WO2016155677A1 - Sistema híbrido de absorción de energía de impactos - Google Patents
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Abstract
La presente invención está relacionada con un sistema híbrido de absorción de energía de impactos que está compuesto por un elemento activo consistente en una bolsa de aire tipo airbag (4) y un elemento pasivo (material con capacidad inherente de absorción de energía de impactos, que puede estar compuesto por una o varias capas de materiales diferentes) (5). El sistema híbrido aumenta la resistencia estructural de superficies con simple o doble curvatura, con lo cual incrementa la energía máxima que es capaz de absorber el sistema sin necesidad de modificar la presión interna, el volumen o el material de la bolsa de aire tipo airbag (4). El sistema puede ser inflado por inyección directa de un fluido gaseoso (2) o mediante el uso de acumuladores de gas, generadores de gas frió o generadores de gas pirotécnico. La activación del sistema puede darse a través de activadores mecánicos o electrónicos.
Description
SISTEMA HÍBRIDO DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA DE IMPACTOS
Campo de la invención
La presente invención está dirigida al campo de la seguridad personal en vehículos por medio de sistemas basados en el concepto de bolsa de aire (airbag).
Antecedentes de la invención
El concepto de prendas de vestir con bolsas de aire para protección se conoce desde 1915, encontrándose la Patente US 1 ,144,150, donde Frank Marcovsky divulgó una prenda de vestir recubierta con tubos y amortiguadores neumáticos.
La anterioridad WO 2012/044245 muestra un sistema de bolsa de aire apto para proteger la cabeza en caso de una colisión. El sistema está compuesto por una bolsa de aire interna rodeada por una externa asemejando un collar, que al momento de ser activada se infla brindando protección en la zona de la cabeza y el cuello.
El documento de patente WO 2013/186623 divulga una prenda con forma de chaleco o chaqueta que contiene un dispositivo con cámaras de aire tubulares interconectadas y que brinda cobertura a la zona cervical, los hombros y la caja torácica (pecho y espalda) del usuario.
Por su parte, el sistema de protección propuesto en los documentos de patente No. WO 2010/067285 A1 y WO 2010/067393 A1 presenta una bolsa de aire compuesta por dos paredes opuestas y asociadas para formar una cámara interna. Estas paredes poseen la cualidad de ser impermeables al gas con el que se va a trabajar en la bolsa de aire. Adicionalmente, en el interior de la cámara interna se encuentra una estructura textil formada por dos mallas sujetadas por una pluralidad de miembros de unión mientras que entre las paredes externas y la estructura interna se encuentra una capa de pegamento.
El documento de patente No. WO 2013/001494 propone un sistema de protección compuesto por un miembro inflable y una capa adhesiva adaptada para fijar los revestimientos o porciones del miembro inflable. El sistema está compuesto por: una capa interior de malla, fabrica o paño; una capa externa a prueba de escapes de gas, a la cual se encuentra adaptada una capa adhesiva, y una capa intermedia de material termoadhesivo encargada de unir las capas exterior e interior.
El sistema descrito en el documento de patente WO/2014/182599 está compuesto por múltiples celdas colapsables. Cada celda posee en su interior una capa de material de absorción de energía.
El documento de patente WO 2014/159086 divulga un aparato de protección compuesto por un caparazón y una estructura de atenuación de impactos. El caparazón incluye dos porciones que están articuladas entre sí para ajustarse a la región a proteger. Por su parte, la estructura de atenuación de impactos además de reducir las fuerzas ocasionadas por una colisión sirve para articular las dos porciones del caparazón.
De acuerdo con lo anterior, en los sistemas de protección divulgados en las anterioridades arriba señaladas no se tiene en cuenta el uso en conjunto de bolsas inflables tipo airbag y materiales de protección pasivos de absorción de energía de impactos. Estas anterioridades se caracterizan por utilizar sistemas de protección activos o pasivos, pero no una combinación de ambos
Visto lo anterior, en el estado de la técnica persistía la necesidad de desarrollar un sistema que optimizara la absorción de energía de impactos.
Objeto de la invención
La presente invención mejora el nivel de seguridad de las personas en vehículos por medio de sistemas híbridos conformados por una bolsa de aire tipo airbag (4) en conjunto con elementos de protección pasivos (material con capacidad inherente de absorción de energía de impactos, que puede estar compuesto por una o varias capas de materiales diferentes) (5). El uso en conjunto de estos
elementos incrementa la resistencia estructural de superficies de curvatura simple o doble debido a que la distribución de una fuerza puntual de impacto sobre los dos elementos de protección ocasiona que la fuerza aplicada por unidad de área sobre el elemento a proteger sea menor, disminuyendo así la gravedad de las lesiones. Los sistemas aquí revelados aumentan la capacidad de absorber energía al momento de un impacto, sin la necesidad de modificar la presión interna, el volumen o el material del que está compuesto la bolsa de aire tipo airbag.
La disposición de los elementos que componen el sistema híbrido de la presente invención puede tener las siguientes configuraciones: i) Bolsa de aire tipo airbag (4) en dirección al lado [cara] de impacto (impact face) (1 ) y el material pasivo de absorción de energía (5) ubicado hacia el elemento a proteger (body face) (3); ii) Material pasivo de absorción de energía (5) en dirección al lado [cara] de impacto (impact face) (1) y la bolsa de aire tipo airbag (4) ubicada hacia el elemento a proteger (body face) (3); y, iii) Material pasivo de absorción de energía (5) en dirección al lado [cara] de impacto (impact face) (1 ), la bolsa de aire tipo airbag (4) como material intermedio y el material pasivo de absorción de energía (5) ubicado hacia el elemento a proteger (body face) (3).
Para garantizar la mayor absorción de energía, el material pasivo (5) debe adoptar la misma forma convexa de la bolsa de aire tipo airbag (4). En esta disposición, el material pasivo (5) distribuirá la fuerza aplicada en una mayor área debido a la acción de tipo cascarón (expuesta en la descripción detallada de la invención).
Contrario a lo conocido en el estado de la técnica anterior, el sistema aquí revelado utiliza materiales pasivos de absorción de energía en conjunto con sistemas activos de bolsa de aire, donde dichos sistemas activos son inflados por inyección directa de un fluido gaseoso (2) mediante el uso de acumuladores de gas, generadores de gas frío o generadores de gas pirotécnico, y donde la activación del sistema puede darse a través de activadores mecánicos o electrónicos.
Descripción de las Figuras
Figura 1. Vista de corte isométrica explosionada del sistema. La figura muestra una de las disposiciones que puede ser asignada a los materiales bolsa de aire tipo airbag (4) y material pasivo de absorción de energía mono capa o multicapa (5), cuando el sistema se encuentra sin activar. En esta disposición el material pasivo de absorción de energía (5) se encuentra del lado [cara] de impacto (impact face) (1 ) y en el lado [cara] opuesto (body face) (3) se encuentra el elemento a proteger.
Figura 2. Vista de sección frontal del sistema descrito en la Figura 1.
Figura 3. Ilustración de la vista de corte isométrica explosionada, con líneas de corte, correspondiente al sistema descrito en la Figura 1 , cuando este está activado.
Figura 4. Ilustración de la vista de corte isométrica explosionada, correspondiente al sistema descrito en la Figura 1 , cuando este está activado.
Figura 5. Ilustración de la vista de corte isométrica, correspondiente al sistema descrito en la Figura 1 , cuando este está activado.
Figura 6. Ilustración de la vista de corte isométrica explosionada, correspondiente al sistema descrito en la Figura 1 , cuando este está activado. En esta figura se muestra el material de absorción de energía monocapa o multicapa pasivo (5) con mayor detalle.
Figura 7. Ilustración de la vista de sección isométrica del sistema correspondiente a la Figura 6.
Figura 8. Vista de corte frontal de un sistema de bolsa de aire (4) activado, donde se muestra la dirección de las fuerzas al interior de la bolsa de aire airbag (6).
Figura 9. Vista de corte transversal del sistema descrito en la Figura 8
Figura 10. Ilustración correspondiente al sistema descrito en la Figura 8 cuando se le aplica una fuerza de impacto puntual (7) en el lado [cara] de impacto (impact face) (1 ).
Figura 11. Vista de corte transversal del sistema descrito en la Figura 8 cuando se le aplica una fuerza de impacto puntual (7) en el lado [cara] de impacto (1).
Figura 12. La ilustración corresponde a la vista de corte frontal del sistema correspondiente al descrito en la Figura 1 cuando este está activado. En él se muestra la dirección de las fuerzas al interior del material pasivo de absorción de energía (8) y de la bolsa de aire tipo airbag (6).
Figura 13. Vista de corte transversal del sistema descrito en la Figura 12.
Figura 14. Ilustración correspondiente al sistema descrito en la Figura 12 cuando se le aplica una fuerza de impacto puntual (7) en el lado [cara] de impacto (impact face) (1 ).
Figura 15. Vista de corte transversal del sistema descrito en la Figura 12 cuando se le aplica una fuerza de impacto puntual (7) en el lado [cara] de impacto (impact face) (1 ).
Descripción detallada de la invención
La invención está relacionada con un sistema híbrido compuesto por una bolsa de aire tipo airbag (4) en conjunto con elementos de protección pasivos (material con capacidad inherente de absorción de energía de impactos que puede estar compuesto por una o varias capas de diferentes materiales) (5) con el fin de absorber la energía de los impactos de los usuarios de vehículos en caso de un accidente.
La disposición de los materiales que componen esta invención puede tener las siguientes configuraciones:
1. Bolsa de aire tipo airbag (4) en dirección al lado [cara] de impacto (impact face) (1) y el material pasivo de absorción de energía (5) ubicado hacia el elemento a proteger (body face) (3).
2. Material pasivo de absorción de energía (5) en dirección al lado [cara] de impacto (impact face) (1 ) y la bolsa de aire tipo airbag (4) ubicada hacia el elemento a proteger (body face) (3).
3. Material pasivo de absorción de energía (5) en dirección al lado [cara] de impacto (impact face) (1 ), la bolsa de aire tipo airbag (4) como material intermedio y el material pasivo de absorción de energía (5) ubicado hacia el elemento a proteger (body face) (3).
La teoría que rige el comportamiento de la resistencia de los arcos se encuentra presente en bóvedas, cúpulas y la cáscaras de huevo, entre otros. Cuando sobre un cascarón se presenta un esfuerzo de compresión sobre su plano superficial, el esfuerzo se distribuye hacia los soportes, lo que permite que la estructura se mantenga en pie.
Una forma de evitar el daño estructural de una superficie ocasionado por una fuerza puntual es distribuir dicha fuerza sobre la superficie del material. Así, cada punto de la superficie experimentará una fuerza menor a la fuerza neta. Este concepto lo usan los airbags para proteger un área.
Los sistemas de bolsa de aire, como los descritos en las anterioridades, absorben la energía cinética de un impacto mediante la amortiguación de una bolsa de aire. Al impactar la bolsa de aire, el cuerpo transmite a la bolsa su energía, al tiempo que ésta le impide que se mueva y lesione el elemento a proteger. De la misma forma, la fuerza ejercida al momento de un impacto es distribuida sobre el elemento a proteger.
El sistema propuesto se diferencia de las anterioridades que trabajan sistemas de bolsas inflables tipo airbag, y materiales pasivos mono capa o multicapa, como único elemento de protección. El uso combinado de ambos elementos aumenta la resistencia estructural del sistema, al mismo tiempo que se mantienen las capacidades de absorción de energía de las bolsas de aire. Así, se incrementa la energía que puede absorber el sistema sin necesidad de modificar la presión, el volumen interno o el material del que está compuesta la bolsa de aire tipo airbag.
El sistema híbrido de absorción de energía de impactos revelado en la presente invención propone el uso de sistemas de bolsas inflables tipo airbag (4) en conjunto con materiales pasivos (5) capaces de absorber parte de la energía del impacto al deformarse.
Los materiales pasivos con capacidad inherente de absorción de energía de impactos, pueden ser espumas mecánicas de celdas cerradas o abiertas, nanofibras, materiales visco elásticos o todos aquellos identificados en el estado de la técnica por sus propiedades mecánicas de absorción de energía.
El sistema híbrido revelado presenta específicamente la siguiente configuración: material pasivo de absorción de energía (5) ubicado hacia lado [cara] de impacto (impact face) (1 ) y una bolsa de aire tipo airbag (4) cuya superficie entra en contacto con el elemento a proteger. Debido a las capacidades de absorción de energía del material pasivo (4), al ser sometido a una fuerza de impacto puntual (7), este la distribuye sobre su material (8). De esta forma, fracciones de la fuerza distribuida sobre el material pasivo (8) son transmitidas a la bolsa de aire tipo airbag (6). Ya que la fuerza aplicada a la bolsa de aire (4) está distribuida sobre su superficie, esta al ser nuevamente distribuida por la acción amortiguadora de la bolsa de aire (4), brindará mayor protección al elemento a proteger. En el proceso anteriormente explicado, una fuerza de impacto puntual (7) se redistribuye 2 veces sobre una cantidad de área cada vez mayor, la primera sobre el material pasivo (8) y la segunda sobre la bolsa de aire (6). Como resultado del anterior proceso, la fuerza por unidad de área aplicada sobre el lado [cara] del elemento a proteger (3) es menor en comparación con situaciones en las que solo se use una bolsa de aire o un material pasivo como elemento de protección.
Para garantizar la mayor absorción de energía, el material pasivo (5) debe adoptar una curvatura simple o doble, de la misma forma que la bolsa de aire (4). La figura 5 corresponde a una de las combinaciones propuestas para los materiales en la cual el elemento pasivo (5) adopta una curvatura simple de la misma forma que la bolsa de inflable tipo airbag (4). En esta disposición el material pasivo (5) presentará funciones de absorción de energía inherentes a el material junto con el comportamiento de un cascaron anteriormente descrito. Por este motivo, una mayor parte de la fuerza distribuida sobre el material pasivo (8), gracias a la acción cascarón llegará a la bolsa de aire tipo airbag (4). En otras palabras, la distribución de fuerzas en el elemento pasivo (5) se presenta sobre una mayor área del material. Como consecuencia, la fuerza aplicada por unidad de área en la superficie de contacto con la bolsa de aire (4) disminuye. Estos
efectos hacen que el segundo proceso de redistribución de fuerzas, realizado por la bolsa de aire (4), disminuya la fuerza aplicada por unidad de área en el lado [cara] del elemento a proteger (3)
Él concepto del sistema híbrido puede utilizar sistemas de activación mecánicos o electrónicos para accionar inyectores de fluido de inflado tales como acumuladores de gas, generadores de gas frió y generadores de gas pirotécnico.
El concepto inventivo brinda protección sobre las zonas de cobertura del elemento a proteger en que se decida usar.
De acuerdo con las figuras se muestran las formas de las partes que integran el sistema acorde con la descripción, sin que ello implique una limitación puesto que es posible modificar diseños y tamaños dependiendo de los requerimientos del elemento a proteger, conservando el espíritu de la misma.
El sistema híbrido fue probado a nivel experimental mediante el estándar definido por la norma EN-1621 , comparando su capacidad de absorción de energía frente a la capacidad de absorción de energía demostrada por las bolsas de aire y la de los materiales pasivos de protección de manera individual. La Fuerza residual (fuerza resultante en la maquina de impactos en la ara del cuerpo a proteger), del sistema híbrido es 5 veces inferior a la del sistema de airbag y 12 veces inferior a la del sistema pasivo, demostrando claramente el mayor nivel de eficiencia y por ende incrementando los actuales índices de protección existentes en el estado de la técnica.
Claims
1. Un sistema híbrido de absorción de energía de impactos caracterizado por estar compuesto por la combinación de un sistema activo de absorción de impactos consistente en una bolsa de aire o airbag (4) y una o varias capas de elementos de protección pasivos (5), donde dichos elementos de protección pasivos son materiales con capacidad inherente de absorción de energía de impactos que están ubicados en la cara de impacto, en la cara al elemento a proteger o en ambas caras, y adoptan cualquier forma dependiendo de las zonas de cobertura del elemento a proteger.
2. El sistema híbrido de absorción de energía de impactos según la reivindicación 1 , caracterizado porque presenta alguna de las siguientes configuraciones:
Bolsa de aire o airbag (4) en dirección a la cara de impacto (1 ) y el material pasivo de absorción de energía (5) ubicado hacia el elemento a proteger (3),
Material pasivo de absorción de energía (5) en dirección al lado [cara] de impacto (1 ) y la bolsa aire tipo airbag (4) ubicada hacia el elemento a proteger (3),
- Material pasivo de absorción de energía (5) en dirección al lado [cara] de impacto (1 ), la bolsa de aire tipo airbag (4) como material intermedio y el material pasivo de absorción de energía (5) ubicado hacia el elemento a proteger (3).
3. El sistema híbrido de absorción de energía de impactos según la reivindicación 1 , caracterizado porque cuando el sistema activo o bolsa de aire (4) se infla adopta en sus superficies externas (cara de impacto o cara al cuerpo), una curvatura convexa simple o doble, y los elementos de protección pasivos (5) adoptan las mismas curvaturas del sistema activo.
4. El sistema híbrido de absorción de energía de impactos según la reivindicación 1 , caracterizado porque puede adoptar cualquier forma o configuración dependiendo de las zonas de cobertura del elemento a proteger.
5. El sistema híbrido de absorción de energía de impactos según la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema activo o bolsa de aire (4) utiliza sistemas de activación mecánicos o electrónicos para el accionamiento de los inyectores de fluido de inflado.
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| PCT/CO2015/000005 WO2016155677A1 (es) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | Sistema híbrido de absorción de energía de impactos |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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2015
- 2015-03-27 WO PCT/CO2015/000005 patent/WO2016155677A1/es active Application Filing
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