CN103025585A - 气囊系统 - Google Patents

Abstract

用于车辆的低成本气囊系统（1）在涉及所述车辆的碰撞期间展开以保护驾驶员并任选地保护乘客。所述气囊系统包含：碰撞传感器系统（2），其检测涉及所述车辆的碰撞；驾驶员侧气囊模块（40），其安装到转向盘且包含充气以保护所述驾驶员的驾驶员侧气囊（42）以及产生充气媒介以使所述驾驶员侧气囊（42）充气的气体产生器（108）。控制模块（6）耦合到所述碰撞传感器系统（2）和气体产生器（108），且基于所述碰撞传感器系统（2）检测到碰撞而使所述气体产生器（108）开始产生充气媒介。乘客侧气囊模块（20）也具有类似的系统。

Description

气囊系统

技术领域

本发明主要涉及低成本气囊系统，其通常目标是在发展中国家中使用，但也可应用于发达国家中的低成本车辆上。

背景技术

世界上许多人现在正在脱离贫困，他们具有有限的任意资金，却渴望过上更好的生活。这已经带来了极低成本机动车辆（例如，Tata Nano）的潜在爆发性市场。此爆发性增长也将导致在驾驶这些车辆时致死的人数的爆发性增长，因此，需要使用低成本被动安全系统，例如安全带和气囊。Tata Nano在印度销售价格在$2000到$2500之间，且公司管理层已表示他们的目标是每个车辆的驾驶员和乘客系统具有$10或$20的气囊系统。本文揭示的本发明就是针对这种极低成本气囊系统。

发明内容

本发明的优选实施方案包括：

1.单点碰撞传感器，其包括安装在乘客气囊ECU中的一个或一个以上MEMS加速度计。在一个优选实施例中，单个MEMS加速度计是结合用以校正所述MEMS加速度计中的误差的低成本GPS芯片来使用。在另一优选实施例中，使用多达三个加速度计和三个陀螺仪，其构成惯性测量单元（IMU），所述IMU可耦合到低成本GPS芯片或接收器系统以通过卡尔曼滤波器改善构成IMU的装置的准确性。此IMU也可用于电子稳定性控制、翻滚感测、导航和其他应用，其中加速度、速度、角速度、位移和角位移中的任一者或全部的准确测量将是有用的。

2.替代的碰撞传感器系统可使用安装在车辆前部中在保险杠足够后方的碰撞传感器，使得传感器的弯曲和触发可指示与通常具有8MPH或更高的速度改变的碰撞相关联的破裂。

3.驾驶员侧气囊模块，其中气囊安装在转向盘上且随其一起旋转，且气体产生器可固定到转向柱，在该处气体产生器不与转向盘一起旋转。气体产生器可为吸气系统或吸气式充气器，具有超过约2.0到高达约10或更多的抽吸比。其吸气喷嘴的部分随气体产生器固定，且配合的部分随转向盘固定且随其一起旋转。优选的气体产生材料可选自单基、双基或三基无烟枪推进剂的群组，但也可使用例如胍硝酸盐或例如叠氮化钠等常规气囊推进剂等许多其他推进剂。替代的气体产生器使用压缩气体。

4.任选的乘客侧气囊模块，其安装在仪表板中且也含有具有在2.0与10（或更大）之间的抽吸比的吸气系统，且可如同在驾驶员侧气囊模块中那样使用无烟枪推进剂或其他推进剂或压缩气体。

5.简单的电子控制模块，其容纳在乘客气囊模块内且通过适当导线连接到CrushSwitch或电子碰撞传感器以及驾驶员气囊模块。当CrushSwitch闭合而指示需要气囊展开的碰撞时，该电子组件闭合一开关以开始展开乘客气囊系统和驾驶员气囊系统。替代地，该电子组件可将经编码数字信号发送到驾驶员气囊系统以同时开始展开驾驶员气囊。

6.当使用数字信号实施方案时，驾驶员气囊系统可含有电子模块，所述电子模块对来自乘客模块的信号进行解码且闭合使驾驶员气囊展开的开关。

7.当使用用于驾驶员系统的数字信号时乘客和驾驶员气囊模块可含有电容器能量储存装置，其提供足够能量以开始展开其相应气囊。替代地，当使用直接启动系统时，优选位于乘客模块中的单个电容器可提供足够能量以启动驾驶员系统和乘客系统两者。然而，出于可靠性原因，即使当两个电容器均在乘客模块中时也可使用所述两个电容器以防止一个气囊模块从其汲取过量电流进而从另一模块抢夺所需电流的情况。

8.导线将车辆蓄电池连接到乘客气囊模块，其将能量储存电容器（如果使用）维持在乘客模块中的充电状态，且通过将乘客模块与驾驶员模块连接的导线，其也可将驾驶员电容器（当存在时）维持在充电状态。替代地，导线可将电力直接提供到气囊模块而无需使用能量储存电容器或与其并联。

9.驾驶员和乘客气囊包括机织塑料膜，所述膜的各部分经热密封、粘合剂密封或硫化在一起。替代地，气囊可由增强塑料膜制成，其中增强物是由合适的高强度材料制成。一个或两个气囊可不具有通风口，其中通风功能由通过吸气式充气器的流提供。

对上文描述的优选系统的许多添加和修改是可能的，且许多将在下文描述，且其他将是所属领域的技术人员在阅读本说明书之后会明了的。

附图说明

附图说明本发明的实施例且无意限制由权利要求书涵盖的本发明的范围。

图1是本发明的气囊系统的优选实施例的示意图。

图2是用于感测前部碰撞的破裂感测碰撞传感器的现有技术版本的说明，且图2A说明此传感器到车辆的散热器结构的安装。

图3是本发明的乘客气囊模块的透视图，图3A是在图3中3A-3A处截取的横截面图，且图3B是在图3A的圆3B中截取的高压注入管道的分解图。

图3C和3D是图3的乘客充气器系统的优选实施方案的吸气器设计的细节，其导致约3.5的吸气比。

图4是可为本发明的一部分的气囊系统控制器的系统电路示意图。

图5是具有吸气式充气器的驾驶员气囊模块的视图。

图5A和5B是图5的驾驶员充气器系统的优选实施方案的吸气器设计的细节，其导致约3.5的吸气比。

图6是现有技术安全带回缩器气体产生器细节，且图6A是沿着图6中的线6A-6A截取的横截面图。

图7是用于与本发明的吸气式充气器一起使用的气体产生器盒的一个实施例的视图。

图8是由机织膜制成的现有技术驾驶员气囊的说明，且图8A到8E是形成图8的气囊的机织膜材料的现有技术说明。

图8F、8G说明制作图8E的接缝的替代方法。

图9是根据与图8的驾驶员气囊类似的原理构造的乘客气囊的说明。

图10是从车辆移除的驾驶员气囊模块和转向柱组合件的说明。

图11是已被切去以展示优选破裂传感器安装布置的车辆的说明。

图12A和12B说明可与所述系统一起使用的机电解除保险传感器。

图13是可与所述系统一起使用的基于电容或电场的乘坐者存在、质量和健康监视传感器的说明。

图14是弹开式驾驶员气囊盖的说明，且图14A是图14的盖的俯视图，具有添加的喇叭或触摸垫。

图15是弹开式乘客气囊模块盖的说明。

图16A和16B说明使用IMU的单点传感器选择，其中图16A说明将传感器连接到车辆前部和侧面破裂区的刚性部件，且图16B说明将MEMS加速度计或IMU单点传感器放置在刚性连接部件未用于前部冲击感测的地方。

图17说明电子破裂区传感器选择。

图18说明侧帘气囊的使用。

具体实施方式

参见图式，其中相同参考标号指代相同或相似元件，图1中说明本发明的气囊系统1的优选实施例的示意图。此优选实施例的碰撞传感器2可用作主要碰撞传感器或结合单点碰撞传感器来使用，所述碰撞传感器2是例如第7,481,453号美国专利中描述的杆管式破碎感测装置。此碰撞传感器2可放置于车辆前部的后面的经校准距离处，使得车辆到所述位置的破裂并导致管的弯曲指示出碰撞，从而需要被动约束系统的展开。气囊系统或更一般来说被动约束系统可包含一个或一个以上气囊、安全带预紧器、安全带气囊、网或任何其他可展开的被动约束。在替代优选实施方案中，可在具有或不具有破裂区安装的碰撞传感器的情况下使用单点碰撞传感器。

在图1中，在1处大体展示气囊系统，在2处展示作为碰撞传感器的破裂传感器，在3处展示驾驶员气囊模块，在4处展示乘客气囊模块，且在5处展示蓄电池。电子元件控制单元（ECU）6可容纳在乘客气囊模块4内、与其分离或在任一其他方便位置处。单点碰撞传感器以及解除保险或保险传感器可位于ECU6内或与其分离。

图2中在10处大体展示破裂感测传感器。在第7,481,453号美国专利中所示的实施方案中，传感器10包括单一管状部件，其具有两个垂直部分11和12、一个下部水平部分13、两个上部水平部分14和15，以及一个向后突出部分16。传感器10在水平部分15的一端17处例如通过焊接而闭合，且管座/连接器18在部分16的末端附接到传感器10。

传感器10可安装到车辆的前部，且可由管和位于中心的杆构成，所述杆大体上与所述管同延但通常不与所述管接触。当在沿着管的任一位置处弯曲时传感器10起作用（例如开始展开气囊），除了预先弯曲的区段，例如弯曲部19，其将垂直部分11、12分别接合到上部水平部分14，且其中塑料间隔件（未图示）防止所述杆接触所述管，如′453专利中描述。

当在事故期间传感器10弯曲时，导电的杆接近且可能接触也导电的所述管。当杆接触管时，这指示需要气囊展开的足够严重的事故已发生。存在如'453专利中揭示使用杆管式构造来感测事故的其他方法。在图2A中针对具有前部散热器结构的车辆而展示传感器10可如何安装到车辆的散热器结构的实例。

在图3中在20处大体说明根据本发明的前部乘客侧气囊模块。气囊模块20包括外壳29、盖21、气囊22和吸气阀组合件23。图3A说明在图3中的3A-3A处截取的横截面图，且更详细展示零件的关系。从气体产生器或压缩气体储存容器（未图示）将气体馈送到包含吸气阀组合件23的吸气区段中进入通道26中，如图3B所示。来自通道26的高压气体流过限制器25进入收缩喷嘴24，在该处所述气体通过吸气阀组合件23与来自乘客隔室的气体混合且从乘客隔室拉入气体。在收缩喷嘴24的略微下游处，混合气体进入扩张喷嘴27且随后进入区段28，在该处混合气体流入气囊22且使气囊22充气。图3C和3D说明优选乘客充气器的几何形状，其产生约3.5的抽吸比。抽吸比是吸入的气体体积与产生的气体体积的比率，在此情况下意味着约78%的气体是来自乘客隔室且22%是来自气体产生器。

在一个实施方案中，当如下文论述开始燃烧推进剂时，例如当燃烧大体上纯的BKNO3时产生的少量高压气体进入通道26且随后流入限制器25且分别进入收缩喷嘴24和扩张喷嘴27。此极高压力和高温气体具有极低的密度且因此快速流入一处，在该处所述气体在气囊的前部和模块盖上施加高压从而致使盖被释放且气囊开始初始展开。此过程持续极短时间，从约1毫秒到几毫秒，且在吸气阀组合件23的打开之前发生。此开始过程致使盖被释放且气囊开始展开。在极短的时间段之后，气体充分冷却而浓缩且在气囊中以及在各种区段和喷嘴28、27和24中产生真空。这可随后致使吸气阀组合件23打开且帮助开始吸气过程。到此时，来自燃烧主推进剂的气体已开始流动通过通道26和限制器25进入收缩喷嘴24。来自主推进剂的气体随后与来自大气的气体混合且混合气体使气囊充气。通过此过程，可实现超过来自乘客隔室的3份空气比来自推进剂的一份气体的吸气率。图3到3D中相同标号表示相同零件。

图4中说明用于驾驶员和乘客气囊系统的简单低成本气囊系统电路的一个实例的电路示意图。所述系统电路可驻留在外壳中，所述外壳可另外含有关于被动安全系统的其他电路。其还可容纳可相关或可不相关的其他电路，例如与乘坐者传感器系统相关或与主动安全系统（如果存在）相关的电路。未图示的其他被动安全系统可包含侧气囊、侧帘气囊、膝垫气囊、安全带安装式气囊、主动头枕，以及安全带预紧器等。个别地或组合的这些电路在本文可一般地称为气囊系统控制器或安全系统控制器，或控制电路、控制单元、控制系统、控制布置、控制模块。

参见图4，在30处大体上展示控制驾驶员气囊系统和乘客气囊系统的启动的控制电路。车辆蓄电池31对系统供应电力。破裂传感器32安装在车辆的前方破裂区中且检测车辆在事故中是否已足够破裂以保证气囊中的一者或一者以上的触发，且是对电路30的开关闭合输入。以类似方式，解除保险传感器33也提供开关闭合给电路30。要求两个传感器开关均闭合以展开气囊或其他被动约束装置。与较早的系统相比，所述闭合无需重叠，只要两个传感器32、33在事故相关时间段（例如约100毫秒）期间闭合即可。这准许使用简单的解除保险传感器，其可仅提供少于1毫秒的闭合，这可在破裂传感器32闭合之前或在其由于碰撞损坏而已变为从电路30断开之后发生。如果处理器37已确定两个传感器32和33均已闭合，那么将电流发送到乘客气囊充气器点火器34（或气体产生器）和驾驶员气囊充气器点火器35（或气体产生器）两者，且两个气囊均展开。

处理器37还可以接通方式执行最小诊断例如以检查断开或短接的破裂传感器32、断开的乘客气囊充气器点火器34、断开的驾驶员气囊充气器点火器35、短接的解除保险传感器33、用于驾驶员气囊、乘客气囊和处理器37的备份电容器电源38、39、40上的电压、以及座椅乘坐者传感器或开关（如果存在）的状态。如果发现未预期的状况，那么可使用任何方便代码激活蜂鸣器或者报警灯以向操作者指示故障的特征。而且，故障的记录可存储在与处理器37相关联的存储器中或某个其他方便位置。虽然图4中未图示，但可与破裂传感器32一起或代替破裂传感器32使用电子碰撞传感器系统。此电子碰撞传感器系统将在下文描述且可由一个或一个以上前向破裂区安装式加速度计、MEMS单轴或双轴加速度计或安装在ECU内或某个其他方便安装位置处的IMU组成。GPS接收器可与电子碰撞传感器系统一起使用以校正加速度计和陀螺仪中的误差。此校正系统可利用卡尔曼滤波器，其在导航技术中是已知的但据信对碰撞传感器技术是新颖的。先前，MEMS加速度计需要连续自测试以便校正由于加速度计内的温度和时间相关漂移带来的误差。因此，此处描述的GPS-卡尔曼滤波器方法显著简化了基于MEMS的碰撞传感器所需的硬件、电路和软件。

图5中针对驾驶员侧气囊模块在40处大体说明类似于上文参见图3论述的吸气布置的吸气布置。吸气布置40布置在转向盘（即，其中心部分）的与气囊42和覆盖气囊42的气囊盖41相对的侧上。吸气布置40包括外壳49和吸气阀组合件43。阀组合件43在图5中未详细说明，但可由抵靠筛网定位的柔性材料组成。当由于外壳49内的压降而在柔性材料上发生压力差时，柔性材料变形且抵靠外壳保持器107以准许空气从乘客隔室通过外壳49的内部流入气囊42，其中空气与由燃烧模块108的气体产生器产生的气体或其他充气媒介混合。从气体产生器或燃烧模块108将气体馈送到包含吸气阀组合件43的吸气区段中到通道46中。来自通道46的高压气体流过限制器45进入收缩喷嘴44，在该处所述气体通过吸气阀组合件43与来自乘客隔室的气体混合且从乘客隔室拉入气体。略微在收缩喷嘴44之后，混合气体进入扩张喷嘴47且随后传递到气囊42中且使气囊42充气（通过形成于转向盘的中心部分中的一个或一个以上孔口109）。外壳49具备适当成形的壁以产生收缩喷嘴44和扩张喷嘴47。支承垫和密封件48可由例如毛毡等适当材料制成以允许转向盘相对于充气器（气囊模块在转向盘后方的部分）的旋转，同时最小化从充气器到大气的气体泄漏。

图5A和5B说明优选驾驶员充气器的几何形状，其产生约3.5的抽吸比。构成吸气式充气器的大体上所有零件都由增强塑料制成。吸气系统在操作期间维持组合件是冷的。塑料的轻微腐蚀可在限制器的区域中发生，且某种金属屏蔽件可能是必要的。此屏蔽件可在模制操作期间插入模制到塑料中。

在一个优选实施方案中，当如下文论述开始燃烧推进剂时，例如当燃烧大体上纯的BKNO3时产生的少量高压且高温气体进入通道46且随后传递到限制器45中且分别进入收缩喷嘴44和扩张喷嘴47。此极高压力和高温气体具有极低的密度且因此快速流入一处，在该处所述气体在气囊的前部和气囊盖41上施加高压从而致使盖41被释放且气囊42开始初始展开。此过程持续极短时间，从少于1毫秒到几毫秒，且在吸气阀组合件43的打开之前发生。此开始过程致使盖41被释放且气囊42开始展开。在极短的时间周期之后，气体充分冷却而浓缩且在气囊42中以及在各种喷嘴47和44中产生真空。这随后致使吸气阀组合件43打开且帮助开始吸气过程。到此时，来自燃烧主推进剂的气体已开始流动通过通道46和限制器45进入收缩喷嘴44。来自主推进剂的气体随后与来自大气的气体混合且混合气体使气囊42充气。通过此过程，可实现超过来自乘客隔室的3份空气比来自推进剂的一份气体的吸气率。替代地，可以额外的推进剂和较低的总抽吸比的代价来取消BKNO3。

图6和6A中说明现有技术气体产生器50。此产生器在第6,553,914号美国专利中描述。此产生器和类似产生器已先前由于产生的大量二氧化碳而与仅用于安全带预紧器的硝化纤维和其他单、双和三基推进剂一起使用，其如果用于驾驶员和乘客气囊则对于人来说在呼吸历时一长时间段的情况下可为毒性的。然而在本文描述的本发明中，可使用此类型的产生器，因为用以使气囊充气的大多数气体是空气，其通过吸气来自乘客隔室且因此相对很少的二氧化碳从气囊释放到乘客隔室中。

在图7中说明图6和6A中说明的用于与吸气式驾驶员和乘客气囊一起使用的现有技术的修改。气体产生材料52的量以及因此气体产生器盒50的几何形状、总大小和尤其是长度将取决于所使用的气囊的大小以及其是用于驾驶员还是乘客气囊而在车辆之间变化。气体产生器盒50含有气密密封的点火器56（含有点火器推进剂60），其模制到盒外壳54中，如'914专利中论述。耦合器58将盒外壳54连接到开始电路（未图示）。当发动点火器56时，其开始点燃推进剂52和一柱快速燃烧点火器推进剂62，其将燃烧快速地带到一盘点火器推进剂64（例如BKNO3）到达盒的前方，在该处其产生可为第一气体的气体，所述第一气体在传递通过盒外壳54的穿孔侧面板66之后进入吸气器。此气体燃烧极快且极热，但由于其通常1到3克的较小的量，其具有极少的总热能且仅对吸气器的零件和稍后的气囊引起表面损坏。当此气体进入气囊时，其在极短但足以弹开气囊盖且开始气囊展开的时间中产生高压。紧接在所述气体进入气囊之后，其冷却且浓缩且产生部分真空，其帮助打开吸气阀且开始吸气。

图8中在80处大体展示根据本发明的教示构造的无系栓驾驶员气囊。在本发明的气囊系统中可使用的膜材料在第5,653,464号美国专利中揭示，且机织膜材料在第7,820,566号美国专利中揭示。图8A到8D说明如'566专利中说明和论述的机织膜材料的各种特征。图8F说明构造可在一些应用中有用的接缝的替代方法，其中使用剪力接头代替图8E的搭接接头。在此情况下，待接合的材料层可被加热密封或粘合剂密封在一起以形成接缝。替代方法是在两个层上加热或粘合剂密封一带81，所述两个层现在可彼此对接，如图8G所示。图8F和8G的接缝在一些情况下可取决于所使用的粘合剂的弹性性质而提供较强的接头。

图9中在90处说明根据本发明的教示构造的乘客气囊。相关联的气囊模块91含有在92处以充气状态展示的气囊。

现在看在图10中在100处大体上展示的驾驶员气囊系统。图7的充气器盒在图10中大体上展示为101且安装到如上所述的吸气系统106。吸气系统106通过适当的管107安装到转向柱104，使得其不会随着转向柱105旋转。充气器包括燃烧盒101，其通过管道102排气到吸气系统106中。导线103将盒101连接到气囊ECU110。以此方式，不需要在常规气囊系统中使用的昂贵钟表弹簧连接电缆，从而显著减少气囊系统101的成本。气囊ECU110可布置在车辆中的任何地方，其中优选放置是在乘客侧气囊模块（当存在时）中。

转向盘105安装到转向轴108，转向轴108可旋转地安装在转向柱104内。

图11中说明低成本车辆（例如Tata Nano），其中车辆的前部的一部分被切去且移除并展示破裂传感器的优选安装。破裂传感器111可定位在车辆前部中的备用轮胎114的顶部后方和附近的凸出部上。所述位置经选择以使得破裂传感器111足够地弯曲以在不小于8MPH且最大15MPH的碰撞速率下从零与30度之间的任一角度的进入挡板的前方碰撞时闭合触点、杆和管。破裂传感器111的定位和形状将针对不同的车辆型号且根据特定车辆制造商和使用国家的要求而变化。此类型的破裂传感器111如何设计和安装的细节在上文参考的各种共同所有专利中且尤其是第5,441,301号、第6,206,129号和第6,328,126号美国专利中论述。

破裂传感器111可刚性地安装到车辆112的结构部件上，使得破裂传感器111在结构部件112存在实质变形之前弯曲且开始闭合。来自破裂传感器111的导线115引入到位于模块113内的气囊系统ECU。此模块113可为乘客气囊模块的部分。

在某些情况下，有区别的传感器中的一者或一者以上错误地指示碰撞在进行，且在这些情况下，不需要展开气囊。这可在管在维护期间或由于某种其他动作而变弯曲且杆短接抵靠管的情况下通过破裂感测碰撞传感器而发生。为了防止此情况造成气囊展开，ECU要求除了破裂传感器闭合之外，解除保险传感器（有时称为保险传感器）必须指示车辆整体正在以例如高于1G的水平减速，这仅可在事故期间发生。可经由ECU软件设定要求，使得两个传感器必须在彼此的100到500毫秒内闭合以用于气囊展开。因此，如果破裂传感器111已无意中闭合且随后解除保险传感器例如1小时后闭合，那么气囊将不展开且故障指示将发生。

如下文提到，解除保险功能可由IMU（如果此装置存在）执行。如果IMU或其他电子加速度计不存在，那么可使用例如图12A和12B中所示的简单的基于钟摆的传感器。此装置可通过焊接或其他适当方法通过引脚133和134附接到容纳于气囊ECU内的印刷电路板。所述装置的一个优选实施方案在图12A中在120处展示且包括位于外壳127中的感测质量121。在碰撞期间，感测质量121移动到图中的右边，致使导体126从绝缘体或绝缘表面125朝向插头122的导电表面135移动。插头122电连接到导电引脚134。如果传感器经历的加速度具有足够的量值和持续时间，通常等于约在10到20毫秒中的1mph速率改变，那么导体126将与导电表面135接触，从而完成引脚133与134之间的电路。在已形成接触之后感测质量121可继续向右移动，从而提供触点闭合的一些持续时间。ECU将记录已形成接触（即使是亚毫秒接触持续时间），且如果破裂传感器也已指示碰撞在进行中，那么气囊将展开。所述两个碰撞指示传感器通常必须在通常20到100毫秒的时间周期内闭合其触点，否则ECU将断定不存在碰撞且破裂传感器已被无意中短接。在所述情况下，ECU将抑制气囊的展开且指示故障状况。

在图12B中在130处展示解除保险传感器的略微不同的配置。在此情况下，感测质量131由不导电材料制成或具有不导电涂层，且当静止时其与导电外壳128接触。在感测到指示碰撞的历时足够时间周期的足够加速度后，触点129接触外壳128，从而完成引脚133与134之间的电路且以上文描述的方式将碰撞进行中信号发送到ECU（未图示）。另一方法是解除保险传感器总是闭合且在碰撞期间断开。在所述情况下，图12A的绝缘体125无需存在，且图12B的感测质量131可为导电的。在两种情况下，传感器设计都得到简化。

在一些情况下，车辆制造商可并入乘坐者传感器以感测乘坐者在车辆的乘客座椅上的存在且在座椅为空的情况下抑制气囊。此传感器的较复杂的版本可用来将座椅的乘坐者分类，且在座椅不是由大于阈值体型或体重的人乘坐的情况下抑制气囊。甚至更复杂的版本可监视驾驶员或乘客的健康和疲劳状态。如上文提到，简单的相机系统可执行这些功能中的一些功能且另外确定乘坐者是否太靠近气囊以致他或她更可能被气囊伤害而不是在无气囊的情况下被碰撞伤害。不在适当位置的乘坐者伤害对于采用如本文描述的吸气式充气器的系统来说不再是个问题。乘坐者存在或位置传感器将连接到控制气囊展开的控制模块或ECU，且将致使ECU基于乘坐者存在和/或位置来调整气囊展开决策。

图13中说明执行某种分类但不执行位置感测的乘坐者存在传感器的一个实例。车辆座椅在140处大体展示且包括座椅底部141和座椅靠背142，导电垫143和144嵌入到所述座椅底部和座椅靠背中。垫143和144形成简单电容器或电场传感器的板，其可通过放置于垫143、144上的电介质材料（例如，人类乘坐者）的存在而耦合。实际实施方案可使用多个板或天线，如所属领域的技术人员将了解，且此处将不描述。所述天线由ECU145控制，所述ECU可经安装作为车辆座椅的一部分或安装在其他地方。为了此技术的更详细描述，参见2011年3月14日申请的第61/452,469号美国临时专利申请案。

将了解，与较小体型的人相比，坐在座椅上的大体型的人将覆盖座椅的较大部分且对到达电容器板的电流具有较大影响。坐在座椅上的较小体型的人将覆盖较小面积，因此影响将较小。垫143、144以及用来以较大量测量容量的微处理器的成本可低于相机的价格。上文描述的ECU145优选使用MSP430F2001，其也能够测量乘坐者感测电场传感器中的电流。因此，为了增加此能力，仅需要考虑垫和布线的成本。此装置也可用以在小孩与成人之间进行区分，但可能并不如使用重量传感器那样准确。所述装置也可用以测量例如驾驶员的健康和疲劳状态，且可促进无线开关和触摸垫的使用，如下文中和'469申请案中描述。

可通过将应变计或者其他力或位移监视传感器放置在将座椅附接到支撑与座椅调整轨的螺栓上或结合所述螺栓而放置来使用简单的重量感测系统。此系统在以引用方式并入本文的第7,766,383号和第7,421,321号美国专利中描述。替代地，更简单的系统可在座椅支撑件中使用弹簧和微型开关，其将基于乘坐者重量而提供最小区分。如果弹簧开关系统经设定以在开关中的至少一者闭合的情况下允许展开，且每一者经设定以在50磅下闭合，那么无论乘坐者坐在哪里以及他或她的体重是否超过100磅，都有至少一个开关将闭合。由于乘坐者可能在车辆中向前或向后移动，因此系统应锁存历时适当的时间周期。第7,243,945号美国专利中揭示一种较复杂的应变计重量感测系统。

图14中在150处展示用于驾驶员气囊模块的盖的透视图。盖150可由聚碳酸酯制成，具有在约0.010与约0.030英寸之间的厚度。其他适当的材料可用于盖，例如TPO（热塑性聚烯烃），但具有某种重量和伤害潜在代价。盖150可具有凹槽151，其与气囊模块中的对应唇缘配合且经设计以使得当气囊对盖施加压力时，凹槽151从其在气囊模块中的配合唇缘撤出且盖从模块弹开。盖150可通过条带（未图示）或其他方法附接到模块以防止盖150投射到乘坐者。

盖150还可包括位于中心或其他地方的垫152，其可至少提供喇叭垫。所述垫可通过导线153连接到适当电路。如果所述垫是应用于盖150的导电表面，那么可以电容方式确定驾驶员的接触。作为替代，单独的垫可附接到盖150且通过其形状或通过泡沫或其他方法与其分离，使得对表面的按压会致使两个导电表面连接，进而闭合开关。较复杂的替代方案是将垫152制作为触摸垫，在该处可测量驾驶员的手指的位置且用来控制例如显示器或膝上型计算机上的较类似于触摸垫的其他装置。如果垫152的周边含有例如四个导电区段，且如图13中那样使用电场垫，那么可确定手指的位置且实施所需功能。选择空间是巨大的，且此处将不尝试将其涵盖。本发明主要是为了结合薄气囊盖来提供简单的开关或触摸垫功能以用于与另一车辆组件交互或控制另一车辆组件。

图15中在160处展示乘客气囊模块的盖的透视图。如在驾驶员模块中，盖160也可由具有约0.010与约0.030英寸之间的厚度的聚碳酸酯或例如TPO等其他材料制成，且具有类似的凹槽161，用于在气囊开始被压时促进弹出布置。虽然未图示，但触摸垫装置也可结合此盖160并入，以便有效利用原本由气囊模块占据的区域。

在极低成本气囊系统的另一实施例中，前方气囊系统可由中心安装式碰撞传感器触发。此碰撞传感器可呈惯性测量单元（IMU）或者单轴或双轴MEMS加速度计的形式，其中任一者在图16A和16B中在170处大体上说明。IMU或者单轴或双轴加速度计可安装到结构部件上且可通过部件171、172和173附接到车辆的前部且通过部件174附接到车辆的侧面。部件171到174刚性地附接到车辆的破裂区，且在碰撞期间其将来自破裂区的碰撞脉冲转移到IMU175，使得IMU175经历与其在位于部件171到174的另一端的情况下原本将经历的情况相同的加速度。在一些情况下，这些部件171到174可为车辆结构的部分，只要其在碰撞的前几毫秒期间将加速度转移到IMU175且不转移到车辆整体，使得IMU175可相对独立于车辆车体或框架改变其速率。通过此技术，可使用单个IMU来感测对车辆的前部以及侧面的碰撞。

在图16B中说明的实施方案中，刚性部件174A可作用于另一刚性部件177，刚性部件177充当杠杆臂且在附接点173A处枢转。在此实施例中，作用于传感器175的侧向加速度减少10:1的因数或其他适当量，进而允许在传感器175中使用较敏感的加速度计。

当如本发明的优选实施方案中使用吸气式充气器时，不在适当位置的乘坐者不太可能被展开的气囊伤害。一旦由于气囊与乘坐者相互作用，压力开始上升，吸气充气器便关闭且在吸气阀被阻止完全关闭的情况下，气体开始流出通风设备，所述通风设备可为吸气充气器自身。因此，大体上不需要乘坐者传感器，从而进一步减少了系统的成本。当由单点传感器触发时的稍后传感器部署可在其中不需要气囊的完全容量的边际碰撞中发生。其也可在其中第一次冲击不足以触发气囊的多次冲击中发生。当今市场上的常规系统并不为驾驶员考虑这些情况中的任一者，且因此本发明的气囊系统固有地比现在生产的常规气囊系统更安全。当今很少有生产的气囊系统测量乘客的位置且因此乘客在不在适当位置时处于危险中。又，本发明的系统因此比当今生产的常规的且昂贵得多的乘客气囊系统安全。

IMU（惯性测量单元）是通常含有三个加速度计和三个陀螺仪的装置，但各种设计可含有不同数目的这些装置，且可从许多制造商购得，例如AnalogDevices、ST Microelectronics和InvenSense。一个新颖实例在第4,711,125号美国专利中描述。这些装置越来越多地用于手机和平板计算机中，例如iPhone和iPad。为了用于车辆中的碰撞和翻滚感测，加速度计的量程应在1到200G量程中而不是用于例如平板计算机中的0到10G或更小量程。如果不使用部件171到174，则IMU可用于非破裂区碰撞和翻滚感测，在此情况下，加速度计量程可减少到1到50G或更小。在破裂区和非破裂区感测两种情况下的陀螺仪可为相同的，且可用于翻滚感测。在另一实施方案中，IMU可以与其中使用其他有区别的传感器的平板计算机中使用的灵敏度相同的灵敏度来使用。举例来说，如果在破裂区中使用破裂开关，那么IMU可满足感测翻滚的功能且还充当解除保险传感器，如下文论述。替代地，IMU可刚性地附接到车辆结构且单独的三轴加速度计可附接到部件171到174，在此情况下，IMU满足解除保险和翻滚感测功能。

可如何结合加速度传递部件和其他传感器来使用IMU当然存在许多变化。一个其他优选实例是将单轴加速度计放置于车辆的前部、侧面和/或后部破裂区中的各种位置处且将IMU放置于气囊ECU中，在该处IMU充当解除保险和翻滚传感器。

大体上，当无法保证安全带使用时使用破裂区传感器。在例如中国和印度等发展中国家的安全带使用据报告大约是20%。当普遍使用安全带时，则碰撞传感器的灵敏度可减小，且由于例如在软碰撞中稍微较晚展开而带来的气囊展开伤害被最小化。然而，对于不在适当位置的乘坐者仍可存在这些气囊引起的伤害。可使用乘坐者位置传感器来最小化对不在适当位置的乘坐者的这些伤害。这些乘坐者传感器中最有效且最便宜的一者是单个相机，其监视驾驶员座椅或乘客座椅或两者。

将IMU集成到车辆中的一个关键优点是当其与GPS接收器组合且使用卡尔曼滤波器时，IMU的准确性可大大增加。大多数低成本IMU是使用MEMS技术制作，其虽然成本低但是经历一些固有问题。当MEMS加速度计和陀螺仪是从例如硅的单晶体微加工时，在所述晶体内可存在残余应力，其致使装置的性质随着时间、温度和其他环境因素以不确定方式改变。所述装置可经受加速老化（例如热循环）历时一个周期，且将减少所述不确定性中的一些。随后，可针对每一元件导出一方程，其使装置性质与温度等等相关。然而，当GPS接收器存在时的优选方法是周期性地分析IMU的输出及其与从GPS确定的车辆的位置（位置和姿态）的积分，且随后使用卡尔曼滤波器调整所述装置中的每一者的构成方程，使得其在内部彼此一致且符合从GPS确定的位置改变。通过这些方法，IMU的准确性可显著增加。此技术大体上适用于高度敏感的加速度计，例如小于1G到5G量程的那些加速度计。对于例如在车辆的破裂区中使用的用于碰撞感测的较高校准加速度计，可使用例如自测试等另一技术来改善准确性；然而，自测试可增加感测系统的成本和复杂性。也可采用其他传感器来改善IMU准确性，例如磁力计和磁通量闸门罗盘。

一旦IMU驻留在车辆上，则例如电子稳定性控制等其他功能可受益。虽然大多数IMU具有陀螺仪，但不使用陀螺仪的替代IMU在Peng,Y.K.和Golnaraghi,M.R的“集成现有的加速度计网络的基于向量的无陀螺仪惯性导航系统（A Vector-Based Gyro-Free Inertial Navigation System by IntegratingExisting Accelerometer Network）”（IEEE位置定位和导航研讨会，2004）中论述。

上文描述的系统利用电或电子碰撞传感器。本发明的教示还适用于使用机械传感器和针刺火帽，如第7,481,453号美国专利中揭示。

如上文论述，电子加速度计可在本发明的具有低成本气囊系统的破裂区中使用以感测碰撞，如常规气囊系统中所做的那样。这在图17中在180处大体上说明。来自两个基于加速度计的碰撞传感器181的测得的加速度被转换为数字形式，基于加速度计而经编码，且馈送到连接到ECU37的数据总线182上。ECU37处理所述数据且确定是否应展开气囊。虽然图17中说明两个基于破裂区安装式加速度计的传感器，但在一些应用中可使用一个、三个或甚至更多。指示感测到或检测到的碰撞的编码信号的概念也可在其他实施例中使用，其中经编码信号从ECU发送到驾驶员侧和乘客侧气囊模块的气体产生器以致使其开始产生充气媒介。

在已知驾驶员和乘客例如根据法律要求已系安全带的情况下，可不需要破裂区传感器且使用单点传感器。此传感器可以类似于图12中说明的解除保险传感器的方式制作，但具有不同的偏差和行程。

吸气式充气器具有优于纯烟火充气器的优点在于用以使气囊充气的气体相当地更冷，因为使气囊充气的气体的75%或更多可来自乘客隔室。以类似方式，当吸气与储存气体充气器一起使用时，使气囊充气的气体可能不如纯储存气体充气器的情况那样冷。即使当使用增强式充气器时，吸气也导致气囊中的气体的温度较接近于环境温度。

最后，所述低成本气囊系统可用于侧帘气囊，例如图18中在190处大体上说明，以及用于未图示的侧气囊。来自可为吸气式的充气器的气体以常规方式流过通路191进入腔室192中。

通过上文在各种配置中的一者或一者以上中描述的结构，获得本发明的主要目的，包含但不限于：

1.提供极低成本气囊系统。

2.提供具有极低成本破裂区安装式碰撞传感器的系统，所述碰撞传感器需要引起显著车辆变形的碰撞来触发，因此大体上消除了起伏路引起的展开。

3.消除了到安装在转向盘上的驾驶员气囊的电连接，且因此消除了高成本“钟表弹簧”连接系统。

4.利用在大多数国家中容易且便宜可用的推进剂。

5.当推进剂燃烧产物含有例如二氧化碳等污染物时，通过吸气而充分地稀释来自气体产生器的燃烧产物，从而在展开之后产生可呼吸的环境。

6.在一个或两个气囊模块内通过施加开始展开气囊所需的能量来最小化布线成本，且任选地利用数字信号用于经由载运电力以对气囊电容器电源进行充电的相同的导线进行驾驶员气囊展开。

7.通过如下方式大体上减少了气囊的成本：使用机织膜，消除了系栓，通过经由充气器进行通风而消除了通风孔，以及通过热、粘合剂或硫化密封而最小化或消除了缝合。

8.通过经由注射模制从例如聚碳酸酯等薄的高强度塑料制造气囊盖来简化气囊盖。

9.初始地通过特定充入极高温度低密度推进剂（例如硝酸硼钾（BKNO3））以帮助开始吸气且移除气囊盖来展开气囊。

10.大体上由塑料形成气体产生器和吸气喷嘴。

11.通过友好的非伤害吸气式充气气囊消除了对乘坐者传感器的需要。

从以上优选实施例的详细描述可明了其他目的和优点。

虽然上文说明和描述了若干优选实施例，但存在针对执行相同功能的组件使用其他几何形状、传感器、材料和不同尺寸的可能组合。本文揭示的本发明不限于以上实施例，且应由所附权利要求书来确定。除了上文描述的应用之外还存在许多额外应用。所属领域的技术人员在考虑揭示本发明优选实施例的本说明书和附图之后将明了本发明的许多改变、修改、变化和其他用途和应用。不脱离本发明的精神和范围的所有这些改变、修改、变化和其他用途和应用都被视为由本发明涵盖，本发明仅受所附权利要求书限制。

Claims (20)

1.一种包含气囊系统的车辆，所述气囊系统在涉及所述车辆的碰撞期间展开以保护所述车辆的乘客隔室的乘坐者，所述车辆包括：

碰撞传感器系统，其检测涉及所述车辆的碰撞；

转向柱；

转向盘，其相对于所述转向柱旋转；

驾驶员侧气囊模块，其安装到所述转向盘，且包含充气以保护所述车辆的驾驶员的驾驶员侧气囊、覆盖所述气囊的气囊盖以及产生充气媒介以使所述驾驶员侧气囊充气的气体产生器，所述驾驶员侧气囊和所述气囊盖经布置以与所述转向盘一起旋转，所述驾驶员侧气囊由塑料膜制成，所述气体产生器固定地连接到所述转向柱且因此在所述转向盘旋转时不旋转；以及

控制模块，其耦合到所述碰撞传感器系统和所述气体产生器，且基于所述碰撞传感器系统检测到碰撞而使所述气体产生器开始产生充气媒介。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中所述碰撞传感器系统包括至少一个MEMS加速度计，所述至少一个MEMS加速度计任选地与校正所述至少一个MEMS加速度计中的误差的低成本GPS接收器系统一起使用。

3.根据权利要求1所述的车辆，其中所述碰撞传感器系统包括破裂检测传感器，所述破裂检测传感器沿着所述车辆的外边缘布置以检测所述车辆的破裂。

4.根据权利要求1所述的车辆，其中所述驾驶员侧气囊模块包含吸气式充气器，所述吸气式充气器将由所述气体产生器产生的所述充气媒介与来自所述乘客隔室的空气混合且将所述混合物引导到所述驾驶员侧气囊中。

5.根据权利要求4所述的车辆，其中所述吸气式充气器包含固定到所述气体产生器的吸气喷嘴和固定到所述转向盘的零件。

6.根据权利要求1所述的车辆，其进一步包括：

乘客侧气囊模块，其包含乘客侧气囊，所述乘客侧气囊充气以保护所述车辆的乘客且由塑料膜制成；

额外的气体产生器，其产生充气媒介以使所述乘客侧气囊充气；以及

任选的吸气式充气器，其将由所述额外的气体产生器产生的所述充气媒介与来自所述乘客隔室的空气混合且将所述混合物引导到所述乘客侧气囊中。

7.根据权利要求6所述的车辆，其中所述控制模块进一步耦合到所述额外的气体产生器且基于所述碰撞传感器系统检测到碰撞而使所述额外的气体产生器开始产生充气媒介，所述控制模块布置在所述乘客侧气囊模块内且通过导线连接到所述气体产生器和所述碰撞传感器系统。

8.根据权利要求6所述的车辆，其中所述乘客侧气囊模块包括电容器能量储存装置，所述电容器能量储存装置将能量提供到所述额外的气体产生器以使所述额外的气体产生器能够开始产生充气媒介。

9.根据权利要求8所述的车辆，其进一步包括蓄电池，所述蓄电池通过导线连接到所述电容器能量储存装置以确保所述电容器能量储存装置的能量储存。

10.根据权利要求6所述的车辆，其进一步包括乘坐者位置或存在传感器系统，所述乘坐者位置或存在传感器系统确定关于所述驾驶员或乘客的存在或者所述驾驶员或乘客的位置的信息，所述控制模块耦合到所述乘坐者位置或存在传感器系统且基于所述确定的信息来控制所述驾驶员侧气囊或所述乘客侧气囊的展开。

11.根据权利要求1所述的车辆，其中所述碰撞传感器系统包括第一碰撞传感器和第二解除保险传感器，所述控制模块经配置以仅当所述第一碰撞传感器和所述第二解除保险传感器均被触发而因此被视为指示所述碰撞传感器系统检测到碰撞时使所述气体产生器开始产生充气媒介。

12.根据权利要求1所述的车辆，其中所述控制模块经配置以产生经编码数字信号并且将此经编码信号引导到所述气体产生器，所述经编码数字信号在由所述气体产生器接收后即刻致使所述气体产生器开始产生所述充气媒介。

13.根据权利要求1所述的车辆，其中所述驾驶员侧气囊模块包括电容器能量储存装置，所述电容器能量储存装置将能量提供到所述气体产生器以使所述气体产生器能够开始产生充气媒介。

14.根据权利要求1所述的车辆，其中所述碰撞传感器系统由单点碰撞传感器组成。

15.根据权利要求1所述的车辆，其中所述碰撞传感器系统包括：含三个加速度计和三个陀螺仪的惯性测量单元（IMU）；以及通过卡尔曼滤波器来改善由所述IMU提供的准确性测量的GPS接收器系统。

16.根据权利要求1所述的车辆，其中所述气囊盖包含凹槽，所述凹槽与所述驾驶员侧气囊模块中的对应唇缘配合，使得当在所述气囊充气后即刻将压力施加到所述气囊盖时，所述凹槽从其在所述气囊模块中的配合唇缘撤出并且所述气囊盖从所述驾驶员侧气囊模块弹开，所述气囊盖任选地可附接到所述驾驶员侧气囊模块。

17.根据权利要求1所述的车辆，其中所述气体产生器经配置以提供充气媒介的初始高压流以致使所述盖的移除，且随后提供所述充气媒介的较低压流。

18.根据权利要求1所述的车辆，其进一步包括乘坐者位置传感器系统，所述乘坐者位置传感器系统确定关于至少一个乘坐者的存在的信息，所述控制模块耦合到所述乘坐者位置传感器系统且基于所述确定的信息来控制所述驾驶员侧气囊的展开，所述乘坐者位置传感器系统包括位于驾驶员座椅的座椅部分中的第一导电垫和位于所述驾驶员座椅的靠背部分中的第二导电垫，借此所述驾驶员致使包含所述第一和第二导电垫的电路的调整，所述调整可转换为关于所述至少一个乘坐者的信息。

19.根据权利要求1所述的车辆，其中所述碰撞传感器系统包括中心安装式碰撞传感器，所述中心安装式碰撞传感器安装到结构部件上且通过部分地位于所述车辆的破裂区中的相应结构部件附接到所述车辆的至少一个横向侧，使得所述结构部件将碰撞脉冲从所述破裂区转移到所述碰撞传感器。

20.一种包含气囊系统的车辆，所述气囊系统在涉及所述车辆的碰撞期间展开以保护所述车辆的乘客隔室的乘坐者，所述车辆包括：

碰撞传感器系统，其检测涉及所述车辆的碰撞；

转向盘；

驾驶员侧气囊模块，其安装到所述转向盘且包含：

驾驶员侧气囊，其充气以保护所述车辆的驾驶员且由塑料膜制成，

气囊盖，其覆盖所述气囊，

气体产生器，其产生充气媒介以使所述驾驶员侧气囊充气，以及

吸气式充气器，其将由所述气体产生器产生的所述充气媒介与来自所述乘客隔室的空气混合且将所述混合物引导到所述驾驶员侧气囊中；以及

控制模块，其耦合到所述碰撞传感器系统和所述气体产生器，且基于所述碰撞传感器系统检测到碰撞而使所述气体产生器开始产生充气媒介。

Images