CN1076656A - 车辆乘客保护系统中的换能器 - Google Patents

Abstract

在车辆乘客保护系统用的一种换能器中，只通过 设置少数几个用来实现管状变换器主体塑性变形的 变形部件，就能使作为变形装置位于此管状体内位移 行程之函数的力，相对于此行程具有特别平稳的分 布。作为此种变形部件之一，可以是至少一个设置于 一活塞件斜坡面上的滚珠。

Description

本发明涉及车辆乘客保护系统中的换能器，此种换能器包括有可塑性变形材料制的管状变换器主体以及置纳在此管状变换器主体内的变形装置，此变形装置则连接着一推拉装置并具有至少一个变形部件，这种变形部件当上述变形装置于变换器主体内沿一预定方向移动时，便会与此主体的壁部融合，并在其进一步移动时使此壁部发生塑性形变。

上述这种能量变换器或换能器，是用来减小车辆碰撞时乘客朝前位移过程中出现于安全带系统内的负载峰值。在车辆乘客开始上述这类朝前位移之先，当把此种换能器与一种可消除安全带松驰现象的紧带器结合到一起，效果尤为显著。

述及的这种换能器也称为限力装置，业已在EP（欧洲专利）0422410A1号中描述过。它包括一可塑性变形材料制的筒体和置纳在此筒体内的一根杆件，杆件的一端突出到筒外，而其另一端则限定出一装有许多滚动体的环状自由空间。由这批滚动体所形成之此种环状结构的外径大于该筒体空腔的内径。当筒体与杆件间承受有很高的张力负载时，这些滚动体就会陷入筒体壁部的材料内，实施变形作业而形成一批纵沟;由于这项作业，就会发生大量的能量转换而减小安全带系统中的负载峰值。

正如通过对所谓人形靶进行的负载测量可以证明的，利用这种换能器，是可以限制安全带系统中所发生的负载峰值，而大有助于减少乘客蒙受伤害之风险的。但是已经得知，尽管用这种换能器可以限制安全带系统中的负载峰值，但却不能避免这些峰值。

本发明是以按照下述方式来改进开始时提及的这种换能器的问题为基础的，这就是使安全带系统中的负载峰值进一步减小，甚至几乎消除，而得以在此安全带系统中存在一种基本上恒定的负载，或是一种依所需方式渐增的负载。

为了解决上述问题，本发明提出，使前述变形装置只在其一侧配置若干变形部件，而令其与该侧径向相对的一侧可滑动地支承在换能器主体的内侧之上。本发明的这种换能器结构经设计成为可用于作用力的限度高达约7000N范围的水平。上述范围内的力是发生在转向接头与安全带伸缩装置间的带部上的。当采用一种高效的紧带器时，甚至可以实现至多仅约为5000N的值。因此，本发明的换能器特别适用于具有配合在安全带卷轴上之紧带器的安全带伸缩装置。

本发明是以下述认识为基础的：为了避免安全带系统中的负载峰值，就必须确保通过变换器主体材料的塑性变形所进行的能量变换是均衡地逐渐发生。为此，最好是使前述变形部件要比公知的换能器的滚动体能以更显著的深度压陷到变换器主体的材料中。援用上述见解就只需采用少数几个但必须能从事更强变形作业的变形部件。这样就避免了在这些变形部件压入到变换器主体壁部材料中之前，使此变换器主体壁部初始时作弹性屈服而后成近似多边形的变形。业已发现，要是这种管状的变换器主体壁部所发生的主要是塑性变形而弹性变形受到广泛的抑止，则能基本上避免相对于上述位移行程中的作用力分布出现急剧波动。

本发明之第一个实施例的特点是，作为上述位移行程之函数的这种作用力的分布是极其平稳的，这是因为所用的变形部件是至少一个取滚珠或滚柱形式的滚动体，此种变形部件的远距变换器主体的一侧支承在一与前述推拉装置相结合的活塞件之斜坡面上。

本发明的第二个实施例中，则这种力的相对于行程的分布，尽管不如上述实施例中那样平稳，也还是相当平稳的，而这里的变形装置，则包括一块可在斜向变换器主体轴线的一静止位置和一为下述的工作位置之间转动，在此工作位置，此变形装置使得形成在其径向外端的变形部件与变换器主体的内侧融合，同时以其沿径向对置的端部可滑动地支承在变换器主体的内侧上。此实施例的特点在于其结构简单和制造费用低。

这两个实施例的其他各种发展形式将列述于从属权利要求中。

本发明的其它特点与优越之处将可从下面几个实施例的描述中并根据所参考的附图获得理解，在附图中：

图1是本发明之换能器的第一实施例的示意性部分纵剖面图;

图2示明图1给出之换能器在其管状变换器主体业已发生塑性变形后的横剖面;

图3是第二实施例的透视图，其中略去了管状变换器主体;

图3a是图3所示实施例中一导向件的透视图;

图4是图3所示换能器在其管状变换器业已发生塑性变形后的横剖面图;

图5是此种换能器又一实施例的透视图，其中略去了管状变换器主体;

图5a是一用于图5实施例中之弹性板的透视图;

图6是图5所示之换能器的实施例在其管状变换器主体业已发生塑性变形后的横剖面图;

图7示明此种换能器又一实施例的示意性部分纵剖面;

图8示明图7所示实施例的横剖面;

图9与10类似于图7与8，但是是在管状变换器主体业已塑性变形后;

图11示明图7至10所示实施例的一种变型;

图12示明图11所示之换能器变型在其管状变换器主体业已发生塑性变形后的横剖面;

图13是用于图11至12中实施例的一种板状变形装置的透视图;

图14是图11中的一种弹簧件的透视详图;

图15a至15c示明了三种具有不同构型之管状变换器主体的实施例;而

图16a至16c的曲线图示明了在图15a至15c中作用力相对于上述向前位移行程的分布。

在一具有圆形横剖面的管状变换器主体10中有一设置于一拉索12上的变形装置，它包括两个一前一后扣紧于此拉索12上的活塞件14、16，同时，有一个处于活塞件14一锥形斜坡面20上的滚珠18，此滚珠由一弹性材料制的导承件22保持于斜坡面20底部的静止位置，并和管状变换器主体10内侧作弹性接触。这两个活塞件14、16亦可形成为单一的一个活塞件，并可在管状变换器主体10内移动。在所示的本实施例中，上述导承件22是一种密封圈，以其最小直径的一端环绕于锥形斜坡面20上，且支承于活塞件16所形成的肩部上。

图1中所示的活塞一气缸装置，可在同时构成配合到一安全带伸缩装置卷带轴上之安全带预拉伸器用的线性传动机构。在此种结构中，活塞件16在由管状变换器主体10所形成的气缸内，受到一种烟火气体所产生之气体压力的作用，使活塞件14、16在图1中依箭头F1的示向于管状变换器主体10内移动，而拉索12则以周知的方式绕定在一可与安全带伸缩装置之卷带轴相匹配的皮带轮上。当通过此卷带轴的转动使安全带拉紧后，安全带系统便开始对车辆乘客的朝前位移起到保护作用，而有一拉力通过拉索12，于图1箭头F2的方向作用到活塞件14、16上。可以使活塞件14、16依箭头F1的方向作自由运动的滚珠18，它为导承件22弹性地保持成与管状变换器主体10壁部内侧作触合状态，但当发生顺箭头F2指向中的运动时，此滚珠由于为斜坡面20的径向外压，即与上述壁部顶合。此时的滚珠18即均衡而缓渐地压入管状变换器主体10之壁部材料内，导致此壁部塑性变形成图2所示的状态。上述的亦可相互制成单件形式的活塞件14、16，以它们与滚珠18相对的侧部可滑动地支承于管状变换器主体壁的内侧上。为了尽可能地促成一种均匀的前向位移和反向的平稳位移过程，最好于管状变换器主体10壁部的内侧涂敷上一种润滑剂，以减少活塞14、16与此壁部间的滑动摩擦。

要是管状变换器主体10的壁厚是图15a所示的恒定不变形式，就会得到图16a所示的力F相对于行程S的分布形式。这里的力F乃是在活塞14、16位移中，管状变换器主体10内之滚珠18所必须施加的力，而此行程距离S乃是这两个活塞件与滚珠18在变换器主体10内的位移距离。从图16a中可以看到，力F从零开始，平稳地上升到仅仅经过一部分有效总行程后即达到的最大值。应该特别注意，这一力F的分布是基本上不存在峰与谷的。本发明的这种换能器与先有技术显著不同之处即在于，它包括有一批批只是稍微压陷入变换器主体材料内的滚珠。在图15a所示的实施例中，变换器主体10之壁厚是恒定不变的，因而力F直到变换器主体10的终点挡板前部基本上是恒定的。

在图15b所示的实施例中，变换器主体10的壁厚在其约一半的长度上保持恒定，然后在其一个部段10a上渐增至原先保持不变的厚度值的两倍，随之在部段10c上再恒定地维持着这个两倍的值不变。图16b示明与此相应的力F相对于行程S的分布。与图16a所示的不同，这里的力F在通过约一半的行程S后即递增，并在刚刚到达变换件主体10终端之前达到其最大值。

在图15c所示的实施例中，变换器主体10的壁厚从始点渐增至终端。图16c示明与之相应的力F相对于行程S的分布，可以看到，此力F一开始即较陡然地加大，然后渐增并逐渐地上升至变换器主体10终端的挡板区域内达到一最大值。

通过在变换器主体10的整个长度上合理地确定其壁厚的尺寸，基本上可以实现适合特定用途的力F相对于行程S的任何所需分布。在以上所有的设计形式中都可看到，这种力的分布图是完全不存在显著的峰与谷的，因而能够大大地减少乘客蒙受伤害的风险。

图3、3a和4所示之实施例与图1和2所示之实施例的不同之处在于，是用四个相邻配置的滚珠18a、18b、18c与18d来取代原先只设置的一个滚珠。这里的导承件22取部分的筒状形式，以其上的缺口23置纳着滚珠18a至18d。这类滚珠的个数取决于此种能量转换中所需之力F的水平（图16a至16c）。在此实施例中，同样可以援用尽可能少用几个滚珠以免变换器主体10发生弹性变形的原则。

在图5、5a与6所示的实施例中，不是用一个滚珠而是用一滚柱19，此滚柱是放在一活塞件15的平坡面21上，并在此坡面21的最低点处抵靠一板件25，这样地与管状变换器主体10之臂部的内侧接触。此坡面21是形成于活塞件15中开设出的一道凹槽中。借助此凹槽的两个侧壁，滚柱19得以保持在一个便于开始变形工作的有利静止位置。为了避免低的峰值，重要的是使滚柱19均匀而平稳地融合上管状变换器主体10的内侧。

更理想的是使此滚柱19的两轴向端面呈圆弧形地过渡到其外表面。此圆弧部的半径，取决于变换器主体10所用的材料与尺寸，约从0.7至0.9mm，最好是0.8mm。这种能以切削或去毛刺方式所作的倒圆处理，保证了滚柱19及其两端能缓和地与变换器主体10的内侧融合。

在下面拟对照图7至14所述的实施例中，是把一种板件30形式的变形装置设定于分隔开安装在拉索的两活塞之间。板件30中开设出有一用作拉索12通道沟中央夹孔32。活塞件14面向板件30的一侧呈楔形，并有一个孔置纳着顶在板件30邻近端上的压力弹簧33。此板件30为活塞件14与此压力弹簧保持在一与变换器主体10之轴线成约30°倾角的静止位置，板件的上面形成有一凸耳31a的端部31与变换器主体10壁部的内侧相融合，而其另一端33则可滑动地支承于变换器主体10的内侧上。从图7与9中可以看到，凸耳31a有一圆角31b，保证了能缓和地压入变换器主体壁部的材料内，而不会形成毛刺或造成切削影响。

图8示明了此种换能器在管状变换器主体10塑性变形前的状态。

这一以板件30取代滚珠18或滚柱19之实施例的作业方式，基本上与前述实施例的相同。当活塞件14、16依图7中箭头F3方向运动时，板件30保持于其倾斜的静止位置。相反，当有一拉力通过拉索12顺图7中箭头F4方向作用到活塞件14、16上时，这一以其凸耳31a弹性地与变换器主体10壁部内侧相融合的板件30，即行竖起而以其凸耳31a压入变换器主体10的壁部材料内。

图9与10之实施例不同于图7与8之实施例处，只不过是使板件30保持于其静止位置之装置的构型。在这里的实施例中，所说的装置是由弹性材料的楔形导承件22形成，它所具有的功能完全同于图7与8之实施例中的楔形构型之活塞14与压力33相结合的情形。此外，在图9与10中还示意地表明了管状变换器主体10的变形状态，而在图7与8实施例中所发生的变形状态则与此类似。

在图11所示的实施例中，板件30上设有两个相邻的凸耳31a、31c。此板件由一导向件22a保持于两个活塞件14a16a之间的一倾斜静止位置，而这两个活塞件则相互分开地安装在一刚性杆12a之上。活塞件14a的周边上形成有一槽缝，其中插装着一密封圈15。导承件22a独立地示明于图14中，是一个弯成大致U形的弹簧金属板，上面有两个用来让杆12a通过的孔。此导承件的作用完全与图9与10实施例中的导向件22相同。板件30的构型独立地示明于图13中。

在图7至14的实施例中，变换器主体10的壁厚尺寸的确定同样根据曾相对于图15a至15c所解释过的原则。

Claims (16)

1、一种车辆乘客保护系统中的换能器，它包括有由可塑性变形材料制的管状变换器主体(10)以及纳置于此管状变换器主体内的一种变形装置，此变形装置则连接一推拉装置(12；12a)且包括至少一个变形部件(19；19；31a；31c)，此种变形部件当上述变形装置于变换器主体(10)内沿一预定方向(F2)移动时，便会与此主体的壁部融合，并在其进一步移动时使壁部发生塑性形变，其特征在于：此种变形装置只在它的一侧上设有前述的变形部件(18；19；31a；31e)，而以其与这一侧相对的一侧可滑动地支承于此变换器主体(10)的内侧上。

2、如权利要求1所述的换能器，其特征在于：用作为上述部件的是取滚珠或滚柱形式的滚动体，此种变形部件是以其远距管状变换器主体（10）的那一侧，支承在与前述推拉装置（12）相结合的一活塞件（14;15）的斜坡面（20;21）上。

3、如权利要求2所述的换能器，其特征在于：用作为那种滚动体的是一批相互邻接设置的的滚珠（18a，18b，18c，18d）。

4、如权利要求2所述的换能器，其特征在于：前述的滚动体是由一滚柱（19）形成，此滚柱装配成使其轴线垂直于管状变换器主体（10）的轴线，且在其两轴向端部包括有一从其外表面至其端面的圆弧形过渡区。

5、如权利要求4所述的换能器，其特征在于：上述圆弧形过渡区的半径约在0.5至1mm之间，且最好是在0.7至0.9mm之间。

6、如权利要求2至5中任一项所述的换能器，其特征在于：至少有前述的一个滚动体（18;19）是通过一弹性材料制的板件（22;25）支承而处于前述斜坡面（20;21）底部的一静止位置上，而以此滚动体的轴向端与变换器主体（10）的壁部融合。

7、如权利要求6所述的换能器，其特征在于：前述斜坡面（20）是形成在活塞件（15）中开设出之一凹槽（15）的底部上，同时，前述滚动体（18）的轴向端面则为此凹槽的侧边沿着横切管状变换器主体（10）轴线的方向导引。

8、如权利要求1所述的换能器，其特征在于：前述变形装置包括一块可在斜向变换器主体（10）轴线的一静止位置和一为下述的工作位置之间转动，在此工作位置，此变形装置使得形成在其径向外端的变形部件与变换器主体（10）的内侧融合，同时以其沿径向对置的端部可滑动地支承在此变换器主体的内侧上。

9、如权利要求8所述的换能器，其特征在于：所述的变形部件是由两个在前述板件（30）一径向端上的相邻凸耳（31a，31c）所形成，这两个凸耳的径向端均已倒圆。

10、如权利要求9所述的换能器，其特征在于：上述变形部件（31a）在其融合到变换器主体壁部之边缘上倒有圆角（31b）。

11、如上述任一项权利要求所述的换能器，其特征在于：所述板件（30）为一可弹性变形的导承件（22）保持于一使此板件平面斜向变换件主体（10）的静止位置。

12、如权利要求8至11中任一项所述的换能器，其特征在于：所述板件（30）被装配成，当其处在安装于前述推拉装置两相互分开之活塞件（14，16）间的一静止位置时，斜向管状变换器主体（10）的轴线;而在从此静止位置依前述预定方向（F2）位移时，即行竖起而与变换器主体（10）的壁部融合。

13、如上述任一项权利要求所述的换能器，其特征在于：所述管状变换器主体（10）是由一紧带器的烟火式活塞-气缸线性传动机构的缸体所形成，而所述变形装置则设在此线性传动机构的活塞之上，此活塞当起动该线性传动机构时的运动方向与该预定方向（F2）相反。

14、如上述任一项权利要求所述的换能器，其特征在于：所述管状变换器主体（10）的壁厚沿上述预定方向（F2）增大的程度取决于通过前述推拉装置引入之力（F）相对于变形装置于变换器主体内的行程（S）的预定分布。

15、如上述任一项权利要求所述的换能器，其特征在于：所说的管状变换器主体（10）壁部的内表面上涂有一层润滑剂。

16、如上述任一项权利要求所述的换能器，其特征在于：此种换能器的尺寸设计成，可用于当所述变形装置于相应管状变换器内位移时所发生的力在高达约7000N的范围内;且特别适用于安全带的一端点和此安全带一固定于车辆上的点之间。

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