專利名稱：車輛乘客保護(hù)系統(tǒng)中的換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛乘客保護(hù)系統(tǒng)中的換能器，此種換能器包括有可塑性變形材料制的管狀變換器主體以及置納在此管狀變換器主體內(nèi)的變形裝置，此變形裝置則連接著一推拉裝置并具有至少一個(gè)變形部件，這種變形部件當(dāng)上述變形裝置于變換器主體內(nèi)沿一預(yù)定方向移動(dòng)時(shí)，便會(huì)與此主體的壁部融合，并在其進(jìn)一步移動(dòng)時(shí)使此壁部發(fā)生塑性形變。
上述這種能量變換器或換能器，是用來(lái)減小車輛碰撞時(shí)乘客朝前位移過(guò)程中出現(xiàn)于安全帶系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載峰值。在車輛乘客開始上述這類朝前位移之先，當(dāng)把此種換能器與一種可消除安全帶松馳現(xiàn)象的緊帶器結(jié)合到一起，效果尤為顯著。
述及的這種換能器也稱為限力裝置，業(yè)已在EP(歐洲專利)0422410A1號(hào)中描述過(guò)。它包括一可塑性變形材料制的筒體和置納在此筒體內(nèi)的一根桿件，桿件的一端突出到筒外，而其另一端則限定出一裝有許多滾動(dòng)體的環(huán)狀自由空間。由這批滾動(dòng)體所形成之此種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的外徑大于該筒體空腔的內(nèi)徑。當(dāng)筒體與桿件間承受有很高的張力負(fù)載時(shí)，這些滾動(dòng)體就會(huì)陷入筒體壁部的材料內(nèi)，實(shí)施變形作業(yè)而形成一批縱溝;由于這項(xiàng)作業(yè)，就會(huì)發(fā)生大量的能量轉(zhuǎn)換而減小安全帶系統(tǒng)中的負(fù)載峰值。
正如通過(guò)對(duì)所謂人形靶進(jìn)行的負(fù)載測(cè)量可以證明的，利用這種換能器，是可以限制安全帶系統(tǒng)中所發(fā)生的負(fù)載峰值，而大有助于減少乘客蒙受傷害之風(fēng)險(xiǎn)的。但是已經(jīng)得知，盡管用這種換能器可以限制安全帶系統(tǒng)中的負(fù)載峰值，但卻不能避免這些峰值。
本發(fā)明是以按照下述方式來(lái)改進(jìn)開始時(shí)提及的這種換能器的問題為基礎(chǔ)的，這就是使安全帶系統(tǒng)中的負(fù)載峰值進(jìn)一步減小，甚至幾乎消除，而得以在此安全帶系統(tǒng)中存在一種基本上恒定的負(fù)載，或是一種依所需方式漸增的負(fù)載。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出，使前述變形裝置只在其一側(cè)配置若干變形部件，而令其與該側(cè)徑向相對(duì)的一側(cè)可滑動(dòng)地支承在換能器主體的內(nèi)側(cè)之上。本發(fā)明的這種換能器結(jié)構(gòu)經(jīng)設(shè)計(jì)成為可用于作用力的限度高達(dá)約7000N范圍的水平。上述范圍內(nèi)的力是發(fā)生在轉(zhuǎn)向接頭與安全帶伸縮裝置間的帶部上的。當(dāng)采用一種高效的緊帶器時(shí)，甚至可以實(shí)現(xiàn)至多僅約為5000N的值。因此，本發(fā)明的換能器特別適用于具有配合在安全帶卷軸上之緊帶器的安全帶伸縮裝置。
本發(fā)明是以下述認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)的為了避免安全帶系統(tǒng)中的負(fù)載峰值，就必須確保通過(guò)變換器主體材料的塑性變形所進(jìn)行的能量變換是均衡地逐漸發(fā)生。為此，最好是使前述變形部件要比公知的換能器的滾動(dòng)體能以更顯著的深度壓陷到變換器主體的材料中。援用上述見解就只需采用少數(shù)幾個(gè)但必須能從事更強(qiáng)變形作業(yè)的變形部件。這樣就避免了在這些變形部件壓入到變換器主體壁部材料中之前，使此變換器主體壁部初始時(shí)作彈性屈服而后成近似多邊形的變形。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，要是這種管狀的變換器主體壁部所發(fā)生的主要是塑性變形而彈性變形受到廣泛的抑止，則能基本上避免相對(duì)于上述位移行程中的作用力分布出現(xiàn)急劇波動(dòng)。
本發(fā)明之第一個(gè)實(shí)施例的特點(diǎn)是，作為上述位移行程之函數(shù)的這種作用力的分布是極其平穩(wěn)的，這是因?yàn)樗玫淖冃尾考侵辽僖粋€(gè)取滾珠或滾柱形式的滾動(dòng)體，此種變形部件的遠(yuǎn)距變換器主體的一側(cè)支承在一與前述推拉裝置相結(jié)合的活塞件之斜坡面上。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中，則這種力的相對(duì)于行程的分布，盡管不如上述實(shí)施例中那樣平穩(wěn)，也還是相當(dāng)平穩(wěn)的，而這里的變形裝置，則包括一塊可在斜向變換器主體軸線的一靜止位置和一為下述的工作位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，在此工作位置，此變形裝置使得形成在其徑向外端的變形部件與變換器主體的內(nèi)側(cè)融合，同時(shí)以其沿徑向?qū)χ玫亩瞬靠苫瑒?dòng)地支承在變換器主體的內(nèi)側(cè)上。此實(shí)施例的特點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和制造費(fèi)用低。
這兩個(gè)實(shí)施例的其他各種發(fā)展形式將列述于從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)與優(yōu)越之處將可從下面幾個(gè)實(shí)施例的描述中并根據(jù)所參考的附圖獲得理解，在附圖中

圖1是本發(fā)明之換能器的第一實(shí)施例的示意性部分縱剖面圖;
圖2示明圖1給出之換能器在其管狀變換器主體業(yè)已發(fā)生塑性變形后的橫剖面;
圖3是第二實(shí)施例的透視圖，其中略去了管狀變換器主體;
圖3a是圖3所示實(shí)施例中一導(dǎo)向件的透視圖;
圖4是圖3所示換能器在其管狀變換器業(yè)已發(fā)生塑性變形后的橫剖面圖;
圖5是此種換能器又一實(shí)施例的透視圖，其中略去了管狀變換器主體;
圖5a是一用于圖5實(shí)施例中之彈性板的透視圖;
圖6是圖5所示之換能器的實(shí)施例在其管狀變換器主體業(yè)已發(fā)生塑性變形后的橫剖面圖;
圖7示明此種換能器又一實(shí)施例的示意性部分縱剖面;
圖8示明圖7所示實(shí)施例的橫剖面;
圖9與10類似于圖7與8，但是是在管狀變換器主體業(yè)已塑性變形后;
圖11示明圖7至10所示實(shí)施例的一種變型;
圖12示明圖11所示之換能器變型在其管狀變換器主體業(yè)已發(fā)生塑性變形后的橫剖面;
圖13是用于圖11至12中實(shí)施例的一種板狀變形裝置的透視圖;
圖14是圖11中的一種彈簧件的透視詳圖;
圖15a至15c示明了三種具有不同構(gòu)型之管狀變換器主體的實(shí)施例;而圖16a至16c的曲線圖示明了在圖15a至15c中作用力相對(duì)于上述向前位移行程的分布。
在一具有圓形橫剖面的管狀變換器主體10中有一設(shè)置于一拉索12上的變形裝置，它包括兩個(gè)一前一后扣緊于此拉索12上的活塞件14、16，同時(shí)，有一個(gè)處于活塞件14一錐形斜坡面20上的滾珠18，此滾珠由一彈性材料制的導(dǎo)承件22保持于斜坡面20底部的靜止位置，并和管狀變換器主體10內(nèi)側(cè)作彈性接觸。這兩個(gè)活塞件14、16亦可形成為單一的一個(gè)活塞件，并可在管狀變換器主體10內(nèi)移動(dòng)。在所示的本實(shí)施例中，上述導(dǎo)承件22是一種密封圈，以其最小直徑的一端環(huán)繞于錐形斜坡面20上，且支承于活塞件16所形成的肩部上。
圖1中所示的活塞一氣缸裝置，可在同時(shí)構(gòu)成配合到一安全帶伸縮裝置卷帶軸上之安全帶預(yù)拉伸器用的線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在此種結(jié)構(gòu)中，活塞件16在由管狀變換器主體10所形成的氣缸內(nèi)，受到一種煙火氣體所產(chǎn)生之氣體壓力的作用，使活塞件14、16在圖1中依箭頭F1的示向于管狀變換器主體10內(nèi)移動(dòng)，而拉索12則以周知的方式繞定在一可與安全帶伸縮裝置之卷帶軸相匹配的皮帶輪上。當(dāng)通過(guò)此卷帶軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使安全帶拉緊后，安全帶系統(tǒng)便開始對(duì)車輛乘客的朝前位移起到保護(hù)作用，而有一拉力通過(guò)拉索12，于圖1箭頭F2的方向作用到活塞件14、16上。可以使活塞件14、16依箭頭F1的方向作自由運(yùn)動(dòng)的滾珠18，它為導(dǎo)承件22彈性地保持成與管狀變換器主體10壁部?jī)?nèi)側(cè)作觸合狀態(tài)，但當(dāng)發(fā)生順箭頭F2指向中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，此滾珠由于為斜坡面20的徑向外壓，即與上述壁部頂合。此時(shí)的滾珠18即均衡而緩漸地壓入管狀變換器主體10之壁部材料內(nèi)，導(dǎo)致此壁部塑性變形成圖2所示的狀態(tài)。上述的亦可相互制成單件形式的活塞件14、16，以它們與滾珠18相對(duì)的側(cè)部可滑動(dòng)地支承于管狀變換器主體壁的內(nèi)側(cè)上。為了盡可能地促成一種均勻的前向位移和反向的平穩(wěn)位移過(guò)程，最好于管狀變換器主體10壁部的內(nèi)側(cè)涂敷上一種潤(rùn)滑劑，以減少活塞14、16與此壁部間的滑動(dòng)摩擦。
要是管狀變換器主體10的壁厚是圖15a所示的恒定不變形式，就會(huì)得到圖16a所示的力F相對(duì)于行程S的分布形式。這里的力F乃是在活塞14、16位移中，管狀變換器主體10內(nèi)之滾珠18所必須施加的力，而此行程距離S乃是這兩個(gè)活塞件與滾珠18在變換器主體10內(nèi)的位移距離。從圖16a中可以看到，力F從零開始，平穩(wěn)地上升到僅僅經(jīng)過(guò)一部分有效總行程后即達(dá)到的最大值。應(yīng)該特別注意，這一力F的分布是基本上不存在峰與谷的。本發(fā)明的這種換能器與先有技術(shù)顯著不同之處即在于，它包括有一批批只是稍微壓陷入變換器主體材料內(nèi)的滾珠。在圖15a所示的實(shí)施例中，變換器主體10之壁厚是恒定不變的，因而力F直到變換器主體10的終點(diǎn)擋板前部基本上是恒定的。
在圖15b所示的實(shí)施例中，變換器主體10的壁厚在其約一半的長(zhǎng)度上保持恒定，然后在其一個(gè)部段10a上漸增至原先保持不變的厚度值的兩倍，隨之在部段10c上再恒定地維持著這個(gè)兩倍的值不變。圖16b示明與此相應(yīng)的力F相對(duì)于行程S的分布。與圖16a所示的不同，這里的力F在通過(guò)約一半的行程S后即遞增，并在剛剛到達(dá)變換件主體10終端之前達(dá)到其最大值。
在圖15c所示的實(shí)施例中，變換器主體10的壁厚從始點(diǎn)漸增至終端。圖16c示明與之相應(yīng)的力F相對(duì)于行程S的分布，可以看到，此力F一開始即較陡然地加大，然后漸增并逐漸地上升至變換器主體10終端的擋板區(qū)域內(nèi)達(dá)到一最大值。
通過(guò)在變換器主體10的整個(gè)長(zhǎng)度上合理地確定其壁厚的尺寸，基本上可以實(shí)現(xiàn)適合特定用途的力F相對(duì)于行程S的任何所需分布。在以上所有的設(shè)計(jì)形式中都可看到，這種力的分布圖是完全不存在顯著的峰與谷的，因而能夠大大地減少乘客蒙受傷害的風(fēng)險(xiǎn)。
圖3、3a和4所示之實(shí)施例與圖1和2所示之實(shí)施例的不同之處在于，是用四個(gè)相鄰配置的滾珠18a、18b、18c與18d來(lái)取代原先只設(shè)置的一個(gè)滾珠。這里的導(dǎo)承件22取部分的筒狀形式，以其上的缺口23置納著滾珠18a至18d。這類滾珠的個(gè)數(shù)取決于此種能量轉(zhuǎn)換中所需之力F的水平(圖16a至16c)。在此實(shí)施例中，同樣可以援用盡可能少用幾個(gè)滾珠以免變換器主體10發(fā)生彈性變形的原則。
在圖5、5a與6所示的實(shí)施例中，不是用一個(gè)滾珠而是用一滾柱19，此滾柱是放在一活塞件15的平坡面21上，并在此坡面21的最低點(diǎn)處抵靠一板件25，這樣地與管狀變換器主體10之臂部的內(nèi)側(cè)接觸。此坡面21是形成于活塞件15中開設(shè)出的一道凹槽中。借助此凹槽的兩個(gè)側(cè)壁，滾柱19得以保持在一個(gè)便于開始變形工作的有利靜止位置。為了避免低的峰值，重要的是使?jié)L柱19均勻而平穩(wěn)地融合上管狀變換器主體10的內(nèi)側(cè)。
更理想的是使此滾柱19的兩軸向端面呈圓弧形地過(guò)渡到其外表面。此圓弧部的半徑，取決于變換器主體10所用的材料與尺寸，約從0.7至0.9mm，最好是0.8mm。這種能以切削或去毛刺方式所作的倒圓處理，保證了滾柱19及其兩端能緩和地與變換器主體10的內(nèi)側(cè)融合。
在下面擬對(duì)照?qǐng)D7至14所述的實(shí)施例中，是把一種板件30形式的變形裝置設(shè)定于分隔開安裝在拉索的兩活塞之間。板件30中開設(shè)出有一用作拉索12通道溝中央夾孔32?；钊?4面向板件30的一側(cè)呈楔形，并有一個(gè)孔置納著頂在板件30鄰近端上的壓力彈簧33。此板件30為活塞件14與此壓力彈簧保持在一與變換器主體10之軸線成約30°傾角的靜止位置，板件的上面形成有一凸耳31a的端部31與變換器主體10壁部的內(nèi)側(cè)相融合，而其另一端33則可滑動(dòng)地支承于變換器主體10的內(nèi)側(cè)上。從圖7與9中可以看到，凸耳31a有一圓角31b，保證了能緩和地壓入變換器主體壁部的材料內(nèi)，而不會(huì)形成毛刺或造成切削影響。
圖8示明了此種換能器在管狀變換器主體10塑性變形前的狀態(tài)。
這一以板件30取代滾珠18或滾柱19之實(shí)施例的作業(yè)方式，基本上與前述實(shí)施例的相同。當(dāng)活塞件14、16依圖7中箭頭F3方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，板件30保持于其傾斜的靜止位置。相反，當(dāng)有一拉力通過(guò)拉索12順圖7中箭頭F4方向作用到活塞件14、16上時(shí)，這一以其凸耳31a彈性地與變換器主體10壁部?jī)?nèi)側(cè)相融合的板件30，即行豎起而以其凸耳31a壓入變換器主體10的壁部材料內(nèi)。
圖9與10之實(shí)施例不同于圖7與8之實(shí)施例處，只不過(guò)是使板件30保持于其靜止位置之裝置的構(gòu)型。在這里的實(shí)施例中，所說(shuō)的裝置是由彈性材料的楔形導(dǎo)承件22形成，它所具有的功能完全同于圖7與8之實(shí)施例中的楔形構(gòu)型之活塞14與壓力33相結(jié)合的情形。此外，在圖9與10中還示意地表明了管狀變換器主體10的變形狀態(tài)，而在圖7與8實(shí)施例中所發(fā)生的變形狀態(tài)則與此類似。
在圖11所示的實(shí)施例中，板件30上設(shè)有兩個(gè)相鄰的凸耳31a、31c。此板件由一導(dǎo)向件22a保持于兩個(gè)活塞件14a16a之間的一傾斜靜止位置，而這兩個(gè)活塞件則相互分開地安裝在一剛性桿12a之上?；钊?4a的周邊上形成有一槽縫，其中插裝著一密封圈15。導(dǎo)承件22a獨(dú)立地示明于圖14中，是一個(gè)彎成大致U形的彈簧金屬板，上面有兩個(gè)用來(lái)讓桿12a通過(guò)的孔。此導(dǎo)承件的作用完全與圖9與10實(shí)施例中的導(dǎo)向件22相同。板件30的構(gòu)型獨(dú)立地示明于圖13中。
在圖7至14的實(shí)施例中，變換器主體10的壁厚尺寸的確定同樣根據(jù)曾相對(duì)于圖15a至15c所解釋過(guò)的原則。
權(quán)利要求
1.一種車輛乘客保護(hù)系統(tǒng)中的換能器，它包括有由可塑性變形材料制的管狀變換器主體(10)以及納置于此管狀變換器主體內(nèi)的一種變形裝置，此變形裝置則連接一推拉裝置(12；12a)且包括至少一個(gè)變形部件(19；19；31a；31c)，此種變形部件當(dāng)上述變形裝置于變換器主體(10)內(nèi)沿一預(yù)定方向(F2)移動(dòng)時(shí)，便會(huì)與此主體的壁部融合，并在其進(jìn)一步移動(dòng)時(shí)使壁部發(fā)生塑性形變，其特征在于此種變形裝置只在它的一側(cè)上設(shè)有前述的變形部件(18；19；31a；31e)，而以其與這一側(cè)相對(duì)的一側(cè)可滑動(dòng)地支承于此變換器主體(10)的內(nèi)側(cè)上。
2.如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于用作為上述部件的是取滾珠或滾柱形式的滾動(dòng)體，此種變形部件是以其遠(yuǎn)距管狀變換器主體(10)的那一側(cè)，支承在與前述推拉裝置(12)相結(jié)合的一活塞件(14;15)的斜坡面(20;21)上。
3.如權(quán)利要求2所述的換能器，其特征在于用作為那種滾動(dòng)體的是一批相互鄰接設(shè)置的的滾珠(18a，18b，18c，18d)。
4.如權(quán)利要求2所述的換能器，其特征在于前述的滾動(dòng)體是由一滾柱(19)形成，此滾柱裝配成使其軸線垂直于管狀變換器主體(10)的軸線，且在其兩軸向端部包括有一從其外表面至其端面的圓弧形過(guò)渡區(qū)。
5.如權(quán)利要求4所述的換能器，其特征在于上述圓弧形過(guò)渡區(qū)的半徑約在0.5至1mm之間，且最好是在0.7至0.9mm之間。
6.如權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的換能器，其特征在于至少有前述的一個(gè)滾動(dòng)體(18;19)是通過(guò)一彈性材料制的板件(22;25)支承而處于前述斜坡面(20;21)底部的一靜止位置上，而以此滾動(dòng)體的軸向端與變換器主體(10)的壁部融合。
7.如權(quán)利要求6所述的換能器，其特征在于前述斜坡面(20)是形成在活塞件(15)中開設(shè)出之一凹槽(15)的底部上，同時(shí)，前述滾動(dòng)體(18)的軸向端面則為此凹槽的側(cè)邊沿著橫切管狀變換器主體(10)軸線的方向?qū)б?br> 8.如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于前述變形裝置包括一塊可在斜向變換器主體(10)軸線的一靜止位置和一為下述的工作位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，在此工作位置，此變形裝置使得形成在其徑向外端的變形部件與變換器主體(10)的內(nèi)側(cè)融合，同時(shí)以其沿徑向?qū)χ玫亩瞬靠苫瑒?dòng)地支承在此變換器主體的內(nèi)側(cè)上。
9.如權(quán)利要求8所述的換能器，其特征在于所述的變形部件是由兩個(gè)在前述板件(30)一徑向端上的相鄰?fù)苟?31a，31c)所形成，這兩個(gè)凸耳的徑向端均已倒圓。
10.如權(quán)利要求9所述的換能器，其特征在于上述變形部件(31a)在其融合到變換器主體壁部之邊緣上倒有圓角(31b)。
11.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的換能器，其特征在于所述板件(30)為一可彈性變形的導(dǎo)承件(22)保持于一使此板件平面斜向變換件主體(10)的靜止位置。
12.如權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的換能器，其特征在于所述板件(30)被裝配成，當(dāng)其處在安裝于前述推拉裝置兩相互分開之活塞件(14，16)間的一靜止位置時(shí)，斜向管狀變換器主體(10)的軸線;而在從此靜止位置依前述預(yù)定方向(F2)位移時(shí)，即行豎起而與變換器主體(10)的壁部融合。
13.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的換能器，其特征在于所述管狀變換器主體(10)是由一緊帶器的煙火式活塞-氣缸線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缸體所形成，而所述變形裝置則設(shè)在此線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的活塞之上，此活塞當(dāng)起動(dòng)該線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向與該預(yù)定方向(F2)相反。
14.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的換能器，其特征在于所述管狀變換器主體(10)的壁厚沿上述預(yù)定方向(F2)增大的程度取決于通過(guò)前述推拉裝置引入之力(F)相對(duì)于變形裝置于變換器主體內(nèi)的行程(S)的預(yù)定分布。
15.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的換能器，其特征在于所說(shuō)的管狀變換器主體(10)壁部的內(nèi)表面上涂有一層潤(rùn)滑劑。
16.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的換能器，其特征在于此種換能器的尺寸設(shè)計(jì)成，可用于當(dāng)所述變形裝置于相應(yīng)管狀變換器內(nèi)位移時(shí)所發(fā)生的力在高達(dá)約7000N的范圍內(nèi);且特別適用于安全帶的一端點(diǎn)和此安全帶一固定于車輛上的點(diǎn)之間。
全文摘要
在車輛乘客保護(hù)系統(tǒng)用的一種換能器中，只通過(guò)設(shè)置少數(shù)幾個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)管狀變換器主體塑性變形的變形部件，就能使作為變形裝置位于此管狀體內(nèi)位移行程之函數(shù)的力，相對(duì)于此行程具有特別平穩(wěn)的分布。作為此種變形部件之一，可以是至少一個(gè)設(shè)置于一活塞件斜坡面上的滾珠。
文檔編號(hào)B60R22/46GK1076656SQ93102139
公開日1993年9月29日 申請(qǐng)日期1993年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月27日
發(fā)明者阿特·佛爾 申請(qǐng)人:Trw萊帕有限公司