專利名稱：汽車乘員用約束系統(tǒng)的換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車乘員用約束系統(tǒng)的換能器，它包括一個可塑性變形材料制成的管形換能器殼體和兩個設(shè)計為圓柱形滾柱的可變形元件，滾柱設(shè)置在兩個相對的對稱面上，它們的軸線垂直于管形換能器殼體的軸線，并且每個滾柱都支承在活塞元件的斜面上離開換能器殼體的管壁，活塞元件與拉出或推入裝置固定，以便使?jié)L柱在換能器殼體內(nèi)按預(yù)定方向移動，從而使?jié)L柱與換能器殼體咬合，隨后位移使管壁塑性變形。
這種能量轉(zhuǎn)換器或換能器的目的是消除當(dāng)車輛相撞乘員作向前位移時產(chǎn)生在安全帶系統(tǒng)中的載荷峰值。當(dāng)將此種換能器與安全帶預(yù)拉伸器結(jié)合使用時更為有效，安全帶預(yù)拉伸器可在乘員向前位移開始前消除帶的松馳。此后能對乘員的向前位移給出適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動行程并同時產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換。
這種換能器也可稱為限力器，在專利EP0422，410A1中有所論述。它包括一個由可塑性變形材料制成的圓筒，其中裝有一個桿件，桿件一端由圓筒伸出，其另一端限定一個自由空間，在此空間內(nèi)容納一組滾柱。由滾柱體排列成的環(huán)的外徑大于圓筒膛孔的內(nèi)徑。當(dāng)圓筒和桿件之間出現(xiàn)高拉伸載荷時，這些滾柱體嵌入圓筒壁材料中，進(jìn)行變形工作并形成縱向凹槽;由于該變形工作使大量能量轉(zhuǎn)撳和安全帶系統(tǒng)中的載荷峰值消除。
利用這種換能器限制產(chǎn)生在安全帶系統(tǒng)中的載荷峰值，對減少車禍危險作出了重大貢獻(xiàn)，借助所謂模擬車的載荷測量能證明這一點。然而發(fā)現(xiàn)雖然利用這種換能器能限制載荷峰值，但并不能避免。
本發(fā)明基于改進(jìn)這類換能器的問題，首先采用的方式是將安全帶系統(tǒng)中的載荷峰值進(jìn)一步降低和幾乎消除，從而在安全帶系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的是幾乎恒定的載荷，或者以希望方式逐漸增加的載荷。
為了解決這一問題，本發(fā)明建議在未變形狀態(tài)管體具有圓橫截面。按照本發(fā)明的換能器結(jié)構(gòu)特別設(shè)計用于限制約5，000至12，000N范圍內(nèi)的力度。此范圍的力產(chǎn)生在安全帶扣套上;因為扣套上的力來源于兩個編織帶部分，即肩安全帶和腰安全帶，這里的力度比偏轉(zhuǎn)配件和安全帶收縮器之間編織帶部分上高一倍。按照本發(fā)明的換能器專門用于扣套和它與車體固定件之間的區(qū)域。
本發(fā)明基于以下的理解，為了避免安全帶系統(tǒng)中的載荷峰值，必須保證借助換能器殼體材料的塑性變形產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換，能平穩(wěn)地進(jìn)行而無沖擊。為達(dá)到此點，使變形元件嵌入換能器殼體材料的深度明顯超過普通換能器的滾柱體的深度是有利的。避免載荷峰值的方法還有在變形元件嵌入換能器管壁材料之前換能器殼體起初彈性變形，進(jìn)行大致的多邊形變形。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，如果管形換能器管壁的塑性變形占優(yōu)勢和彈性變形大大受到抑制，則力度與行程關(guān)系曲線上的突然波動就能避免。
各種進(jìn)一步發(fā)展和實施例列于下面各節(jié)。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點在幾種實施例的下列說明和附圖中可以參見，其中

圖1示出換能器第一種實施例的部分縱剖面圖;
圖2示出圖1所示換能器在管形換能器殼體產(chǎn)生塑性變形后的橫剖面圖;
圖2a示出圖1和2所示換能器實施例中用的板件的透視圖;
圖3a至3c示出帶有不同形狀管形換能器殼體的換能器的三種實施例;
圖4a至4c示出按照圖3a和3c實施例力度與行程的關(guān)系曲線;其中力度作為行程的函數(shù)。
在圓截面管形換能器殼體10內(nèi)的拉纜12上裝有變形裝置，它包括一前一后固定在拉纜12上的兩個活塞元件14，16和兩個滾柱18，滾柱支承在活塞元件14的兩個反向?qū)ΨQ設(shè)置的斜面20上，并且被彈性材料的板片22壓貼在斜面20的底部位置，使其軸端面與管形換能器殼體10內(nèi)壁接觸?；钊?4，16在管形換能器殼體10內(nèi)可以移動。
在安全帶系統(tǒng)中管形換能器殼體10可與車體固定，而安全帶扣套與拉纜12連接。圖1所示活塞1圓筒系統(tǒng)可以同時形成與扣套接合的安全帶預(yù)拉伸器的直線傳動器。在這樣一種結(jié)構(gòu)中，活塞元件16在管形換能器殼體10形成的圓筒內(nèi)徑受煙花氣體發(fā)生器產(chǎn)生的氣體壓力，從而使圖1所示活塞元件14，16在管形換能器殼體10內(nèi)沿箭頭F1方向移動，拉纜12與其連接的扣套相繼被帶動。安全帶張緊后被安全帶系統(tǒng)固定的乘員的向前位移一開始，拉纜12在圖1箭頭F2方向上對活塞元件14，16施加拉伸，允許活塞元件14，16沿箭頭F1方向自由運(yùn)動的滾柱18，被板片22彈性壓合在管形換能器殼體10內(nèi)壁，當(dāng)沿箭頭F2方向的運(yùn)動發(fā)生后，滾柱與上述內(nèi)壁咬合，因為它們被斜面20徑向向外壓迫。現(xiàn)在它們以一種平穩(wěn)逐增的方式嵌入管形換能器殼體10壁層材料中，導(dǎo)致上述壁層材料的塑性變形。圖2示出塑性變形的這一狀態(tài)。
如果管形換能器殼體10的壁厚是恒定的，如圖3a所示，則在圖4a所示曲線圖上的力F與行程S呈函數(shù)關(guān)系。力F是使活塞元件14，16與板片22一起在管形換能器殼體10內(nèi)位移所需的力，行程距離S是上述活塞元件14，16與板片22在管形換能器殼體10內(nèi)的位移。由圖4a明顯地看出，力F由零開始，平穩(wěn)地增加至最大值，而此最大值是在經(jīng)過可能的總行程的一部分時達(dá)到的。應(yīng)該特別指出，力F的曲線大體上不存在峰值和谷值。按照本發(fā)明，此點正是這種換能器與以往裝置的重大區(qū)別，以往的裝置具有一組單獨的變形元件，例如球，只能稍稍嵌入換能器殼體材料中。圖3a所示實施例中，換能器殼體10具有恒定的壁厚，因此直到到達(dá)換能器殼體10的停止端點時力F幾乎保持恒定。
在圖3b所示實施例中，換能器殼體10的壁厚在其大約一半長度上是恒定的，然后在10a段逐漸增加約一倍，此后在10c段保持恒定。圖4b示出力F與行程S的關(guān)系曲線。與圖4a相比，力F在通過約一半行程S后增加，在剛剛達(dá)到換能器殼體末端前出現(xiàn)最大值。
按照圖3c的實施例，換能器殼體10的壁厚由起點至末端逐漸增加。圖4c示出力F與行程S的關(guān)系曲線，可以看出，力F的增加開始較陡峭，然后，逐步遞增，逐漸在換能器殼體10的末端止點達(dá)到最大值。
適當(dāng)調(diào)節(jié)換能器殼體10全長上的壁厚尺寸，可以獲得任何所要的曲線和適合于特殊用途的力F與行程S的關(guān)系曲線。在全部方案圖中可以看到，力曲線上完全沒有明顯的峰值和谷值，因此大大消除了受傷的危險。
圖2a示出設(shè)置在斜面20上的板片22和滾柱18。斜面20制造在活塞元件14切槽的底部，每個滾柱18靠著凹槽側(cè)壁支承在對開始變形工作有利的中心靜止位置。為了避免載荷峰值，重要的是使?jié)L柱18與管形換能器殼體10的內(nèi)壁逐漸均勻地嵌入。
進(jìn)一步的改進(jìn)是使?jié)L柱18在其軸端面至外表面之間有倒圓過渡。倒圓部分的半徑取決于換能器殼體10的材料和尺寸，約為0.7-0.9mm，最好為0.8mm。這種倒圓可使?jié)L柱18的端頭與換能器殼體10的內(nèi)壁以切入方式或去屑方式緩和地嵌入。
權(quán)利要求
1.汽車乘員用約束系統(tǒng)的換能器，它包括一個可塑性變形材料制成的管形換能器殼體(10)和兩個設(shè)計為圓柱形滾柱(18)的可變形元件，滾柱設(shè)置在兩個反向?qū)ΨQ面上，它們的軸線垂直于管形換能器殼體(10)的軸線，并且每個滾柱都從側(cè)面支承在活塞元件(14)的斜面(20)上離開換能器殼體的管壁，活塞元件中固定有拉出或推入裝置(12)用于使?jié)L柱(18)在換能器殼體(10)內(nèi)按預(yù)定方向(F2)移動，從而使?jié)L柱(18)與換能器殼體(10)的管壁嵌合，隨后位移使管壁塑性變形，其特征在于管形換能器殼體(10)在不變形狀態(tài)具有圓截面形狀。
2.按照權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于在靜止?fàn)顟B(tài)每個滾柱(18)被彈性材料制的板片(22)支承在斜面(20)的底部，并且其軸端部與換能器殼體(10)的管壁接觸。
3.按照權(quán)利要求2所述的換能器，其特征在于斜面(20)制造在活塞元件(14)切槽的底部，以及滾柱(18)的軸端面由切槽的側(cè)壁沿與管形換能器殼體(10)軸線垂直方向引導(dǎo)。
4.按照權(quán)利要求1至3任何一項所述的換能器，其特征在于滾柱(18)在其軸端具有由其外表面至其端面的倒圓過渡，倒圓過渡的半徑為約0.5至1mm，最好為0.7至0.9mm。
5.按照上述權(quán)利要求任何一項所述的換能器，其特征在于管形換能器殼體(10)是由安全帶預(yù)拉伸器的煙花活塞/汽缸直線傳動器的氣缸形成，以及變形裝置設(shè)置在上述直線傳動器的活塞上，直線傳動器起動時活塞(14)的運(yùn)動方向(F1)與預(yù)定方向(F2)相反。
6.按照上述權(quán)利要求任何一項所述的換能器，其特征在于管形換能器殼體(10)的壁厚在預(yù)定方向(F2)上增加至一定程度，此程度取決于預(yù)定的拉出或推入裝置(12)施加的力(F)與換能器殼體(10)內(nèi)滾柱(18)行程(S)的關(guān)系。
7.按照上述權(quán)利要求任何一項所述的換能器，其特征在于管形換能器殼體(10)內(nèi)滾柱(18)位移時產(chǎn)生的定量力的范圍由約5，000N至約12，000N，以及特別提供用于扣套和車體固定點之間。
全文摘要
在汽車乘員用約束系統(tǒng)的一種換能器中，達(dá)到了特別平滑的力與行程的關(guān)系曲線，這時管形換能器殼體(10)產(chǎn)生塑性變形，在未變形狀態(tài)它具有圓形截面。配置兩個反向?qū)ΨQ的滾柱(18)，分別支承在活塞元件(14)的斜面上。
文檔編號B60R22/00GK1077425SQ9310214
公開日1993年10月20日 申請日期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 申請人:Trw萊帕有限公司