АКТИВНЫЙ БУФЕР С АКТИВНЫМ ВОЗДУШНЫМ КЛАПАНОМ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к активным буферам для защиты пассажиров транспортных средств в случае аварии, а именно к активным буферам с надувной камерой, образованной пластиковыми панелями стенок и имеющей отверстие для контроля скорости выпуска воздуха при ударе в зависимости от силы удара пассажира о буфер.
Уровень техники
Активный надуваемый буфер (подушка безопасности) является устройством защиты пассажира транспортного средства и имеет надуваемую газом камеру для амортизации ударов и уменьшения травматизма пассажиров в случае аварии. В отличие от разворачиваемых воздушных подушек, выполненных из различных тканей и при срабатывании выходящих из различных отверстий, активные буферы используют поверхность отделки салона для расширения в самом начале столкновения для поглощения силы удара и рассеивания энергии за счет действия наполняющего газа. В патенте США №8,205,909 от 26 июня 2012 г., включенном в настоящее описание в виде ссылки, описан активный коленный буфер, встраиваемый в дверцу перчаточного ящика и который имеет малый вес и привлекательный внешний вид. В патентной заявке США №2012/0267878 A1, которая также включена в настоящее описание в виде ссылки, представлена конструкция, где активный буфер имеет переднюю стенку или панель, направленную в сторону пассажира транспортного средства, и которая крепится с уплотнением по краю к базовой стенке или панели основания. Одна или обе стенки могут деформироваться для обеспечения образования надувной камеры. Например, базовая стенка может иметь гофрированную область (типа гармошки), которая распрямляется в процессе надувания. Стенки изначально разделены небольшим промежутком, когда буфер находится в неразвернутом и ненаполненном состоянии. Это позволяет обеспечить подачу нагнетаемого газа так, чтобы добиться равномерного надувания по всей панели.
Передняя и базовая стенки стандартной камеры для активного буфера выполнены из формованного термопластика, такого как полиэтилен, полиолефин или ПВХ. Обычно их изготавливают литьем под давлением, но возможно использование выдувного формования. При раздельном формовании передняя и базовая стенки должны быть герметично соединены по контуру для формирования надуваемой камеры. Соединение должно быть прочным во избежание разделения стенок, которое может произойти при высоких давлениях в процессе накачки газом. Уплотнение по периметру формируют, например, с помощью тепловой сварки.
Известно, что для оптимизации рассеивания энергии при контакте пассажира с воздушной подушкой, нагнетаемый газ должен иметь возможность выхода, чтобы обеспечить контролируемое сворачивание воздушной подушки, которое уменьшает силу удара пассажира. В некоторых традиционных воздушных подушках безопасности применяли клапаны, которые открывались только при достижении определенного значения давления внутри подушки. В случае активного буфера с камерой, сформированной литыми пластиковыми панелями, желательно обеспечить постоянную вентиляцию надувной камеры для поддержания в ней практически атмосферного давления в неаварийных условиях. В противном случае при повышении температуры может возникнуть заметная деформация того компонента внутренней отделки салона, в котором установлен активный буфер, поскольку материалы панели являются относительно гибкими. Более того, желательно избегать использования дорогих и сложных продувочных клапанов, известных из современного уровня техники.
В патентной заявке США №2012/0248742 A1 (опубл. 04.10.2012), которая включена в настоящее описание в виде ссылки и может быть выбрана в качестве ближайшего аналога, раскрыт активный продувочный клапан для активного буфера, в котором клапан характеризуется малой скоростью потока при низких давлениях и высокой скоростью потока при высоких давлениях. Уменьшенная скорость потока клапана в начальных стадиях наполнения камеры позволяет использовать меньший (а, значит, и недорогой) нагнетательный блок, а большая скорость потока при больших давлениях позволяет обеспечить целостность краевого шва, ограничивая увеличение давления и избегая возникновения больших разрывающих сил, которые могут привести к нарушению уплотнения.
Было обнаружено, что активный воздушный клапан, который имеет более высокий коэффициент пропускной способности при большем давлении, при некоторых обстоятельствах может привести к недостаточному управлению энергией, например, при относительно жестком ударе (например, при перемещении относительно тяжелого пассажира со средней скоростью или перемещении пассажира, имеющего меньший вес, с относительно высокой скоростью). В данной конкретной ситуации нежелательным является быстрый выпуск воздуха из камеры, так как он может привести к недостаточному изначальному смягчению удара пассажира, за которым может последовать удар об основание буфера (и резкая остановка ударяющегося тела) после его полного складывания. Таким образом, для того, чтобы преодолеть эти недостатки, необходимо разработать конструкцию активного воздушного клапана с высокой надежностью, который может быть изготовлен простыми и недорогими способами.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является обеспечение гарантированной защиты от разрыва краевого шва буфера, а также поглощения энергии удара пассажира при малом уровне выпуска газа. Соответственно, обеспечивается постоянная скорость выпуска газа в широком диапазоне энергии удара, а значит, улучшенное управление энергией как при сильном, так и при слабом ударе пассажира о буфер.
Для достижения указанного эффекта предложена конструкция активного буфера, устанавливаемого на поверхности внутренней отделки пассажирского салона транспортного средства. Буфер имеет пластиковую формованную переднюю стенку, выполненную с возможностью раскрывания в сторону пассажира в пассажирском салоне, пластиковую формованную заднюю стенку, герметично соединенную по контуру с передней стенкой с формированием надуваемой камеры, а также наполняющий блок для нагнетания газа в надуваемую камеру в случае столкновения транспортного средства. При этом задняя стенка имеет по меньшей мере один активный воздушный клапан и по меньшей мере одну гофрированную перегородку по контуру. Активный воздушный клапан выполнен в виде окошка в задней стенке буфера, в отверстии которого расположена цельноформованная створка, которая может находиться в неотклоненном положении, обеспечивающем первый коэффициент пропускной способности клапана, и в отклоненном положении, обеспечивающем второй ненулевой коэффициент пропускной способности клапана, меньший, чем первый коэффициент. При этом створка выполнена с возможностью перемещаться из неотклоненного положения в отклоненное, когда давление в надуваемой камере превышает определенное значение в результате удара пассажира о буфер.
Отверстие окошка имеет первый участок, закрываемый створкой, и второй участок, который остается незакрытым, когда створка находится в отклоненном положении, что всегда обеспечивает коэффициент пропускной способности клапана, больший или равный указанному второму коэффициенту. Отверстие окошка может иметь Т-образную форму, где створка отходит от задней стенки в основании Т-образного отверстия окошка. Створка имеет участок гибкого шарнира вдоль края, соединяющего створку и заднюю стенку. При этом гибкий шарнир может быть расположен вровень с нижним краем перегородки, а верхний край Т-образного отверстия окошка может быть расположен вровень с вершиной перегородки. Отверстие окошка может иметь бортик, дальний конец которого может принимать на себя створку, когда она находится в отклоненном положении.
Задняя стенка камеры может содержать несколько активных воздушных клапанов, и активный воздушный клапан может быть расположен на перегородке.
Передняя и задняя стенки могут быть выполнены из термопластичного полиолефина и соединены друг с другом по контуру с помощью тепловой сварки, причем активный воздушный клапан может быть расположен на краевом шве вблизи участка, на котором больше вероятность разрыва шва при наполнении газом надуваемой камеры.
В другом аспекте полезная модель относится к камере для активного буфера, которая имеет переднюю стенку и заднюю стенку, герметично соединенную по контуру с передней стенкой с образованием наполняемой полости и содержащую вариабельный воздушный клапан для выпуска нагнетаемого газа, подаваемого в полость в случае аварии транспортного средства, причем клапан имеет первый коэффициент пропускной способности в процессе начального наполнения камеры, и меньший коэффициент пропускной способности при сильном ударном воздействии на камеру, которое увеличивает давление в полости до заданного значения.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 изображен набор видов в перспективе системы активного коленного буфера в дверце перчаточного ящика.
На Фиг. 2 изображен вид сзади надуваемой камеры активного буфера.
На Фиг. 3 представлен сравнительный график давления камеры при различных ударах.
На Фиг. 4 изображен вид сзади задней стенки с активными воздушными клапанами, имеющими конфигурацию, соответствующую полезной модели.
На Фиг. 5 и 6 изображен активный воздушный клапан с Фиг. 4 в неотклоненном положении, виды в перспективе и в разрезе соответственно.
На Фиг. 7 и 8 изображен активный воздушный клапан с Фиг. 4 в отклоненном положении, виды в перспективе и в разрезе соответственно.
На Фиг. 9 изображен вид сверху активного воздушного клапана с Фиг. 4.
На Фиг. 10 и 11 изображены вид в перспективе и в разрезе альтернативного варианта выполнения активного воздушного клапана согласно полезной модели.
Осуществление полезной модели
На Фиг. 1 показана система 10 активного коленного буфера, известная из уровня техники, которая имеет компонент 11 базовой панели, формирующий основание буфера. Основание 11 может быть прикреплено к транспортному средству как с помощью шарнирного соединения с бардачком или перчаточным ящиком 12, как показано на Фиг. 1, или установлено на другой конструкции, например, опоре приборной панели под рулевой колонкой. Такое расположение находится в зоне досягаемости коленей в соответствующем сидячем положении внутри транспортного средства.
Основание 11 выступает в качестве реактивной поверхности для поддержания надуваемой камеры, сформированной из задней стенки 13 и передней стенки 14, соединенных по контуру 15. Стенки 13 и 14 предпочтительно выполнены из формованного пластика (такого как термопластичный полиолефин (ТРО)) и соединены с помощью тепловой сварки (например, сварки нагретым инструментом или вибрационной сварка) для создания периферийного уплотнения вокруг центральной области 17 для формирования надуваемой камеры. Источник 16 нагнетаемого газа имеет электронное управление для активации в случае аварии, чтобы высвобождать газ и наполнять буфер. Передняя стенка 14 может иметь поверхность внутренней отделки класса A, например, наружную поверхность дверцы перчаточного ящика, либо может иметь другое отделочное покрытие (не показано).
На Фиг. 2 изображен вид сзади одного из известных типов надуваемой камеры 20 для активного буфера. Передняя стенка 21 из литого пластика расположена поверх расширяемой задней стенки 22 из литого пластика. Стенки 21 и 22 соединены по замкнутому контуру 23 для формирования надуваемой камеры с открытым центральным пространством между стенками 21 и 22, предназначенным для вмещения нагнетаемого газа из наполняющего (насосного) блока 24, установленного в углублении 25 задней стенки 22, в случае аварии. Задняя стенка 22 имеет несколько складок (например, 26 и 27) для обеспечения расширения задней стенки 22 при наполнении. Для установки задней стенки 22 на опорную поверхность используют несколько выступов 28. Воздушные отверстия 30, представляющие собой звездообразные вырезы во внутренней стенке 22, ранее имели назначение для вентиляции центральной полости до и во время наполнения.
На Фиг. 3 изображен график 35, показывающий изменение давления в зависимости от времени в процессе наполнения, причем наполняющий блок активируется в момент времени t=0. На начальной стадии наполнения на участке 36 повышается давление внутри надувной камеры, которая начинает расширяться. По мере расширения камеры и уменьшения выхода газа из наполняющего блока, на участке 37 кривая 35 выходит на плато. По мере того, как подача нагнетаемого газа сходит на нет, нормальная вентиляция газа изнутри камеры без какого-либо внешнего удара о буфер приводит к окончательному падению давления, показанному на участке 38. В случае внешнего удара, происходящего в точке 42, кривая давления камеры может пойти по другой траектории, как изображено на участке 40. При относительно слабой силе удара (например, при малом весе пассажира или медленном ударении) давление в камере может лишь немного увеличиться, как показано на участке 40. Это может привести к небольшому увеличению скорости выпуска газа так, что траектория окончательного падения давления на участке 40 проходит при меньших значениях времени, чем в отсутствии ударного воздействия (участок 38), но данный процесс длится достаточно долго для ослабления силы удара.
Траектория 43 сильного удара соответствует изменению давления в известном буфере, в котором предусмотрен либо клапан с постоянным коэффициентом пропускной способности, либо активный клапан, который больше открывается при высоких давлениях, причем клапан реагирует на большие давления, спуская камеру значительно быстрее. Более сильный удар приводит к большему резкому увеличению давления в камере, за которым следует более быстрый и крутой спад давления. Траектория 43 соответствует неоптимальному управлению энергией удара, поскольку быстрая потеря нагнетаемого газа через воздушные отверстия означает, что буфер должным образом не уменьшает силу удара пассажира. Желательно, чтобы и сильное, и слабое воздействие приводили к траектории изменения давления, близкой к траектории 40. В настоящей полезной модели это достигается за счет наличия активного воздушного клапана, имеющего первый коэффициент пропускной способности при начальном наполнении и второй (меньший) коэффициент пропускной способности при сильном ударе о камеру, которое увеличивает значение давления выше заданной величины.
В одном варианте выполнения, изображенном на Фиг. 4, задняя стенка 45 имеет периферийный приварной фланец 46, расположенный вокруг гофрированных перегородок 47 и 48. Центральная область 50 задней стенки 45 имеет углубление 51 для наполняющего блока и выступов 52 для установки на опорной поверхности (не показана). Перегородка 47 содержит активные воздушные клапаны 54 и 55 (хотя может быть использовано и другое количество клапанов в различных местах задней стенки 45).
На Фиг. 5 и 6 более подробно изображен активный воздушный клапан 54. Т-образное окошко 60 выполнено в виде отверстия в гофрированной перегородке 47, и имеет участок основания между боковыми стенками 61 и 62, и участок прорези вдоль более широкого верхнего края 63. Отклоняемая створка 65 отформована как единое целое с задней стенкой 45 и накладывается на окошко 60. Верхний край 63 расположен вдоль выступа гофрированной перегородки 47 и имеет размер, позволяющий верхнему краю 66 створки 65 поворачиваться в верхнем участке окошка 60. Створка 65 имеет нижний край 67 между краями стенок 61 и 62 окошка, который выступает в качестве гибкого шарнира. На Фиг. 5 и 6 створка 65 изображена в неотклоненном положении, в котором нагнетаемый газ может проходить как через нижний, так и через верхний участок окошка 60.
На Фиг. 7 и 8 изображена створка 65, перемещенная в отклоненное положение в результате давления изнутри надуваемой камеры, превышающего определенное значение, вследствие удара пассажира о камеру. При достижении определенного значения давления (т.е. перепада давления между внутренней и внешней сторонами створки 65, достаточного для ее поворота относительно гибкого шарнира 67), створка 65 практически закрывает нижний участок окошка 60, чтобы выход газа из надуваемой камеры происходил только через верхний участок окошка 60. Поскольку для потока газа доступна только уменьшенная область, результирующий коэффициент пропускной способности в отклоненном положении меньше, чем коэффициент пропускной способности на этапах начального наполнения камеры. Однако коэффициент пропускной способности всегда остается ненулевым, поскольку верхний участок окошка 60 остается открытым. Поскольку постоянно обеспечивается коэффициент пропускной способности, больший или равный второму коэффициенту пропускной способности, в любом случае можно гарантировать минимальный уровень защиты от разрыва шва, а также минимальную величину поглощения энергии при соответствующем минимальном уровне выпуска газа. Более конкретно, достигается более подходящее управление энергией, как при сильном, так и при слабом ударе, поскольку обеспечена более постоянная скорость выпуска газа в широком диапазоне энергии удара.
Расположение по меньшей мере одного активного воздушного клапана в гофрированной области рядом с периферийным приварным фланцем демонстрирует различные преимущества. В частности, конструктор может смоделировать силы растяжения, которые прикладываются к стенкам надуваемой камеры и периферийному шву (т.е. без воздушных клапанов), чтобы локализовать области, в которых наиболее вероятен разрыв шва. После этого конструктор может расположить активный воздушный клапан рядом с этими областями периферийного шва так, чтобы локально уменьшить силы и снизить вероятность разрыва шва. Более того, расположение перегородки в данном варианте воплощения очень просто для изготовления с помощью известных способов и оборудования тепловой сварки.
Как изображено на Фиг. 9, гофрированная перегородка 47 имеет верхнюю поверхность P и нижнюю поверхность B. Край 63 окошка 60 и край 66 створки 65 находятся практически вровень с верхней поверхностью P, в то время как гибкий шарнир 67 расположен практически на уровне нижней поверхности B. Помимо простоты в производстве данная ориентация окошка и створки совместима с развертыванием гофрированной перегородки 47 в процессе наполнения камеры.
На Фиг. 10 и 11 изображен альтернативный вариант выполнения, в котором задняя стенка 70 имеет окошко 71 и отклоняемую створку 72. Окошко 71 имеет бортик 73, отходящий от внутренней стороны надуваемой камеры к концу 74, который расположен поверх конца 75 створки 72. Створка 72 может иметь утонченный участок 76 для формирования гибкого шарнира. При этом давление, превышающее определенное значение при сильном ударе 77, отклоняет створку 72 вокруг гибкого шарнира 76 в отклоненное положение 78, изображенное пунктирными линиями. По мере приближения каря 75 к краю 74, коэффициент пропускной способности активного клапана уменьшается. Минимальный коэффициент пропускной способности поддерживается отверстиями по бокам от бортика 73. Таким образом, активный воздушный клапан выполняет ту же функцию, что и ранее описанные варианты.