CN102729946B - 具有主动排气的主动垫式安全气囊 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机动车辆的主动垫式安全气囊，其包括囊袋，囊袋在碰撞事故发生时使车辆内饰区域充气，从而为乘员提供缓冲垫。可充气囊袋具有前面板和连接到前面板形成可充气的腔的背板。背板具有在碰撞时将供应到腔中的膨胀气体排出的可变排气口，该排气口在排气口两侧的压力差实质上为零时具有第一预定流量系数，并且在排气口两侧存在至少预定的压力差时具有较大的流量系数。当在碰撞阶段获得足够多的排气的同时在膨胀阶段损失较少的气体。

Description

具有主动排气的主动垫式安全气囊

技术领域

本发明总体上涉及机动车辆中乘员防撞保护的主动垫式安全气囊，更具体地，涉及通过在维持适当的冲击响应的同时减少所需的气体量的方式对囊袋排气。

背景技术

主动垫式安全气囊是一种在发生碰撞时吸收碰撞并减少对乘员的创伤的具有囊袋的车辆乘员防撞装置。与通过多个孔展开安全气囊室相反，在碰撞事件开始时，为了通过膨胀气体的作用吸收碰撞和耗散能量，主动垫式安全气囊利用内饰表面自身膨胀。申请号为12/824,150、申请日为2010年6月26日的美国专利申请公开了一种与手套箱门整合为一体的轻质且具有视觉吸引力的主动膝部垫式安全气囊，该申请文件以参考引用的方式结合于此。

在一种典型的结构中，主动垫式安全气囊包括面对车辆乘员并且沿密封边缘连接到基部壁或者面板的前壁或者面板。车壁通常是由具有可折叠部分的模制塑料制成，在展开期间可折叠部分变直，从而提供囊袋。例如，外围封条通过热焊形成。

众所周知，为了优化乘员接触安全气囊时的能量耗散，应该排放膨胀气体以允许安全气囊受控制地溃缩，其安全地降低碰撞乘员的速度。一些传统的安全气囊已经使用仅响应于安全气囊内的压力达到预定阈值时才打开的排气口。如果主动垫式安全气囊采用由模制塑料面板制成的可充气的囊袋，那么就需要一直对安全气囊排气以使其在无碰撞的情况下以保持其实质上为大气压力。否则，在极端温度时装有主动垫式安全气囊的内饰部件可能发生显著变形，因为面板材质是相对柔性的。此外，需要避免使用现有技术中公知类型的昂贵、复杂的排气阀。

现有的垫式安全气囊采用在塑料面板中钻出的排气孔来提供恒定的排气能力。垫式安全气囊的设计排放能力由碰撞阶段中乘员撞击垫式安全气囊时所需要的排气量决定。在常见的排气中，膨胀气体以一定的速率计量流出囊袋，该速率优化乘员在碰撞阶段中的减速(即使在膨胀阶段可能流失过多的气体)。

在最初填充垫式安全气囊的过程中，通过排气口流失气体导致需要膨胀气体源具有较大排放能力。这将增加充气机的成本和尺寸。减小排气口的尺寸而允许使用尺寸较小、成本较低的充气机不仅降低碰撞时能量吸收，而且可能由于囊袋里的高压力而导致囊袋的外围焊接出现故障。

发明内容

在本发明的一个方面，主动垫式安全气囊具有囊袋，该囊袋具有形成内腔的展开侧和支承侧。气体源连接到囊袋，用以在展开过程中将膨胀气体供应到内腔中，以使囊袋膨胀。囊袋包括用来排放膨胀气体的可变排气口，排气口在排气口两侧的压力差实质上为零时具有第一预定流量系数，并且在排气口两侧存在预定的压力差时具有较大的流量系数。

附图说明

图1是可以应用本发明的一种主动膝部垫式安全气囊手套箱门系统从外部观察的分解透视图。

图2是囊袋在最初膨胀阶段的剖面图。

图3是囊袋接近最大膨胀时的剖面图。

图4是受到乘员撞击的囊袋的剖面图。

图5是现有技术与本发明的囊袋的压力随时间变化的对比曲线图。

图6是表示本发明的变化的流量系数的曲线图。

图7是本发明主动排气的一个具体实施例的平面图。

图8是沿图7中的线8-8的剖面图，排气口处于最低流量系数的位置。

图9是与图8相似的剖面图，排气口处于较高流量系数的位置。

图10和图11是表示可选择实施例的剖面图，排气口分别处于低流量系数和高流量系数的位置。

图12是图7所示的排气口的平面图，可弯曲部件偏到高流量系数的位置。

具体实施方式

现参照图1，现有的主动膝部垫式安全气囊系统10有基板部件11，它构成了垫式安全气囊的底座。基板11可以通过铰链从存储腔或者如图1所示的手套箱12连接到机动车辆，或者也可以安装至另一结构，比如，驾驶杆下面的仪表盘支座。这些位置都可以接触到坐在机动车辆座椅上的乘员的膝盖。

基板11具有一个适合密封至带有匹配的底板15的前面板部件14的外缘13。底板15和前面板14最好由模制塑料制成，并且可以通过塑态焊接、例如热板焊接连接到一起，构成围绕内部开放空间17的外围密封，用以形成囊袋。膨胀气体源16活动是电子可控的，用于在撞击发生时激活以释放气体来对垫式安全气囊充气。前面板14可以包含内饰表面(例如，手套箱门的外部)，或者附加外壳18可以被应用到前面板14的外表面(即A类表面)。外壳18最好由塑料制成，并且可以是真空成型的热塑层，其可以被施以纹理或者被以其他方式处理。

图2表示具有囊袋20的主动垫式安全气囊，其包含支承侧的后壁或面板21和展开侧的前壁或者面板22。面板21和22围绕它们的外缘在密封处23热焊接在一起。后壁21有排气口24和如图3所示膨胀时伸直的可折叠的部分25。膨胀气体26由充气机(未示出)释放，其使囊袋20膨胀，尽管气体通过排气口24排出。

图4表示乘员的膝盖27冲击展开侧上的前板22而使前板22变形。这种冲击力倾向于增加囊袋中气体26的压力，导致通过排气口24的气流增加。排气口24具有固定的横截面面积，它提供固定的流量系数。然而，增大的压力可能引起周边缝隙爆裂28，从而导致气体从29排出。如果爆裂28的足够大，气体很快被排出，以致失去缓冲并且不再防止冲击物冲击垫式安全气囊支承侧后面的支承结构。因此，现有技术的排气口的固定流量系数是充气机性能和能量吸收性能之间的平衡。

图5中的虚线30表示的是使用现有技术的固定排气口(例如，提供固定气流横截面的钻孔)展开时囊袋内部的压力。在31处，当囊袋膨胀时来自相对大的充气机的气体产生压力。由于相对大的气流横截面，囊袋更加渐进地填充。囊袋膨胀以后，由充气机提供的气体减速，压力在32处持平。在如图所示的冲击(impact)时间处受到物体冲击后，囊袋压力在33处增加。如果外缘密封出现严重故障时，压力如图34所示迅速回落到大气压。如果外缘密封没有出现故障，压力可以进一步增大然后持平并且/或者如图35所示在冲击中和冲击后降低。如果为了试图减少最初填充阶段中膨胀气体的过度流失而制作稍小的固定排气口，那么压力会增大到比最佳压力更大。较高压力值对乘员产生较大的冲击，伴随着更不均匀的减速。

图5中表示了通过本发明实现的一种主动排气线36。通过提供具有可变流量系数的排气口，用处于低流量系数的排气口获得更快速的最初压力增加，如37处所示。因此，无需大的充气机性能就实现了对囊袋的快速填充。囊袋全部充满并且对于固定的排气口来说压力更快地趋于稳定。在发生撞击(从而引起囊袋压力值增大超过特定的阈值)的时间点，排气口的流量系数增加，以致囊袋中实际压力的增加少于固定排气口中的压力增加，如38处所示。作为排气口的主动反应的结果，尽管有乘员撞击，压力仍保持实质上不变。因此，乘员获得更有益的减速。

图6表示在40处具有第一预定值的低流量系数C_V在撞击后增加到较大的值然后在41处达到最高值。在吸收冲击并且耗尽膨胀气体之后，流量系数可以在42处降低到第一预定值。

图7所示的是本发明的一个优选实施例。可变排气口45在支承侧(即抵靠诸例如仪表板的框架、手套箱门或者车门的车辆固定结构的一侧)的囊袋的背板上形成。可变排气口45由开口组成，开口连续不断地使囊袋内腔向车辆客舱内部排气。可变排气口45包含多个实质上平坦的可弯曲部分50-55(即，薄片)，其从排气口45的外边缘47向开放中心56延伸，每个邻接的可弯曲部分50-55之间有空隙46。中心56和空隙46提供了总的横截面，它形成了通过可变排气口45的第一预定流量系数。

正常条件下(即排气口两侧的压力差为零)，每部分或薄片50-55位于如图8所示的实质上的平面。在不弯曲的情况下，流量系数C_V仅仅取决于部分50-55和中心区域56之间的气流横截面。当排气口45两侧的压力差超过预定值(取决于可弯曲部分50-55的强度)时，可弯曲部分如图9所示向上偏离。当可弯曲部分向上偏离时形成了更大的气流横截面57，从而形成更大的流量系数，以在排气口两侧的压力差大于或者等于预定的压力差时允许通过排气口45排出更大量的膨胀气体。流量系数开始增加的预定压力由每个平坦的可弯曲部分的柔性决定。每个可弯曲部分的可弯曲性通过使每个薄片厚度局部减少而形成。可选地，缝痕或者凹口可以在每个薄片上提供可弯曲的节点，如图10所示。因此，薄片60和61具有减小厚度的缝痕62和63，以致每个薄片能向上弯曲，如图11所示。弯曲之前的气流横截面64如图10所示，扩大后形成更大的气流横截面65，如图11所示，从而形成更大的流量系数。优选地，对于一定范围的大于预定的排气口两侧压力差的压力差，流量系数与排气口两侧压力差成比例。在引起囊袋中压力进一步增加的严重撞击中，流量系数进一步增加以释放压力。

增加的气流横截面可以通过比较图12(其中每个薄片处在弯曲位置)和图7(其中每个薄片处在平坦位置)看出来。图12中增加的气流横截面提供更大的流量系数，允许排气的主动控制并以较低的成本改善碰撞性能。

Claims (10)

1.一种主动垫式安全气囊，其特征在于，包含：

囊袋，该囊袋具有形成内腔的展开侧和支承侧；以及

连接到囊袋的气体源，用于在展开过程中将膨胀气体供应到内腔，以使囊袋膨胀；

其中，囊袋包括用于排放膨胀气体的可变排气口，可变排气口包括多个实质上平坦的可弯曲部分，其从排气口的外缘向排气口内的开放中心延伸，每个邻接的可弯曲部分之间有空隙，开放中心和空隙提供了总的横截面，它形成了通过可变排气口的第一预定流量系数；

该排气口在排气口两侧的压力差实质上为零时具有第一预定流量系数，并且在排气口两侧存在至少预定的压力差时具有较大的流量系数，预定的压力差取决于可弯曲部分的强度。

2.根据权利要求1所述的主动垫式安全气囊，其特征在于，排气口具有这样的流量系数：对于一定范围的大于预定的排气口两侧压力差的压力差，其与排气口两侧压力差成比例。

3.根据权利要求1所述的主动垫式安全气囊，其特征在于，排气口整合在支承侧，其中，与排气口外缘邻接的支承侧具有第一厚度，其中，每个可弯曲部份都具有各自的小于第一厚度的厚度。

4.根据权利要求3所述的主动垫式安全气囊，其特征在于，一个或多个可弯曲部分包括作为铰链的切口。

5.根据权利要求1所述的主动垫式安全气囊，其特征在于，排气口在排气口两侧的压力差实质上为零时具有初始的气流横截面面积，当排气口两侧的压力差形成的压力使得可弯曲部分弯曲时，气流横截面面积增加。

6.根据权利要求1所述的主动垫式安全气囊，其特征在于，为了提供主动膝部垫式安全气囊，囊袋安装在机动车辆的内饰件中。

7.根据权利要求6所述的主动垫式安全气囊，其特征在于，所述的内饰件是手套箱门。

8.一种车辆主动垫式安全气囊主动排气的方法，其特征在于，垫式安全气囊包括囊袋，该囊袋具有形成内腔的展开侧和支承侧，所述内腔用于在车辆碰撞时从气体源接收膨胀气体，该方法包含以下步骤：

在囊袋中设置排气口，排气口包括多个实质上平坦的可弯曲部分，其从排气口的外缘向排气口内的开放中心延伸，每个邻接的可弯曲部分之间有空隙，开放中心和空隙提供了总的横截面，以在排气口两侧的压力差值实质上为零时提供第一预定流量系数；

响应于撞击事件开始向囊袋中释放膨胀气体，其中，在最初向囊袋释放膨胀气体的过程中，膨胀气体根据第一预定流量系数从排气口流出；以及

当排气口两侧的压力差增大到设定的压力差时，膨胀气体以更大的流量系数从排气口排出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以更大的流量系数排气的步骤包含以这样的排气流量系数排气：对于一定范围的大于预定的排气口两侧压力差的压力差，该流量系数与排气口两侧压力差成比例。

10.一种用于主动垫式安全气囊的囊袋，其特征在于，包含：

前面板；以及

连接到前面板形成可充气的腔的背板，其具有在碰撞时将供应到腔中的膨胀气体排出的可变排气口，可变排气口包括多个实质上平坦的可弯曲部分，其从排气口的外缘向排气口内的开放中心延伸，每个邻接的可弯曲部分之间有空隙，开放中心和空隙提供了总的横截面，它形成了通过可变排气口的第一预定流量系数，该排气口在排气口两侧的压力差实质上为零时具有第一预定流量系数，并且在排气口两侧存在至少预定的压力差时具有较大的流量系数，预定的压力差取决于可弯曲部分的强度。