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简单可靠的蛇形安全带卷收器
2019-11-25 07:46

理想的安全带作用过程短暂而有序:首先,及时收紧,在事故发生的第一时刻毫不犹豫地把人“按”在座椅上。然后,适度放松,待冲击力峰值过去,或人已能受到气囊的保护时,即适当放松安全带。避免因拉力过大而使人肋骨受伤。而安全带的重要性到底有多大是不少人的疑问,我们可以看下面的数据。

在工程领域,最简单的解决方案往往就是最优秀和可靠的设计。TRW最新的座椅安全带创新技术——第四代蛇形预紧器卷收器SPR4就是这样一个例子。

据美国公路交通安全局的一份研究报告显示,在美国,安全带平均每年可挽救13000个生命。同时,NHTSA还估计,如果系好安全带,7000遇难者本可以幸免于难。虽然某些情况下安全带确实也会造成严重伤害或死亡,但几乎所有安全专家都认为系好安全带可显著增加您在事故中的生存机会。据NHTSA估计,安全带可将前排乘客的死亡风险降低50%。

该系统首次使用一个蛇形聚酰胺塑料)活塞代替金属部件来传递张紧扭矩。当车辆的传感器触发安全带系统时,烟火气体发生器被点燃并释放出绿色气体,气体膨胀并在导管中形成压力。压力作用于蛇形塑料活塞上,活塞被强制推入一个小齿轮中。然后小齿轮将相当大的扭矩传递至安全带卷收器卷轴,以预紧安全带。该设计简单且可靠,实现轻量化的同时结构紧凑。

永信贵宾会,汽车中的一切物体都有自己的惯性,且独立于汽车的惯性。汽车将其乘坐者加速到汽车的速度。假设您以约80公里/小时的速度巡航。您的速度和车速几乎相等,因此,您感觉您与车辆就像是一个整体在一起移动。

第一代烟火式安全带预紧器于1981年在日内瓦车展上推出,作为一种创新的被动安全带技术,烟火式安全带预紧器如今已成为车辆约束系统的重要组成部分。

但如果汽车撞到电话线杆,显然您的惯性将与汽车的惯性彼此完全独立。电话线杆的阻力会使汽车突然停下,但是您的速度仍保持不变。如果没有安全带,您将以约80公里/小时的速度撞向方向盘或者飞出挡风玻璃。就像电话线杆会使汽车减速一样,仪表板、挡风玻璃或路面也会向您施加极大的作用力使您减速。有一点是必然的,即不管在撞击中发生什么事情,都需要有某些物体在您身上施加作用力才能使您停下来。但是根据施加力的位置和方式,可能会使您立即毙命,也可能让您毫发无伤地离开。如果您的头部撞向挡风玻璃,那么这种停止的力量将集中在您身体最脆弱的一个部位上。它也会令您迅速停下来,因为玻璃表面很硬。但这可以轻易地让一个人受重伤或丧命。

这种类型的安全带预紧器由TRW率先在奔驰S级W126车型上作为选装配置使用。由车辆碰撞传感器单元触发后,系统能够拉紧安全带,有助于把乘员更安全地约束在汽车座椅上,减少碰撞事故中的伤害程度。

安全带将停止力施加到人身体能够较长时间承受压力的部分。典型的安全带由一个围在骨盆处的安全腰带和一个跨过胸部的肩带组成。这两段安全带紧紧固定在汽车框架上,以便将乘客保持在座椅上。

2002年,TRW推出了世界上首款可逆式安全带预警器,该产品使用了一个电机,同样用于奔驰S级车上。装载安全带预警器后,一旦车辆出现危险状况,如发生意外碰撞、紧急制动或车辆打滑时,安全带预警器会在碰撞发生之前启动。这样在碰撞事故中,乘员在安全带的作用下可以保持一个更安全的姿势。在不太紧急的情况下,预紧器的拉紧操作向驾驶员提供了有关道路状况的反馈,也有助于驾驶员对驾驶行为进行相应的调整。

正确系好安全带后,它可以将大部分停止作用力施加到胸腔和骨盆,这些身体部位相对来说比较强壮。由于安全带在身体上跨越的部分较宽,因而作用力不会集中在一个较小区域,所以不会造成过大伤害。此外,安全带所用的材料比仪表板或挡风玻璃要柔软得多。它可以略微拉伸,这意味着停止过程不会过于突然。但是,安全带不应拉伸过长,否则可能会使您撞向方向盘或侧窗。安全带只允许您略微前移。

TRW正在为SPR4申请专利,该产品拥有一个简化的烟火式设计,在不影响产品性能的前提下,以更好的方式来传递动力。蛇形聚酰胺活塞用来取代传统烟火装置中的金属轴承和齿条总成。塑料材料的使用具有公差不敏感的优势,也因此而在零部件采购和组装方面具有明显优势。

安全带的作用及工作原理解析

主要创新

螺旋形的弹簧会旋转卷轴以使安全带保持紧绷

SPR4的开发基于TRW原有的ESA4.0卷收器技术,能够使用现有产品的壳体、卷收器卷轴和卷轴轴承,以及TRW的锁止和传感器机构。SPR4主要的创新是张紧概念,塑料活塞被推入到与卷收器卷轴直接连接的小齿轮上。塑料活塞被压入导管中,导管的顶端包含气体发生器。为了减小安装空间,导管被弯成卷收器的尺寸,对安全带织带没有限制。重新设计的预紧器壳体在预紧过程中引导高动态塑料活塞的运动,并作为塑料活塞的“贮存室”。壳体中还有主驱动-弹簧系统的零部件。

汽车的折皱区是能切实起到缓冲作用的区域。折皱区是汽车前部和后部相对比较容易压折的区域。汽车在撞到障碍物时不会突然停止,而是通过溃缩吸收部分撞击力。汽车的车厢比较坚固,因此不会挤压在乘客身上。它会继续短暂移动,使汽车的前部撞向障碍物。当然,只有在您随汽车车厢一起运动时(也就是说,安全带将您固定在座椅上时),折皱区才能为您提供保护。最简单的安全带(某些过山车就使用了这种安全带)由通过螺栓固定在车身上的一条长带子组成。这种安全带会始终将您紧紧绑在座椅上,这会很安全,但并不是特别舒适。

SPR4仅由四个部件组成:活塞、气体发生器、导管和小齿轮。可以使用现有ESA4.0产品的所有辅助设备。例如,用于恒定负载限制的不同扭杆,可切换、减少或渐进式的负载限制器。

汽车的安全带能够拉伸和收回—当安全带拉紧时,您的身体可以轻松地前倾。但是在撞击中,安全带会突然收紧并将您紧紧固定好。在典型的安全带系统中,安全带与一个卷收器相连,卷收器中的核心元件是卷轴,它与安全带的一端相连。在卷收器内部,一个弹簧为卷轴提供旋转作用力。它会旋转卷轴,以便卷起任何松弛的安全带。当您拉出安全带时,卷轴将逆时针旋转,并使相连的弹簧也沿相同方向旋转。这样,旋转的卷轴就反扭了弹簧。因为弹簧想要恢复到原状,因此它会抗拒这一扭转运动。如果您松开安全带,弹簧将收紧,并顺时针旋转卷轴,直至使安全带张紧。卷收器有一个锁定机构,可在汽车发生碰撞时停止卷轴的旋转。如今,有两种常用的锁定系统:由汽车运动触发的系统和由安全带运动触发的系统。

本页插图显示了当车辆的碰撞传感器触发烟火式汽车发生器时,系统的工作情况。气体发生器点燃后在导管中形成压力。压力作用于塑料活塞的端部,使得塑料活塞离开导管后与小齿轮啮合。在张紧阶段,塑料活塞的作用就好比一个齿条。材料被暴露在高动态的环境下,具有很多优势。

第一种系统在汽车迅速减速时锁定卷轴

在最初触碰活塞后,小齿轮立刻在塑料活塞中产生一个反联动,以产生一个可以高效传递动力的同步齿轮系统。被推进的塑料活塞沿其整个长度上的带齿,传递一个相当大的扭矩至卷收器卷轴,确保有效的安全带织带收紧。离开接触区域后,塑料活塞由壳体指引进入其最终的固定位置。一旦塑料活塞的末端到达导管开口,气体通过特定的出口溢出预紧器导管,压力被释放。整个拉紧过程仅用时10毫秒。

第一种系统在汽车迅速减速(例如,当汽车撞上某物体)时锁定卷轴。这种机构中的核心元件是一个加重摆锤。当汽车突然停止时,惯性会导致摆锤向前摆动。摆锤另一端的棘爪会抓住固定在卷轴上的一个带齿棘轮。由于棘爪卡住了其中一个轮齿,因而齿轮便无法逆时针旋转,从而使与之相连的卷轴也无法旋转。当撞击后再次松开安全带时,齿轮会顺时针旋转,并与棘轮分开。

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第二种系统在猛拉安全带时锁定卷轴。多数设计利用卷轴旋转的速度作为激活动力。这种设计的核心元件是一个离心式离合器,一种安装在旋转卷轴上的加重摆杆。当卷轴缓慢旋转时,摆杆并不摆动。一个弹簧使它保持在原来的位置。但当猛拉安全带时,卷轴将快速旋转,离心力驱使摆杆的加重端向外摆动。

稳定运行

第二种系统在猛拉安全带时锁定卷轴

对于汽车制造商和消费者来说,SPR4具有技术、运营和制造上的优势。安全带预紧器必须在一个稳定的作用力下,产生快速而可靠的张紧扭矩。由于所使用的绿色气体即使在温度波动和不同的气体负荷下,也能快速而稳定地转换,因此SPR4非常可靠。图标显示了织带拉紧曲线在不同的外部温度下所得到的稳定的测量结果。SPR4快速生成的张紧力与塑料活塞的使用密不可分。与使用钢球的设计相比,气体只需要一半的加速动态质量(acceleratehalf the dynamic mass)。

伸长的摆杆会推动卷收器壳上的凸轮。凸轮通过滑动销与一个枢转棘爪相连。当凸轮移到左侧时,滑动销会沿棘爪的槽口移动。这会将棘爪拖入与卷轴相连的旋转棘轮。棘爪锁入轮齿中,禁止逆时针旋转。

SPR4最重要的创新莫过于其在结构上的简化。由于预紧单元仅有四个主要零部件,系统功能因此而简单、可靠。钢管和压入式单片塑料活塞也因此而易于安装,此外归功于弹性蛇形活塞设计,对该产品的预张紧功能没有任何影响。这一较高水平的零部件和公差,使得在全球各地采购和装配零部件成为可能。