Система безопасности
Группа изобретений относится к технике защиты экипажа и пассажиров автомобилей при их опрокидывании. Система безопасности включает в себя датчики для регистрации аварии и устройство для придания жесткости несущей конструкции крыши автомобиля, в частности стойке, выступающей за нижнюю кромку оконного проема. В последнем на несущей конструкции закреплен надувной элемент жесткости, который при поступлении соответствующих сигналов от датчиков заполняется газом из газогенератора) и развертывается под давлением газа. Несущая конструкция оборудована указанным надувным элементом жесткости. Группа изобретений позволяет обеспечить достаточно свободное пространство при одновременно достаточной жесткости. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе безопасности автомобилей, включающей в себя сенсорные устройства для регистрации аварии и устройство для придания жесткости несущей конструкции автомобиля, в частности стойке А, В или С, выступающей за нижнюю кромку оконного проема.
Уровень техники
При опрокидывании автомобиля, сильной нагрузке подвергаются несущие конструкции крыши, в частности стойка А. Вследствие этого стойки А прогибаются в направлении нижней кромки окна или шасси автомобиля, поэтому крыша автомобиля смещается в сторону пассажиров. Это может привести к снижению вероятности выживания людей, находящихся в салоне автомобиля.
При разработке и изготовлении конструкций крыши, таких как стойки А, необходимо выполнять большое число противоречащих друг другу требований. Несущие конструкции должны быть достаточно жесткими, чтобы обеспечивать надежную защиту пассажиров при опрокидывании автомобиля, одновременно они должны быть достаточно тонкими, чтобы оставлять водителю широкий обзор местности. Помимо этого для увеличения свободного пространства салона желательно, чтобы расчетная толщина несущих конструкций, т.е. стоек А, В или С, не была слишком большой.
Из публикации FR 2,814,411 известны усилительные стержни для стойки А, соединенные с системой управления и пиротехническим приводным комплектом. При опрокидывании автомобиля пиротехнические приводные комплекты активизируются, и усилительные стержни рычажным механизмом поворачиваются во внутренние полости стойки А. Недостатком при этом является дополнительный вес и необходимое пространство внутри стойки А для размещения усилительного стержня.
Для других несущих конструкций в структуре автомобиля также характерны аналогичные сценарии нагрузок.
Краткое описание изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать систему безопасности, которая при разработке несущих конструкций обеспечивала бы достаточно свободное пространство при одновременной достаточной жесткости.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что на несущей конструкции крепится или устанавливается надувной элемент жесткости, который при поступлении соответствующих сигналов от датчиков заполняется газом из газогенератора и разворачивается под его давлением. Усовершенствованные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Надувной элемент жесткости увеличивает поперечное сечение несущей конструкции, в частности стойки А, вследствие чего из-за повышения моментов инерции и сопротивления возрастает жесткость конструкции, поэтому особенно верхняя, обращенная к крыше часть стойки А не совсем не деформируется или деформируется меньше. Это позволяет при обычном режиме движения выдерживать толщину стойки А над нижней кромкой окна или лобового стекла сравнительно небольшой, тогда как при опрокидывании автомобиля эффективно проявляется жесткость конструкции. Надувные и раскладывающиеся или развертывающиеся элементы жесткости обеспечивают также улучшенную защиту при лобовом или боковом столкновении без опрокидывания. В альтернативном варианте элемент жесткости может выгибаться наружу и тем самым увеличивать поперечное сечение профиля несущей конструкции, что также способствует повышению моментов инерции и сопротивления.
Элементы жесткости в предпочтительном варианте исполнения крепятся в направлении движении перед несущей конструкцией и/или сбоку от нее, а там, предпочтительно в нижней части несущей конструкции, т.е. в зоне перехода от шасси автомобиля к окну или к ветровому стеклу, так как в этом месте следует ожидать наибольших нагрузок в случае опрокидывания автомобиля. В альтернативном варианте элементы жесткости представляют собой гофры или фальцы, которые под действием повышенного внутреннего давления выгибаются наружу, тем самым увеличивая поперечное сечение полого профиля, образующего элемент жесткости или стойку А. Увеличенные поперечное сечение и объем повышают жесткость конструкции.
Элемент безопасности, предпочтительно, представляет собой деталь из листового металла, в сложенном или свернутом виде закрепленную на несущей конструкции, предпочтительно на внешней стороне или внешних сторонах несущей конструкции. Элемент жесткости может быть сложен в виде гармоники (гофрообразного элемента) и при раскладывании имеет протяжение в одной плоскости, при одностороннем жестком креплении к конструкции автомобиля элемент раскладывается только в одном направлении, т.е. в направлении, противоположном месту его крепления к структуре автомобиля. Наряду со складыванием или иным приведением в компактную форму для последующего раскладывания в одном направлении и в одном измерении предусмотрено, чтобы элемент жесткости был выполнен как надувная подушка, раскладывающаяся в нескольких направлениях. Благодаря этому моменты сопротивления и инерции повышаются в нескольких направлениях или пространственных измерениях, поэтому повышение жесткости и стабильности происходит не только в направлении нагрузки. Увеличение объема элемента жесткости инициируется зажиганием газогенератора.
После наполнения газом элемент жесткости может располагаться между нижней кромкой оконного проема и несущей конструкцией и в этом состоянии имеет увеличенное, в частности вдвое большее, поперечное сечение, чем без наполнения газом.
Газогенератор может располагаться в любом месте внутри структуры автомобиля, предпочтительно его размещают внутри несущей конструкции или в непосредственной близости к элементу жесткости, под нижней кромкой оконного проема, например в нижней части стойки А, В или С под оконным проемом.
Газогенератор может быть выполнен как пиротехнический приводной комплект или как аккумулятор сжатого газа и активизируется в случае аварии или получения от датчика сигнала о непосредственно предстоящей аварии. Для этого предусмотрено выполнять датчик в виде так называемого предаварийного сенсорного устройства, обнаруживающего быстро приближающийся объект и воспламеняющего приводные комплекты для газогенератора.
Для того чтобы при случайном включении газогенератора с последующим развертыванием элементов жесткости иметь возможность их замены, в усовершенствованном варианте осуществления изобретения предусмотрено, чтобы элемент жесткости крепился к опорной детали несущей конструкции или кузова автомобиля. Простая реализация крепления предусматривает выполнение опорной детали в виде паза, в котором вдвинутый элемент жесткости крепится зажимом, или в виде шины на которой надвинутый элемент жесткости крепится зажимом. Это позволяет с возможностью съема крепить элемент жесткости к структуре автомобиля посредством соединительного элемента, установленного или закрепленного на структуре автомобиля. Для этого соединительный элемент снабжен деталями с геометрическим замыканием, соответствующими аналогичным деталям опорного приспособления, так что возможно надежное крепление элемента жесткости без трудоемкого монтажа.
Изобретение относится также к несущей конструкции как таковой с надувным элементом жесткости.
Краткое описание чертежей
Ниже более подробно поясняется пример осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, где показаны:
на фиг.1 - схематическое изображение обычной несущей конструкции автомобиля в исходном положении;
на фиг.2 - несущая конструкция, показанная на фиг.1, в деформированном состоянии;
на фиг.3 - схематическое изображение несущей конструкции с надувным элементом жесткости до деформации;
на фиг.4 - несущая конструкция представленная на фиг.3 после деформации;
на фиг.5 - положение элемента жесткости при монтаже.
На фиг.1 схематически показана несущая конструкция 1 в виде так называемой стойки А. Стойкой А называется соединение между крышей автомобиля и капотом двигателя в передней части салона. Стойка А может проходить далеко за пределы капота двигателя до шасси автомобиля.
Наряду со стойкой А в обычном автомобиле предусмотрены другие несущие конструкции, например стойка В, представляющая собой соединение между днищем и крышей автомобиля в середине салона. Некоторые типы автомобилей, например купе или кабриолеты, как правило, не имеют стойки В. Стойка С - это соединение между крышей автомобиля и задними крыльями или дверцами багажного отделения в задней части кузова; все несущие конструкции выполняют жизненно важную задачу стабилизации салона от вертикальных деформаций. Кроме того, эти стойки автомобиля должны воспринимать усилия при боковом столкновении.
Как видно из фиг.1, стойка А 1 проходит от схематически показанного капота двигателя до схематически показанной крыши 6 автомобиля. При этом стойка А 1 образует переднюю часть оконного проема 4 или упор оконной рамы с оконным проемом 4, закрепленной на дверце автомобиля.
При аварии с опрокидыванием автомобиля на стойку А 1 могут действовать очень большие вертикальные усилия. Если эти усилия превышают определенную величину, несущая конструкция 1 выходит из строя и теряет продольную устойчивость, что ведет к уменьшению внутреннего пространства салона. Такой излом, как правило, происходит у основания стойки А 1 на переходе от оконного проема 4 к расположенному под капотом 5 двигателя участку несущей конструкции 1. Здесь моменты, возникающие на плече рычага, особенно велики, и существует повышенная вероятность выхода стойки из строя.
На фиг.2 показана стойка А 1 после деформации, следствием которой стало значительное уменьшение высоты салона. При этом излом стойки А 1 произошел примерно на уровне капота 5 двигателя, поэтому салон остался неповрежденным только до высоты нижней кромки окна.
На фиг.3 показана предлагаемая в изобретении система безопасности, включающая в себя несущую конструкцию 1, в нижней части которой под капотом 5 двигателя расположен газогенератор. В зоне перехода от участка, расположенного под капотом 5 двигателя, к перемычке, ведущей к крыше 6 автомобиля, находится надувной элемент жесткости 2, показанный в активизированном состоянии. Если в неактивизированном состоянии форма элемента жесткости 2 соответствует обычной форме, показанной пунктирными линиями, то после включения газогенератора 3 элемент жесткости 2 разворачивается и его поперечное сечение становится больше. Это увеличение поперечного сечения, как правило, ведет к уменьшению момента сопротивления и момента инерции несущей конструкции 1, представляющей собой полый профиль, что, в целом, позволяет достичь повышения прочности и жесткости конструкции.
На фиг.4 показана деформация несущей конструкции 1, жесткость которой повышена указанным способом. Можно видеть, что деформация начинается только на верхнем конце элемента жесткости 2, поэтому в сравнении с обычной конструкцией не поврежденной в вертикальном направлении остается наибольшая часть салона. Элемент жесткости 2 может охватывать несущую конструкцию 1 или же располагаться по направлению движения впереди или сбоку от несущей конструкции 1. Можно также расположить элемент жесткости 2 таким образом, чтобы он находился в проеме 4 окна в передней части дверцы и обеспечивал таким образом опирание несущей конструкции 1. При этом важно, чтобы элемент жесткости 2 в нижней части несущей конструкции 1, т.е. в зоне перехода от капота 5 двигателя к перемычке, ведущей к конструкции 1 крыши, т.е. в зоне нижней кромки оконного проема 4, так как здесь возникают наибольшие изгибающие моменты стойки А 1, обусловленные плечом рычага.
По соображениям экономии места и равномерного распределения веса газогенератор 3 размещен под капотом 5 двигателя внутри несущей конструкции 1, имеющей форму полого профиля. Газогенератор 3 выполнен как пиротехнический приводной комплект или как аккумулятор сжатого газа и активизируется датчиками, в частности предаварийными сенсорными устройствами. После активизации газогенератора 3 поперечное сечение элемента жесткости 2 и, следовательно, несущей конструкции 1 увеличивается предпочтительно в два раза по сравнению с поперечным сечением не заполненного газом элемента жесткости. Элемент жесткости 2 может быть соединен при помощи сварки с несущей конструкцией 1 и представляет собой сложенную металлическую подушку или гофр, отжимаемые наружу и тем самым увеличивающие площадь поперечного сечения несущей конструкции 1. Благодаря этому обеспечивается особенно тонкий силуэт несущей конструкции 1, и поле зрения для водителя и пассажиров ограничивается минимально. В случае аварии сложенные внутрь гофры или составные части стойки А 1 выгибаются наружу, или сложенные подушки заполняются газом, чтобы увеличить поперечное сечение несущей конструкции 1 и элемента жесткости 2 и тем самым придать конструкции наибольшую жесткость.
На фиг.5 показан вид в разрезе элемента жесткости 2 в положении монтажа на несущей конструкции 1 или на структуре 1 автомобиля. Структура 1 автомобиля выполнена как стойка А 1, на стороне которой, противоположной направлению движения, расположена опорная деталь 12, представляющая собой шину трапецеидального сечения. Эта опорная деталь 12 имеет заднюю подрезку в форме элемента с геометрическим замыканием, который служит в качестве опоры для элемента жесткости 2. На элементе жесткости 2 образован или закреплен соединительный элемент 21, сопряженный с опорной деталью 12. Элемент жесткости 2 вдвигается в продольном направлении структуры 1 автомобиля или стойки А в опорную деталь 12, причем форма поперечного сечения как опорной детали 12, так и соединительного элемента 21 обеспечивает удержание элемента жесткости с геометрическим замыканием в направлении развертывания. Во избежание смещения элемента жесткости 2 в продольном направлении стойки А 1 или опорной детали 12 можно предусмотреть отдельный крепежный или фиксирующий элемент. На фиг.5 схематически показано фактическое положение монтажа элемента жесткости, при котором между соединительным элементом 21 и опорной деталью 12 зазор полностью отсутствует или весьма незначителен.
После воспламенения газогенератора элемент жесткости 2 заполняется газом, и объем его сложенной части увеличивается, создавая контур, показанный справа на фиг.5. При этом элемент жесткости 2 образует часть кругового сегмента с расположенным в нем трапецеидальным участком. Увеличение объема ведет к повышению моментов инерции и сопротивления, а также к усилению жесткости структуры 1 автомобиля или несущей конструкции 1. В развернутом состоянии элемент жесткости 2 имеет контур замочной скважины, а в сложенном состоянии - плоскую форму. Следовательно, расширение происходит в нескольких направлениях, поэтому элемент жесткости 2 представляет собой надувную подушку. В альтернативном варианте исполнения элемент жесткости 2 может быть сложен в форме гармоники и расширяться только в одном направлении, в данном случае в указанном стрелкой направлении от несущей конструкции 1. Это привело бы к повышению жесткости в отношении нагрузки в направлении, указанном стрелкой.
Использование соединительного элемента 21 позволяет легко и надежно монтировать элемент жесткости 2 для повышения жесткости и безопасности автомобилей путем усиления определенных деталей внутри структуры автомобиля. Первоначально свернутые, в частности сложенные, элементы жесткости 2 разворачиваются под действием внутреннего давления газа. В собранном состоянии элементы жесткости легко монтировать, а в случае их срабатывания по сигналу предаварийного датчика, за которым не последовала авария, их легко заменять. Предлагаемое в изобретении устройство можно использовать на различных частях структуры автомобиля, например в дверных стойках и в несущих конструкциях крыши. В случае аварии благодаря креплению с геометрическим замыканием соединительного элемента 21 внутри опорной детали 12 обеспечивается стабильное и прочное соединение с несущей конструкцией 1. Прочность соединения увеличивается за счет расширения элемента жесткости 2, а следовательно, и соединительного элемента 21 в случае включения газогенератора 3. В принципе возможно также крепление компонентов, на которые действует внутреннее давление газа, к структуре автомобиля, как было сказано выше, даже если они развертываются и увеличиваются в объеме.
1. Система безопасности автомобилей, включающая в себя датчики для регистрации аварии и устройство для придания жесткости несущей конструкции автомобиля, в частности выступающую за нижнюю кромку оконного проема стойку автомобиля, отличающаяся тем, что в ней предусмотрен закрепленный или установленный на несущей конструкции (1) надувной элемент жесткости (2), который при поступлении соответствующих сигналов от датчиков заполняется газом из газогенератора (3) и развертывается под давлением газа с возможностью увеличения структуры и повышения жесткости структуры посредством увеличения момента инерции и сопротивления.
2. Система безопасности по п.1, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) закреплен перед несущей конструкцией (1) в направлении движения и/или сбоку от нее.
3. Система безопасности по п.1 или 2, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) закреплен в нижней части несущей конструкции (1) в зоне нижней кромки оконного проема (4).
4. Система безопасности по п.3, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) представляет собой деталь из листового металла, в сложенном или свернутом виде закрепленную на несущей конструкции (1).
5. Система безопасности по п.1, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) сложен в виде гармоники и разворачивается в одной плоскости.
6. Система безопасности по п.3, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) выполнен как надувная подушка, разворачивающаяся в нескольких направлениях.
7. Система безопасности по 6, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) после наполнения газом располагается между нижней кромкой оконного проема (4) и несущей конструкцией (1).
8. Система безопасности по п.7, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) расположен с наружной стороны несущей конструкции (1).
9. Система безопасности по п.8, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) в заполненном газом состоянии имеет большее поперечное сечение, чем в не заполненном газом состоянии.
10. Система безопасности по п.9, отличающаяся тем, что поперечное сечение элемента жесткости в заполненном газом состоянии вдвое больше, чем в не заполненном газом состоянии.
11. Система безопасности по п.10, отличающаяся тем, что газогенератор (3) расположен внутри несущей конструкции (1), в частности под нижней кромкой оконного проема (4).
12. Система безопасности по п.11, отличающаяся тем, что газогенератор (3) выполнен как пиротехнический приводной комплект или аккумулятор сжатого газа.
13. Система безопасности по п.12, отличающаяся тем, что датчик выполнен как предаварийное сенсорное устройство.
14. Система безопасности по п.13, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) закреплен в опорной детали (12) структуры (1) автомобиля.
15. Система безопасности по п.14, отличающаяся тем, что опорная деталь (12) представляет собой паз, в котором вдвигаемый элемент жесткости (2) крепится зажимом, или шину, на которой надвигаемый элемент жесткости (2) крепится зажимом.
16. Система безопасности по п.14 или 15, отличающаяся тем, что элемент жесткости (2) с возможностью съема крепится к структуре (1) автомобиля.
17. Система безопасности по п.16, отличающаяся тем, что на элементе жесткости (2) установлен или закреплен соединительный элемент (21), имеющий элементы с геометрическим замыканием для крепления в опорной детали (12).
18. Несущая конструкция (1) с надувным элементом жесткости (2) по одному из предыдущих пунктов.
