Устройство для упреждающего натяжения лямки ремня безопасности транспортного средства - RU2116902C1
Код документа: RU2116902C1
Чертежи
Описание
Изобретение касается устройства для упреждающего натяжения лямки ремня безопасности (в частности, в автомобилях), в котором аккумулятор энергии, например сжатая силовая пружина, посредством тягового органа соединена прямо или косвенно с какой-то частью лямки ремня безопасности, например с его замком.
Срабатывающий при аварийном замедлении автомобиля инерционный расцепной механизм освобождает пружину через систему рычагов при достижении автомобилем заданных критических величин замедления, в результате чего происходит быстрое перемещение подсоединенной части ремня и натяжение лямки, охватывающей тело водителя или пассажира, а особое стопорное устройство блокирует обратное движение перемещенной части.
За счет упреждающего натяжения лямки ремня в начальной фазе столкновения автомобиля предохраняемое лицо прочно удерживается в сиденье уже до того, как он начинает выбирать зазор между ремнем безопасности и своим телом, как это происходит в обычных ремнях, не снабженных таким устройством.
Таким образом, тело пользователя уже с самого начала столкновения участвует в замедлении автомобиля и искусственно продлевает путь своего торможения. Кроме того, благодаря устранению холостого хода лямки ремня укорачивается путь движения вперед предохраняемого лица внутри автомобиля при аварии, благодаря чему исключается или во всяком случае существенно уменьшается опасность удара головой или другими частями туловища о рулевое колесо и передние жесткие элементы внутри салона.
В устройствах упредительного натяжения лямки известных конструкций имеет место некоторая несвоевременность срабатывания силового органа, то есть аккумулятора энергии в виде предварительно напряженной пружины или пиротехнического газогенератора. Запаздывание может происходить как за счет недостаточности быстродействия, так и за счет неточности определения момента, когда такое срабатывание должно произойти.
Одним из недостатков известных устройств является трудность настройки инерционных датчиков применительно к различным динамическим характеристикам разных моделей автомобилей и жесткости их кузова. Кроме того, многие из известных конструкций такого рода сложны и дороги в изготовлении.
Одним из наиболее близких известных технических решений к предлагаемому изобретению является устройство, описанное в Европейском патенте N 0305765, кл. B 60 R 22/46, 1989, показанное на фигурах 6, 7 и 8 в данной заявке. Названное устройство содержит корпус, сжатую пружину, связанную с тяговым органом, застопоренным первым рычагом, один конец которого зацеплен с элементом тягового органа, а второй конец удерживается вторым двухплечным рычагом, длинное плечо которого своим носиком опирается на торец третьего - продольно нагруженного и находящегося в равновесии сенсорного рычага.
В корпусе расположена продолговатая инерционная масса, стержневидные наконечники которой подпружинены и расположены в опорах скольжения. Второй конец третьего рычага расположен в выемке инерционной массы с определенным зазором. Когда инерционная масса под действием сил инерции получает продольное смещение, стенки выемки наезжают на указанный второй конец третьего рычага и поворачивают рычаг вокруг своей шарнирной опоры, размыкая всю цепочку удерживающих пружину рычагов.
Однако и это наиболее близкое техническое решение также не лишено вышеуказанных недостатков: трудности точной настройки для разных типов и моделей автомобилей, недостаточность быстродействия и др.
Задача изобретения - создание устройства для натяжения ремня безопасности, которое при отсутствии в нем приведенных выше недостатков срабатывало бы быстро и надежно и было бы относительно недорого при изготовлении.
Кроме того, такое устройство для натяжения должно характеризоваться гибкостью в различных случаях его применения.
Решение поставленной задачи, включая преимущественные варианты исполнения, приведено в формуле изобретения.
Для этого в устройстве для упреждающего натяжения лямки ремня безопасности транспортного средства, содержащем корпус, смонтированный в нем аккумулятор энергии, например сжатую силовую пружину, связанную с тяговым органом для передачи энергии пружины при спуске связанному прямо или косвенно с лямкой элементу ремня, например его замку, которое срабатывает благодаря действию расцепного инерционного механизма через систему рычагов при аварийном замедлении автомобиля, расцепной инерционный механизм содержит стержевидную инерционную массу, установленную с возможностью ограниченного аксиального перемещения на двух опорах: спереди на опоре скольжения, а сзади - на опоре качения. При этом первая опора содержит завернутый в стойку на корпусе опорный винт, цилиндрическая головка которого покрыта антифрикционной накладкой и вставлена в цилиндрическую полость в переднем торце инерционного тела и взаимодействует с поджатой сенсорной пружиной, расположенной внутри указанной полости, а вторая опора содержит по крайней мере два расположенных друг над другом тела вращения, например ролики, между которыми находится в контакте являющийся частью инерционной массы стопорный элемент с головкой прямоугольного поперечного сечения на конце, при этом первый ролик, ось которого перпендикулярна продольной оси инерционного тела, опирается своей наружной образующей в расположенную параллельно плоскопараллельным поверхностям головки стопорного элемента неподвижную плоскую опорную поверхность, образованную упором, закрепленным между боковинами корпуса, а второй ролик располагается в вырезе на конце контактного плеча конечного рычага системы рычагов и испытывает на себе воздействие редуцированного усилия F силовой пружины, при этом поверхность давления указанного плеча внутри выреза также параллельна контактирующим с обоими роликами плоскопараллельным поверхностям головки стопорного элемента.
Таким образом, достигается высокая чувствительность взаимодействующей пары: сенсорная пружина - инерционная масса, так как сила трения на опоре мала ввиду малой поперечной нагрузки, а на второй опоре сила трения мала за счет того, что поперечная нагрузка воспринимается обоими роликами, стопорным элементом и неподвижной опорой поверхностью упора внутри корпуса, образующими опору качения.
Это означает, что при резких замедлениях расположенная параллельно продольной оси автомобиля инерционная масса может легко перемещаться вперед-назад, в зависимости от настроенной характеристики сенсорной пружины, а когда возникает замедление, превышающее заданный критический уровень, головка стопорного элемента переместится между роликами дальше - до потери своей функции стопорного элемента и освободит силовую пружину ввиду расцепления удерживающей ее системы рычагов.
Кроме того, на стопорном элементе жестко закреплен сепаратор с гнездами для точного расположения роликов, в особенности относительно торцовых кромок его головки, а также таким образом, чтобы все контактные линии роликов на всех плоских опорных поверхностях были параллельны между собой и для ограничения роликов с обеих их торцов.
Кроме того, для того чтобы контактное плечо конечного рычага после аварийного срабатывания инерционной массы выбрасывало из зацепления с головкой стопорного элемента сперва второй ролик, он предпочтительно расположен в сепараторе со смещением назад относительно первого ролика на величину 0,1 - 1,0 мм.
Целесообразно, чтобы ролики в своем исходном положении находились в зажатом состоянии под действием сенсорной пружины. Для этого на неподвижной поверхности выполнен пластинчатый выступ для первого ролика, а соответствующий выступ для второго ролика выполнен в вырезе контактного плеча конечного рычага.
Целесообразно выполнение в сепараторе, напротив второго ролика щелевидного канала, в котором с большим зазором располагается закрепленный в корпусе с возможностью регулировки отражатель для ограничения длины хода качения второго ролика вперед. За счет этого момент срабатывания расцепного инерционного механизма возможно настраивать не только в зависимости от величины замедления автомобиля, но и в зависимости от его скорости движения при столкновении с препятствием.
Целесообразно, чтобы система рычагов состояла из первого рычага с выполненным в виде крюка плечом и конечного рычага с контактным плечом и чтобы они взаимодействовали через кулачковые выступы на них.
Кроме того, выполненное в виде крюка плечо первого рычага содержит зуб, который до начала расцепления воспринимает на себя непосредственное усилие P силовой пружины.
Кроме того, тяговый орган выполнен с закрепленной на нем фиксирующей муфтой, за торцевую поверхность которой зацеплен зуб выполненного в виде крюка плеча, и под указанной муфтой закреплен опорный желоб, исключающий самопроизвольный выход муфты из зацепления.
Особенно оптимальным вариантом устройства является тот, который включает в себя комбинированный аккумулятор энергии, содержащий последовательно расположенные внутри закрепленной в корпусе цилиндрической трубы короткую силовую пружину сжатия, упирающуюся одним концом в жесткое днище трубы, а другим концом в поршень, внутри которого заложен пиротехнический газогенератор, и который посредством штока, пропущенного через втулку в днище трубы и посредством муфты или другим способом соединен с тяговым органом. При этом поршень в своем исходном положении воспринимает нагрузку P короткой силовой пружины. Дополнительно внутри указанной трубы на заранее рассчитанном расстоянии от поршня временно заделан металлический барьер, масса которого мала, но достаточна для удара по встроенным в поршень для воспламенения пиротехнического газогенератора инициирующим пистонам при разгоне поршня в момент спуска короткой силовой пружины.
Дополнительные преимущества и признаки изобретения приводятся далее в описании примеров и чертежей.
На фиг. 1 показан вид сбоку в направлении поперечной оси автомобиля первого варианта осуществления устройства для упреждающего натяжения ремня безопасности (вышеупомянутое особое стопорное устройство для блокирования обратного движения подсоединенной части ремня не показано, так как оно является предметом отдельной заявки); на фиг. 2 - фрагмент A инерционного датчика расцепного механизма в состоянии покоя, в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - сечение B-B на фиг. 2 (некоторые детали не показаны); на фиг. 4 - сечение C-C на фиг. 1; на фиг. 5 - вид сбоку второго оптимального варианта осуществления устройства для упреждающего натяжения ремня безопасности, содержащее комбинированный аккумулятор энергии, объединяющий силовую пружину и пиротехнический газогенератор в исходном состоянии; на фиг. 6 - второй вариант фиг. 5 в действии, в положении окончания процесса; на фиг. 7 - возможное использование устройства с комбинированным аккумулятором энергии.
Корпус 1 устройства для упреждающего натяжения лямки ремня безопасности транспортного средства (фиг. 1 - 4) представляет собой опорную коробку, состоящую из двух симметричных боковин 2 и 3, соединенных посредством промежуточных стоек 4 и 5, например заклепками (или винтами) 6.
На уступе в нижней части корпуса 1 смонтирована на направляющей трубе 7 силовая пружина 8, удерживаемая в сжатом состоянии с помощью фигурной упорной шайбы 9, внутренней тяги 10 и фиксирующей муфты 11 тягового органа 12. При этом за торец 13 муфты 11 зацеплен зуб 14 выполненного в виде крюка плеча 15 первого рычага 16, смонтированного на оси 17 внутри корпуса 1 и который своим кулачковым выступом 18 упирается в кулачковый выступ 19 на контактном плече 20 конечного рычага 21, смонтированного на оси 22. Внутренняя тяга тягового органа 12 заканчивается опорным кольцом 23, вставленным в центральное углубление упорной шайбы 9, а под фиксирующей муфтой 11 выполнен опорный желобок 24 на стойке 5 для предотвращения выпадания муфты 11 из зацепления с зубом 14.
От хвостового участка 25 муфты 11 внутренняя тяга в виде стального каната 10 обходит опорный шкив 26, смонтированный на распорной втулке - оси 27 и проходит между одной из боковин 2 или 3 осями 17 и 22 до муфты 28, соединяющей внутреннюю тягу 10 с наружной частью тягового органа 12, выполненной в виде каната Боудена (в спиральной оболочке). В месте входа в корпус 1 наружная часть тягового органа 12 своим наконечником 29 закреплена в гнезде 30 стойки 4.
В резьбовое отверстие в центре стойки 4 ввинчен регулировочный опорный винт 31, цилиндрическая головка 32 которого покрыта антифрикционной накладкой 33 и введена в аксиальную полость 34, высверленную в переднем торце инерционной массы 35, упираясь в сенсорную пружину 36, смонтированную внутри полости 34.
На другом, заднем, конце инерционной массы 35 в отверстие ее торца аксиально запрессован стержневидный стопорный элемент 37 с прямоугольной в поперечном сечении головкой 38 на его конце.
На противостоящих плоскопараллельных поверхностях M1 и M2 (фиг. 3) головки 38 стопорного элемента 37 смонтированы два ролика 39 и 40, из которых первый ролик 39 упирается своей геометрической образующей в плоскую опорную поверхность 41 закрепленного в корпусе 1 между боковинами 2 и 3 упора 42, а второй ролик 40 упирается в плоскую поверхность 43 в вырезе 44 на конце контактного плеча 20 конечного рычага 21 системы рычагов.
Для точного выполнения такого рода опоры качения на наружной части стопорного элемента 37 прочно насажен сепаратор 45 (фиг. 2 и 3), стенки 46 которого ограничивают с зазором торцы роликов 39 и 40, а ограничительные поверхности 47 и 48 контактируют с указанными роликами со стороны действия сенсорной пружины 36.
Сзади ролик 39 удерживается пластинчатым выступом 49, примыкающим к упору 42 (на фиг. 3 упор 42 изображен в виде поперечной балки, заданной своими концами в боковины 2 и 3), а ролик 40 - выступом 50 выреза 44 на контактном плече 20. Поверхности 47 и 48 расположены так, чтобы ролик 40 был сдвинут относительно ролика 39 назад на некоторый размер а, который может быть выбран в пределах 0,1 - 1,0 мм. Нижняя часть сепаратора 45 выполнена с щелевидным каналом K, в котором размещается отражатель 51 для регулировки длины хода качения ролика 40 в направлении движения автомобиля (стрелка X). Ход качения с ролика 40 подбирается в зависимости от размера в расстоянии торца головки 38 стопорного элемента 37 от центральной плоскости ролика 40, перпендикулярной оси стопорного элемента, размера а и требуемой скорости срабатывания устройства, а также в зависимости от скорости движения автомобиля, до уровня которой устройство не должно срабатывать, несмотря на достижение порога замедления, на которой устройство настроено с помощью сенсорной пружины 36.
Это достигается за счет того, что при наезде ролика 40 на отражатель 51 трение качения переходит в трение скольжения, для преодоления сопротивления которого требуется более сильный импульс со стороны инерционной массы 35. Регулировка силы сенсорной пружины 36 производится, используя шлиц 52 на винте 31, а фиксация с помощью контргайки 53. Опорные поверхности 41, 43, M1 и M2, а также центральные оси роликов 39 и 40 перпендикулярны продольной оси инерционной массы 35. Для центровки инерционной массы 35 внутри корпуса 1, т. е. между его боковинами 2 и 3, сепаратор 45 выполнен с боковыми ребрами 54 (фиг. З). Отражатель 51 крепится к боковине 2 или 3 с помощью винтов 55 с возможностью регулирования промежутка C между роликом 40 и встречной поверхностью 56 отражателя.
Как можно видеть на фиг. 3, для того чтобы ролик 40 проскочил между торцом головки 38 стопорного элемента 37 и выступом 50 выреза 44 контактного плеча 20 конечного рычага 21 головка 38 совместно с инерционной массой 35 должна совершить ход l вперед на величину, превышающую длину 2b. Необходимое для этого время зависит от настройки сенсорной пружины 36 и величины массы 35. Смонтированное устройство герметично закрыто пластмассовым кожухом 57. Крепление устройства к кузову или сидению автомобиля возможно через отверстие в распорной втулке 27, например, болтом 58 и другими крепежными элементами (на чертежах не показаны).
Для страховки устройства в нерабочем состоянии предусмотрен страховочный винт 59, который ввертывается в резьбовое отверстие инерционной массы 35 через боковины 2 и 3 корпуса 1.
Показанное и описанное первое исполнение устройства работает следующим образом.
При нормальных условиях езды происходящие замедления движения и толчки не достигают величин, при которых происходит срабатывание. Усилие P силовой пружины 8 редуцировано через рычаги 16 и 21 таким образом, что поверхность давления 43 выреза 44 контактного плеча 20 оказывает пониженное усилие F на ролик 40 головки 38 стопорного элемента 37 и ролик 39, которое воспринимается упором 42. Сенсорная пружина 36 удерживает инерционную массу 35 в исходном положении, прижимая ограничительными поверхностями 47 и 48 сепаратора 45 ролики 39 и 40 к выступам 49 и 50 соответственно.
Инерционная масса 35 при некоторых толчках, например при наездах на высокие камни, барьеры или при попадании колес автомобиля в ямы и т.д., смещается на незначительную величину и возвращается каждый раз в исходное положение.
Такие колебания не сопровождаются значительным сопротивлением, поскольку у головки 38 стопорного элемента 37 имеет место только трение качения и ролики 39, 40 перекатываются взад-вперед.
При перемещении инерционной массы 35 вперед на каждую единицу пути путь перемещения в том направлении каждого ролика составляет половину единицы (в соответствии с теорией кинематики).
При каждом уменьшении или прекращении действия замедления пружина 36 возвращает массу 35 и соответственно стопорный элемент 37 в исходное положение. Однако если при аварии за счет фронтального столкновения автомобиль получит уровень замедления, превышающий заданную величину, то путь превышения головки стопорного элемента превысит величину 2b и ролик 40 окажется в своем критическом положении, а благодаря столкновению с отражателем 51 действием силы F он будет выброшен из зацепления с головкой 38 в направлении вращения контактного плеча 20 конечного рычага 21 системы рычагов.
Следствием этого рычаги 21 и 16 разомкнутся и сила P силовой пружины 8 освободится, так как зуб 14 выйдет из зацепления с муфтой 11, в результате чего произойдет натяжение и перемещение тягового органа, который переместит часть ремня безопасности, связанную с лямкой в новое положение, натянув лямку освободившейся энергией силовой пружины.
Так как весь процесс срабатывания устройства длится не более 10 - 15 мс, лямка ремня будет натянута еще до того, как туловище пассажира или водителя автомобиля успеет сместиться вперед, поэтому уже в самой начальной фазе столкновения ремни безопасности и пассажир будут тормозиться за счет деформации передка автомобиля, смягчая удар, воспринимаемый пассажиром.
На фиг. 5 и 6 показано второе, еще более эффективное оптимальное устройство для упреждающего натяжения лямки ремня безопасности согласно изобретению. Это техническое решение отличается от вышеописанного тем, что на корпусе 1 закреплена неподвижная труба 60 (вместо трубы 7 в первом исполнении), внутри которой смонтирован аккумулятор энергии, состоящий из последовательно смонтированных и взаимодействующих силовой пружины и пиротехнического газогенератора.
Для этого короткая силовая пружина 61 упирается одним концом в жесткое днище 62 трубы 60, а другим концом - в поршень 63 через прокладку-кольцо 64. Внутри поршня 63 заложен пиротехнический газогенератор 65 с ударными инициирующими пистонами 66, головки 67 которых выведены через отверстия из поршня 63 наружу (в направлении выхода из трубы). Поршень 63 посредством резьбового соединения 68 соединен со штоком 69, пропущенным через центральную втулку 70 днища 62. Шток 69 в свою очередь соединен с внутренней тягой 10 тягового органа 12.
В исходном положении короткая силовая пружина 61 максимально сжата и ее усилие P воспринимается поршнем 63, а шток 69 посредством выемки 71, выполненной на его наружной части, зацеплен с зубом 14 выполненного в виде крюка плеча 15 первого рычага 16.
На заранее рассчитанном расстоянии d впереди от торца поршня 63 в трубе 60 временно зафиксирован металлический барьер 72, масса которого достаточна для сильного соударения с головками 67 инициирующих пистонов 66 за счет разгона поршня 63 при спуске короткой силовой пружины 61. Для того чтобы металлический барьер 72 не вылетел из трубы 60 при срабатывании пиротехнического газогенератора, на ее конце встроена перемычка 73, а также сделана соответствующая завальцовка.
Описанное второе оптимальное исполнение устройства для упреждающего натяжения лямки ремня безопасности в остальном не отличается от вышеописанного первого исполнения.
При срабатывании расцепного инерционного механизма короткая силовая пружина 61 с большим ускорением начинает натягивать тяговым органом 12 лямку ремня безопасности, перемещая соответствующую часть ремня, например его замок в новое положение. При этом с большой скоростью продвигается и поршень 63 в трубе 60 и наталкивается на металлический барьер 72, происходит удар по пистонам 66. В результате срабатывает пиротехнический газогенератор 65 и натяжение лямки с еще большей энергией пролонгируется. Таким способом удается натянуть лямку еще эффективнее. Например, если перемещаемой частью ремня безопасности используется его замок, то натяжение лямки успеет замкнуть инерционную катушку ремня и даже частично уменьшить так называемый "эффект шпули", т.е. выбрать слабину лямки и на валике катушки.
На фиг. 7 изображен еще один возможный вариант технического использования комбинированного аккумулятора энергии, аналогичный изображенному на фиг. 5 и 6. В этом исполнении металлический барьер 72' выполнен в виде штампованной звездочки, в центральной части которой закреплен ударник 75, например, с помощью заклепки хвостовой части 76, а его передняя часть с наконечником 77 смонтирована внутри торцового отверстия 74 штока 69, удерживающего поршень 63'.
Внутри отверстия 74 известным способом смонтирован инициирующий пистон (66 и 67), например обычный капсюль-воспламенитель. В конце отверстия 74 просверлены поперечные каналы 78, через которые происходит поджиг вещества пиротехнического газогенератора 65' внутри полости 79 и полости поршня.
Размер зазора, т.е. расстояние для разгона поршня при спуске пружины 61, определяется расчетом и экспериментально. Зазор зависит от конструкции инерционного пистона, т. к. наконечник 77 должен смять головку 67 пистона не более чем на известную величину.
Крепление троса внутренней тяги 10 к концу 80 штока 69 производится обжимом указанного конца.
Действие этого варианта исполнения такое же, как изображенное на фиг. 5 и 6.
Реферат
Устройство является частью ремня безопасности автомобиля при фронтальном столкновении, при котором замедление кузова превышает уже в начальной стадии аварийной ситуации заданную величину, и с помощью встроенной силовой пружины быстро перемещает указанную часть в положение, при котором лямка ремня оказывается сильно натянутой, упреждая возможность негативного влияния ее слабины. Устройство содержит расположенную внутри корпуса стержневидную массу, имеющую возможность ограниченного перемещения на двух опорах: спереди на опоре скольжения, а сзади - на опоре качения за счет действия сил инерции. При этом на передней опоре смонтирована регулируемая сенсорная пружина, сила которой настроена на заданную величину замедления. Спуск силовой пружины происходит при перемещении инерционной массы на длину, при которой головка стопорного элемента выходит из контакта со вторым роликом опоры качения. При этом предусмотрен вариант устройства, в котором последовательно к силовой пружине смонтирован внутри цилиндрической трубы поршень с пирозарядом внутри и который посредством штока соединен с тяговым органом. В торец поршня встроены ударные инициирующие пистоны, которые при разгоне поршня силовой пружиной наталкиваются на кольцо, смонтированное на небольшом расстоянии перед поршнем, и воспламеняют пирозаряд. За счет энергии последнего лямка ремня получает дополнительное натяжение, что позволяет срабатывать устройство быстро и надежно. 11 з. п. ф-лы, 7 ил.
