CN103770675B - 能量耗散系统 - Google Patents

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Abstract

儿童约束系统包括童车座椅和与童车座椅连接的能量耗散装置。能量耗散装置设置成吸收与作用在能量耗散装置上的外部冲击力相关的外部能量。

Description

能量耗散系统
根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2008年7月30日提交的61/084,889号美国临时申请的优先权，该临时申请以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及能量吸收设备，具体涉及用于耗散与外部冲击力相关的能量的装置。更具体地，本发明涉及包括在例如儿童约束系统的儿童产品中的能量耗散系统。
背景技术
安置于轿车或货车座椅上的童车座椅在受到外部冲击力的作用时会加速移动到轿车或卡车驾驶室中的新位置。而在该移动的童车座椅中的儿童也会随着童车座椅在驾驶室内移动而加速移动。
g载荷是以g作为单位对物体加速度的度量。g是非国际单位制单位，其等于在海平面处的、因地球上的重力作用而产生的标称加速度。坐在突然移动的童车座椅(或任何其它儿童座椅)中的儿童所承受的短时加速度称为冲击，并且以g来度量。
发明内容
根据本发明的能量耗散系统包括在受到外部冲击力作用的设备中。在说明性实施方式中，能量耗散系统与童车座椅连接以提供儿童约束系统。
在说明性实施方式中，能量耗散系统包括缓冲垫，所述缓冲垫包括容纳一定体积的空气的第一力耗散装置，当第一力耗散装置受到外部冲击力时，所述一定体积的空气以经过调整的速度排出。所述第一力耗散装置因而配置成用于吸收作用在其上的外部能量。
在说明性实施方式中，第一力耗散装置包括容器，所述容器用于在气室中保留空气或其它流体，直到容器受到外部冲击力作用时发生变形为止。由于在容器受到外部冲击力作用后，空气从容器的气室中排出，因而外部能量得以吸收。
在说明性实施方式中，所述容器形成为包括通向气室内的排气口。当容器受到外部冲击力作用时，存留在气室中的空气通过排气口排出。在说明性实施方式中，排气口由形成于容器中的狭缝或者形成于容器中的一对十字形交叉狭缝限定。
在说明性实施方式中，容器是由可变形材料制成的袋，所述袋形成为包括排气口。例如，所述袋能够由如聚氯乙烯或尼龙的塑料材料制成。
在说明性实施方式中，缓冲垫中的第一力耗散装置包括位于容器的气室中的可变形的支承架。可变形的支承架实现了对容器的支承，从而在气室中至少保留预定体积的空气，直到容器受到外部冲击力作用时发生变形，因而容器不会过快地变形，并以允许其吸收与外部冲击力相关的外部能量的速度发生变形。在说明性实施方式中，可变形的支承架是衬垫，该衬垫的尺寸使其填充对应的容器的气室中的大部分空间。
在说明性实施方式中，能量耗散系统的缓冲垫还包括第二力耗散装置，所述第二力耗散装置布置成位于第一力耗散装置旁，从而形成力耗散装置的叠层。第一力耗散装置与童车座椅连接，第二力耗散装置布置成与童车座椅隔开，从而使第一力耗散装置位于第二力耗散装置与童车座椅之间。第一和第二力耗散装置共同限定了多级缓冲垫。在第一阶段，外部冲击力撞击第二力耗散装置，并使其发生变形，因而在第二阶段，第一力耗散装置发生变形，从而吸收与外部冲击力相关的外部能量，并将坐在童车座椅中的儿童所承受的g载荷最小化。
在说明性实施方式中，根据本发明的缓冲垫套件包括第一容器和各种不同的可变形支承架，所述第一容器形成为包括第一气室，所述可变形支承架的尺寸使其适合装在第一气室中。可变形支承架中的每一个的特征在于不同的变形特性。通过使用所述套件，缓冲垫设计者能够从已有的可变形支承架中选择需要的可变形支承架，并将其置入第一容器的第一气室中，从而形成具有需要的能量吸收特性和缓冲时间的第一力耗散装置。缓冲垫套件还能包括第二容器和各种不同的可变形支承架，所述第二容器形成为包括第二气室，所述可变形支承架的尺寸使其适合装在第二气室中。
本发明的说明性实施方式还可以包括以下方案。
方案1.一种儿童约束系统，包括：
童车座椅，其包括椅垫和从所述椅垫向上延伸的椅背，所述椅背包括头枕和在所述椅垫及所述头枕之间延伸的靠背，所述头枕包括第一侧翼板和与所述第一侧翼板隔开的第二侧翼板，从而在所述第二侧翼板与所述第一侧翼板之间限定出儿童容纳空间；以及
能量耗散系统，所述能量耗散系统与所述头枕连接，并包括与所述第一侧翼板连接的第一缓冲垫、以及与所述第二侧翼板连接的第二缓冲垫，
其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个均包括第一可变形气袋，所述第一可变形气袋形成用于存储预定体积的空气的第一气室并且包括第一排气口，所述第一排气口设置成当所述第一可变形气袋受到外部冲击力作用时，将计量体积的空气从所述第一气室排出，使与所述外部冲击力相关的外部能量被吸收，从而将坐在所述童车座椅的所述椅垫上的儿童所承受的g载荷最小化。
方案2.如方案1所述的儿童约束系统，其中，所述第一侧翼板包括朝向所述第二侧翼板的内壁、和朝向远离所述第二侧翼板的方向的外壁，所述第二侧翼板包括朝向所述第一侧翼板的内壁、和朝向远离所述第一侧翼板的外壁，所述第一缓冲垫与所述第一侧翼板的所述外壁连接，所述第二缓冲垫与所述第二侧翼板的所述外壁连接。
方案3.如方案2所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个还包括第二可变形气袋，所述第二可变形气袋形成为包括用于存储预定体积的空气的第二气室、以及第二排气口，所述第二排气口设置成当所述第二可变形气袋受到外部冲击力作用时，将计量体积的空气从所述第二气室排出，使得与所述外部冲击力相关的外部能量得到吸收，从而将坐在所述童车座椅的所述椅垫上的儿童所承受的g载荷最小化。
方案4.如方案3所述的儿童约束系统，其中，所述第一缓冲垫的所述第二可变形气袋布置成与所述第一侧翼板的所述外壁隔开，以使所述第一缓冲垫的所述第一可变形气袋位于二者之间，所述第二缓冲垫的所述第二可变形气袋布置成与所述第二侧翼板的所述外壁隔开，以使所述第二缓冲垫的所述第一可变形气袋位于二者之间。
方案5.如方案4所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个的第一可变形气袋和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的所述第一排气口与所述第二可变形气袋的所述第二排气口以大约72°的有效中心角分离。
方案6.如方案4所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个的第一可变形气袋和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的第一排气口与所述第二可变形气袋的第二排气口朝向相反的方向。
方案7.如方案1所述的儿童约束系统，其中，所述第一侧翼板包括朝向所述第二侧翼板的内壁和朝向远离所述第二侧翼板的方向的外壁，所述第二侧翼板包括朝向所述第一侧翼板的内壁和朝向远离所述第一侧翼板的方向的外壁，所述第一缓冲垫与所述第一侧翼板的所述内壁连接，所述第二缓冲垫与所述第二侧翼板的所述内壁连接。
方案8.如方案7所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个还包括第二可变形气袋，所述第二可变形气袋形成为包括用于存储预定体积的空气的第二气室、以及第二排气口，所述第二排气口设置成当所述第二可变形气袋受到外部冲击力作用时，将计量体积的空气从所述第二气室排出，以使与所述外部冲击力相关的外部能量得到吸收，从而将坐在所述童车座椅的所述椅垫上的儿童所承受的g载荷最小化。
方案9.如方案8所述的儿童约束系统，其中，所述第一缓冲垫的所述第二可变形气袋布置成与所述第一侧翼板的所述内壁隔开，以使所述第一缓冲垫的所述第一可变形气袋位于二者之间，所述第二缓冲垫的所述第二可变形气袋布置成与所述第二侧翼板的所述内壁隔开，以使所述第二缓冲垫的所述第一可变形气袋位于二者之间。
方案10.如方案9所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个的第一和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的第一排气口与所述第二可变形气袋的第二排气口以大约72°的有效中心角彼此分离。
方案11.如方案9所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个的所述第一可变形气袋和第二可变形气袋相对彼此定向，以使所述第一可变形气袋的所述第一排气口与所述第二可变形气袋的所述第二排气口朝向相反的方向。
方案12.如方案1所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个还包括可变形的第一支承架，所述可变形的第一支承架位于所述第一气室中，并设置成对所述第一可变形气袋进行支承，从而在所述第一气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第一可变形气袋受到所述外部冲击力作用时发生变形为止，这样，所述第一可变形气袋以允许其吸收与所述外部冲击力相关的外部能量的速度发生变形。
方案13.如方案12所述的儿童约束系统，其中，每个可变形的第一支承架为弹性衬垫，所述弹性衬垫的尺寸使其基本上填充所述第一气室。
方案14.一种儿童约束系统，包括：
童车座椅；以及
能量耗散系统，所述能量耗散系统与所述童车座椅连接并包括第一缓冲垫，所述第一缓冲垫与所述童车座椅连接，并设置成吸收与作用在所述第一缓冲垫上的外部冲击力相关的外部能量，从而将坐在所述童车座椅上的儿童所承受的g载荷最小化，
其中，所述第一缓冲垫包括第一可变形气袋和第二可变形气袋，所述第一可变形气袋形成第一气室，所述第一气室容纳预定体积的空气并与所述童车座椅连接，所述第二可变形气袋形成容纳预定体积的空气的第二气室，并布置成与所述童车座椅隔开，从而使所述第一可变形气袋位于所述第二可变形气袋与所述童车座椅之间。
方案15.如方案14所述的儿童约束系统，其中，所述第一可变形气袋和第二可变形气袋中的每一个形成为包括排气口，所述排气口设置成当所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时，从所述第一和第二气室中对应的一个中排出计量体积的空气。
方案16.如方案15所述的儿童约束系统，其中，所述第一可变形气袋和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的所述第一排气口与所述第二可变形气袋的所述第二排气口以大约72°的有效中心角分离。
方案17.如方案15所述的儿童约束系统，其中，所述第一可变形气袋和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的所述第一排气口与所述第二可变形气袋的所述第二排气口朝向相反的方向。
方案18.如方案15所述的儿童约束系统，其中，所述第一缓冲垫还包括位于所述第一气室中的可变形的第一支架和位于所述第二气室中的可变形的第二支架。
方案19.如方案18所述的儿童约束系统，其中，所述可变形的第一支架设置成对所述第一可变形气袋进行支承，从而在所述第一气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第一可变形气袋在所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时发生变形为止，所述可变形的第二支架设置成对所述第二可变形气袋进行支承，以便在所述第二气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第二可变形气袋在所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时发生变形为止。
方案20.如方案14所述的儿童约束系统，其中，所述第一缓冲垫还包括位于所述第一气室中的可变形的第一支架和位于所述第二气室中的可变形的第二支架，所述可变形的第一支架设置成对所述第一可变形气袋进行支承，从而在所述第一气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第一可变形气袋在所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时发生变形为止，所述可变形的第二支架设置成对所述第二可变形气袋进行支承，从而在所述第二气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第二可变形气袋在所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时发生变形。
通过考虑以目前所认识到的本发明的最佳实施方式为示例的说明性实施方式，本发明的其它特征对本领域技术人员而言会显而易见。
附图说明
以下的详细描述具体地参照以下附图：
图1是儿童约束系统的立体图，所述儿童约束系统包括童车座椅和能量耗散系统，所述童车座椅包括坐垫和从坐垫向上延伸的椅背，所述能量耗散系统与椅背连接，所述儿童约束系统根据本发明的第一实施方式制成，图中的某些部分被除去，所述椅背包括与椅垫连接的靠背、和与靠背连接的头枕，所述能量耗散系统包括左侧缓冲垫和右侧缓冲垫，所述左侧缓冲垫安装在头枕所包括的第一侧翼板上，所述右侧缓冲垫安装在头枕所包括的相对的第二侧翼板上；
图2是图1所示的左侧缓冲垫和头枕的第一侧翼板的放大立体图，其中的某些部分被除去，图中还示出了撞击所述左侧缓冲垫的外侧部分的外部冲击力；
图3是图2的左侧缓冲垫的分解立体图，其中，所述缓冲垫是多级单元，其包括(1)第一(内侧)力耗散装置，所述第一力耗散装置包括第一容器(例如，袋)和第一可变形支承架(例如，衬垫)，所述第一容器形成为包括第一气室、和通向第一气室内的朝向前方的第一排气口，所述第一可变形支承架的尺寸使其位于第一气室内，以及(2)第二(外侧)力耗散装置，所述第二力耗散装置包括第二容器(例如，袋)和第二可变形支承架(例如，衬垫)，所述第二容器形成为包括第二气室、和通向第二气室内的朝向前方的第二排气口，所述第二可变形支承架的尺寸使其位于第二气室内；
图4是图1的童车座椅的侧视图，其中某些部分被除去，从而将左侧缓冲垫显露出来；
图5是左侧缓冲垫所包括的第一(内侧)和第二(外侧)力耗散装置的立体图，其中，两个力耗散装置彼此分离，且尚未安装在图1所示的童车座椅上；
图6是沿图2和6的线6-6得到的放大的截面图，其中示出了左侧缓冲垫在头枕的第一侧翼板的外壁上的布置，以及内垫在头枕的第一侧翼板的内壁上的布置；
图7至9的序列图示出了在外部冲击力突然作用在第二(外侧)力耗散装置上后，左侧缓冲垫发生变形的各个阶段，这种变形将作用于坐在童车座椅中的儿童上的最终作用力的幅值最小化，从而将由最终作用力产生并由坐在座椅中的儿童所承受的g载荷(加速度)最小化；
图7是处于时刻t0的儿童的示意图，其中时刻t0在外部冲击力作用在安装在童车座椅上的左侧缓冲垫上之前；
图8是与图7类似的示意图，其处于较晚的时刻t1，时刻t1在外部冲击力使第二(外侧)力耗散装置所包括的第二袋和第二衬垫发生变形之后；
图9是与图7和8类似的示意图，其处于再晚的时刻t2，时刻t2在外部冲击力使第一(内侧)力耗散装置所包括的第一袋和第一衬垫发生变形之后；
图10是根据本发明的缓冲垫套件的分解立体图，所述套件包括与第一袋相关的四个衬垫和与第二袋相关的四个衬垫，每个衬垫在对应的袋的气室中设置了支承架，并且在受到外部冲击力作用时具有不同的变形特性，通过以下方式能够对每个力耗散装置的变形性进行改变，即，从四个已有的衬垫中选择需要的衬垫，并将选择的衬垫置于对应的袋中以形成根据本发明的力耗散装置；
图11是儿童约束系统的立体图，所述儿童约束系统包括儿童座椅和根据本发明的第二实施方式的能量耗散系统；
图12是图11所示的左侧缓冲垫和头枕的第一侧翼板的放大的立体图，其中的某些部分被除去；
图13是图12的左侧缓冲垫的分解立体图，其中，所述缓冲垫从右向左依序地包括内侧壳体、第一衬垫、隔板、第二衬垫、和外侧壳体，所述内侧壳体形成为包括朝向前方的第一排气口，所述外侧壳体形成为包括朝向后方的第二排气口，内侧壳体和隔板共同形成第一气室，所述第一气室的尺寸使其在其中容纳第一衬垫，外侧壳体和隔板共同形成第二气室，所述第二气室的尺寸使其在其中容纳第二衬垫；
图14至16的序列图示出了在外部冲击力作用在第二(外侧)力耗散装置上后，左侧缓冲垫发生变形的各个阶段，这种变形将作用于坐在带有左侧缓冲垫的童车座椅中的儿童上的最终作用力的幅值最小化，从而将由最终作用力产生并由坐在座椅中的儿童所承受的g载荷(加速度)最小化；
图14是处于时刻t0的儿童的示意图，其中时刻t0在外部冲击力作用在安装在童车座椅上的左侧缓冲垫上之前；
图15是与图14类似的示意图，其处于较晚的时刻t1，时刻t1在外部冲击力使第二(外侧)力耗散装置所包括的第二壳体和第二衬垫发生变形之后，所述第二力耗散装置包括在图11至13所示的能量耗散系统中；
图16是与图14和15类似的示意图，其处于再晚的时刻t2，时刻t2在外部冲击力使第一(内侧)力耗散装置所包括的第一袋和第一衬垫发生变形之后，所述第一力耗散装置包括在图11至13所示的能量耗散系统中；
图17是与图12类似的立体图，其中示出了第二(外侧)力耗散装置相对于第一(内部)力耗散装置的第一排气口的另一个位置，其中，第一与第二排气口之间的角距的特征在于，二者形成大约为72°的中心角；
图18是与图17类似的立体图，其中，第一和第二排气口中的每一个是由一对十字形的交叉狭缝限定的十字形开口；
图19示出了由一对十字形交叉狭缝彼此分离的四个相邻的角形片，所述十字形交叉狭缝展开，从而当外力作用在第二(外侧)力耗散装置上时，将留存在对应气室中的空气排出；
图20是沿图19的线20-20得到的放大视图；
图21是根据本发明的另一个实施方式的儿童约束系统的立体图，其示出了多级左侧和右侧缓冲垫，其中，左侧缓冲垫与头枕的第一侧翼板的内壁连接，右侧缓冲垫与头枕的第二右侧片的内壁连接；以及
图22是根据本发明的又一个实施方式的儿童约束系统的立体图，其示出了四个多级缓冲垫，其中，头枕的第一侧翼板的外壁和内壁中的每一个上均有带有缓冲垫，头枕的相对的第二侧翼板的内侧和外壁中的每一个上也均带有缓冲垫。
具体实施方式
如图1所示，一个说明性儿童约束系统11包括童车座椅10，和与童车座椅10连接的能量耗散系统16。在说明性实施方式中，童车座椅10包括椅垫12、和从椅垫12向上延伸的椅背14。如图1所示，第一说明性能量耗散系统16与童车座椅10的椅背14连接。如图11所示，第二说明性能量耗散系统116与童车座椅110的椅背14连接，从而形成说明性儿童约束系统111。图17至22示出了其它的说明性能量耗散系统616、716、816和916及其零件。以下方案在本发明的范围内，即，将儿童约束系统的能量耗散系统16或116安装在儿童座椅或其它装置上，以便将通过作用在座椅或装置上的外部冲击力传递给该座椅或装置的能量耗散。
每个能量耗散系统16、116、616、716、816、916都包括缓冲垫，该缓冲垫设计成在座椅10受到外部冲击力作用的过程中，将坐在童车座椅10的椅垫12上的儿童所承受的g载荷最小化。图1至9示出了根据本发明的第一实施方式的多级缓冲垫21、22。图10示出了用于制作说明性缓冲垫的说明性套件11。图11至16示出了根据本发明的第二实施方式的多级缓冲垫121、122。图21和22示出了其它的实施方式。将所述单级缓冲垫用于例如图1、11、21和22所示的设计中的任一个也在本发明的范围内。
如图1所示，能量耗散系统16包括左侧缓冲垫21、右侧缓冲垫22和单独的内垫23。在说明性实施方式中，能量耗散系统16与童车座椅10的椅背14连接，并且尤其是与椅背14所包括的头枕26连接。在说明性实施方式中，例如如图1和11所示，能量耗散系统16安装在童车座椅10的外侧部分。以下方案也在本发明的范围内，即，将能量耗散系统16所包括的缓冲垫中的一个或更多个与童车座椅10或其它儿童座椅或装置的其它部分连接，以便吸收由作用在所述座椅或装置上的外部冲击力所产生的能量。
在说明性实施方式中，童车座椅10的椅背12包括布置成从椅垫12向上延伸的靠背24、和与靠背24连接的头枕26。左侧缓冲垫21与头枕26所包括的第一侧翼板31的外壁连接。右侧缓冲垫22则与头枕26所包括的第二侧翼板32的外壁连接。近似于C形的内垫23与第一侧翼板31和第二侧翼板32的内壁连接。如图1所示，内垫23还与后板30的内壁连接，而后板30位于第一和第二侧翼板31、32之间并将二者互相连接起来。在说明性实施方式中，内垫23布置成部分地围绕坐在童车座椅10中的儿童的头部，从而为儿童头部提供了可变形护垫。
以下方案在本发明的范围内，即，将类似于缓冲垫21、22的缓冲垫(或在此公开的其它垫)安装在童车座椅10上的其它位置(例如，躯干区域之外、头部区域之内、背部区域之外)，或者其它装置上受到外部冲击力作用的区域中。如图21所示，根据本发明的缓冲垫321、322安装在头枕326的第一和第二侧翼板331、332中的每一个的内壁上，而头枕326则位于具有能量耗散系统816的说明性儿童约束装置311中。如图22所示，缓冲垫421、422安装在头枕426的第一和第二侧翼板431、432的外壁上，而头枕426位于说明性儿童约束装置411中，同时缓冲垫441、442也安装在所述第一和第二侧翼板431、432的内壁上，从而提供了能量耗散系统916。
如图2所示，在发生碰撞或其它事故的过程中，作用在左侧缓冲垫21上的外部冲击力20使能量从冲击物体(未示出)传递至左侧缓冲垫21。如图7至9示意性地示出的，缓冲垫21对所传递的能量进行吸收，从而使碰撞过程中作用于坐在童车座椅10中的儿童100上的最终作用力200的幅值最小化。如图7至9所示，缓冲垫21的作用是在座椅10受到外部冲击力20作用时，使坐在童车座椅10的椅垫12上的儿童100所承受的g载荷(加速度)最小化。缓冲垫21还具有的作用是，将冲击物体撞击在缓冲垫21上以施加外部冲击力的时刻与最终作用力200变为零的时刻之间的时间间隔(即，缓冲时间)最大化。
如图6至9所示，在说明性实施方式中，内垫23与左侧缓冲垫21共同使例如在碰撞过程中作用在儿童100上的最终作用力200的幅值最小化。内垫23的部分23P定位成位于左侧缓冲垫21与儿童100之间的空间中。第一侧翼板31的部分31P定位成位于左侧缓冲垫21与内垫23的部分23P之间的空间中。
如图3所示，左侧缓冲垫21是包括第一(内侧)力耗散装置41和第二(外侧)力耗散装置42的多级缓冲垫。在说明性实施方式中，第一和第二力耗散装置41、42中的每一个均包括容纳可变形支承架(如衬垫)的容器(如袋)。第一和第二力耗散装置41、42依序地叠放，从而使第一力耗散装置41位于第二力耗散装置42与头枕26的第一侧翼板31之间的内侧位置，第二力耗散装置42位于与第一侧翼板31隔开的外侧位置。将左侧缓冲垫21配置成仅包括第一力耗散装置41的单级缓冲垫在本发明的范围内。
如图2和3所示，第一(内侧)力耗散装置41包括第一袋51和第一衬垫61。第一袋51构造成包括第一气室50和通向第一气室50内的第一排气口53。在说明性实施方式中，如图6所示，第一衬垫61的尺寸使其适合装在第一气室50内，从而在将第一衬垫61置于第一气室50内后在第一气室50中留出了一定的未占用空间54。
能够采用任何适合的材料、以任何适合的方法形成第一袋51。在说明性实施方式中，如图10所示，第一袋51包括壳体511和封盖512，壳体511构造成包括第一排气口53，封盖512设置成与壳体511所包括的凸缘513连接，从而限定出壳体511与封盖512之间的第一气室50。尽管第一排气口53是如图2所示的孔，而第一排气口212是如图12所示的孔，但是设置由狭缝、或者如图18至20所示的一对十字形交叉狭缝501、502所限定的第一排气口也在本发明的范围内。
如图2和3所示，第二(外侧)力耗散装置42包括第二袋72和第二衬垫62。第二袋72构造成包括第二气室70和通向第二气室70内的第二排气口73。在说明性实施方式中，例如图6所示，第二衬垫62的尺寸使其适合装在第一气室70内，从而在将第二衬垫62置于第二气室70内后在第二气室70中留出了一定的未占用空间。
能够采用任何适合的方法以任何适合的材料形成第二袋72。在说明性实施方式中，如图10所示，第二袋72包括壳体721和封盖722，壳体721构造成包括第一排气口73，封盖722设置成与壳体721所包括的凸缘723连接，从而限定出壳体721与封盖722之间的第一气室70。尽管第二排气口是如图2所示的孔，而第二排气口224是如图12所示的孔，但是设置由狭缝、或者如图18至20所示的一对十字形交叉狭缝501、502所限定的第二排气口在本发明的范围内。
衬垫61、62是位于根据本发明在袋51、72或者其它容器中形成的气室内的可变形支承架的说明性示例。在此公开的可变形支承架实现了对容器(例如，袋)的支承，从而在气室中保持了至少部分预定体积的空气(或其它流体)，直到容器在受到外部冲击力作用时发生变形。因而容器由可变形支承架支承，从而容器不会过快地变形，并以容器可以吸收与外部冲击力相关的外部能量的速度发生变形。在说明性实施方式中，可变形支架是这种一种衬垫，其尺寸使其填充对应容器中的气室的大部分空间。
图7至9说明性且示意性地依序示出了由左侧缓冲垫21结合内垫23对外部冲击力20进行吸收。当外部冲击力撞击右侧缓冲垫22时，右侧缓冲垫22与内垫23则以类似的方式共同对外部冲击力进行吸收。在说明性实施方式中，在吸收外部冲击力20的过程中，内垫23起到的是配合作用；然而，可以单独使用每个缓冲垫21、22来吸收外部冲击力20。将缓冲垫21、22中的一个安装在儿童座椅或其它装置的冲击撞击区域内在本发明的范围内。而将缓冲垫安装在座椅或装置的外侧或内壁(或外壁和内壁)上也在本发明的范围内。
如图7示意性地示出的，在发生影响童车座椅10的任何碰撞前的时刻t0，左侧缓冲垫21所包括的力耗散装置41、42中的每一个基本上没有变形。内垫23在时刻t0也基本上没有变形。
如图8示意性地示出的，在碰撞过程中，外部冲击力20撞击第二(外侧)力耗散装置42中的第二袋72，从而至少使第二袋72、和形成于第二气袋72中的第二气室70的第二衬垫62发生变形。在该变形过程中，在较晚的时刻t1，部分存留于第二气室70中的空气作为排出的空气75通过第二排气口73排出至第二袋72周围的大气中。在时刻t1，在某种程度上由于第二袋72和第二衬垫62的变形，以及空气穿过第二排气口73从第二气室70排出，因而部分与外部冲击力20相关的传递能量已经得到了消耗。
如图9示意性地示出的，外部冲击力20的作用使第一袋51和第一(内侧)力耗散装置41所包括的第一衬垫61发生变形。如图9所示，部分存留于第一气室50中的空气作为排出的空气55穿过第一排气口53排出。在较晚的时刻t2，童车座椅10已经相对于儿童100发生移动，从而使儿童100的某一部位(例如头部)与内垫23的部分23P接触并使其变形。这种能量吸收特性将儿童100所承受的g载荷(加速度)最小化，并且还将冲击物体对左侧缓冲垫21的第二(外侧)力耗散装置42进行第一次撞击的时刻、与最终作用力200变为零的时刻之间的缓冲时间最大化。
在说明性实施方式中，如图2和3所示，第一(内侧)和第二(外侧)力耗散装置41、42相对于彼此定向，从而使第一力耗散装置41的第一排气口53(例如，向前)朝向第一方向101，并使第二力耗散装置42的第二排气口73(例如，向后)朝向相反的方向102。在说明性实施方式中，如图2、3和6所示，排气口53、73以大约180°的有效中心角彼此分离。
在如图17所示的另一个说明性实施方式中，能量耗散系统616所包括的第一(内侧)和第二(外侧)力耗散装置641、642相对于彼此定向，从而使第一力耗散装置41的第一排气口53(例如，向前)朝向第一方向101，并使第二力耗散装置42的第二排气口73(例如，向后)朝向相反的方向102。在说明性实施方式中，如图2、3和6所示，排气口53、73以大约180°的有效中心角彼此分离。
可以使用任何适合的装置将第一和第二力耗散装置41、42保持在图2、4和6所示的安装位置。在说明性实施方式中，如图5和6所示，使用了(例如，搭扣)紧固件44和46。如图6所示，当与第一和第二力耗散装置41、42二者均连接时，紧固件44将第二(外侧)力耗散装置42保持在相对于第一(内侧)力耗散装置41的固定位置。如图6所示，当与第一力耗散装置41和第一侧翼板31二者均连接时，紧固件46将第一(内侧)力耗散装置41保持在相对于头枕26的第一侧翼板31的固定位置。
在说明性实施方式中，气袋51、72中的每一个均由如聚氯乙烯(PVC)或尼龙的塑料材料制成。在一个说明性实施方式中，每个袋51、72均由一张PVC或尼龙制成，且其标称厚度为大约0.030英寸(0.076厘米)。在一个说明性实施方式中，每个气袋51、72的容积是大约28.27立方英寸(463.33立方厘米)，且每个圆形排气口的直径是大约十六分之三英寸(0.476厘米)。以下方案在本发明的范围内，即，通过改变排气口的形状、尺寸和数量来调节从每个气室50、70排出的气流，从而使气流具有这样的速度，在这种速度下，袋51、72依据排气口的数量和用于形成衬垫61、62的材料在一到十毫秒之间放气。例如，两个或更多较小的、并排或相邻的排气口(未示出)具有大致等于单一圆形排气口53面积的组合面积，并可以取代单一圆形排气口53。采用各种孔的形状和尺寸在本发明的范围内，例如图18至20所示的十字形。在说明性实施方式中，排气口53、73的数量依据用于形成衬垫61、62的材料而在每个袋两个到四个之间变化。
第一和第二衬垫61、62和内垫23中的每一个设置成受到预定的外部冲击力时大致以预定的速度变形。通过对根据本发明的每个衬垫61、62和每个袋51、72的变形特性进行校准，能够为每个力耗散装置41、42和缓冲垫21、22建立选择的能量吸收特性以及与特定幅值的外部冲击力相关的缓冲时间。换言之，根据本发明，包括缓冲垫21和内垫23的能量耗散系统16是可设定的，从而在缓冲垫21承受特定的外部冲击力20时，使作用在座椅10中的儿童上的g载荷在特定的缓冲时间内减小。用以下材料制作衬垫61、62在本发明的范围内：液态泡沫、微珠、凝胶、液体、可压碎材料、泡沫(例如，挤出复合材料(EPP)、胞外聚合物(EPS)、聚氨酯(PU)、热塑性弹性体(TPE)、聚丙烯(PP)等)、聚苯乙烯(PS)、粘弹性聚合物、流态化空气、空气、或者上述材料的组合。
如图1、3和4所示，外包覆材料48与头枕26连接，并布置成覆盖左侧和右侧缓冲垫21、22中的每一个。外包覆材料48还具有的作用是消耗与外部冲击力20相关的能量，并保护第一和第二力耗散装置41、42以防止其受到损伤。
例如图10中示出了根据本发明的缓冲垫套件11。在套件11中，可将各种可变形支承架(例如，衬垫61、610、611、612)中的任意一个放置在与第一力耗散装置41相关的第一气室50中，从而改变第一力耗散装置41的能量耗散(即，变形)率。同样地，可将衬垫61、610、611、612中的任意一个放置在与第二力耗散装置42相关的第二气室70中，从而改变第二力耗散装置42的能量耗散(即，变形)率。每个衬垫设置成随特定的外部冲击力而具有特有的变形率。改变置于气室中的衬垫的数量和种类在本发明的范围内。
如图11所示，根据本发明的第二实施方式的能量耗散系统116包括左侧缓冲垫121、右侧缓冲垫122和单独的内垫23。在说明性实施方式中，能量耗散系统116与椅背14连接，并且尤其是与童车座椅110的椅背14所包括的头枕26连接。
如图12所示，在发生碰撞或其它事故的过程中，作用在左侧缓冲垫121上的外部冲击力20使能量从冲击物体(未示出)传递至左侧缓冲垫121。如图14至16示意性地示出的，缓冲垫121吸收或消耗所述传递的能量，从而将碰撞过程中作用于坐在童车座椅110中的儿童100上的最终作用力200的幅值最小化。缓冲垫121的作用是在儿童约束装置受到外部冲击力20作用时，将坐在童车座椅110的椅垫12上的儿童100承受的g载荷(加速度)最小化。缓冲垫121还具有的作用是，将冲击对象撞击在缓冲垫121上以施加外部冲击力的时刻与最终作用力200变为零的时刻之间的时间间隔(即，缓冲时间)最大化。
如图13所示，左侧缓冲垫121从右向左依序地包括内侧壳体210、第一衬垫214、隔板216、第二衬垫218、以及外侧壳体222，内侧壳体210构造成包括第一排气口212，外侧壳体222构造成包括第二排气口224。右侧缓冲垫122具有类似的构造。
如图12和13所示，隔板216的内侧面216i与内侧壳体210配接，从而在二者之间形成第一气室226。第一衬垫214位于第一气室226中，从而与内侧壳体210和隔板216的内侧面216i共同形成左侧缓冲垫121所包括的第一(内侧)力耗散装置141。在说明性实施方式中，如图13所示，内侧壳体210包括圆形盒211以及与圆形盒211的周缘连接的凸缘213。凸缘213与隔板216的内表面216i配接从而形成第一(内侧)袋。
如图12和13所示，隔板216的外侧面216o与外侧壳体222配接从而在二者之间形成第二气室228。第二衬垫218位于第二气室228中，从而与外侧壳体222和隔板216的外侧面216o共同形成左侧缓冲垫121所包括的第二(外侧)力耗散装置142。在说明性实施方式中，如图12和13所示，外侧壳体222包括圆形盒223以及与圆形盒223的周缘连接的凸缘225。凸缘225与隔板216的外表面216o配接从而形成第二(外侧)袋。
图14至16说明性且示意性地依序示出了左侧缓冲垫121结合内垫23对外部冲击力20进行吸收。右侧缓冲垫122与内垫23则共同以类似的方式对外部冲击力进行吸收。在说明性实施方式中，在吸收外部冲击力20的过程中，内垫23起到的是配合作用；然而，可以单独使用每个缓冲垫121、122对外部冲击力20进行吸收。将缓冲垫21、22中的一个安装在儿童座椅或其它装置的冲击撞击区域内也在本发明的范围内。而将缓冲垫安装在座椅或装置的外侧或内壁(或外壁和内壁)上也在本发明的范围内。
如图14示意性地示出的，在发生影响童车座椅110的任何碰撞前的时刻t0，左侧缓冲垫121所包括的力耗散装置141、142中的每一个基本上没有变形。内垫23在时刻t0也基本上没有变形。
如图15示意性地所示，在碰撞过程中，外部冲击力20撞击第二(外侧)消耗装置142中的外侧壳体222，从而至少使外侧壳体222和形成于第二气室228中的第二衬垫218变形。在该变形过程中，在较晚的时刻t1，部分存留于第二气室228中的空气作为排出的空气232穿过第二排气口224排出至第二壳体222周围的大气中。在较晚的时刻t1，由于第二力耗散装置142的变形，以及空气穿过第二排气口224从第二气室228排出，部分与外部冲击力20相关的传递能量已经得到了消耗。
如图16示意性地示出的，外部冲击力20的作用使隔板216、内侧壳体210和第一衬垫214发生变形。如图16所示，部分存留于第一气室226中的空气作为排出的空气230穿过第一排气口212而排出。在较晚的时刻t2，童车座椅110已经相对于儿童100发生移动，从而使儿童100的某一部位(例如头部)与内垫23的部分23P接触并使其变形。第一(内侧)和第二(外侧)力耗散装置141、142与内垫23共同吸收通过外部冲击力20传递的能量，从而将作用于坐在童车座椅110中的儿童100上的最终作用力200最小化。这种能量吸收特性将儿童100所承受的g载荷(加速度)最小化，还将冲击物体对左侧缓冲垫121的第二(外侧)力耗散装置142进行第一次撞击的时刻、与最终作用力200变为零的时刻之间的缓冲时间最大化。
在说明性实施方式中，如图12和13所示，第一(内侧)和第二(外侧)力耗散装置141、142相对于彼此定向，从而使第一力耗散装置141的第一排气口212(例如，向前)朝向第一方向101，并使第二力耗散装置142的第二排气口224(例如，向后)朝向相反的方向102。在说明性实施方式中，如图12和13所示，排气口212、224以大约180°的有效中心角彼此分离。
可以使用任何适合的装置将第一和第二力耗散装置141、142保持在图11至16所示的安装位置。在说明性实施方式中，如图13所示，使用连接件251、252和253来将第一和第二力耗散装置141、142保持在头枕26的第一侧翼板31上的固定位置。如图12和13所示，每个连接件251、252和253穿过形成于隔板216的外围部分中的三个连接件容纳孔中的一个，并与头枕26的第一侧翼板31配接。
如图11和图13至16所示，外包覆材料48与头枕26连接，并设置成覆盖左侧和右侧缓冲垫121、122中的每一个。外包覆材料48还具有的作用是消耗与外部冲击力20相关的能量，并保护第一和第二力耗散装置41、42以防止其受到损伤。
如图18至20所示，第一(内侧)力耗散装置741包括第一排气口753，并且第二(外侧)力耗散装置742包括第二排气口773。排气口753、773中的每一个包括狭缝501或502。在说明性实施方式中，排气口753、773中的每一个是由一对正交的相交狭缝501、502形成的十字形限定的十字形开口。如图18和19所示，四个相邻的角形片401、402、403、404共同限定了排气口753的狭缝501、502，其它四个相邻的角形片411、412、413、414共同限定了排气口773的狭缝501、502。四个相邻的角形片411、412、413、414由一对十字形相交狭缝501、502彼此分离，并如图19所示地展开，从而在外部力20作用在第二(外侧)力耗散装置742的袋上时，将存留于对应气室内的空气排出。

Claims (20)

1.一种儿童约束系统，包括：
童车座椅，其包括椅垫和从所述椅垫向上延伸的椅背，所述椅背包括头枕和在所述椅垫及所述头枕之间延伸的靠背，所述头枕包括第一侧翼板和与所述第一侧翼板隔开的第二侧翼板，从而在所述第二侧翼板与所述第一侧翼板之间限定出儿童容纳空间；以及
能量耗散系统，所述能量耗散系统与所述头枕连接，并包括与所述第一侧翼板连接的第一缓冲垫、以及与所述第二侧翼板连接的第二缓冲垫，
其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个均包括第一可变形气袋，所述第一可变形气袋形成用于存储预定体积的空气的第一气室并且包括第一排气口，所述第一排气口设置成当所述第一可变形气袋受到外部冲击力作用时，将计量体积的空气从所述第一气室排出，使与所述外部冲击力相关的外部能量被吸收，从而将坐在所述童车座椅的所述椅垫上的儿童所承受的g载荷最小化。
2.如权利要求1所述的儿童约束系统，其中，所述第一侧翼板包括朝向所述第二侧翼板的内壁、和朝向远离所述第二侧翼板的方向的外壁，所述第二侧翼板包括朝向所述第一侧翼板的内壁、和朝向远离所述第一侧翼板的外壁，所述第一缓冲垫与所述第一侧翼板的所述外壁连接，所述第二缓冲垫与所述第二侧翼板的所述外壁连接。
3.如权利要求2所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个还包括第二可变形气袋，所述第二可变形气袋形成为包括用于存储预定体积的空气的第二气室、以及第二排气口，所述第二排气口设置成当所述第二可变形气袋受到外部冲击力作用时，将计量体积的空气从所述第二气室排出，使得与所述外部冲击力相关的外部能量得到吸收，从而将坐在所述童车座椅的所述椅垫上的儿童所承受的g载荷最小化。
4.如权利要求3所述的儿童约束系统，其中，所述第一缓冲垫的所述第二可变形气袋布置成与所述第一侧翼板的所述外壁隔开，以使所述第一缓冲垫的所述第一可变形气袋位于二者之间，所述第二缓冲垫的所述第二可变形气袋布置成与所述第二侧翼板的所述外壁隔开，以使所述第二缓冲垫的所述第一可变形气袋位于二者之间。
5.如权利要求4所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个的第一可变形气袋和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的所述第一排气口与所述第二可变形气袋的所述第二排气口以大约72°的有效中心角分离。
6.如权利要求4所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个的第一可变形气袋和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的第一排气口与所述第二可变形气袋的第二排气口朝向相反的方向。
7.如权利要求1所述的儿童约束系统，其中，所述第一侧翼板包括朝向所述第二侧翼板的内壁和朝向远离所述第二侧翼板的方向的外壁，所述第二侧翼板包括朝向所述第一侧翼板的内壁和朝向远离所述第一侧翼板的方向的外壁，所述第一缓冲垫与所述第一侧翼板的所述内壁连接，所述第二缓冲垫与所述第二侧翼板的所述内壁连接。
8.如权利要求7所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个还包括第二可变形气袋，所述第二可变形气袋形成为包括用于存储预定体积的空气的第二气室、以及第二排气口，所述第二排气口设置成当所述第二可变形气袋受到外部冲击力作用时，将计量体积的空气从所述第二气室排出，以使与所述外部冲击力相关的外部能量得到吸收，从而将坐在所述童车座椅的所述椅垫上的儿童所承受的g载荷最小化。
9.如权利要求8所述的儿童约束系统，其中，所述第一缓冲垫的所述第二可变形气袋布置成与所述第一侧翼板的所述内壁隔开，以使所述第一缓冲垫的所述第一可变形气袋位于二者之间，所述第二缓冲垫的所述第二可变形气袋布置成与所述第二侧翼板的所述内壁隔开，以使所述第二缓冲垫的所述第一可变形气袋位于二者之间。
10.如权利要求9所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个的第一和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的第一排气口与所述第二可变形气袋的第二排气口以大约72°的有效中心角彼此分离。
11.如权利要求9所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个的所述第一可变形气袋和第二可变形气袋相对彼此定向，以使所述第一可变形气袋的所述第一排气口与所述第二可变形气袋的所述第二排气口朝向相反的方向。
12.如权利要求1所述的儿童约束系统，其中，所述第一和第二缓冲垫中的每一个还包括可变形的第一支承架，所述可变形的第一支承架位于所述第一气室中，并设置成对所述第一可变形气袋进行支承，从而在所述第一气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第一可变形气袋受到所述外部冲击力作用时发生变形为止，这样，所述第一可变形气袋以允许其吸收与所述外部冲击力相关的外部能量的速度发生变形。
13.如权利要求12所述的儿童约束系统，其中，每个可变形的第一支承架为弹性衬垫，所述弹性衬垫的尺寸使其基本上填充所述第一气室。
14.一种儿童约束系统，包括：
童车座椅；以及
能量耗散系统，所述能量耗散系统与所述童车座椅连接并包括第一缓冲垫，所述第一缓冲垫与所述童车座椅连接，并设置成吸收与作用在所述第一缓冲垫上的外部冲击力相关的外部能量，从而将坐在所述童车座椅上的儿童所承受的g载荷最小化，
其中，所述第一缓冲垫包括第一可变形气袋和第二可变形气袋，所述第一可变形气袋形成第一气室，所述第一气室容纳预定体积的空气并与所述童车座椅连接，所述第二可变形气袋形成容纳预定体积的空气的第二气室，并布置成与所述童车座椅隔开，从而使所述第一可变形气袋位于所述第二可变形气袋与所述童车座椅之间。
15.如权利要求14所述的儿童约束系统，其中，所述第一可变形气袋和第二可变形气袋中的每一个形成为包括排气口，所述排气口设置成当所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时，从所述第一和第二气室中对应的一个中排出计量体积的空气。
16.如权利要求15所述的儿童约束系统，其中，所述第一可变形气袋和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的所述第一排气口与所述第二可变形气袋的所述第二排气口以大约72°的有效中心角分离。
17.如权利要求15所述的儿童约束系统，其中，所述第一可变形气袋和第二可变形气袋相对于彼此定向，以使所述第一可变形气袋的所述第一排气口与所述第二可变形气袋的所述第二排气口朝向相反的方向。
18.如权利要求15所述的儿童约束系统，其中，所述第一缓冲垫还包括位于所述第一气室中的可变形的第一支架和位于所述第二气室中的可变形的第二支架。
19.如权利要求18所述的儿童约束系统，其中，所述可变形的第一支架设置成对所述第一可变形气袋进行支承，从而在所述第一气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第一可变形气袋在所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时发生变形为止，所述可变形的第二支架设置成对所述第二可变形气袋进行支承，以便在所述第二气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第二可变形气袋在所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时发生变形为止。
20.如权利要求14所述的儿童约束系统，其中，所述第一缓冲垫还包括位于所述第一气室中的可变形的第一支架和位于所述第二气室中的可变形的第二支架，所述可变形的第一支架设置成对所述第一可变形气袋进行支承，从而在所述第一气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第一可变形气袋在所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时发生变形为止，所述可变形的第二支架设置成对所述第二可变形气袋进行支承，从而在所述第二气室中至少保持所述预定体积的空气，直到所述第二可变形气袋在所述外部冲击力作用在所述第一缓冲垫上时发生变形。
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