АКТИВНЫЙ БУФЕР С АКТИВНЫМ СТРАВЛИВАНИЕМ
ACTIVE BUFFER WITH ACTIVE VENTING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к активным буферам для защиты пассажиров транспортных средств во время столкновения и, в частности, к стравливанию камеры таким образом, чтобы снизить объем газа, необходимый для выдерживания соответствующего удара.
Уровень техники
Активный буфер представляет собой устройство защиты пассажира транспортного средства с помощью надуваемой газом камеры для амортизации ударов и снижения травматизма пассажиров транспортного средства во время аварии. В отличие от подушек безопасности, которые раскрываются из нескольких отверстий, активный буфер использует сами поверхности внутренней отделки салона, расширяющиеся в начальный момент столкновения для амортизации удара и гашения энергии за счет наполнения газом. Патентная заявка США 12/824,150, дата подачи 26 июня 2010 года, включенная в данное описание посредством ссылки, описывает легкий и привлекательный внешне активный коленный буфер, встроенный в дверцу перчаточного ящика.
В типовом варианте активный буфер включает в себя переднюю стенку или панель, которая направлена на пассажира транспортного средства и прикреплена к основной стенке или панели вдоль герметизированного контура. Стенки типового буфера обычно сделаны из формованного пластика с гофрированной вставкой, которая распрямляется во время разворачивания, тем самым создавая надувную камеру. Герметизация контура выполняется, например, с помощью сваривания нагретым инструментом.
Известно, что для того, чтобы оптимизировать рассеивание энергии, когда пассажир входит в контакт с подушкой безопасности, наполняющий газ должен быть стравлен для того, чтобы можно было контролировать сжатие подушки безопасности, которая смягчает силу удара пассажира. Некоторые известные подушки безопасности оснащены вентиляционными отверстиями, которые открываются, только когда давление внутри подушки достигает определенного порога. В случае активного буфера, имеющего камеру, сделанную из формованных пластиковых панелей, желательно постоянно стравливать надуваемую камеру для поддержания ее при давлении, близком к атмосферному, в отсутствии аварии. В противном случае может произойти заметная деформация компонента внутренней отделки салона со встроенным активным буфером при выходе из стандартного температурного режима, так как панели сделаны из достаточно мягкого и гибкого материала. Более того, желательно избегать использования дорогих дренажных отверстий, известных из уровня техники.
В известных буферах используют компенсационные отверстия, просверленные в пластиковой панели для обеспечения постоянного стравливания. Объем стравливания буфера, предусмотренный такой конструкцией, определен по количеству стравливания, необходимого при ударе, когда пассажир ударяется о буфер. При обычном стравливании наполняющий газ дозируемым образом выходит из надуваемой камеры со скоростью, которая оптимизирует снижение силы удара пассажира во время столкновения (даже если во время надувания может произойти чрезмерная потеря газа).
Утечка газа через компенсационные отверстия во время первоначального наполнения камеры приводит к необходимости обеспечения большей емкости источника наполняющего газа. Это приводит к увеличению стоимости и размеров нагнетательного насоса.
Уменьшение уровня стравливания для использования меньшего по объему, а значит и более дешевого нагнетающего насоса, не только снизит степень поглощения энергии во время удара, но может также привести к повреждению сварки контура камеры из-за высокого давления внутри камеры.
Раскрытие изобретения
В одном аспекте изобретения активный буфер имеет камеру с расширяющейся стороной и опорной стороной, образующими внутреннюю полость. Источник газа присоединен к камере для подачи наполняющего газа во внутреннюю полость во время разворачивания для расширения камеры. Камера включает в себя переменное вентиляционное отверстие для стравливания наполняющего газа, который имеет предварительно установленный коэффициент потока, когда перепад давления через вентиляционное отверстие близок к нулю, и больший коэффициент потока, когда наблюдается предварительно установленный перепад давления через вентиляционное отверстие.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой общий вид в перспективном покомпонентном изображении активного коленного буфера дверцы перчаточного ящика такого типа, в котором может быть применено настоящее изобретение.
Фиг.2 представляет собой поперечное сечение камеры во время начальной фазы наполнения.
Фиг.3 представляет собой поперечное сечение камеры во время максимального наполнения.
Фиг.4 представляет собой поперечное сечение наполненной камеры в момент удара пассажира.
Фиг.5 представляет собой сравнительный график зависимости давления от времени для известных устройств и настоящего изобретения.
Фиг.6 представляет собой график изменения коэффициента потока по изобретению.
Фиг.7 представляет собой вид сверху одного из предпочтительных способов выполнения активного вентиляционного отверстия настоящего изобретения.
Фиг.8 представляет собой поперечное сечение вдоль линии 8-8 активного вентиляционного отверстия, показанного на Фиг.7, когда вентиляционное отверстие находится в положении наименьшего коэффициента потока.
Фиг.9 представляет собой поперечное сечение, аналогичное Фиг.8, где вентиляционное отверстие находится в положении более высокого коэффициента потока.
Фиг.10 и 11 представляют собой поперечные сечения, показывающие альтернативный способ реализации изобретения, когда вентиляционное отверстие находится в положениях более низкого или более высокого коэффициент потока соответственно.
Фиг.12 представляет собой вид сверху вентиляционного отверстия, изображенного на фигуре 7, с изгибаемыми элементами, смещенными в положение высокого коэффициента потока.
Осуществление изобретения
Согласно Фиг.1 активный коленный буфер 10, известный из уровня техники, имеет компонент основной панели 11, образующий основание для буфера. Основа 11 может быть прикреплена с помощью шарнирного соединения к бардачку или перчаточному ящику 12, как показано на Фиг.1, или к другой конструкции, например опоре приборной панели под рулевой колонкой. Такое расположение доступно для коленей пассажира при соответствующем расположении сиденья в транспортном средстве.
Основа 11 имеет контур 13, приспособленный для того, чтобы быть герметично прикрепленным к компоненту передней панели 14, имеющей соответствующий контур 15. Основу 15 и переднюю панель 14 предпочтительно выполняют из литого пластика и соединяют с помощью сварки пластмассы, например нагретым инструментом, для создания контурного уплотнения вокруг внутреннего свободного пространства 17 для образования камеры. Источник 16 нагнетаемого газа имеет электронное управление для срабатывания во время столкновения и наполнения буфера газом. Передняя панель 14 может быть частью внутренней отделки салона (например, внешней панелью дверцы перчаточного ящика), либо на внешнюю поверхность передней панели 14 может быть наложена дополнительная обшивка 18 (т.е. поверхность Класса А). Обшивку 18 предпочтительно выполняют из пластика, например вакуум-формованного двухслойного термопластика, который может быть текстурирован или отделан другим образом.
На Фиг.2 показан активный буфер, у которого надуваемая камера 20 состоит из задней стенки или панели 21 и передней стенки или панели 22 с раскрываемой стороны. Стенки 21 и 22 сварены друг с другом по контуру, образуя шов 23. На задней стенке 21 есть вентиляционное отверстие 24 и гофрированный участок 25, который распрямляется при наполнении, как показано на Фиг.3. Наполняющий газ 26 поступает от нагнетательного насоса (не показан), который расширяет камеру 20, в то время как газ стравливается через вентиляционное отверстие 24.
На Фиг.4 показан удар колена 27 пассажира о переднюю панель 22 с раскрываемой стороны буфера, который приводит к деформации панели 22. Удар стремится увеличить давление газа 26 в камере, что приводит к увеличению потока через вентиляционное отверстие 24. Вентиляционное отверстие 24 имеет постоянный размер поперечного сечения, который обеспечивает постоянный коэффициент потока. Однако увеличенное давление может привести к разрыву 28 контурного шва, в результате чего газ будет выходить в точке 29. Если размер разрыва 28 будет достаточно большим, то газ стравится настолько быстро, что амортизация будет потеряна и у пассажира больше не будет защиты от удара о боковую поверхность буфера. Следовательно, постоянный коэффициент потока вентиляционного отверстия является компромиссом между объемом надувания и поглощением силы удара.
Пунктирная линия на Фиг.5 показывает внутреннее давление камеры во время раскрытия при использовании фиксированного вентиляционного отверстия известного типа (например, просверленные отверстия, обеспечивающие постоянный поток). На участке 31 газ из относительно большого нагнетателя создает давление, при котором камера расширяется. Из-за относительно большого поперечного сечения потока происходит более равномерное заполнение камеры. После того, как камера расширилась и поток газа, подаваемого нагнетательным насосом, замедляется, давление устанавливается на уровне 32. После удара объекта в указанный момент удара давление камеры увеличивается на участке 33. В случае критического повреждения уплотнения контура давление быстро падает до атмосферного, как это показано на участке 34. Если уплотнение не повреждено, давление может затем увеличиться и потом выровняться и/или упасть, как это показано на участке 35, во время или после удара. Давление может увеличиться до значения, превышающего оптимальное давление, если фиксированное отверстие выполнено немного меньшим для того, чтобы попытаться уменьшить чрезмерную потерю наполняющего газа во время начального заполнения. Более высокое давление приводит к более сильному удару пассажира и меньшему замедлению.
На Фиг.5 показан контур 36 изменения давления при активной вентиляции согласно настоящему изобретению. Благодаря вентиляционному отверстию с переменным коэффициентом потока достигается более быстрое начальное увеличение давления, когда вентиляционное отверстие находится в положении с более низким коэффициентом потока, как это показано на участке 37. Следовательно, достигается более быстрое наполнение камеры без необходимости в нагнетательном насосе большого объема. Камера становится полностью наполненной, и давление выравнивается быстрее, чем при фиксированном размере вентиляционного отверстия. В момент времени, когда происходит удар (вызывающий увеличение давления в камере выше определенного порога) коэффициент потока вентиляционного отверстия увеличивается таким образом, что фактическое увеличение давления в камере будет меньше, чем для фиксированного вентиляционного отверстия, как это показано на участке 38. В результате активной реакции вентиляционного отверстия давление остается практически постоянным независимо от наличия удара пассажира. Таким образом, достигается более выгодный уровень торможения пассажира.
V
Фиг.6 иллюстрирует коэффициент потока С, имеющий первое предварительно установленное значение на участке 40, который увеличивается после удара до большего значения и достигает пика на участке 41. После амортизации удара и выпуска наполняющего газа, коэффициент потока может уменьшиться до первого установленного значения на участке 42.
На Фиг.7 показан один из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения. Переменное вентиляционное отверстие 45 сформировано на задней панели надуваемой камеры с несущей стороны (т.е. стороны, которая находится напротив неподвижной конструкции транспортного средства, например, рамы приборной панели, дверцы перчаточного ящика или двери транспортного средства). Переменное вентиляционное отверстие 45 состоит из отверстия, которое постоянно стравливает внутреннюю полость надуваемой камеры в салон пассажирской кабины транспортного средства. Переменное вентиляционное отверстие 45 включает в себя совокупность по существу плоских изгибаемых элементов 50-55 (клапанов), направленных от внешнего контура 47 вентиляционного отверстия 45 к открытому центру 56 с зазором 46 между каждыми соседними изгибаемыми элементами 50-55. Центр 56 и зазор 46 дают полное поперечное сечение, которое создает первый предварительно установленный коэффициент потока через переменное вентиляционное отверстие 45.
V
В нормальных условиях (т.е. с нулевым перепадом давления через отверстие) каждый элемент или клапан 50-55 расположен по существу плоско, как показано на Фиг.8. В неизогнутом состоянии коэффициент потока С зависит только от поперечного сечения потока между элементами 50-55 и центральной областью 56. Когда перепад давления через вентиляционное отверстие 45 превышает установленное значение (которое зависит от жесткости изгибаемых элементов 50-55), элементы отгибаются вверх, как показано на Фиг.9. Большее поперечное сечение 57 образуется, когда гибкие пластины отогнуты вверх, создавая тем самым больший коэффициент потока, что делает возможным выход большего объема газа через вентиляционное отверстие 45, когда перепад давления через вентиляционное отверстие больше или равен предварительно установленному значению перепада давления. Предварительно заданное давление, при котором коэффициент потока начинает расти, определяется изгибаемостью каждого плоскостного изгибаемого элемента. Каждый элемент выполнен изгибаемым за счет обеспечения локального уменьшения толщины каждого клапана. В качестве альтернативы, сгибаемый шарнир каждого клапана может быть обеспечен за счет рубца или углубления, как показано на Фиг.10. Следовательно, клапаны 60-61 имеют рубцы 62 и 63, обеспечивающие уменьшение толщины таким образом, что каждый клапан может отогнуться вверх, как показано на Фиг.11. Поперечное сечение потока 64 до изгибания, представленное на Фиг.10, увеличивается до большего поперечного сечения 65 потока, представленного на Фиг.11, что обеспечивает увеличение коэффициента потока. Предпочтительно, чтобы коэффициент потока был пропорционален перепаду давления через вентиляционное отверстие для диапазона перепада давлений выше предопределенного перепада давлений. При сильном ударе, который вызывает значительно больший рост давления камеры, коэффициент потока становится значительно выше для снижения давления.
Увеличенное поперечное сечение потока можно увидеть при сравнении Фиг.12 (где каждый клапан находится в отогнутом положении) с Фиг.7 (где каждый клапан находится в плоском положении). Увеличенное поперечное сечение потока на Фиг.12 обеспечивает больший коэффициент потока, что позволяет активно контролировать стравливание и повысить эффективность при столкновении при низкой цене.