Устройство натяжения ремня безопасности транспортного средства

 

Использование: для обеспечения пассивной безопасности пользователей транспортных средств и их комфортной защиты от травм при авариях. Цель: повышение комфортности путем нормирования усилия подтяга пользователя к креслу, не зависящего от максимального ухода плунжера и упругости пользователя при сохранении компактности устройства. Сущность изобретения: устройство натяжения ремня безопасности транспортного средства содержит цилиндр 4 со сквозными прорезями замкнутого контура 9, плунжер 1, установленный в цилиндре 4 и перемещаемый под действием продуктов сгорания газогенерирующего заряда 2, втулку 5 с закрепленным на ней замком 6 ремня безопасности 7, гибкую нерастяжимую тягу 8, пропущенную через прорези 9 цилиндра 4 и охватывающую торец 10 плунжера 1, которая одним концом 12 закреплена на цилиндре 4, а другим 11 связана с втулкой 5. Во втулке выполнено дополнительное отверстие в виде усеченого конуса. В коническое отверстие установлен штифт, форма которого соответствует полости, образованной цилиндром 4 и коническим отверстием. В штифте на части его длины со стороны большего основания выполнен сквозной паз незамкнутого контура. Штифт установлен в коническое отверстие с радиальным зазором, обеспечивающим возможность его осевого перемещения относительно втулки 5 на величину, большую, чем осевое перемещение штифта, требующееся для схода бурта штифта в коническое отверстие втулки 5. На цилиндре 4 выполнен шлицевой зуб, входящий в паз штифта. Конец тяги закреплен на штифте со стороны его меньшего основания. Устройство дополнительно содержит буферный объем 19 с возможностью соединения его с полостью газогенерирующего заряда 2. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области автомобилестроения, а именно, к средствам пассивной безопасности пользователей транспортных средств и служит для их защиты от травм при авариях.

Известно устройство натяжения ремня безопасности (патент ФРГ N OS 3503188, кл. В 60 R 22/46, 1987), содержащее привод ремня безопасности, крепежный элемент, вытянутый через поворотное приспособление и закрепленный одним концом на приводе, а другим - к замку ремня безопасности, а также стопор обратного хода, предотвращающий обратное движение крепежного элемента в случае выхода из строя привода, представляющий собой разрезное антифрикционное кольцо, которое введено между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса привода и наружной конической поверхностью подвижного элемента привода.

Недостатки устройства: гибкость крепежного элемента приводит к неудобствам пользователя при состыковке с ответной частью замка, размещенного на ремне безопасности (неоднозначность размещения стыковочного узла крепежного элемента в различных ситуационных вариациях применения); усилие натяжения ремня безопасности при подтяге пользователя к креслу не нормируется, т.е. возможен режим излишнего передавливания тела пользователя ремнем безопасности, так как само усилие подтяга зависит от трех заранее заданных и не регулируемых параметров энергетики привода, максимальной величины хода привода, упругости тела пользователя.

Известно устройство натяжения безопасности [1], содержащее поршень, перемещаемый в цилиндре при горении пороха, тяговый элемент, скрепленный с поршнем и ремнем безопасности, а также тормозное устройство, расположенное снаружи цилиндра так, что оно срабатывает при начале выхода поршня из цилиндра.

Недостаток устройства - возможность излишнего передавливания тела пользователя ремнем безопасности из-за отсутствия нормировки усилия подтяга пользователя к креслу, так как само усилие зависит от заранее заданной длины цилиндра, энергетики порохового заряда и упругости тела пользователя.

Наиболее близким к изобретению является техническое решение [2] на устройство натяжения ремня безопасности транспортного средства, содержащее цилиндр, закрепленный на транспортном средстве, в котором установлен подвижный элемент, перемещаемый под действием продуктов сгорания газогенерирующего заряда, инициируемого по команде от датчика ускорения, гибкую тягу, соединенную одним концом с замком ремня безопасности, а также отклоняющее устройство, контактирующее с гибкой тягой, которое выполнено в виде полого плунжера, совмещающего функции подвижного элемента и отклоняющего устройства. На цилиндре со стороны размещения плунжера с возможностью перемещения по ходу плунжера установлена втулка с закрепленным на ней замком ремня безопасности.

На расстоянии, равном длине плунжера от его торца, со стороны втулки выполнены на цилиндре по ходу плунжера два сквозных диаметрально противоположных паза, через которые пропущена гибкая тяга, охватывающая торец плунжера и закрепленная одним концом на втулке, а другим - на цилиндре со стороны, противоположной креплению первого конца тяги, при этом длина пазов не менее величины хода плунжера. Между скользящими друг относительно друга цилиндром и втулкой установлено стопорящее устройство обратного хода заклинивающего типа, которое срабатывает в момент исчерпания плунжером запасенной кинетической энергии при сгорании газогенерирующего заряда.

Цель изобретения - повышение комфортности путем нормирования усилия подтяга пользователя к креслу, не зависящего от максимального хода плунжера и упругости пользователя при сохранении компактности устройства.

Для достижения поставленной цели известное устройство содержит цилиндр с продольными сквозными диаметрально противоположными прорезями замкнутого контура, выполненными на одном конце цилиндра, закрепленного на транспортном средстве, плунжер, установленный в цилиндре со стороны, противоположной прорезям, и перемещаемый под действием продуктов сгорания газогенерирующего заряда, расположенного внутри плунжера и инициируемого по команде от датчика ускорения. На конце цилиндра со стороны, противоположной прорезям, с возможностью перемещения по цилиндру установлена втулка с закрепленным на ней замком ремня безопасности. Через прорези на цилиндре пропущена гибкая нерастяжимая тяга, охватывающая торец плунжера и закрепленная одним концом на цилиндре, а другим связанная с замком ремня безопасности через подвижную втулку. Во втулке выполнено отверстие в виде усеченного конуса. Меньший диаметр конусного отверстия расположен со стороны прорезей на цилиндре. Ось конического отверстия параллельна оси отверстия под цилиндр, а расстояние между осями меньше суммы радиуса отверстия под цилиндр и меньше радиуса конического отверстия. В коническое отверстие установлен штифт, форма которого соответствует полости, образованной цилиндром и коническим отверстием. В штифте на части его длины со стороны большего основания выполнен сквозной паз незамкнутого контура, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии штифта. На большем основании штифта выполнен конический бурт, больший диаметр которого в точках контакта с втулкой больше диаметра большего основания ее конусного отверстия на величину меньшую, чем ширина сквозного паза штифта. Штифт установлен в коническое отверстие с радиальным зазором, обеспечивающим возможность его осевого перемещения относительно втулки на величину большую, чем осевое перемещение штифта, требующееся для схода бурта штифта в коническое отверстие втулки; на цилиндре выполнен шлицевой зуб, входящий в паз штифта; конец тяги закреплен на штифте со стороны меньшего основания. Устройство дополнительно содержит буферный объем с возможностью соединения его с полостью газогенерирующего заряда. Буферный объем выполнен по ходу плунжера на расстоянии не меньшем полудлины контакта шлицевого зуба с пазом в штифте и не большем длины этого контакта. Буферный объем выполнен в виде кольцевой проточки на внутренней боковой поверхности цилиндра вдоль его образующей.

При установке на транспортном средстве инерционной катушки намотки ремня безопасности процесс его натяжения можно разделить на три рабочих цикла (ремень безопасности может крепиться как по двухточечной, так и трехточечной схемам): выборка свободного провисания ремня безопасности (при его случайном появлении) и заклинивание инерционной катушки; выборка неплотностей намотки ремня безопасности на барабан катушки; подтягивание пользователя к креслу транспортного средства (усилие подтягивания передается путем упругого продавливания тела пользователя ремнем безопасности).

Выполнение во втулке отверстия в виде усеченного конуса, меньший диаметр которого расположен со стороны прорезей на цилиндре, обеспечивает передачу тянущего усилия гибкой тяги (направленного в сторону прорезей на цилиндре) к замку ремня безопасности, закрепленного на втулке, через контактирующий с втулкой конусный штифт, вставленный в конусное отверстие втулки.

Выполнение оси конического отверстия параллельно оси отверстия под цилиндр при расстоянии между осями отверстий меньшем суммы радиуса отверстия под цилиндр и меньшего радиуса конического отверстия обеспечивает оптимальную расчетную форму и площадь контакта трения между цилиндром и штифтом, форма которого соответствует полости, образованной цилиндром и коническим отверстием во втулке, что гарантирует принципиальную возможность заклинивания штифта между цилиндром и втулкой, а значит, исключает перемещение втулки относительно цилиндра. Это прервет цикл подтяга пользователя к креслу транспортного средства.

Выполнение в штифте на части его длины со стороны большего основания сквозного паза незамкнутого контура, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии штифта, обеспечивает принципиальную возможность упругого сближения частей штифта, разделенных сквозным пазом. Выполнение на большем основании штифта конического бурта, больший диаметр которого в точках контакта с втулкой больше диаметра большего основания ее конусного отверстия на величину меньшую, чем ширина сквозного паза штифта (или чем расчетная максимальная взаимная радиальная упругость частей штифта, разделенных сквозным пазом), обеспечивает принципиальную возможность осевого перемещения штифта относительно втулки за счет сближения упругих частей штифта и схода (соскальзывания) конического бурта в коническое отверстие втулки.

Установка штифта в коническое отверстие втулки с радиальным зазором, обеспечивающим возможность его осевого перемещения относительно втулки на величину большую, чем осевое перемещение штифта, требующееся для входа бурта штифта в коническое отверстие втулки, обеспечивает принципиальную возможность одновременного контактирования боковой поверхности штифта с поверхностями цилиндра и втулки беззазорно (что в итоге и приводит к их взаимному заклиниванию). Выполнение на цилиндре шлицевого зуба, входящего в паз штифта, обеспечивает силовую связь между гибкой тягой, закрепленной на штифте со стороны его меньшего основания, и замком ремня безопасности через конусный бурт штифта, контактирующий с поверхностью втулки до тех пор, пока шлицевой зуб не выйдет из паза штифта при дальнейшем движении втулки в сторону прорезей на цилиндре (эффект проявляется из-за невозможности соскальзывания конического бурта из своего гнезда, так как тело зуба препятствует упругому подгибу (сближению) частей штифта, рассеченных сквозным пазом незамкнутого контура).

Введение в известное устройство дополнительного буферного объема с возможностью соединения его с полостью газогенерирующего заряда, обеспечивает в требуемый момент времени резкий сброс давления в камере сгорания и, как следствие, изменение динамики перемещения плунжера от ускоренного движения к ускоренному, но с относительной меньшей скоростью нарастания ускорения. Это ведет к ускорению втулки относительно плунжера в сравнении с их взаимной скоростью до сброса давления в буферный объем.

В момент ускорения втулки относительно плунжера возникает на какой-то малый момент времени дополнительный технический эффект - падение до нуля тянущего усилия в той части гибкой нерастяжимой тяги, которая контактирует со штифтом и плунжером.Обгон втулкой тела плунжера обеспечивается за счет запасенной большой кинетической энергии всей подвижной системы подтяга ремня безопасности (достаточно массивной - начиная от точки касания гибкой тяги с плунжером и кончая точками заделок ремня безопасности на транспортном средстве) при горении газогенерирующего заряда до момента сброса рабочего давления в буферный объем. Абсолютное значение скорости втулки (в любой момент времени до сброса давления, с учетом полиспастного эффекта гибкой тяги) всегда будет в два раза больше, чем скорость перемещения плунжера, поэтому при относительно резком торможении плунжера (при сбросе давления в камере сгорания плунжера) втулка относительно плунжера станет двигаться относительно быстрее (чем до сброса давления, т.е. отношение их мгновенных абсолютных скоростей станет больше двух), а усилие в тянущей части гибкой тяги упадет до нуля (за счет нерастяжимости самой тяги).

В следующий малый момент времени (газогенерирующий заряд догорая выдает оставшуюся часть рабочего газа) при дальнейшем продвижении плунжера происходит выравнивание относительных скоростей (отношение скоростей снова станет не больше двух) и усилий в системе. Однако теперь тянущее усилие в гибкой тяге начнет возрастать от нуля до заранее заданного расчетного усилия, характеризующегося величиной максимального хода механизма подтягивания, конечным давлением рабочего газа в камере сгорания, величиной упругости тела пользователя (в случае, если устройство не снабжено специальным механизмом фиксации при каком-то нормированном усилии на гибкой тяге). Размещение буферного объема с возможностью соединения его с полостью газогенерирующего заряда по ходу плунжера на расстоянии не меньшем полудлины контакта шлицевого зуба с пазом в штифте и не большем длины этого контакта, обеспечивает прохождение первых двух циклов процесса натяжения ремня безопасности в условиях, когда силовое воздействие гибкой тяги передается на замок ремня безопасности через контакт конического бурта штифта с втулкой без схода его со своего посадочного гнезда.

В момент покидания зубом паза штифта тело плунжера при своем перемещении обнажает вход в буферный объем, через который сбрасывается пиковое давление рабочего газа в камере сгорания, что приводит (в текущий момент времени) к сбросу тянущего усилия гибкой тяги до нуля, а затем (в последующий момент времени) к его росту до заранее рассчитанной нормированной величины (при дальнейшем перемещении плунжера), при достижении которого происходит подгиб упругих частей штифта, сход конического бурта штифта в коническое отверстие втулки, некоторое дальнейшее малое перемещение тела штифта относительно втулки и, как следствие выборки радиального зазора между штифтом, втулкой и цилиндром, их взаимное заклинивание. Факт заклинивания штифта при нормированном тянущем усилии гибкой тяги означает достижение поставленной цели.

Достичь компактности устройства, не прибегая к размещению буферной емкости отдельно от устройства подтяга ремня безопасности, можно путем выполнения дополнительных проточек на внутренней боковой поверхности цилиндра вдоль его образующей, вершины которых отнесены от внутреннего торца цилиндра со стороны втулки на расстояние не меньшее, чем полудлина контакта шлицевого зуба с пазом в штифте, либо выполнением кольцевой проточки на внутренней боковой поверхности цилиндра, край которой отнесен на то же расстояние.

Наличие перечисленных выше отличительных от прототипа признаков в заявляемом устройстве позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".

Сравнение заявляемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлено устройство, осевое сечение; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2.

Устройство натяжения ремня безопасности транспортного средства содержит плунжер 1, внутри которого установлен пиротехнический газогенерирующий заряд 2 и электровоспламенитель 3. Плунжер 1 герметично установлен в цилиндре 4, на котором закреплена с возможностью перемещения втулка 5 с установленным на ней замком 6 ремня безопасности 7. Гибкие тяга 8, пропущенная через две сквозные диаметрально противоположные прорези 9 в цилиндре 4 и охватывающая торец 10 плунжера 1, закреплена одним концом 11 на втулке 5, а другим концом 12 - на цилиндре 4. Тяга 8 крепится к втулке 5 через конический штифт 13, установленный в коническое отверстие 14 втулки 5 с радиальным и осевым зазорами путем упора конического бурта 15 штифта 13 во втулку 5. Шлицевой зуб 16 цилиндра 4 введен в паз 17 незамкнутого контура, выполненного в штифте 13 на требуемую длину L ≥ a, где а - паразитный ход системы подвески ремней безопасности конкретного типа, выбираемый в двух первых циклах процесса подтяга пользователя к креслу транспортного средства. На расстоянии S от внутреннего торца 18 цилиндра 4 выполнен буферный объем 19 расчетной величины в виде кольцевой проточки, при этом L/2 ≅ S<L.

Устройство натяжения ремня безопасности транспортного средства работает следующим образом.

При опасном сближении транспортного средства с препятствием при экстренном торможении или столкновении инерционные датчики вырабатывают сигнал, поступающий по проводам 21 на электровоспламенитель 3 порохового заряда 2, размещенный в плунжере 1.

При сгорании пиротехнического газогенерирующего заряда 2 образуется рабочий газ, перемещающий плунжер 1 в сторону прорезей 9 на цилиндре 4 (ремень безопасности 7 натягивается). Поскольку торец 10 плунжера 1 охватывается гибкой тягой 8, конец 12 которой закреплен на цилиндре 4, а конец 11 на втулке 5, то двигающийся плунжер 1 через тягу 8 перемещает втулку 5 с замком 6 и ремня безопасности 7. Мгновенная скорость перемещения втулки 5 в любой момент времени равна удвоенной скорости перемещения плунжера 1 за счет полиспастного эффекта гибкой тяги 8. В процессе скольжения зуба 16 в пазе 17 происходит выборка свободного провисания ремня безопасности и заклинивание инерционной катушки намотки ремней безопасности, а также выборка неплотностей намотки ремня безопасности на барабан инерционной катушки. В процессе скольжения зуба 16 в пазе 17 передача тянущего усилия конца 11 тяги 8 на ремень безопасности 7 осуществляется за счет контакта конического бурта 15 со своим гнездом, выполненным на торце втулки 5, так как сходу бурта 15 из своего гнезда препятствует само тело шлицевого зуба 16, которое не позволяет проявиться упругим свойствам рассеченных пазом 17 концов штифта 13.

При перемещении втулки 5 на расстояние L ≥ а (а - паразитный ход пассивной системы безопасности конкретного типа) происходит два события: зуб 16 покидает паз 17; плунжер 1 удаляется от внутреннего торца цилиндра 18 на расстояние L/2 ≅ S<L, и полость камеры сгорания соединяется с полостью буферного объема 19.

В буферный объем 19 практически мгновенно сбросится пиковое давление из-под движущегося плунжера 1, что приведет к следующим взаимно увязанным процессам: ускоренное перемещение плунжера 1 мгновенно сменяется на ускоренное, но с относительно меньшей скоростью нарастания ускорения, то есть происходит резкое относительное торможение плунжера, хотя он продолжает свое перемещение в сторону прорезей на цилиндре с набором скорости; втулка 5, перемещавшаяся до этого (в любой момент времени) с удвоенной скоростью по отношению к скорости плунжера 1 и запасшая огромную кинетическую энергию, в момент относительного торможения плунжера 1 станет двигаться относительно быстрее и отношение их взаимных скоростей станет больше двух; в силу нерастяжимости и гибкости тяги 8 в момент изменения относительных скоростей втулки 5 и плунжера 1 происходит падение тянущего усилия до нуля тяги 8 со стороны конца 11; в течение следующего малого промежутка времени произойдет возврат отношения их взаимных скоростей до двух, однако при этом усилие со стороны конца 11 тяги 8 поднимется от нуля до заранее рассчитанной величины; заранее рассчитанная максимальная величина усилия подтяга ремня безопасности 7 теперь будет определяться величиной радиальной упругости концов штифта 13, рассеченного пазом 17, так как при малейшем превышении этой расчетной величины. Штифт 13 соскользнет своим буртом 15 в конусное отверстие 14, и произойдет мгновенное заклинивание тела штифта 13 между телом цилиндра 4 и телом втулки 5 в силу исчезновения радиального зазора за счет взаимного малого перемещения штифта 13 относительно втулки 5.

Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства выполнены расчеты, подтверждающие принципиальную возможность (на короткий момент времени) относительного обгона втулки плунжера в момент, когда пиковое давление в камере сгорания будет сброшено в буферный объем. Это приведет к падению до нуля тянущего усилия в гибкой тяге.

При сохранении компактности, быстродействии и надежности устройства-прототипа, предлагаемое стало обладать новой технической характеристикой - нормированным максимальным тянущим усилием при подтяге пользователя к креслу транспортного средства, которое не зависит от максимального хода плунжера, энергетики рабочего тела и упругости тела пользователя, что позволяет отнести это качество к повышению эргономичности изделия за счет улучшения комфортности применения.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО НАТЯЖЕНИЯ РЕМНЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее цилиндр с продольными диаметрально противоположными прорезями замкнутого контура, выполненными на одном конце цилиндра, закрепленного на транспортном средстве, плунжер, установленный в цилиндре со стороны противоположной прорезям и перемещаемый под действием продуктов сгорания газогенерирующего заряда, расположенного внутри плунжера и инициируемого по команде от датчика ускорения, на конце цилиндра со стороны, противоположной прорезям с возможностью перемещения по цилиндру установлена втулка с закрепленным на ней замком ремня безопасности, а через прорези из цилиндра пропущена гибкая нерастяжимая тяга, охватывающая торец плунжера и закрепленная одним концом на цилиндре, а другим связана с замком ремня безопасности через подвижную втулку, отличающееся тем, что во втулке выполнено отверстие в виде усеченного конуса, меньший диаметр которого расположен со стороны прорезей на цилиндре, ось конического отверстия параллельна оси отверстия под цилиндр, а расстояние между осями меньше суммы радиуса отверстия под цилиндр и меньшего радиуса конического отверстия, в коническое отверстие установлен штифт, форма которого соответствует полости, образованной цилиндром и коническим отверстием, а в штифте на части его длины со стороны большего основания выполнен сквозной паз незамкнутого контура, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии штифта, на большем основании штифта выполнен конический бурт, больший диаметр которого в точках контакта с втулкой больше диаметра большего основания ее конусного отверстия на величину меньшую, чем ширина сквозного паза штифта, при этом штифт установлен в коническом отверстии с радиальным зазором с возможностью его осевого перемещения относительно втулки, на цилиндре выполнен шлицевой зуб, входящий в паз штифта, а конец тяги закреплен на штифте со стороны меньшего основания, при этом устройство дополнительно содержит буферный объем с возможностью соединения его с полостью газогенерирующего заряда по ходу плунжера на расстоянии не меньшем полудлины контакта шлицевого зуба с пазом в штифте и не большем длины этого контакта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что буферный объем выполнен в виде кольцевой проточки на внутренней боковой поверхности цилиндра.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина осевого перемещения штифта относительно втулки больше, чем осевое перемещение штифта, требующееся для схода бурта штифта в коническое отверстие втулки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3