ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ПОДУШКА СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЧЕЛОВЕКА Советский патент 1995 года по МПК B60R21/24 

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности человека на транспорте и, прежде всего, к средствам пассивной безопасности человека в легковых автомобилях.

Предохранительная подушка одно из наиболее известных и эффективных средств спасения жизни водителей и пассажиров легковых автомобилей в аварийных ситуациях. Надувной мешок, являющийся обязательной составной частью такой подушки, при аварии мгновенно наполняется газом и обеспечивает деформирование механических ударов человека об элементы автомобиля. При этом после наполнения газом надувной мешок должен выдержать избыточное давление и сохранять прочность в течение процесса контакта при аварии человеческого тела с поверхностью мешка. В то же время надувной мешок должен обладать достаточной упругостью, так как в противном случае он может от удара частично или полностью обжаться на всю высоту и это приведет к травмированию человека. После окончания удара желательно, чтобы надувной мешок быстро обжался, прежде всего по диаметру, что обеспечит водителю возможность обзора реальной обстановки впереди автомобиля и при благоприятных обстоятельствах транспортное средство станет управляемым. Обжатие надувного мешка достигается за счет интенсивного стравливания газа из его внутренней полости.

Известна предохранительная подушка с надувным мешком, где внутренняя полость мешка представляет собой в основном единый объем, в котором размещены занимая малую долю этого объема, элементы принудительно пневмо-механического раскрытия и наполнения, включая источник газа. Эффективность работы такой предохранительной подушки будет весьма низкой, если после раскрытия и наполнения ее надувного мешка тело человека при аварии несколько сместится в сторону и будет давить не по всей поверхности его верхней части. При этом внутри единого объема мешка газ свободно перераспределяется и контактный участок поверхности надувного мешка может продавиться на всю высоту. Чтобы этого не произошло, можно было бы повысить давление газа внутри мешка при его наполнении. Однако при повышении давления такой надувной мешок потеряет форму "подушки" и после вздутия до шарообразной формы может лопнуть. Можно было бы пойти по пути увеличения высоты надувного мешка, но и этот путь не приводит к заметному повышению эффективности работы, так как при ударе и с высокого мешка, и с мешка шарообразной формы тело человека скатывается и отбрасывается в сторону.

Известна предохранительная подушка с надувным мешком, в котором элементы принудительного раскрытия и наполнения, в том числе и источника газа, также размещены во внутренней полости, но занимают уже заметную долю его объема. Кроме того, эти элементы выполнены в виде продольной перегородки, соединяющей между собой нижнюю и верхнюю части мешка, и вместе с наружной боковой частью мешка образуют самостоятельную полость, изолированную от основного объема надувного мешка. Однако за счет того, что у этого надувного мешка над основным объемом верхняя часть имеет значительные линейные размеры и соответственно большую площадь, то и эта конструкция не исключает возможности местного контактного продавливания на всю высоту. Этот мешок также должен быть достаточно высоким, что увеличивает вероятность скатывания человека в сторону и снижает эффективность работы предохранительной подушки. Кроме того, в известных указанных конструкциях предохранительной подушки имеется отверстие в нижней части мешка, но не предусматривается возможность быстрого стравливания газа из надувного мешка и его обжатие до размеров, по крайней мере, сравнимых с диаметром рулевого колеса. В случае аварии указанная предохранительная подушка после срабатывания будет перекрывать водителю обзор реальной обстановки в течение неопределенного, довольно длительного интервала времени, что также снижает эффективность работы этих подушек.

Эта предохранительная подушка системы безопасности человека на транспорте выбрана за прототип.

Целью изобретения является повышение эффективности работы предохранительной подушки путем увеличения прочности и упругости надувного мешка в наполненном состоянии с одновременным уменьшением времени его обжатия при стравливании газа.

Указанная цель достигается тем, что в известной предохранительной подушке, включающей источник газа для наполнения надувного мешка с внутренней полостью, образованной нижней, верхней и боковой частями и разделенной перегородками, соединяющими нижнюю и верхнюю части, и отверстием для наполнения и стравливания газа, перегородки установлены таким образом, что они образуют два замкнутых контура и делят нижнюю и верхнюю части мешка на фигуры с совмещенными центрами и соотношением площадей 1:3:5 по мере удаления от центра, причем в каждом контуре выполнены равномерно распределенные продольные разрезы, а на боковой части мешка снаружи выполнены накладки и через них пропущена диаметральная стяжка из эластичного материала, длина которой в свободном состоянии выбрана 0,25-0,5 длины периметра боковой части мешка.

Предлагаемая предохранительная подушка системы безопасности человека на транспорте может быть выполнена в различных конструктивных исполнениях, отличающихся тем, что:
контуры, образованные перегородками, выполнены в виде окружности или многоугольника;
накладки под диаметральную стяжку выполнены таким образом, что они образуют кулису или отдельные равномерно распределенные по периметру боковой части мешка элементы в виде петель;
на боковой части выполнено несколько диаметральных стяжек, распределенных по высоте мешка.

Сущность изобретения заключается в разделении внутренней полости надувного мешка на объемные доли таким образом, чтобы при надавливании на верхнюю часть мешка над любой из объемных долей по возможности исключалось или затруднялось перераспределение газа за счет перетеканиия в другие соседние доли. Кроме того, в предлагаемом техническом решении используется принудительное обдавливание надувного мешка при стравливании газа, что позволяет уменьшить время его обжатия до размеров, при которых надувной мешок после срабатывания предохранительной подушки не перекрывает водителю обзор реальной обстановки впереди автомобиля.

Целесообразно внутреннюю полость мешка разделить на три доли. Меньшее количество долей не обеспечивает достаточной эффективности, а большее - приводит к заметному увеличению объема и массы материала, идущего на изготовление надувного мешка, что затрудняет его компоновку в защитном кожухе при размещении предохранительной подушки на рулевом колесе, так как размеры защитного кожуха ограничиваются требованиями дизайна и необходимостью обеспечения водителю свободного обхода информации с приборной панели, устанавливаемой за рулевым колесом. Также следует отметить, что общее количество долей усложняет технологию изготовления надувного мешка. Поэтому во внутренней полости мешка перегородки установлены таким образом, что они образуют два замкнутых контура, причем в местах соединений они делят нижнюю и внутреннюю части мешка на фигуры с совмещенными центрами и соотношением площадей 1: 3:5 по мере удаления от центра. Выбранная геометрия размещения контуров, образованных перегородками, обеспечивает конструктивную соразмерность долей площадей, прежде всего, верхней части мешка над каждой из долей внутреннего объема. Если рассматривать мешок в наполненном состоянии, то можно заметить, что предлагаемая конструкция обеспечивает близкий к волнообразному характер вздутия его верхней части. При этом в местах соединения с перегородками поверхность верхней части мешка утоплена, а между этими соединениями - возвышена. Выбранное отношение площадей обеспечивает примерно одинаковые размеры между соединениями, за счет чего над каждой из долей внутреннего объема достигается соразмерное возвышение верхней части мешка. Также за счет этого увеличивается прочность и упругость надувного мешка. Возможность наполнения газом каждой из долей внутреннего объема надувного мешка обеспечивается тем, что на перегородках в каждом контуре выполнены равномерно распределенные продольные разрезы. Когда мешок сложен, в местах продольных разрезов газ свободно перетекает из каждой доли внутреннего объема в любую другую. По мере наполнения и раздувания мешка продольные разрезы сужаются, так как перегородки выпрямляются и натягиваются между нижней и верхней частями мешка. После наполнения мешка все три доли его внутреннего объема оказываются практически изолированными друг от друга двумя контурами, образованными перегородками.

Для уменьшения времени обжатия мешка при стравливании газа служат продольные разрезы на перегородках в каждом контуре и диаметральная стяжка.

На фиг.1 изображена предохранительная подушка, общий вид; на фиг.2 - то же, поперечный разрез.

Предохранительная подушка содержит надувной мешок 1 с внутренней полостью А, образованной нижней 2, верхней 3 и боковой 4 частями и разделенной перегородками 5 и 6, которые установлены таким образом, что они образуют два замкнутых контура. Перегородки 5 и 6 соединяют между собой нижнюю 2 и верхнюю 3 части мешка 1, в местах соединения с которыми они делят нижнюю 2 и верхнюю 3 части на фигуры Ф₁, Ф₂ и Ф₃ с совмещенными центрами и соотношением площадей 1:3:5 по мере удаления от центра. На перегородках 5 и 6 выполнены продольные разрезы: на перегородке 5 разрезы Р₁, Р₂, Р₃ и Р₄, которые расположены в вершинах четырехугольника, и на перегородке 6 - разрезы Р₅, Р₆, Р₇, Р₈, Р₉, Р₁₀, Р₁₁ и Р₁₂, которые расположены в вершинах восьмиугольника. На боковой части 4 выполнена площадка 7, через которую пропущена диаметральная стяжка 8. В нижней части 2 выполнено отверстие Б для наполнения мешка 1 от источника газа, который на чертеже не показан. На боковой части 4 выполнены отверстия В₁, В₂, В₃ и В₄ для стравливания газа.

Элементы надувного мешка 1, включая его части 2, 3 и 4, перегородки 5 и 6, а также накладка 7 изготавливаются из малогазопроницаемой ткани и сшиваются между собой капроновыми нитками (на чертеже не показаны).

Диаметральная стяжка 8 изготавливается из эластичной тесьмы, концы которой после пропускания через накладку 7 сшиваются теми же нитками.

Перегородки 5 и 6 делят объем внутренней полости А на три доли: центральная а₁, средняя а₂, и наружная а₃.

Форма контуров, образованная перегородками, может быть выполнена в виде многоугольников, как показано на фиг.2, или в виде окружностей. Для многоугольной формы контуров целесообразно продольные разрезы на перегородках выполнять в вершинах, как показано на фиг.2. В случае выполнения контуров в виде окружностей продольные разрезы на перегородках выполняются равномерно распределенными по их периметрам. Число продольных разрезов в каждом контуре может быть различным.

Накладки на боковой части мешка могут образовывать одну цельную кулису или отдельные петли. Если для изготовления мешка будет использоваться ткань, например, толщиной 0,1-0,2 мм, то форма и вид накладок безразличны. В случае использования ткани толщиной 0,3 мм и более целесообразно накладки выполнять в виде отдельных петель, так как в этом случае после укладки в защитный кожух надувной мешок будет занимать меньший объем.

Источник газа может располагаться внутри надувного мешка или вне его. В случае размещения источника газа мешка нецелесообразно в его нижней части выполнить отверстие для наполнения, которое должно быть пневматически соединено с источником газа, при этом более предпочтительно газ подавать сначала в центральный объем а₁.

Стравливание газа целесообразно проводить сначала из наружного объема а₃. Поэтому отверстия для стравливания выполнены на боковой части надувного мешка. Число отверстий для стравливания газа может быть любым, при этом суммарная площадь этих отверстий выбирается в зависимости от эластичности диаметральной стяжки и интервала времени, в течение которого должен быть завершен процесс обжатия предохранительной подушки после ее срабатывания. Как правило этот интервал времени не должен превышать 0,5-1 с. Следует отметить, что в случае изготовления боковой части надувного мешка из достаточно пористой ткани, например, из парашютного шелка, выполнение специальных отверстий для стравливания газа не требуется.

Автором были проведены лабораторные испытания полномасштабных макетов предохранительной подушки с надувными мешками из разных тканей и с различными исполнениями конструктивных элементов. Конструкция, предлагаемая по данному техническому решению, позволяет изготавливать прочный и упругий мешок в наполнительном состоянии. Опробовано направление одного и того же мешка 3-4 раза при общем времени процесса наполнения не более 0,003 с в каждом опыте. Время обжатия надувного мешка при стравливании газа составляет 0,5-0,6 с. Следует отметить, что при изготовлении надувного мешка из ткани толщиной 0,3 мм с отверстиями любого диаметра для стравливания газа на его боковой части, без применения диаметральной стяжки мешок практически сохраняет форму подушки и не обжимается в течение нескольких часов. Уменьшить время обжатия мешка до указанного выше значения позволяет и одна диаметральная стяжка, хотя в принципе на боковой части надувного мешка могут быть выполнены несколько боковых стяжек, распределенных по высоте мешка.

Предохранительная подушка работает следующим образом.

При аварии через отверстие Б внутренняя полость А мешка 1 выполняется избыточным давлением от источника газа, при этом сначала газ поступает в объем а₁. Через продольные разрезы Р₁, Р₂, Р₃ и Р₄ в перегородке 5 газ из объема а₁ поступает в объем а₂, а через разрезы Р₅, Р₆, Р₇, Р₈, Р₉, Р₁₀, Р₁₁ и Р₁₂ в перегородке 6 из объема а₂ в объем а₃. По мере наполнения объемов а₁, а₂ и а₃ внутренней полости А мешок 1 раздувается, перегородки 5 и 6 выпрямляются и натягиваются между нижней 2 и верхней 3 частями мешка 1, что приводит к перекрытию возможных каналов перераспределения газа внутри мешка через продольные разрезы. Под действием давления газа боковая часть 4 мешка 1 расширяется и растягивает диаметральную стяжку 8, пропущенную под накладкой 7. Излишки газа через отверстия В₁, В₂, В₃ и В₄ вытекают наружу. После полного срабатывания источника газа поступление давления через отверстие Б прекращается, а процесс стравливания газа через отверстия В₁, В₂, В₃ и В₄ продолжается. Диаметральная стяжка 8, воздействуя на боковую 4 часть мешка 1, создает дополнительное избыточное давление в объеме внутренней полости А по сравнению с атмосферой. За счет этого газ из объема а₃ быстрее вытекает наружу, что приводит к появлению перепада давления в объеме а₂ по сравнению с объемом а₃. Повышенное давление в объеме а₂ вынуждает газ через разрезы Р₅, Р₆, Р₇, Р₈, Р₉, Р₁₀, Р₁₁ и Р₁₂ в перегородке 6 вытекать из объема а₃, а из объема а₃ в соответствии с ранее изложенным механизмом - наружу. По мере истечения газа воздействие давления на нижнюю 2 и верхнюю 3 части мешка 1 снижается, натяжение перегородок 5 и 6 уменьшается и в результате увеличивается площадь проходных сечений для газа в местах продольных разрезов. По мере истечения газа из объема а₃ наружу, а из объема а₂ в объем а₃ возникает перепад давления в объеме а₁ по сравнению с объемом а₂. Повышенное давление в объеме а₁ вынуждает газ через разрезы Р₁, Р₂, Р₃ и Р₄ в перегородке 5 вытекать в объем а₂, а далее в соответствии с изложенными механизмами из объема а₂ в объем а₃ из объема а₃ наружу.

Предлагаемая конструкция предохранительной подушки системы безопасности человека на транспорте в наполненном состоянии надувного мешка имеет высокую прочность и упругость и за счет этого надежно сохраняет оптимальную форму в процессе контакта человека с поверхностью надувного мешка при аварии, а после срабатывания подушки ее надувной мешок быстро обжимается до размеров, меньших диаметра рулевого колеса автомобиля.

Указанные технические качества позволяют повысить эффективность работы предохранительной подушки, а в итоге и всей системы безопасности человека на транспорте.

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности человека на транспорте, в частности к средствам пассивной безопасности человека в легковых автомобилях. Цель изобретения - повышение эффективности работы подушки путем увеличения прочности и упругости надувного мешка в наполненном состоянии с одновременным уменьшением времени его обжатия при стравливании газа после срабатывания подушки. Предохранительная подушка содержит источник газа для наполнения надувного мешка 1 с внутренней полостью А, образованной нижней 2, верхней 3 и боковой 4 частями и разделенной перегородками, соединяющими нижнюю 2 и верхнюю 3 части, и отверстиями Б, B₁, B₂ и B₃ и B₄ для наполнения и стравливания газа. Перегородки установлены таким образом, что они образуют два замкнутых контура и делят нижнюю 2 и верхнюю 3 части мешка 1 на фигуры с совмещенными центрами и соотношением площадей 1 : 3 : 5 по мере удаления от центра, причем в каждом контуре выполнены равномерно распределенные продольные разрезы, а на боковой 4 части мешка 1 снаружи выполнены накладки 7 и через них пропущена диаметральная стяжка 8 из эластичного материала, длина которой в свободном состоянии выбрана 0,25 - 0,5 длины периметра боковой 4 части мешка. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ПОДУШКА СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЧЕЛОВЕКА, содержащая источник газа для наполнения надувного мешка с внутренней полостью, образованной нижней, верхней и боковой частями и разделенной перегородками, соединяющими нижнюю и верхнюю части, и отверстием для наполнения и стравливания газа, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы подушки путем увеличения прочности и упругости мешка в наполненном состоянии с одновременным уменьшением времени его обжатия, она снабжена диаметральной стяжкой с накладками с образованием при помощи перегородок двух замкнутых контуров и разделением нижней и верхней частей мешка на фигуры с совмещенными центрами и соотношением площадей 1 : 3 : 5 по мере удаления от центра, в каждом контуре выполнены равномерно распределенные продольные разрезы, а на боковой части мешка снаружи размещены накладки, через которые пропущена диаметральная стяжка, выполненная из эластичного материала, длина которой в свободном состоянии выбрана 0,25-0,5 длины периметра боковой части мешка. 2. Подушка по п.1, отличающаяся тем, что контуры, образованные перегородками, выполнены в виде окружности или многоугольника. 3. Подушка по п.1, отличающаяся тем, что накладки выполнены в виде кулисы. 4. Подушка по п.1, отличающаяся тем, что накладки выполнены в виде равномерно распределенных по периметру боковой части мешка элементов в виде петель. 5. Подушка по п. 1, отличающаяся тем, что на боковой части выполнено несколько диаметральных стяжек, распределенных по высоте мешка.