CZ2011594A3

CZ2011594A3 - Posuvný semireverzibilní pyrotechnický aktivátor bezpecnostních systému automobilu, zejména pro ochranu chodcu

Info

Publication number: CZ2011594A3
Application number: CZ20110594A
Authority: CZ
Inventors: Nemcák@Ondrej
Original assignee: Indet Safety Systems A. S.
Priority date: 2011-09-24
Filing date: 2011-09-24
Publication date: 2013-05-29
Also published as: CZ303856B6

Abstract

Posuvný semireverzibilní pyrotechnický aktivátor bezpecnostních systému automobilu urcený zejména pro ochranu chodcu obsahuje sestavu (1) generátoru uzavrenou v kalísku (2) a slozenou z alespon dvou dávek energetických materiálu o navzájem rádove odlisné rychlosti horení, z nichz roznetný energetický materiál (3) s dobou horení stovky mikrosekund az jednotky milisekund je v sestave (1) generátoru obklopen únikovou zónou (4) a je umísten ve sloupci s ulozeným pracovním energetickým materiálem (5) s dobou horení desítky milisekund az nekolik sekund. Celá sestava (1) generátoru je umístena v pracovním prostoru (6) aktivátoru, opatreném posuvným pístem (7) s kuzelovou drázkou (8) a jednosmerne tesnícím prvkem (9). Sestava (1) generátoru má roznetný energetický materiál (3) s výhodou umísten v pomocném kalísku (10), který je v oblasti dna a/nebo po obvodu alespon cástecne zeslaben a/nebo prerusen.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vnitřní konstrukce pyrotechnického aktivátoru, určeného především pro zvedání kapoty automobilů v bezpečnostních systémech pro ochranu chodců. Jako zdroje energie pro posun pístku je využito pyrotechnického generátoru plynů. Tento systém je využitelný zejména v automobilovém průmyslu, ale také v dalších odvětvích, jako je požární ochrana, letecké záchranné systémy a průmyslové armatury.

Dosavadní stav techniky

Jak je doposud známo, v systémech přizvednutí kapoty vozidla, určených pro vyšší ochranu chodců v případě kolize auta s chodcem, se s výhodou používají pyrotechnické aktivátory různých konstrukcí a vlastností. Protože je děj kolize vozidla s chodcem složitý a relativně dlouhý, jsou kladeny na pyrotechnické aktivátory často protichůdné požadavky. Jde hlavně o to, že kapota musí být posunuta do zvednuté polohy řádově v čase několik desítek milisekund po kolizi s chodcem. Současně s tím je kladen požadavek na to, aby kapota zůstala přibližně v této poloze po dobu řádově několika stovek milisekund, což je při použití stávajících typů generátorů plynů problém, neboť u nich při chladnutí zplodin dochází k rychlému poklesu tlaku ve spalovací komoře aktivátoru. A protože ne všechny kolize způsobující aktivaci systému přizvednutí kapoty jsou způsobeny právě kolizí s chodci, je nově požadována i tzv. semireverzibilita aktivátoru, což je schopnost samovolně se po uplynutí určité doby vrátit do výchozí polohy. Tak se kapota automobilu v čase většinou několika sekund zase vrátí do sklopené polohy a nebrání řidiči ve výhledu při pokračování v jízdě do servisu.

Známá řešení problému souvisejícího s poklesem tlaku při těchto aplikacích jsou popsána například v patentu US 7_y913_X795 (rozpěmé brzdné kuličky bránící pístku v pohybu zpět), AT 009827U1 (píst se zpětnými vroubky, do kterých zapadá pružná podložka speciálního tvaru) a dalších. Verze řešení problému s poklesem tlaku popsané v těchto patentech nezahrnují však požadavek semireverzibilní funkce, která by umožnila pokračování automobilu v jízdě do servisu v případě, kdy aktivace bezpečnostního systému byla vyvolána jiným vlivem než srážkou s chodcem.

Známé řešení takového semireverzibilního aktivátoru je uvedeno v mezinárodní patentové přihlášce W02010061117A1. Podle tohoto řešení je v pístku nalisována pomaleji

A- ’ Λ. v hořící slož, která tak zvyšuje tlak ve spalovací komoře po žádanou dobu a která po svém odhoření odkryje ventilační otvor odpouštějící tlak ve spalovací komoře, čímž se kapota může samovolně zavřít. Toto řešení má ale některé nevýhody, zejména nehermetické uložení slože vpístku, zeslabení pevnosti pístku ventilačním otvorem a otvorem pro zális slože a v neposlední řadě i nákladný design pístku se dvěma otvory.

y

Aktivátor podle patentu DE,102007020070 rovněž řeší požadavek zasunutí pístku po Λ uplynutí určité doby. Toto řešení má teleskopickou soustavou pístů a se dvěma různými generátory plynů (v patentu jsou označeny jako „charge“ - protože bez vhodného iniciátoru je nelze aktivovat, v obrázcích k patentu jsou již znázorněny typické generátory plynů známé v daném oboru), které se iniciují nezávisle na sobě. První generátor plynů je iniciován a zajistí vysunutí obou pístků do určité vysunuté pozice, kde následně dojde s daným zpožděním k iniciaci druhého generátoru plynů, který utlumení nárazu při jeho dojezdu do vysunuté pozice a zajistí zasunutí pístu zpět. Návrh tedy obsahuje dva nezávisle iniciované výrobky generátory plynů a kromě toho ještě i zpožďovací prvek a senzor. Z toho vyplývá, že jde ve < * γ / srovnání s předchozím aktivátorem dle WOgO 10061^117^.1 o značně komplikované konstrukční řešení, což se nezbytně promítá do jeho nákladnosti a nároků na kvalitu komponent a tím i do výsledné ceny.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých klasických typů aktivátorů do značné míry odstraňuje posuvný semireverzibilní pyrotechnický aktivátor bezpečnostních systémů automobilů, zejména pro ochranu chodců, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že aktivátor obsahuje sestavu generátoru uzavřenou v kalíšku a složenou z alespoň dvou dávek energetických materiálů o navzájem řádově odlišné rychlosti hoření, z nichž roznětný energetický materiál s dobou hoření stovky mikrosekund až jednotky milisekund je v sestavě generátoru obklopen únikovou zónou a umístěn ve sloupci s uloženým pracovním energetickým materiálem s dobou hoření desítky milisekund až několik sekund, přičemž celá sestava generátoru je umístěna v pracovním prostoru aktivátoru, opatřeném posuvným pístem s kuželovou drážkou a jednosměrně těsnícím prvkem.

Sestava generátoru má roznětný energetický materiál umístěn s výhodou v pomocném kalíšku, který je v oblasti dna a/nebo po obvodu alespoň částečně zeslaben a/nebo přerušen. Roznětný energetický materiál i pracovní energetický materiál jsou v sestavě generátoru s výhodou umístěny ve stavu slisovaném.

» Γ J «

Pracovní prostor aktivátoru může být výhodně tvořen tenkostěnnou švovou kovovou trubkou a vybaven otvorem dočasně uzavřeným pomocí na tlak citlivého uzávěru.

Iniciátor plynu s výhodou obsahuje autoiniciační slož.

Hlavní předností posuvného aktivátoru podle vynálezu je možnost dosažení požadovaného průběhu tlačné síly pístku při střetu kapoty automobilu s chodcem v okamžiku střetu a těsně po něm. Vedle optimalizace bezpečnostní funkce z hlediska ochrany chodců je posuvný aktivátor podle vynálezu uživatelsky přátelský také k řidiči vozidla, neboť má po uplynutí doby řádově stovek milisekund zajištěnu schopnost zpětného zasunutí pístu semireverzibilitu - a umožňuje tak jednoduchou zpětnou manipulaci s kapotou, nutnou pro jízdu do servisu. V neposlední řadě je systém aktivátoru podle vynálezu šetrný i k samotnému vozidlu tím, že snižuje oscilace a tím prodlužuje životnost závěsů kapoty vozidla.

Přehled obrázků na výkresech

Konkrétní provedení posuvného pyrotechnického aktivátoru s časově regulovatelným tlakovým výstupem a semireverzibilní funkcí podle technického řešení jsou znázorněna na přiložených výkresech, na kterých značí:

- obr. 1 - konstrukce a jednotlivé fáze funkce posuvného aktivátoru se dvěma kalíšky:

- obr. la - posuvný aktivátor se dvěma kalíšky - před zahájením činnosti,

- obr. lb - posuvný aktivátor se dvěma kalíšky - po shoření roznětného energetického materiálu,

- obr. lc - posuvný aktivátor se dvěma kalíšky - během hoření pracovního energetického materiálu,

- obr. Id - posuvný aktivátor se dvěma kalíšky - po vyhoření pracovního energetického materiálu a zasunutí pístu;

- obr. 2 - konstrukce posuvného aktivátoru s jedním kalíškem;

- obr. 3 - konstrukce posuvného aktivátoru na bázi GTMS squibu se dvěma kalíšky;

- obr. 4 - srovnání účinku posuvného aktivátoru dle obr. 1 a obr. 3 s běžnými aktivátory.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Na obr. la až ld je znázorněn první příklad konstrukce a funkce posuvného semireverzibilního pyrotechnického aktivátoru s časově regulovatelným tlakovým výstupem podle vynálezu. Sestava 1 generátoru je tvořena GTMS squibem s kovovým laserově t t přivařeným pomocným kalíškem 10, obsahujícím roznětný energetický materiál 3a. Nad ním je umístěn kalíšek 2 obsahující pracovní energetický materiál 5a společně s pracovní nápalovou složí 5b. Pomocný kalíšek 10 je v axiálním směru zeslaben a toto zeslabení je nasměrováno přesně na zalisovaný pracovní energetický materiál 5a (případně na pracovní nápalovou slož 5b). Kalíšek 2 je naopak zeslaben v radiálním směru, čímž vzniká úniková zóna 4, a nad ním se nachází pracovní prostor 6 aktivátoru, opatřený posuvně uloženým pístem 7 s kuželovou drážkou 8 a jednosměrně těsnícím prvkem 9.

Tento posuvný semireverzibilní aktivátor pracuje tak, že po iniciaci elektrickým impulzem po srážce auta s chodcem nárazem je zapálen rychle hořící roznětný energetický materiál 3a. Jeho shořením je otevřen pomocný kalíšek 10 a vzápětí i úniková zóna 4 kalíšku 2, čímž je vytvořen počáteční tlak nutný k uvedení pístu 7 do pohybu směrem nahoru a k vykonání požadovaného zvednutí kapoty v čase - viz obr. lb, přičemž je současně zažehnut pomaleji hořící pracovní energetický materiál 5a. Kalíšek 2 se zažehnutým pracovním energetickým materiálem 5a zeslabený v radiální oblasti se takto přeruší a částečně vyklopí na stranu, takže plyny vzniklé shořením roznětného energetického materiálu 3a a plyny vznikající hořením pracovního energetického materiálu 5a mohou unikat do pracovního prostoru 6 aktivátoru.

Postupným hořením pracovního energetického materiálu 5a je vytvořen dodatečný déle působící tlak a tím je zajištěna požadovaná minimální síla působící proti zasunutí pístu 7 v čase, který je i řádově delší, než čas potřebný na vysunutí kapoty - obr. lc. Po vyhoření pracovního energetického materiálu 5a dojde k vychladnutí plynů, poklesu tlaku v pracovním prostoru 6 a píst 7 může být s použitím malé síly zasunut do výchozí polohy, protože kuželová drážka 8 umožní jednosměrně těsnicímu prvku 9 (zde O kroužku) uhnout do pozice, ve které již píst 7 v pracovním prostoru 6 aktivátoru netěsní a ochlazené plyny z pracovního prostoru 6 uniknou, nebrání tedy svým tlakem zasunutí pístu 7 - obr. Id.

Srovnání účinnosti tohoto aktivátoru podle vynálezu s běžným aktivátorem je znázorněno na obr. 4, představujícím časový průběh tlaku generovaného běžným aktivátorem (křivka označená REF) a aktivátorem podle př. 1 (křivka označená 1).

Z křivek je vidět, že v čase 500 ms je generovaná síla aktivátoru na bázi běžného generátoru plynů prakticky nulová, zatímco v případě použití aktivátoru podle příkladu 1 je tlak 4 MPa, což v daném testovaném případě odpovídá síle 600 N. U všech aktivátorů byla zvedána kapota o hmotnosti 8 kg v požadovaném čase. Běžný aktivátor generuje příliš rychle maximální tlak, což má neblahý vliv na oscilace kapoty i na opotřebení závěsů kapoty a navíc následně rychle ztrácí tlak vlivem ochlazování zplodin hoření, takže pro danou aplikaci pro ochranu chodců nevyhovuje, zatímco o funkci a vhodnosti aktivátoru podle příkladu 1 pro danou aplikaci dostatečně vypovídá na obr. 1 uvedená křivka č. 1 časového průběhu generovaného tlaku.

Příklad 2

Obr. 2 představuje další příklad provedení vynálezu. Sestava 1 generátoru plynů obsahuje pouze kalíšek 2, který je radiálně zeslabený únikovou zónou 4 a obsahuje roznětný energetický materiál 3a, pracovní nápalovou slož 5b i pracovní energetický materiál 5a. Ve výrobku je v blízkosti únikové zóny 4 z bezpečnostních důvodů navíc začleněna autoiniciační slož Μ., která je nastavena tak, že při případném požáru vozidla dojde z k řízenému zážehu energetických materiálů ve výrobku za nižší teploty a dříve, než by došlo k poklesu mechanické pevnosti celku a vzniku nebezpečných fragmentů.

Shořením roznětného energetického materiálu 3a a současně i autoiniciační slože 11 je vytvořen počáteční tlak nutný k porušení celistvosti kalíšku 2 v zeslabeném místě tvořícím únikovou zónu 4, jeho vyklopení a uvedení pístu 7 do pohybu směrem ven z pracovního prostoru 6 aktivátoru a tím k vykonám požadovaného zvednutí kapoty v potřebném čase. Současně dochází k odhoření pracovního energetického materiálu 5a. Zážehem pracovní nápalové slože 5b a postupným hořením pracovního energetického materiálu 5a je vytvořen dodatečný, déle působící tlak a tím zajištěna požadovaná minimální síla proti zasunutí pístu 7 v čase, který je i řádově delší, než čas potřebný na vysunutí kapoty. Po vyhoření pracovního energetického materiálu 5a dojde k vychladnutí plynů, tím dojde následně i k poklesu tlaku v pracovním prostoru 6 aktivátoru. Píst 7 proto může být s použitím malé síly zasunut do výchozí polohy, neboť kuželová drážka 8 umožní jednosměrně těsnicímu prvku 9 (O kroužku) přesun do pozice, ve které již píst 7 netěsní a ochlazené plyny v důsledku toho z pracovního prostoru 6 aktivátoru uniknou a nebrání již svým tlakem zasunutí pístu 7.

Příklad 3

Obr. 3 představuje další příklad provedení vynálezu. Sestava 1 generátoru plynů je zde sestavou GTMS squibu s kalíškem 2, obsahujícím pracovní energetický materiál 5a, a pomocným kalíškem JO, umístěným uvnitř kalíšku 2 a obsahujícím pomocný roznětný materiál 3b a roznětný energetický materiál 3a. Pomocný kalíšek 10 je zeslaben v axiálním směru tak, že je výšleh plamene nasměrován přesně na pracovní energetický materiál 5a. Kalíšek 2 je opatřen otvory tvořícími únikovou zónu 4 a zatěsněnými v radiálním směru * · ?»·»··♦ · · 5 * — »«···« * * O t· · · »· ···· <<·«··· hliníkovou lepicí páskou 12 tak, aby vznikající plyny mohly unikat do pracovního prostoru 6 aktivátoru.

Shořením roznětného energetického materiálu 3a a pomocného roznětného materiálu 3b je vytvořen počáteční tlak nutný k uvedení pístu 7 do pohybu směrem ven z pracovního prostoru 6 aktivátoru a k vykonání požadovaného zvednutí kapoty v daném čase. Postupným hořením pracovního energetického materiálu 5a je vytvářen dodatečný déle působící tlak a tím zajištěna požadovaná minimální síla proti zasunutí pístu 7 v čase, který je i řádově delší, než je čas potřebný na vysunutí kapoty. Po vyhoření pracovního energetického materiálu 5a dojde k vychladnutí plynů, poklesu tlaku v pracovním prostoru 6 aktivátoru a píst 7 může být s použitím malé síly zasunut do výchozí polohy, protože kuželová drážka 8 umožní jednosměrně těsnicímu prvku 9 (O kroužku) přesun do pozice, ve které již píst 7 netěsní a ochlazené plyny z pracovního prostoru 6 aktivátoru uniknou a nebrání svým tlakem úplnému zasunutí pístu 7. Tím je zajištěna tzv. semireverzibilní funkce aktivátoru podle vynálezu.

Srovnám účinnosti tohoto aktivátoru podle vynálezu s běžným aktivátorem je znázorněno na obr. 4, představujícím časový průběh tlaku generovaného běžným aktivátorem (křivka označená REF) a aktivátorem podle př. 3 (křivka označená č. 2).

Z křivek je vidět, že v čase 500 ms je generovaná síla aktivátoru na bázi běžného generátoru plynů prakticky nulová, zatímco v případě použití aktivátoru podle příkladu 3 je tlak 8 MPa, což v daném testovaném případě odpovídá síle 1000 N. U všech aktivátorů byla zvedána kapota o hmotnosti 8 kg v požadovaném čase, zde do 30 ms. Běžný aktivátor generuje příliš rychle maximální tlak, což má neblahý vliv na oscilace kapoty i na opotřebení závěsů kapoty a navíc následně rychle ztrácí tlak vlivem ochlazování zplodin hoření, takže pro danou aplikaci pro ochranu chodců nevyhovuje, zatímco o funkci a vhodnosti aktivátoru podle příkladu 3 pro danou aplikaci dostatečně vypovídá výše uvedená křivka časového průběhu generovaného tlaku.

Průmyslová využitelnost

Posuvný semireverzibilní pyrotechnický aktivátor podle vynálezu je využitelný především v oblasti automobilového průmyslu jako součást bezpečnostních systémů pro ochranu chodců. S ohledem na platnou legislativu je možno toto řešení použít také pro jiné aplikace vyžadující generování plynu v delším časovém úseku, například jako součást bezpečnostních požárních zařízení, leteckých záchranných systémů a bezpečnostních pojistek.

t « t i ! -« « t l ít · ♦ t t t 1 ‘ Í

C * f · t í i « i* » 1 í i ’ i í/ « · * » i t » » «»!«·«·

Seznam vztahových značek:

sestava generátoru kalíšek

3a roznětný energetický materiál

3b pomocný roznětný materiál úniková zóna

5a pracovní energetický materiál

5b pracovní nápalová slož pracovní prostor píst kuželová drážka jednosměrně těsnící prvek pomocný kalíšek autoiniciační slož hliníková lepicí páska *4 II« * t 4 í · i.i « t t f »» í » » * »* i ti 1 tl « t »i *

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Posuvný semireverzibilní pyrotechnický aktivátor bezpečnostních systémů automobilů, zejména pro ochranu chodců, vyznačující se tím, že obsahuje sestavu (1) generátoru uzavřenou v kalíšku (2) a složenou z alespoň dvou dávek energetických materiálů o navzájem řádově odlišné rychlosti hoření, z nichž roznětný energetický materiál (3a) s dobou hoření stovky mikrosekund až jednotky milisekund je v sestavě (1) generátoru obklopen únikovou zónou (4) a umístěn ve sloupci s uloženým pracovním energetickým materiálem (5 a) s dobou hoření desítky milisekund až několik sekund, přičemž celá sestava (1) generátoru je umístěna v pracovním prostoru (6) aktivátoru, opatřeném posuvným pístem (7) s kuželovou drážkou (8) a jednosměrně těsnícím prvkem (9).
2. Posuvný semireverzibilní pyrotechnický aktivátor podle nároku 1, vyznačující se t í m, že sestava (1) generátoru má roznětný energetický materiál (3a) umístěn v pomocném kalíšku (10), který je v oblasti dna a/nebo po obvodu alespoň částečně zeslaben a/nebo přerušen.
3. Posuvný semireverzibilní pyrotechnický aktivátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že jak roznětný energetický materiál (3a), tak pracovní energetický materiál (5a) jsou v sestavě (1 ) generátoru ve stavu slisovaném.
4. Posuvný semireverzibilní pyrotechnický aktivátor podle nároku 1, vyznačující se t í m, že jeho pracovní prostor (6) je tvořen tenkostěnnou švovou kovovou trubkou.

Posuvný semireverzibilní pyrotechnický aktivátor podle nároku 1, vyznačující se t í m, že sestava (1) generátoru plynu obsahuje autoiniciační slož (11).