专利名称：一种新型车用气袋保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车用的气袋保护系统，特别是驾驶员用的气袋保护系统。
车辆碰撞事故造成人员伤亡已受到全世界的关注，所谓汽车防撞气袋，即碰撞后及时向气袋充气，用气袋在人体和车内其他物体(如方向盘)之间形成缓冲。现有的技术是由一个传感器启动打开气体发生器向气袋充气。气体发生器通常由火工品爆燃产气，这种装置产生的炽热气体逸出时会伤人，而且残渣有剧毒。这些火工品式的气体发生器用在民用车辆上，容易被犯罪份子利用形成社会问题。另外，这种气体发生器的Tank实验的压力一时间曲线和环境温度高度敏感，因此火工品气体发生器迟早将被淘汰。
气体发生器也可以使用储气瓶。早先的储气瓶技术有两大缺点一是气袋和储气瓶之间用管路连接，由于流阻效应，充气速度不够快；二是在方向盘蒙皮下，安放空间有限，储气瓶体积因此也不能大，储气瓶的工作压力一般不允许太高，何况绝热膨胀逸出的又是过冷气体，因此气袋内的气量和压力不足以在30～40毫秒时间内充满一个40～60公升的气袋，这样就是限制了储气瓶技术在方向盘侧的推广。针对上述困难，本发明提出了储气瓶的气体回热技术使流向气袋绝热膨胀的过冷气体首先流过某种冷凝金属网络材料组成的过渡空间，通过冷凝材料和过冷气体的热交换和热转化，以及使气流受滞、回转、散射、绕散，使处于常温的冷凝材料降温的同时又使流入气袋的气体升温、升压。与不设置冷凝材料的情况对比，气压竟能高出三倍之多，从而很容易在30毫秒时间左右弹射出一个容积约40立升的气袋来，Tank实验的压力峰值在30～40毫秒时压力可达到200KPa，这样，继混合式气体发生器Hybrid in-flator用化学增温气体之后，我们第一次用物理学方法的回热技术提高了气袋中的气温和气压，使取代国际上目前通用的火工品气体发生器成为可能。
本发明的第一个任务是用如下技术方案来实现的气袋保护装置由冲量传感器、椭球体高压储气瓶、冷凝网络回热装置及气袋组件组成。椭球体的截面呈椭园形或园形，其颈部由一薄片密封，以冲量传感器输出的讯号点燃一个雷管，用以爆破高压储气瓶顶部的薄片。我们设计的储气瓶底座落在折叠好的气袋上，瓶颈的出气口则背向气袋，并由密封锥形罩和外界隔离。从瓶口冲出的过冷气体，流经密封锥形罩内的金属丝组成冷凝回热网络，使加热了的气体流向气袋，不存在管道阻尼，在30～40毫秒时间内，即可把一个40公升左右的气袋打开充满。气瓶采用椭球体或类球体，可使气体的储气容量增大，以便能将其设置在驾驶员面前的方向盘蒙皮下的有限空间内。电雷管设置在储气瓶颈部的薄片上，并和机电式的冲量传感器连接。
本发明的另一个任务是用如下的技术解决方案来实现的气袋保护装置是由冲量传感器、储气瓶式的气体发生器、冷凝网络回热装置及气袋组件组成，其中冲量传感器的敏感元件是压电陶瓷元件，冲量传感器是用一沿车运动方向设置的弹道内的惯性体探测动量的增量，当动量的增量超过一定值时，惯性体脱离其约束机构而沿弹管内作相对运动并撞击在弹道管另一端设置的压电元件，压电元件输出的电压讯号点燃一个雷管，用以引爆高压储气瓶的瓶口薄片，使高压储气瓶中的气体高速冲入气袋，由于冲量传感器可以和气袋组件放在一起，也可以分离置放，将它设置在车身上对于动量变化最为敏感的位置或最适合测量的部位。冲量传感器输出端和气体发生器电雷管的输入端用电缆连接。为了更可靠的工作可以用铁磁体材料作惯性体，而用永磁体作为惯性体的约束机构。我们采用无电源供给的压电陶瓷元件，其输出的高电压讯号通过一个跳火间隙点燃一个电爆雷管。这就实现了冲量传感器的无电源供给的目的。惯性体只有一个内部自由度，而且只有惯性体在运动中得到足够动量后，才可能撞击电压元件产生足够高的电压讯号，这就消除了误动作的可能性。
以下结合附图和实施例对本发明作详细的说明。
图1是本发明车用气袋保护装置的示意图，一部分是高压气体容器和气袋，另一部分是冲量传感器，两部分之间用电缆连接。
图2是本发明的实施例中气体发生器和气袋组件的结构示意图。
图3是本发明实施例中的冲量传感器的结构示意图。
从图1可以看出高压器，雷管和气袋组件可以紧凑地设置在汽车的方向盘内。本发明的改进在于采用冲量传感器而不是直接采用压力传感器，压电元件用接受冲量一动量的增量一的大小来判断碰撞的严重程度。还有，本发明没有设置电源也没有预储能量，这样提高了工作的可靠性，消除了误动作的机会。
图2中所表示的气袋1是张开的，在平常气袋1是折叠起来设置于高压气体容器2底部的下面。高压气体容器2的顶端。就是密封片3。紧接着薄片3的上面的是电爆雷管4，电爆雷管4是由支架5固定在高压气体容器2的顶部。电爆雷管4的上面是触针6，触针外面有绝缘体7使触针和放气罩8之间电绝缘，以便加入电触发信号。绝缘体7和放气罩8紧配合，放气罩8的侧面有多个园形孔9。孔9的内侧有过滤层10，用以阻止固态颗粒通过孔9进入气袋1。放气罩8外面有一个锥形盖11，盖11的盖底外沿园和气袋1用螺栓和垫圈等密封，在放气罩8，瓶体2和锥形盖11所规范界定的空间内填充有冷凝网络材料12。从孔9射出来的气体通过孔9经盖11内的锥面反射，流经冷凝网络材料直接射向气袋入口的园环间隙。高压气体容器2的容积可以在150到300毫升间，工作压力不低于200个大气压。
图3中所表示的冲量传感器是由压电陶瓷13，弹道管14和中间的惯性体15以及作为约束机构的永磁体16构成，弹道管14的另一端是压电陶瓷元件10，其前方有一个垫片17用于传递冲击力。压电元件13后方有一个跳火间隙18，当电压超过一定值时，信号才可以通过跳火间隙18和另一端的电缆接头19输出。这样则可以用跳火的电压阀值来甄别冲量是否达到或超过预定的范围。弹道管14一般设置在车内最合适的位置，由于汽车在碰撞时不同部位有不同的形变，所以感受到的冲量也不同，设计时要有所选择。弹道管14的方向应当和车的运动方向平行。约束机构16的作用是在急刹车时能锁住惯性体15不动。用压电陶瓷元件13可以得到高电压的输出，用以引爆电雷管4。惯性体的质量可以选择7-100克之间，其弹道管14内的行程为0.2厘米-4厘米。惯性体14的形状在这个实施例中是圆球形。
选择本发明的高压气体容器式的气袋保护装置，可以打开一个装在方向盘内，体积为40-60公升的气袋，并在30-40毫秒内完成全部充气过程。使用压缩氮气、氦气或氩气是无公害的，而且气袋内的冷气体不会伤人。另一方面用本发明的机电结合的传感器探测的是碰撞中产生的冲量，可以准确地判断是否是严重的碰撞事故。探测器中没有电源，也没有其他能源，提高了气袋保护装置中可靠性。这种改进所用的结构都很简单、紧凑，而且另部件少，所以能提供工作可靠而价格适中的产品。
虽然以上的实施例和说明都是用于汽车方向盘上的气袋保护装置来说明的，但本发明专利不限于汽车驾驶员用的气袋保护装置，在高速车辆的边座乘员的保护方面也可以应用。一个本领域的技术人员在阅读了说明书后，通过举一反三所能设计出来的各变形方案，只要是利用了本发明专利的构思，都应当认为是本发明专利的保护之一。
权利要求
1.一种车用气袋保护装置，由冲量传感器、气体发生器、冷凝网络回热装置及气袋组件组成，其特征是a.所说的气体发生器是一个椭球体或类球体的高压储气瓶，其内部截面呈椭园形或园形，其顶部出口由一薄片密封，出口薄片背向气袋。b.以所说的冲量传感器输出电压讯号点燃一个电爆雷管，用以爆破所说的薄片。c.所说的冷凝网络是由一定质量的金属丝组成的多孔气路网络来增加过冷气体和冷凝材料的热交换面积，并将其安放在气体出口流向气袋的过渡空间内，使气体升温、升压。
2.按权利要求1所说的气袋保护装置，其特征是所说的椭球体高压储气瓶的容积为150～350毫升，工作压力不低于200个大气压。
3.按权利要求1和2所说的气袋保护装置，其特征是所说的椭球体储气瓶，冷凝网络回热装置和气袋组件是放在方向盘内的。
4.由权利要求1所说的冲量传感器其特征是a.冲量传感器的敏感元件是不需电源供给的压电陶瓷元件。b.所说的冲量传感器是用一沿车运动方向设置的弹道管内的惯性体探测动量的增量，当动量增量超过一定值时惯性体脱离其约束机构而沿弹道管内的弹道相对运动和撞击弹道管另一端的所说的压电陶瓷元件。c.以所说的压电元件输出的电压讯号点燃一个雷管，用以引爆所说的对气体发生器的颈口薄片。
5.按权利要求4所说的冲量传感器，其特征是所说的惯性体的质量为7～100克，行程0.2～4厘米。
6.按权利4所说的冲量传感器，其特征是所说的惯性体的约束机构是永磁体，为此所说的惯性体要用铁磁材料制作。
7.按权利要求4所说的冲量传感器，其特征是所说的陶瓷压电元件输出的高电压通过一个跳个间隙点燃所说的电爆雷管。
8.按权利要求1所述的冷凝网络回热装置是本发明专利的特有内容，它区别于传统的储气瓶技术，它是一种有别于Hybrid inflator化学加热气体，使气体快速升温的纯物理学的加热过冷气体的方法。
全文摘要
本发明公开了一个能装在汽车方向盘蒙皮下椭球体高压储气瓶技术，拟取代国际上通用的火工品式的气体发生器。和传统的储气瓶技术不同在于本发明提出了回热技术使过冷气体首先流过充满冷凝材料网络的过渡空间—通过和材料的热交换和热转化使流过的气体升温、升压—再充入气袋。这样，高压储气瓶的体积就可以作得足够小，并在足够短的时间内，释放气体来打开和充满一个体积足够大的气袋。和火工品式气体发生器比较，其优点是没有容易伤人的灼热气体；没有有毒的残渣；气体的热力学性质和气体发生器的环境温度不敏感，性能更稳定。
文档编号B60R21/26GK1154927SQ96100368
公开日1997年7月23日 申请日期1996年1月16日 优先权日1996年1月16日
发明者范良藻, 范思琼 申请人:范良藻