устройство безопасности с надувной подушкой и клапан для

его работы

изобретение относится к устройствам безопасности с надувной оболочкой, типа подушки безопасности, предназначенных для установления в транспортных средствах, в частности, подушки безопасности размещенной внутри периметра рулевого колеса автомобиля, а также возле сидений водителя и пассажиров в кабине (салоне) авто, самолета, вагоне поезда и т.п. в наиболее общем виде конструкция устройства безопасности с надувной подушкой включает в себя: датчики удара (в современных системах до 10 датчиков), электронный системный блок, оболочку (подушку) для наполнения газом и систему подачи газа в оболочку. система подачи газа включает: источник газа (генератор или баллон с газом), канал, который соединяет впускное отверстие оболочки с источником газа и блок запуска. блок запуска подает команду на создание газового потока от источника в оболочку. в качестве источника газа часто используют резервуар со сжатым газом. оболочка в эксплуатационном режиме транспортного средства находится в сложенном виде, например в рулевом колесе, перед сидением пассажира или водителя.

известное устройство безопасности выполнено в виде подушки безопасности, установленной в сложенном виде внутри рулевого колеса, по оси рулевого вала (патент RU 2144877). использованное устройство безопасности его компоновка: подушка - клапан - источник газа и их конструктивное выполнение привело к созданию новой конструкции рулевого механизма, который характеризуется значительной массой, увеличением размеров, что сказалось на его применении в автомобильной промышленности. известно устройство безопасности с надувной оболочкой, где в качестве источника газа применяют резервуар с газом. однако, в устройстве подача газа в оболочку (по линии: подушка - клапан - источник газа) чаще осуществляется с разрушением деталей клапана (пробиваемой мембраны клапана), (US 5152550 Bl). разрушение мембраны сопровождается образованием большого количества острых осколков, что приводит к снижению надежности устройства безопасности, делает его опасным для человека.

известен клапан многоразового использования (патент RU 2005249), который лишен недостатков клапана используемого в устройстве безопасности по патенту (US 5152550). корпус клапана, образует клапанную полость с тремя сообщающимися каналами: первый канал - между клапанной полостью и объемом пониженного давления, второй канал - между клапанной полостью и объемом повышенного давления, и третий

канал - соединяющий клапанную полость (при помощи управляющего клапана) с атмосферой и источником управляющего давления. запорный орган состоит из телескопически связанных куполообразных обтекателей. клапан работает при наличии внешнего управляющего источника давления, что обусловливает достаточно большие габариты клапана, усложняет управление и снижает надежность работы, которые ограничивают области его применения, в частности в устройствах безопасности. фактически клапан, являясь быстродействующим, и пригодным для обеспечения регулируемого наполнения подушки не обеспечивает из-за своих габаритов компоновочных требований и делает невозможной, например его установку внутри рулевого колеса.

наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является аппарат для наполнения газом предохранительных подушек [подушек безопасности] (патент SU 1795617). в корпусе газового баллона (резервуара) установлен обратный клапан, предназначенный для заполнения баллона сжатым газом. система подачи газа в оболочку включает два отверстия в корпусе баллона для соединения газового баллона с полостью предохранительной подушки. клапаны выпуска газа установлены в обеих полостях газового баллона, мембраны имеют колпакообразную форму [выполнены в виде конических колпаков], под которые имеется ответная выемка на торце стакана, служащего упором для мембраны. фиксатор стакана выполнен с использованием шариков и упорного кольца, при помощи которого через прокладку электровоспламенитель (газогенераторное устройство) загерметизирован в стакане. шарики установлены в канавке, выполненной в корпусе баллона, а упорное кольцо соединено с корпусом баллона через срезаемый стопор. электровоспламенитель (газогенераторное устройство) снаряжено навеской горючего газообразующего материала, в качестве которого используется пиротехнический состав Cц-1. электровоспламенитель (газогенераторное устройство) имеет разъем соединительных проводов на одной из наружных поверхностей аппарата.

предлагаемый аппарат при изготовлении заполняется через обратный клапан воздухом. емкость газового баллона 300 смз. давление воздуха в баллоне (250-300) кгc/cм2. габариты аппарата не превышают 180x100x50 мм.

аппарат работает следующим образом:

при столкновении автомобиля с препятствием электрический ток от аккумулятора или другого источника питания благодаря датчику аварийной ситуации (на чертеже не показан) анализируется системным блоком и поступает через соединительный разъем в

электровоспламенитель для запуска газогенераторного устройства. при сгорании горючего материала .под действием импульса давления корпус газогенераторного устройства выдвигается из стакана, упорные кольца вместе с прокладками перемещаются, срезая по пути стопоры. после чего шарики выкатываются из канавки, стаканы освобождаются и выталкиваются вместе с мембранами из частей в и г газового баллона. воздух через отверстия поступает в полость подушки безопасности. разрушенные мембраны остаются в выемках на торцах стакана.

в случае отказа, например при несрабатывании, в полости электровоспламенителя (газогенераторного устройства), открывается клапан выпуска газа, через который воздух вытекает из полости. в случае попадания автомобиля в условия пожара при повышении температуры у предохранительного клапана расплавляется плавкий элемент и воздух из баллона вытекает в атмосферу.

недостатки известного устройства заключаются в следующем: режим наполнения оболочки (подушки) ограничен начальными параметрами источника газа. кроме того, режим наполнения оболочки при аварии устанавливается на основе информации, полученной и проанализированной только к моменту запуска газового генератора, который не позволяет регулировать наполнение оболочки при аварии в соответствии с оптимальной защитой. что не разрешает максимально точно оценить силу и направление толчка; реагировать на толчок как можно скорее и при этом быстро приближать подушку к телу человека и замедлить при соприкосновении с телом. наличие нескольких газовых генераторов увеличивает габариты устройства. повторное использование устройства безопасности нуждается в замене газовых генераторов, которая повышает затраты при эксплуатации устройства.

в основу изобретения легла задача усовершенствования устройства безопасности для транспортного средства с надувной _ подушкой путем реализации новой компоновочной схемы: баллон (резервуар) с газом - клапан - подушка, а также создание быстродействующего клапана, который одновременно будет являться инерционным датчиком удара, что позволит более точно оценивать силу и направление удара, реагировать на удар как молено скорее, при этом быстро приближать подушку к телу человека и замедлять ее движение к моменту контакта с телом человека, при минимальных габаритах обеспечить гарантированное срабатывание без использования источников электрического тока.

при решении поставленной задачи, предложено устройство безопасности для транспортного средства с надувной подушкой, которое включает в себя надувную

оболочку, соединенную с резервуаром рабочего газа, систему подачи газа в оболочку, включающую пусковой механизм с датчиком аварийной ситуации и клапан в котором, в соответствии с изобретением, система подачи газа в оболочку установлена внутри резервуара, по оси последнего (соосно), причем резервуар в рабочем состоянии находится под давлением. при этом в качестве пускового механизма системы подачи газа в оболочку устройство содержит бистабильный исполнительный привод, а в качестве датчика аварийной ситуации - якорь запорного органа клапана, а дно резервуара выполнено с отверстиями.

поставленная задача решается также и клапаном устройства безопасности, что включает корпус и запорный орган, в котором, согласно изобретению, в корпусе клапана цилиндрической формы, расположены коаксиально последнему, катушка намагничивания внутри которой установлен запорный орган, который состоит из подвижного якоря и неподвижной вставки с манжетой, закрепленных на дне корпуса основой регулирующего винта. при этом якорь запорного органа выполнен в виде пустотелого цилиндра с донышком, в котором есть радиальные каналы и осевые отверстия; радиальные каналы выполнены в придонной цилиндрической части якоря, а осевые отверстия выполнены в донышке цилиндра якоря; вставка, которая является седлом клапана, выполнена из магнитотвердого материала; манжета имеет круглую тарельчатую форму, с возможностью уплотнения кольцевым буртиком зазора между торцевыми поверхностями якоря и маrнитотвердой вставки в закрытом состоянии клапана.

основная отличительная особенность устройства безопасности для транспортного средства с надувной подушкой и клапана для его работы составляет оригинальное использование, в качестве пускового механизма, системы подачи газа в оболочку - бистабильной электромагнитной системы с импульсным управлением (бистабильный исполнительный привод). принцип действия бистабильного исполнительного привода обычно используют в электромагнитах (PCT/UA02/00068(WO2003/060932 ). в заявляемом устройстве (приводе — системы) якорь выполняет двойную функцию, одна из которых не присуща якорю, а именно - функцию датчика аварийной ситуации. рабочее состояние клапана, с бистабильным постоянным магнитом - закрытое. якорь магнитным потоком притянут к вставке - седлу клапана, выполненной из магнитотвердого материала. воздух в подушку не поступает. при таком конструктивном решении, якорь запорного органа преодолевает удерживающее усилие замкнутой магнитной цепи и открывает клапан, выпуская воздух для наполнения подушки безопасности именно в момент удара, ни. на одну миллисекунду позднее, гарантируя стопроцентное срабатывание. клапан

открывается от ударов под углом относительно оси до 45°, что исключает ошибочные срабатывания от толчков на неровностях дороги и срабатывание лишних подушек на всякий случай. удерживающее усилие можно задавать в большом диапазоне, что достигается изменением одного из параметров клапана, например объема магнитотвердой вставки, или массы якоря, либо изменением усилия возвратной пружины и т.п. при этом повторяемость параметров срабатывания практически абсолютная. необходимо отметить особенность выполнения якоря запорного органа клапана в виде пустотелого цилиндра с радиальными каналами в придонной части и осевыми отверстиями в дне, такое конструктивное решение позволило устройству в аварийной ситуации сначала быстро наполнять подушку сжатым воздухом или газом, с последующим замедлением, и как следствие, обеспечить безударный контакт подушки с телом человека.

краткое описание фигур чертежей фиг. 1. изображает устройство безопасности для транспортного средства, с надувной подушкой и клапан для работы устройства (вид со стороны надувной оболочки, на виде подушка не показана). фиг. 2. сечение 1-1 на фиг.l (закрытое состояние клапана). фиг. 3. сечение 1-1 на фиг.l (открытое состояние клапана). фиг.4. объемное изображение устройства безопасности для транспортного средства и клапан (разнесенный вид).

на фиг. 2 и 3 представлено в разрезе по лини 1-1 фиг.l заявляемое устройство безопасности, которое изображено на фиг.l. система подачи газа в подушку безопасности заявляемого устройства содержит в себе: резервуар 1 с полостью 4 заполненной сжатым воздухом или газом; выпускные отверстия 3 размещенные в дне 2; канал 5 образованный формой каркаса катушки 9; радиальные каналы 6 и осевые отверстия 7 якоря. пусковой механизм [бистабильний исполнительный привод], который подает команду на создание газового потока от источника газа в надувную оболочку, составляется: из резервуара 1, который одновременно является корпусом клапана; катушки 9, установленной между дном 2 и фигурной шайбой 8 по оси корпуса 1. на катушке 9 намотаны обмотки намагничивания и размагничивания 10. в цилиндрической части катушки намагничивания 9 установлен, с возможностью осевого перемещения, якорь запорного органа 11 (на фиг. 2 в закрытом состоянии, а на фиг. 3 в открытом состоянии). якорь 11 выполнен в виде пустотелого цилиндра с донышком (стакана),

установленного донышком 12 в противоположную от надувной оболочки 13 сторону. придонная часть якоря 11 выполнена с радиальными каналами 6, а донышко 12 с осевыми отверстиями 7. внешняя цилиндрическая поверхность якоря 11, выполнена с кольцевой канавкой 14 и оснащена уплотнительным кольцом 15. донышко якоря 12 выполнено с кольцевым выступом 16. в закрытом положении клапана, якорь 11 своим кольцевым выступом 16 опирается на плоскость фигурной шайбы 8, а своей торцевой поверхностью 25 якорь прижимается магнитным потоком к магнитотвердой вставке 19, создавая замкнутую магнитную систему: корпус - фигурная шайба - якорь - магнитотвердая вставка - дно клапана. по центру магнитотвердой вставки 19, установлена уплотнительная манжета 17, кольцевым буртиком 18 в сторону донышка 12 и прижимается основой 21 регулировочного винта 20 к дну 2. возвратная пружина 22 установлена по оси клапана, между регулировочным винтом 20 и донышком якоря 12. такая компоновка деталей позволяет компенсировать удерживающее усилие магнитотвердой вставки 19 при регулировании клапана на чувствительность к ударам. якорь 11 центрируется по оси клапана направляющим стрежнем 23, что обеспечивает осевую устойчивость якоря от перекосов. к резервуару 1 ( фиг. 1) присоединен дополнительный баллон 24, который обеспечивает увеличение объема газа в резервуаре до необходимых параметров. баллон 24 оснащенный золотником 26.

устройство безопасности для транспортного средства с надувной подушкой, работает следующим образом.

при эксплуатации транспортного средства (вне аварийной ситуации) исходное положение устройства безопасности - подушка (оболочка) 13 сложена (фиг. 2 изображена условно), газ под давлением находится в резервуаре 1 и баллоне 24, (клапан находится в закрытом состоянии фиг. 2). для наполнения резервуара 1 с баллоном 24 рабочим газом через золотник 26, необходимо закрыть линию системы подачи газа в оболочку, т.е. перекрыть клапан. якорь клапана удерживается в исходном закрытом положении за счет создания замкнутого магнитного потока в контуре бистабильного исполнительного привода. приведение клапана в рабочее состояние (закрытое состояние, фиг. 2) осуществляется подачей в обмотку катушки намагничивания 10 кратковременного управляющего импульса тока, который создает магнитный поток. под действием магнитного потока якорь 11 запорного органа клапана перемещается в сторону дна 2, сжимая пружину 22, до касания торцевой поверхностью 25 якоря 11 к торцевой поверхности магнитотвердой вставки 19. вследствие чего образуется замкнутая магнитная цепь. одновременно эластичная уплотнительная манжета 17 упругим

кольцевым буртиком (выступом) 18 входит во внутреннюю полость якоря 11 герметизируя клапан, а уплотнительное кольцо 15, одновременно герметизирует зазор катушка - якорь. якорь перемещаясь вдоль оси внутренней цилиндрической поверхности катушки 9, обеспечивает герметизацию резервуара. рабочий газ (воздух) через золотник 26 от компрессора (не изображен на фигуре) подается в резервуар с баллоном и наполняет их до необходимого давления. устройство безопасности приведено в исходное состояние.

герметизация клапана в известном изобретении (патент RU 2005249) предусматривается, прижатием сверху запорного органа к поверхности седла. что приводит к деформации уплотнительного седла, вдавливании механических частиц, раковинам на поверхности седла и как следствие к потере его герметичности. герметизация заявляемого клапана осуществляется двумя элементами. уплотнительным кольцом 14 и упругим кольцевым буртиком (выступом) 18 манжеты 17. кольцевой буртик (выступ) 18 эластичной манжеты 17 входит во внутреннюю полость якоря и по касательной в параллельной плоскости, а не перпендикулярно, как в известном. это исключает деформацию и повреждение манжеты, кроме того, обеспечивает самоочищение контактирующих поверхностей в процессе работы. а герметизация достигается за счет прижима кольцевого буртика рабочим газом на небольшой площади контакта, что обеспечивает легкое разъединение деталей при последующем открывании клапана, что повышает надежность работы всего устройства.

согласно изобретению наполнение оболочки газом осуществляется следующим образом.

клапана с надувными подушками безопасности могут устанавливаться по периметру салона транспортного средства, дном резервуара к центру салона. сраб _^ атьmание .клапана при столкновении в _. аварийной ситуации происходит в следствии отрицательного ускорения транспортного средства, причем сработает тот клапан, направление оси которого наиболее совпадет с направлением удара, со стороны противоположной дну 2 резервуара 1. изменение угла направления удара относительно оси клапана влияет на срабатывание клапана таким образом: - чем больше угол, тем сильнее должен быть удар, который приводит к открытию клапана. превышение угла более 45 градусов делает клапан не чувствительным к ударам, что обеспечивает раскрытие подушек безопасности строго в нужном направлении с учетом силы удара.

причем, каждый последующий удар приведет к раскрытию подушек, направления осей клапанов которых будут совпадать, или будут близки к направлениям ударов. якорь 11

о имеющий собственную массу, под действием ускорения преодолевает удерживающее усилие магнитотвердой вставки и перемещается открывая канал подачи газа (фиг. 3). сжатый воздух, через радиальные каналы 6 и осевые отверстия 7 попадает в канал 5 и через отверстия 3 дна 2 резервуара 1 в полость подушки (оболочки) безопасности 13, которая раскрывается (фиг.з). причем, оболочка раскрывается (срабатывает) мгновенно, на первых миллисекундах (м.с.) приоткрываются все радиальные каналы 6 и осевые отверстия 7 якоря 11, а потом осевые отверстия 7, вследствие перемещения якоря 11, постепенно [на протяжении 5-15 м.с] прикрываются по мере приближения дна 12 якоря 11 к внутренней поверхности резервуара 1. донышко 12 якоря 11 доходит до контакта с утолщением направляющего стрежня 23, закрепленного по оси резервуара, что обеспечивает неполное (заданное) перекрытие осевых отверстий 7 в донышке якоря. процесс наполнения подушки, согласно изобретению, обеспечивает быстрый выход подушки в рабочее положение [не превышающий 18-20 м.с] и обеспечивает «мягкyю» встречу тела человека с подушкой. изменение геометрических параметров проходных сечений каналов и отверстий, а также длинны хода якоря, позволяет в широких пределах изменять быстродействие клапана и динамику раскрытия подушки.

якорь 11 запорного органа клапана, согласно изобретению, выполняет функцию инерционного датчика удара в аварийной ситуации, а изменение усилия пружины 22, которое регулируется винтом 20, задает чувствительность датчика в большом диапазоне, с высокой точностью повторяемости. причем устройство дает 100% гарантии срабатывания без схемотехники и источника питания, которые нередко разрушаются в момент удара. наличие обмотки размагничивания в катушке позволяет клапану работать с существующими в настоящее время системными блоками и датчиками, или включатся от сигнала бортового радара о приближении транспортного средства, например, к пешеходу.

эксперименты, проведенные авторами показали, что при ударе клапан приоткрывается мгновенно не «зaдyмывaяcь» ни на одну милисекунду. учитывая время срабатывания известного клапана (патент 2206467 RU), которое не превышает 3 м.с, заявители считают, что использование устройства безопасности, которое заявляется, с подушкой повысит надежность защиты человека от травм при авариях.

описанное устройство имеет клапан с проходным сечением в 1 дюйм, при этом его размеры - диаметр 67мм. и длина 36мм., что обеспечивает легкую компоновку устройств в интерьере салона транспортного средства. конструктивные особенности клапана делают его не чувствительным к рабочему давлению; увеличение давления газа, аккумулированного в резервуаре и баллоне не влияет на работоспособность клапана и

позволяет обеспечить оптимальную настройку скорости наполнения подушки безопасности и динамики ее наполнения во времени. наличие баллона соединенного с резервуаром (или нескольких баллонов), позволяет оптимизировать давление в резервуаре с объемом наполняемой подушки безопасности, не ухудшая компоновочных возможностей. допустим несколько баллонов расположенных радиально к резервуару легко «мacкиpyютcя» под спицы рулевого колеса автомобиля. с маленькими габаритными размерами устройство легко компонуется в транспортном средстве, например, в стойках кузова автомобиля. а его простота и соответственно низкая себестоимость позволяет установку большего количества подушек безопасности меньшего объема, что снижает отрицательное влияние на уши человека сжимаемого воздуха в салоне при раскрытии подушек большого объема. устройство избавляет от необходимости постоянно сканировать салон на предмет наличия людей на сидениях (чтобы не раскрывать лишние подушки), так как раскрываются подушки только со стороны удара и под необходимым углом. стопроцентная гарантия срабатывания устройства при ударе позволяет подушкам безопасности перейти из вспомогательного средства (относительно ремней безопасности) в основной, увеличивая степень защиты человека. следует отметить и то, что после срабатывания никакие элементы устройства безопасности не нуждаются в замене, достаточно только сложить подушку безопасности, подать управляющий (намагничивающий) импульс в катушку намагничивания и создать давление газа в резервуаре с баллоном.

заявляемое устройство безопасности, на основе бистабильной электромагнитной системы с импульсным управлением не нуждается в датчиках, системных блоках и источниках питания, при этом дает 100% гарантии срабатывания с быстродействием менее 1 миллисекунды. устройства, расположенные по периметру салона с угловым шагом 30-45 градусов создают систему, позволяющую значительно увеличить безопасность людей в транспортных средствах.