показано на графике. По имеющимся оценкам полученная сила в общем случае достаточно велика, а ее уменьшение происходит достаточно медленно (в течение нескольких десятых секунды, фаза В) для получения требуемого демпфирования возвратного хода, причем величина силы, противодействующей движению поршня, изменяется в диапазоне нескольких сотен ньютонов (С).

Кроме того, другой отличительной особенностью изобретения является наличие в поршне и, возможно, в штоке калиброванного выпускного канала 45 для отвода газов сгорания. Данный калиброванный выпускной канал 45 достаточно узок для того, чтобы не оказывать заметного влияния в течение фазы повышения давления в расширительной камере 30, вызванного сгоранием двух пиротехнических зарядов. Ширина канала подобрана так, чтобы обеспечить возможность последующего (в фазе D) отвода газов сгорания, содержащихся в расширительной камере 30, с расходом, достаточным для обеспечения уменьшения силы в определенном диапазоне и, следовательно, для уменьшения усилия, необходимого для возврата капота в исходное положение, вплоть до обеспечения возможности такого возврата под действием собственного веса капота.

В описанном примере, в котором поршень и шток жестко связаны, выпускной канал 45 выходит на поверхность штока в вышеописанном кольцевом зазоре 36. Он сообщается с полостью 40, предусмотренной в поршне и содержащей пиротехнический заряд 38 медленного сгорания. Кроме того, в поршне предусмотрен фильтр 47, расположенный между полостью 40 и калиброванным выпускным каналом 45. Данный фильтр позволяет предотвратить закупоривание калиброванного выпускного канала частицами, образованными в результате сгорания.

Такая конструкция обеспечивает медленное уменьшение давления в расширительной камере и, следовательно, силы, действующей на поршень, после истечения времени, соответствующего демпфированному возвратному ходу поршня. Такое уменьшение давления и силы продолжается вплоть до уровня, обычно достигаемого через несколько секунд, достаточно низкого для обеспечения возможности автоматического возврата капота в исходное положение в благоприятном случае отсутствия повреждений.

Силовой цилиндр с пусковым механизмом и демпфированным возвратным ходом предназначен для защитного устройства, встроенного в автомобиль для защиты пешехода в случае лобового столкновения. Силовой цилиндр содержит поршень (15) и газогенератор (19), содержащий пиротехнический заряд быстрого сгорания, и дополнительно содержит пиротехнический заряд (38) более медленного сгорания по сравнению с пиротехническим зарядом указанного газогенератора (19). Технический результат - плавный возврат капота автомобиля в исходное положение. 10 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Силовой цилиндр с пусковым механизмом, содержащий корпус (13), в котором установлен поршень (15), соединенный со штоком (17), выступающим с одного конца указанного корпуса, и управляемый газогенератор (19), установленный в указанном корпусе напротив указанного поршня на заранее установленном расстоянии от исходного положения поршня до приведения его в действие с образованием расширительной камеры (30) между указанным газогенератором и указанным поршнем, причем указанный газогенератор содержит пиротехнический заряд быстрого сгорания, отличающийся тем, что содержит пиротехнический заряд (38) более медленного сгорания по сравнению с пиротехническим зарядом указанного газогенератора, установленный в местоположении, сообщающемся с указанной расширительной камерой.

2. Силовой цилиндр по п.1, отличающийся тем, что указанный пиротехнический заряд (38) медленного сгорания установлен в полости (40) поршня, сообщающейся с указанной расширительной камерой (30).

3. Силовой цилиндр по п.2, отличающийся тем, что указанная полость (40) открывается в указанную расширительную камеру, расположенную по центру напротив указанного газогенератора (19).

4. Силовой цилиндр по п.1, отличающийся тем, что в поршне и, возможно, в указанном штоке предусмотрен калиброванный выпускной канал (45), сообщающийся с указанной расширительной камерой.

5. Силовой цилиндр по п.4, отличающийся тем, что указанный поршень и указанный шток жестко скреплены друг с другом, а указанный выпускной канал (45) выходит на поверхность указанного штока в кольцевом зазоре (36), образованном штоком и внутренней стенкой указанного корпуса.

6. Силовой цилиндр по п.5, отличающийся тем, что на указанном штоке установлена уплотнительная прокладка (37), расположенная вблизи его свободного внешнего конца, причем, когда силовой цилиндр не задействован, данная прокладка расположена между указанным штоком и внутренней стенкой указанного корпуса вблизи его соответствующего конца (18).

7. Силовой цилиндр по п.4, отличающийся тем, что указанный пиротехнический заряд (38) медленного сгорания установлен в полости (40) поршня, сообщающейся с указанной расширительной камерой (30), а указанный выпускной канал (45) сообщается с указанной полостью (40) поршня, в которой установлен пиротехнический заряд медленного сгорания.

8. Силовой цилиндр по п.7, отличающийся тем, что в поршне между указанной полостью (40) и указанным калиброванным выпускным каналом (45) предусмотрен фильтр (47).

9. Силовой цилиндр по п.5, отличающийся тем, что кольцевой зазор (36) отделен от расширительной камеры (30) кольцевой прокладкой (39), расположенной между указанным поршнем (15) и указанным корпусом (13).

10. Силовой цилиндр по п.1, отличающийся тем, что содержит ломкий или разъединяемый соединительный элемент (27), удерживающий поршень на заранее определенном расстоянии от пиротехнического газогенератора с целью стабилизации до приведения в действие положения поршня и исходного объема расширительной камеры (30).

11. Силовой цилиндр по п.1, отличающийся тем, что указанный пиротехнический заряд (38) медленного сгорания установлен в газогенераторе, содержащем указанный пиротехнический заряд быстрого сгорания и открывающемся в указанную расширительную камеру (30).