专利名称：车辆乘员保护系统用的线性传动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆乘员保护系统用的线性传动机构，它包括有烟火气体发生器以及可由其所发生之气体激励的活塞/气缸装置，在此活塞上则连接有一拉绳。这种线性传动机构对于设置在此带伸缩器或设置于此皮带系统另一部位上的皮带预拉伸器来说，是特别需要的。
已设计出各式各样有效的皮带预拉伸器。近期的种种实验结果表明，要是采用较传统皮带预拉伸器所用之力更大的力来进行之种预拉伸，则甚至可进一步提高此类安全带的保护作用。通过加大烟火气体发生器的尺寸，可以提高皮带预拉伸器的功率。撇开线性传动机构本身不论，为了承受住突发的载荷，拉绳以及经此拉绳将增大了的力传至这种安全带的机构也都必须具有较大的尺寸。
本发明则是以下述认识为基结构的通过改进上述气体发生器释放的能所作的利用，可以在不需增加或至少是不需显著增加此气体发生器功率的条件下，来提高预拉伸器的功率。根据本发明，活塞与拉绳是通过一缓冲装置送到一起的，此缓冲装置在气体发生器所发生之气体的压力升高阶段限制了活塞对拉绳所施的力，同时可让这个力连续地且更为理想的是地增加。按照设有烟火气体发生器之活塞/气缸装置的传统工作方式概念，能获得的机械功率主要取决于作用在活塞上且由作用于活塞端面上之气体压力所产生的轴向力。这里的基本设想是，上述的力可以在气缸之活塞的整个行程上获得。本发明的基本认识则是，上面这种假设是错误的。实现之气体发生器所产生的气体压力是在此发生器点火后首先骤然升高，而在缩至或不到1毫秒(ms)时便达到最大值。然后此压力下降，约在点火3ms后即小于此最大值的10%。这样，由气体发生器所释放出之能量的绝大部分，只是在活塞一完整行程(例如200mm)所需时间的很短一段内才得以利用。根据本发明的方法，活塞与拉绳是通过一缓冲装置连接到一起的，因而由气体发生器所释放出的能量是以最佳方式转折来加速此活塞的。特别是结果可使活塞加速度的最大值沿时间轴线至少是近似地与气体压力曲线的最大值重合。这种缓冲作用于是会在气体发生器所产生之气体压力升高时的活塞运动整个初始阶段中有效。在此初始阶段中，活塞走过滤活塞行程中约5-15%的一段较短距离。对于200mm的活塞冲程来说，活塞地此初始阶段例如走过了仅约16mm的距离。本发明进而认定，必须工到一种贮存为气体发生器所释放出之能量并可在常规结构中对仅约2-3ms内加以利用的方法，以使皮带预拉伸时所需的力能在皮带预拉伸器的整个行程中始终有效。业已发现，只需用机械方法就能解决这种贮能问题。当采用一种设在皮带伸缩器上并经一连接机构接合到皮带卷盘上的皮带预拉伸器时，此皮带卷盘连同绕于其上的安全带可以当作为蓄能器。上述皮带卷盘于是必须在1-2ms内加速到这样一个转速，使得在气体压力已几乎完全消失的继后阶段内，皮带卷盘与绕鱼其上之安全带的惯性矩足以形成可有效地用于预拉伸器整个行程中所必须的力，与此皮带卷盘相关联的转矩应在气体发生器点火后陡然但又不是太间断式的升高。通过上述缓冲装置，可以在经皮带卷盘上实现转矩的最佳分布。这特别有利于使活塞通过缓冲装置传给拉绳的力，能在压力上升的阶段随活塞走过的距离而逐渐加大。
取决于气体发生器的结构及其烟火混合气有组成，此气体压力可资利用的时间或可稍多于203ms，同时此气体压力曲线可下降得不太陡削。这种情况下的气体压力在活塞运动的中间与最后阶段也同样朋助于所需之传动功率的。但从基本上说，在这样一类结构中同样会由于绝大部分能量是在紧接点火后2-3ms内释放出，因而在此之后必须通过贮存于皮带卷盘和位于其上之安全带转动中的机械能，来提供较大部分的传动功率。
从DE-OS2304878中，已知一种包括有活塞及连于其上之拉杆的线性传动机构。对此种线性传动机构所产生之力来加以限制依靠的是一减压阀，它当超过预定限度的力时打开;同时在依靠一受压时将此阀压向其闭合位置时的弹簧。在此线性传动机构正常工作期间内，该减压阀保持成闭合状态。相反，根据本发明，则是通过使该线性传动机构所发展的力完全转变为可用作机械传动功率的以量而最大化。
至于缓冲装置，基本上可有两种结构在第一种结构中，此缓冲装置为一种可弹性屈服的部件，插接在活塞与拉绳之间力的传输路径中;在第二种结构中，此缓冲装置是由一可塑性变形的部件形成，此部件也同样插接在活塞与拉绳间力的传输路径之中。在后面的从属权利要求中列述了这种缓冲装置的各式实施例。
本发明的其它特色与优点可根据下面的描述及所参考的附图得知，在附图中
图1为一曲线图，说明气体压力、活塞加速褀与活塞行程分别相对于时间的变化;
图2示意地阐明一接合着皮带伸缩器之皮带带预拉伸器所肜的烟火式线性传动机构;
图3为曲线图，视作用于拉绳中的力为活塞运动初始阶段行程的函数，表明其所需的分布;
图4是本发明之线性传动机构第一实施例的剖面图，有缓冲装置设在活塞与拉绳之间;
图5a与5b分别示明了具有第二实施例所述之缓冲装置的活塞/气缸装置之纵剖面图;
图6a与6b所示的剖面5图5a和5b的类似，但是具有另一种实施例的缓冲装置;
图7a与7b是活塞/气缸装置同时还构成一换能器的又一实施例之纵剖面图与横剖面图;
图8a与8b所示剖面图与7a和7b中的类似，但是是在又另一实施例中的惰形;而图9a与9b所示剖面图则同图8a与8b类似，只是表明的是另一不同实施例中的惰形。
在图1中，是把用于安全带式乘员保护系统中皮带预拉伸器产生之气体的压力变化，作为时间t的函数纭制成曲线图。图2中则示意此表明了这种皮带预拉伸器，它有一活塞/气缸线性传动机构10，经拉绳12而与皮带轮14的周边相关联，此此带轮则借助一夹紧辊连接机构16可同一皮带伸缩器的皮带卷务18连接，而在此皮带伸缩器上则绕有安全带20。线性传动机构10包括一气缸22和一张可移动方式置纳于其中的活塞24，此活塞连接着拉绳12的自由端，同时活塞的端面一旦当一气体发生器266为一电气或机械的点火器所点燃时，就会受到此发生器所产生之高压气体的影响。在图2所示之皮带预拉伸器的传统结构中，此活塞24是牢牢地压在拉绳12之端面上的。
气体发生器26是插装在一壳体件28之孔内的，此壳体件中形成有一弯形通道30，气体发生器26点火后所产生的气体即能经此通道传至活塞24的上述端面。如图1所示，在传统结构的气体发生器26中，气体压力D首先骤增，在短至0.75ms后即达到约76×106Pa的最大值。此压力D均匀地速降，在约2.5ms后便仅约为所达到之最大气体压力的一个约10%部分。这样，几乎是全部的为气体发生器所释放的能量都是在短到2-3ms的时间内获得的。这段时间大大地少于活塞24走完直到气缸22端头之距离例如250mm所需的时间。
在按本发明制造的线性传动机构中，它的第一实施例示明于图4，活塞24所施的力并不是直接传给接绳12，而是经过一缓冲装置32才如此的。此种缓冲装置32是由一批板簧构成，它们成串地排设在拉绳12的端部上，一侧贴低着活塞24的邻近端面，另一侧21顶靠一牢牢压在拉绳12之端部的止挡件34上。当气体发生器26例如如图4所示为冲击式点火装置激活时，活塞24即在气缸22中前推，而缓冲装置22的板簧便在皮带轮14经连接件16不旋转地连到皮带卷盘18上的同时被压缩，使拉绳14受到拉伸，这是因为皮带卷盘18与绕于其上的安全带20的惯性短必须被克服。图3示明拉绳12中蓄集之拉力F相对于所走过之距离S折变化情况。从此图中可以清楚看到，这一力F在活塞运动的初始阶段是渐增的。皮带卷盘18此时由于力F约束着皮带轮14的周边而开始转动，并在活塞一约16mm的短的行程后即已达到一极高的转进。
图1还示明了活塞24的加速度G相对于时间t的变化。此图显著地表明，曲线G的轮廓与曲线F类似，特别是二者的最高点同样是在约0.75ms时达到。于是，气体压力D是在活塞24加速的最优方式下利用的。缓冲装置32在高达约1ms的活塞运动之整个初始阶段都是有效的。
图1也示明了活塞24行走之距离S相对于时间t的关系。此活塞在低的压力作用下行走了直到气缸22端头之行程例如总长约200mm的较大部分。经过约2.5-3ms后，活塞24因其质量惯性而在气缸22中继续前推。由于在气缸22的壁上，于其焱叫长的约一半处开有减压孔，业已证明，所剩余的气体压力D这时对预拉伸器的功率只有很少作用。皮带卷盘18则主要是由于它的惯性矩而继续转动。本发明的缓冲装置32所实现之力的分布(图3)，极其有利于在至多约3ms内，以皮带卷盘18和绕于其上之安全带20转动的机械能形式，最佳地贮存着气体发生器释放出的能量。所贮存的这一机械能足以按所需的预拉伸器行程来完成此伸缩装置的预拉伸。
图5与6中阐明了此种缓冲装置的另两个实施例。
在图5的实施例中，于活塞24与止挡件34之间，设有一取圆柱体形式之可弹性屈服的材料制成的、具有用于拉绳12之轴向通道的缓冲装置32。如图5b所示，此柱体当拉绳中的张力加大时是有弹性的并在同时能塑性变形。
在图6的实施例中，活塞24于其面向止挡件34的端部侧面上整体地形成朋一壁33，此壁的外表面成圆柱状，形成一与气缸10共轴线且朝壁33之自由端据宽的平截头锥形空间35。在图6a所示的静止状态下，止挡件34插入空间35的外端。一旦拉绳12中的张力升高，止挡件34便进一步拉入空间35内，而壁33即扩张并塑性变形，如图6b所示。
根据图6a至9a所示的实施例，有一块大致横切拉绳12方向的板构成了止挡件34用于壁33的扩张体。这块板的指向将会发生塑性变形之壁33的一铡边缘呈圆弧形，其曲率半径约1mm，但也可近似于1-2mm。
在以上两个实施例(图5与6)中，基本上实现了图3所示的力的分布。但是，取决于缓冲装置的结构，力F相对于行程S的分布是可以不同的;而在每一种情形下，通过设计好缓冲装置的尺寸，可使气体发生器释放出的能量于短时间内以最佳方式传至一预拉伸机构，以便把它作为机械能贮存，便可于较长时间内用来拉伸前述安全带。
图7所示的实施例基本上与图6中的相同，于活塞24上通过压缩形成一平截头锥形斜坡面40，并且只在此活塞24的一侧上，通过弹性材料的导向件44，使三个珠子在此斜坡面40的最低部位与气缸10的内侧触合。从图7b可以清楚看到，此导向件44包括两个肩部45，凭借它使珠子42保持于活塞24的上述一侧上。在与此径向相对的一侧上，活塞24则可滑动地支承在气缸10的内侧之上。当活塞24在气体发生器所产生之气体压力的作用下而运动时，上述珠子42不会阻碍这一运动。在预拉伸行程的终端，只要因拉绳12的拉引而发生活塞24反转其运动方向时，此时起到挡珠作用的珠子42便会由于其为斜坡面40沿径向外压，而立即与气缸10的壁面触合。在活塞24进一步运动时，珠子42便压入气缸10之壁料中，使此材料塑性变形，如图7b所示。随着皮带的预拉伸，相应的装置便起到换能器的作用，减小此皮带系统中的负载峰值。通过利用少数n个珠子，就可避免气缸10的弹性变形，不然，这种弹性变形便会在皮带系统中导致不规则的能量转换，并发生载荷波动。只要经拉绳12引入的力不超过一约5000N的值1这是可以接合一能最佳工作的皮带预拉伸器来精确实现的)，便可以仅仅通过少数n个可变形部件使其各自压入气缸壁料至一较大的深度，就能实现这种能量转换的。
在图8所示的实施例中，不用图7中的三个珠子而是改用一种侧端呈圆弧部分的辊，使之在无任何切割作用的情况下，普遍地压入气缸的壁料中。有关的工作方式基本上与图7中之实施例的相同。
在图9所示的实施例中，活塞被分成两个活塞部24a与24b，它们在拉绳12上设置成相互松散地沿轴向分开。在活塞部24a与24b间的空隙中设置有一块板48，它在静止状态下如图9a所示，相对于气缸10的轴线倾斜一约30°的角。板48的一端可滑动地支承在气缸40的内侧上，而与此径向相对的一端上则设有两个变形件48a与48b。用一楔状的导向件49支承住此板48，使它的两个变形件48a与48b与气缸10的内侧保持着弹性的贴合。
上述板48不会阻碍活塞24a、24b在预拉伸前述伸缩装置中的运动，而在活塞部24a、24b反向运动时，这块板就会拉直而使这两个变形件压入缸10的壁料内，使之塑性变形如图9b所示。有关的工作方式基本上与图7和8中之实施例的相同。
权利要求
1.用于车辆乘员保护系统的一种线性传动机构，它包括一烟火气体发生器(26)以及一可由此发生器所产生的气体激励的活塞/气缸装置，在此装置中的活塞(24)上则连接着一拉绳(12)；这样一种线性传动机构具体说来是用于设在一皮带伸缩器上的皮带预拉伸器上的，特征在于设置有一缓冲装置(32)，以在气体发生器(26)所释出之气体处于压力升高阶段时，来限制活塞(24)施加到拉绳(12)上的力以允许此力连续式地加大，此缓冲装置(32)会在气体发生器(26)所产生之气体压力(D)升高时之活塞运动绝大部分初始阶段内有效地起作用。
2.如权利要求1所述的线性传动机构，特征在于气体发生器(26)所产生的气体压力(D)在点火之后骤增，并在点火后约0.5-1ms以内达到其最大值，然后下降，并在点火后约3ms时下降到小于此最大值的10%。
3.如权利要求2所述的线性传动机构，特征在于缓冲装置(32)沿其有效的活塞(24)行程(s)约为此活塞总的行程之5-15%。
4.如以上任一项权利要求中所述的线性传动机构，特征在于在缓冲装置(32)有效起作用的行程内，由活塞(24)传递给拉绳(12)的力(F)随所走过的行程而逐渐增大。
5.如以上任一项权利要求中所述的线性传动机构，特征在于活塞(24)中设有一轴向孔，通过此孔使拉绳(12)的一端以不固定于活塞(24)上的方式引入其中，且在拉绳(12)的上述这一端上隔此活塞(24)一段轴向距离安装有一止挡件(34);同时此缓冲装置(32)则设定在此止挡件(34)与活塞(24)的朝向此止挡件的端面之间。
6.如权利要求5所述的线性传动机构，特征在于所述缓冲装置(32)是由其中设有拉绳(12)用之通道的一种可弹性和/或塑性变形材料体所形成。
7.如权利要求5所述的线性传动机构，特征在于所述缓冲装置(32)是由环绕拉绳(12)的弹簧装置组成。
8.如权利要求7所述的线性传动机构，特征在于所述弹簧装置是由一批成串设在拉绳上的板簧件所形成。
9.如权利要求5所述的线性传动机构，特征在于此缓冲装置(32)是由一批可塑性变形的部件(33)形成，此部件具有大致沿轴向延伸的壁部，这样的壁部当活塞(24)趋近止挡件(34)时将在其径向上发生变形。
10.如权利要求9所述的线性传动机构，特征在于前述之可塑性变形的部件(33)大致呈杯状形式，以其柱状的周壁形成一平截头的柱形空间(35)，当活塞(24)趋近止挡件(34)上，形成在此止挡件上的一种扩张体便进入这一空间内。
11.如权利要求10所述的线性传动机构，特征在于上述杯状件(33)是整体地形成于活塞(24)的与止挡件(34)相对的端面之上，而前述扩张体则是与止挡件(34)整体地成形。
12.如权利要求10或11所述的线性传动机构，特征在于由一基本上横切拉绳(12)方向的板构成上述扩张体，此板在指向可塑性变形部件(33)一侧上的边缘呈圆弧形。
13.如权利要求12所述的线性传动机构，特征在于上述圆弧形边缘的曲率半径为1-2mm。
14.如以上任一项权利要求所述的线性传动机构，特征在于活塞(24)上至少设有一个变形件(42、46、48)，此种变形件当活塞(24)的运动方向反于其在激励气体发生器(26)时的运动方向，便使气缸(10)的壁部发生塑性变形。
15.如权利要求14所述的线性传动机构，特征在于至少有一个变形件是安装在活塞(24)的仅仅一侧之上，而此活塞则是以其与上述这一侧相对的一侧可滑动地支承于前述气缸壁的内侧之上。
全文摘要
在用于车辆乘员保护系统的皮带预拉伸器中采用了一种汽缸/活塞装置，其中的活塞会受到一烟火气体发生装置所产生之气体的影响。此活塞上连接有一拉绳(12)，但这两者的连接不是直接的而是通过接插一缓冲装置于它们之间来实现的。此缓冲装置在上述气体的压力升高阶段能限制施加到拉绳上的力，允许这一力在气体发生器所产生之气体压力升高时活塞运动的绝大部分初始阶段中，能均匀地升高并保持有效。
文档编号B60R21/16GK1077166SQ9310230
公开日1993年10月13日 申请日期1993年3月3日 优先权日1992年3月5日
发明者阿瑟·弗尔 申请人:Trw莱帕有限公司