CZ307808B6 - Inflátor pro bezpečnostní systémy vozidel, zejména airbagy - Google Patents

Abstract

Inflátor obsahuje plyn těsněný v tlakové nádobě (1), v prostoru vymezeném průtržnou membránou (2), která je proti tlaku plynu zajištěna opěrným prvkem (3), posuvně spojeným s ovládacím prvkem (4). Přitom tlaková nádoba (1) je skrze meziprostor (5) propojena s airbagem (6) a ovládací prvek (4) je zároveň skrze konektor (7) spojen s řídicí jednotkou (8). Ovládací prvek (4) je na bázi solenoidu nebo materiálu s tvarovou pamětí (SMA) a umožňuje opakované použití. Tlaková nádoba (1) může být opatřena pomocnou tlakovou nádobou (9).

Description

Inflátor pro bezpečnostní systémy vozidel, zejména airbagy

Oblast techniky

Vynález se týká inflátoru pro bezpečnostní systémy ve vozidlech, jako jsou airbagy pro řidiče a další cestující ve vozidle. Jeho použití se očekává hlavně v synergii se systémy aktivní bezpečnosti a predikce průběhu havárie vozidel.

Dosavadní stav techniky

Jak je dobře známo, v automobilovém průmyslu nebo i v dalších příbuzných průmyslových odvětvích je pro aplikace nafukování vaků s výhodou využíváno pyrotechnických výrobků. Z těchto lze jako hlavní zástupce uvést plně pyrotechnické vyvíječe plynů, hybridní vyvíječe plynů a tzv. chladné vyvíječe plynů. U plně pyrotechnického vyvíječe plynů je spuštění funkce dosahováno elektrickým iniciátorem (squibem), který následně zažehne další pyrotechnické materiály, jejichž hořením vzniká směs horkých plynů a dalších látek. Po filtraci a částečném ochlazení lze tuto směs využít k nafukování airbagů. Do této skupiny by bylo možno zařadit i binární vyvíječ plynů, kde je okysličovadlo a palivo uloženo odděleně a teprve po iniciaci squibu dojde k jejich míšení a hoření za vzniku horkých plynů nebo par. U hybridních vyvíječů je kromě elektrického iniciátoru a pyrotechnického materiálu, vyvíjejícího při hoření převážně plynné produkty, využito také nádobky se stlačeným plynem. Při uvedení do funkce elektrický iniciátor zajistí zážeh pyrotechnického materiálu a také otevření nádobky se stlačeným plynem. Nafukování airbagu tak zajišťuje směs tvořená horkými plyny z hoření pyrotechnického materiálu a stlačený chladný plyn z nádobky. Poslední zmíněné chladné vyvíječe plynů jsou tvořeny elektrickým iniciátorem (squibem) a nádobkou se stlačeným plynem nebo směsí plynů. Při uvedení do funkce elektrický iniciátor zajistí otevření nádobky se stlačeným plynem a tento chladný plyn zajistí nafouknutí airbagu. Všechny tři typy výše uvedených vyvíječů plynů obsahují minimálně jeden pyrotechnický výrobek - elektrický squib. Byly také navrženy tzv. chladné vyvíječe plynů či spíše inflátory, pracující bez elektrického pyrotechnického iniciátoru, popsané například v patentu US 5906394 nebo US 5161776. K jejich zavedení do praxe však doposud nedošlo. Problémem u těchto systémů je především pomalá rychlost jejich reakce, protože u systémů aktivní i pasivní bezpečnosti používaných v automobilech je rychlost reakce jedním z rozhodujících faktorů. Do budoucna se však dá uvažovat i o těchto chladných systémech, protože stále pokračující rozvoj preventivních systémů aktivní bezpečnosti (radary, lidary) zřejmě vytvoří pole i pro využití pomaleji reagujících, ale včas iniciovaných ochranných systémů.

Existují také varianty vyvíječů plynů a modulů airbagů, které obsahují kombinaci více pyrotechnických výrobků - například dvoustupňové vyvíječe plynů nebo moduly airbagu s pyrotechnickým otvíráním bezpečnostních upouštěcích klapek. Poslední zmíněné výrobky, i když ve velmi omezené míře, umožňují reagovat na konkrétní podmínky havárie tím, že se vak airbagu nafoukne buď v konkrétním předem daném rychlém režimu, nebo v rovněž definovaném pomalejším režimu. Případně se nafouknutý vak vyfukuje buď pomaleji - konstrukčně vestavěnými netěsnostmi, nebo rychle s využitím bezpečnostních klapek. Není tedy možné významně regulovat daný děj a optimalizovat podmínky funkce bezpečnostních systémů v přímé závislosti na konkrétních podmínkách havárie (hmotnost řidiče, připoután pásy či ne, náraz v určité rychlosti, charakter a doba trvání havárie, teplota komponent bezpečnostního systému apod.).

Na ovlivnění nafukování airbagu byla navržena některá řešení, jako například použití regulačního solenoidního ventilu vloženého do cesty plynům proudícím z inflátoru plynů, viz patent US 7748737. U bezpečnostního systému podle tohoto patentu je plyn v zásobníku těsněn hlavním

- 1 CZ 307808 B6 ventilem a následně ještě prochází dalším ventilem, který reguluje množství procházejícího plynu. I přes kontrolu tlaku na vstupu i výstupu ventiluje zde větší riziko úniku plynu.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých vyvíječů plynů pro airbagy do značné míry odstraňuje inflátor pro bezpečnostní systémy vozidel, zejména airbagy, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá vtom, že inflátor obsahuje plyn těsněný v tlakové nádobě, v prostoru vymezeném průtržnou membránou, která je proti tlaku plynu zajištěna opěrným prvkem, posuvně spojeným s opakovatelně použitelným ovládacím prvkem na bázi solenoidu nebo materiálu s tvarovou pamětí (dále též SMA), přičemž tlaková nádoba je skrze meziprostor propojena s airbagem a ovládací prvek je zároveň skrze konektor spojen s řídicí jednotkou.

Inflátor pro bezpečnostní systémy vozidel, zejména airbagy, podle vynálezu má s výhodou tlakovou nádobu opatřenou pomocnou tlakovou nádobou.

Inflátor pro bezpečnostní systémy vozidel podle vynálezu je oproti nejbližšímu známému stavu techniky podstatně jednodušší, protože ovládaným prvkem je zde pouze opěrný prvek průtržné těsnicí membrány. Zejména však je předností tohoto řešení skutečnost, že zde nehrozí žádné další nežádoucí úniky plynu, protože plyn už neprochází žádným dalším ventilem a přímo nafukuje vak airbagu, případně jiný cílový prostor. Oproti klasickým bezpečnostním systémům, z nichž většina obsahuje alespoň jeden elektrický iniciátor, je inflátor podle vynálezu výhodný už tím, že se obejde bez tohoto prvku. To se příznivě promítá do ceny výrobku podle vynálezu, která u klasických vyvíječů plynů odráží i vysoké nároky na spolehlivost pyrotechnických iniciátorů. Vzhledem ke zvyšujícímu se společenskému napětí a globální hrozbě terorismu je nezanedbatelným přínosem v této souvislosti už samotná skutečnost, že inflátor podle vynálezu díky své „chladné“ konstrukci neobsahuje žádné pyrotechnické komponenty, které lze kriminálně zneužít.

Výhodou inflátoru podle vynálezu oproti v daném oboru známým řešením z hlediska jeho provozu je vytvořený mechanismus spouštění funkce inflátoru a průběžné ovládání této funkce řídicí jednotkou, umožňující regulaci toku plynu do určeného prostoru (nejčastěji airbagu) a zpět. Ovládací systém inflátoru podle vynálezu má další přednost v tom, že je opakovaně použitelný. Současně je výhodou tohoto řešení i jednoduché a spolehlivé zajištění těsnosti tlakové nádoby průtržnou těsnicí membránou. Toto řešení tak umožňuje v kombinaci s inteligentní řídicí jednotkou optimalizovat proces plnění nebo vyfukování airbagu podle vyhodnocené povahy a průběhu havárie. Díky ovládacímu systému inflátoru podle vynálezu je možno tyto procesy provádět plynule, čímž je dosaženo nejen efektivnějšího využití bezpečnostního systému, ale také zvýšení bezpečnosti uživatelů vozidel nebo zranitelných účastníků silničního provozu, jako jsou chodci, cyklisté a motocyklisté.

Objasnění výkresů

Konkrétní provedení inflátoru podle vynálezu jsou znázorněna na přiložených výkresech, na kterých značí:

- obr. 1 - inflátor se zeslabenou membránou podepřenou opěrným prvkem dvojcestného solenoidového ventilu s přímým řízením,

- obr. 2 - inflátor se zeslabenou membránou podepřenou opěrným prvkem dvojcestného solenoidového ventilu s nepřímým řízením.

-2CZ 307808 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Technické řešení dokumentované dále na konkrétních příkladech umožňuje regulaci toku plynu do airbagu a také jeho zpětné odpouštění. Jako zdroje plynů je využito tlakové nádoby obsahující stlačený plyn nebo směs plynů, jaká je známá například z konstrukce chladných nebo hybridních vyvíječů plynů. Rozdíl je v tom, že tato náplň je v tlakové nádobě před funkcí uzavřena průtržnou těsnicí membránou, která sama o sobě není schopna udržet provozní tlak, na který se tlaková nádoba plní. Tuto membránu zároveň podepírá posuvně uložený opěrný prvek, jehož následným uvolněním dojde k okamžitému protržení membrány. Opěrný prvek zároveň zasahuje do prostoru ovládacího prvku - dvoj čestného ventilu. Poloha opěrného prvku je řízena ovládacím prvkem, ať už na bázi solenoidu nebo aktuátoru z materiálu SMA, který při funkci ovládá tok plynu z inflátoru do airbagu a následně i zpět podle toho, jaký je bezprostředně monitorovaný scénář havárie.

Pro lepší názornost slouží níže uvedené příklady.

Příklad 1 fnflátor znázorněný na obr. 1 se skládá z tlakové nádoby 1, opatřené průtržnou těsnicí membránou 2, která je podepřena opěrným prvkem 3 posuvně spojeným s ovládacím prvkem 4, zde dvojcestným solenoidovým ventilem. Tlaková nádoba 1 je prostřednictvím meziprostoru 5 obousměrně propojena s airbagem 6 a ovládací prvek 4 je skrze konektor 7 spojen s řídicí jednotkou 8.

Tlaková nádoba 1 se plní stlačeným plynem, zde dusíkem, až po osazení opěrným prvkem 3 naléhajícím na průtržnou těsnicí membránu 2, načež se plnicí otvor (neznázoměn) trvale uzavře pomocí kolíku frikčním svarem.

fnflátor dle obr. 1 se uvede do funkce impulsem obdrženým z inteligentní řídicí jednotky 8, která vyhodnocuje sledované faktory možného vzniku havárie (dobu do vzniku havárie, rychlosti a povahu kolidujících těles, hmotnost řidiče a případně i dalších cestujících ve vozidle) a podle toho zvolí režim spuštění a další průběh nafukování airbagu 5. Podle následných informací ze senzorů (umístěných například v náraznících, zpětných zrcátkách, po bocích automobilu) pak v celém časovém úseku vlastního průběhu havárie řídicí jednotka 8 nadále bezprostředně koriguje režim plnění a následně i vypouštění cílového prostoru (zde airbagu 6) skrze konektor 7 přímo řízeným ovládacím prvkem 4, zde solenoidovým dvojcestným ventilem. Ten reguluje míru vysunutí opěrného prvku 3 a tedy i míru otevření průchodu plynu pro nafukování airbagu 6, od minimálního průchodu až k úplnému otevření. Tento proces probíhá řízené nejen směrem do airbagu 6, ale i z airbagu 6 ven tak, aby byla ochrana cestujících, vozidlem sražených a zranitelných uživatelů silnic pomocí airbagu 6 co nej efektivnější. Je zde umožněno doplňování airbagu 6 plynem v delším časovém úseku v případě dlouhotrvajících havárií (například při vícečetném otáčení vozidla přes střechu), stejně jako zpětné uvolňování tlaku v odůvodněných případech.

Příklad 2 fnflátor podle obr. 2 s nepřímým řízením se skládá z tlakové nádoby 1, opatřené průtržnou těsnicí membránou 2, která je podepřena opěrným prvkem 3 posuvně spojeným s ovládacím prvkem 4, zde ventilem na bázi materiálu SMA. Tlaková nádoba 1 je obousměrně bezprostředně propojena s airbagem 6 a ovládací prvek 4 je skrze konektor 7 spojen s řídicí jednotkou 8. Současně je tlaková nádoba 1_ ze strany průtržné těsnicí membrány 2 opatřena pomocnou tlakovou nádobou 9.

-3 CZ 307808 B6

Popsaný inflátor pracuje následujícím způsobem: Menší množství plynů těsněné ventilem s ovládacím prvkem 4, zde ventilem na bázi SMA je při aktivaci vpuštěno do tlakové nádoby 1, čímž dojde k protržení průtržné těsnicí membrány 1 a následné inflaci airbagu 6.

U tohoto inflátoru je uplatněno nepřímé řízení, to znamená, že uvedený ovládací prvek 4 ovládá ventil, těsnicí pomocnou tlakovou nádobu 9, ve které je určité množství plynu - směsi typu dusíkargon-kyslík V případě otevření ventiluje tento plyn přepuštěn z pomocné tlakové nádoby 9 do tlakové nádoby 1 a následně dojde vlivem zvýšení tlaku k protržení průtržné těsnicí membrány 2 a k úniku plynu směrem do airbagu 6.

Pomocí otevřeného ventilu řízeného ovládacím prvkem 4 na principu SMA materiálu se reguluje jak nafukování, tak i vyfukování airbagu 6. Cílem je v této fázi havárie - ihned po pominutí nebezpečí nárazu od kolize - airbag 6 začít vyfukovat, aby pasažéři mohli vozidlo rychle opustit a nafouknuté airbagy 6 jim v tomto nebránily.

Pro regulaci vyfukování airbagu 6 je vedle varianty ventilu řízeného ovládacím prvkem 4 na bázi aktuátoru z materiálu SMA, možné také řešení ovládacího prvku 4 tvořeného dvěma solenoidovými ventily, kdy jeden zajistí regulaci nafukování a druhý regulaci vyfukování airbagu 6.

Obě provedení inflátoru podle vynálezu, popsané v příkladech 1 a 2, mohou být použita v různých typech bezpečnostních systémů. Plyn není bezprostředně těsněn solenoidem (nebo jeho ekvivalentem z materiálu SMA), ale tento zde působí především jako ovládací prvek 4, zajišťující součinnost opěrného prvku 3 s průtržnou těsnicí membránou 2, která přebírá těsnicí funkci. Nenastává tedy problém s možným nežádoucím únikem plynu. Celý systém je jednodušší v tom, že se v prvé fázi jeho funkce řídí a iniciuje pouze krok destrukce průtržné těsnicí membrány 2, odpadají tak problémy týkající se požadavků na výstupní regulační ventil, který u klasických chladných systémů inflátorů musí být schopen dostatečně těsnit stlačený plyn pro nafouknutí airbagu.

Pro solenoidový ventil je vhodná cívka napájená napětím 3V - 500V. Reakční čas systému s inflátorem podle vynálezu se pohybuje do 10 ms. V kombinaci s inteligentní řídicí jednotkou 8, která využívá ke kontrole trajektorie radary, případně lidary, pak může celková doba funkce systému dosáhnout hodnot i několika jednotek sekund. Řídicí jednotka 8 kontroluje měřením odporu před každým nastartováním automobilu stav solenoidu v ovládacím prvku 4 vysláním kontrolního testovacího impulsu napětí. Zkontroluje se tak stav cívky, aby celý bezpečnostní systém byl připraven k aktivaci. Případná závada je signalizována kontrolkou na palubní desce automobilu. Zároveň se kontroluje hodnota tlaku plynu. Pomocí tlakového čidla se kontroluje tlak plynu v tlakových nádobách.

Průmyslová využitelnost

Inflátor podle vynálezu lze s výhodou použít především v nových automobilech a dalších transportních prostředcích, které budou využívat airbagy a zároveň budou vybaveny inteligentními systémy aktivní bezpečnosti a predikce průběhu havárie vozidel.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (2)

1. Inflátor pro bezpečnostní systémy vozidel, zejména airbagy, vyznačující se tím, že obsahuje plyn těsněný v tlakové nádobě (1), v prostoru vymezeném průtržnou membránou (2), která je proti tlaku plynu zajištěna opěrným prvkem (3), posuvně spojeným s opakovatelně použitelným ovládacím prvkem (4) na bázi solenoidu nebo materiálu s tvarovou pamětí, přičemž tlaková

-4CZ 307808 B6 nádoba (1) je skrze meziprostor (5) propojena s airbagem (6) a ovládací prvek (4) je zároveň skrze konektor (7) spojen s řídicí jednotkou (8).

2. Inflátor pro bezpečnostní systémy vozidel podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlaková 5 nádoba (1) je opatřena pomocnou tlakovou nádobou (9).