CN108688599A - 能量吸收膝垫 - Google Patents

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CN108688599A CN201810300400.2A CN201810300400A CN108688599A CN 108688599 A CN108688599 A CN 108688599A CN 201810300400 A CN201810300400 A CN 201810300400A CN 108688599 A CN108688599 A CN 108688599A
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Abstract

本申请公开了一种车辆部件，车辆部件包括能量吸收膝垫，该车辆部件可以包括横梁、缸体、活塞、面板和非均相混合物。缸体具有腔室并相对于横梁固定。活塞可在腔室内线性移动。面板相对于活塞固定。非均相混合物被活塞封闭在腔室中。非均相混合物包括疏水纳米多孔颗粒和液体。

Description

能量吸收膝垫
技术领域
本发明涉及一种能量吸收膝垫。
背景技术
膝垫是车辆中仪表板的下部。膝垫通常由填充结构制成，以在车辆碰撞期间当乘员的膝盖撞击膝垫时吸收能量。膝垫通常被放置在距离座椅足够远的地方以向乘员提供足够的腿部空间，但是膝垫也被放置在足够近的位置以在撞击期间提供保护。在车辆撞击的情况下，膝垫可以防止“下滑(submarining)”，即，当乘员从座椅滑下时，这可能降低其他安全机构(例如安全带和安全气囊)的效果。
发明内容
根据本发明，提供一种车辆部件，包括：
横梁；
具有腔室并且相对于横梁固定的缸体；
可在腔室内线性移动的活塞；
相对于活塞固定的面板；和
由活塞封闭在腔室中的非均相混合物，非均相混合物包括疏水性纳米多孔颗粒和液体。
根据本发明的一个实施例，其中所述颗粒具有纳米孔，并且所述活塞可从所述纳米孔大体上充满空气的第一位置移动到所述纳米孔大体上充满所述液体的第二位置。
根据本发明的一个实施例，其中当所述活塞处于所述第二位置时所述非均相混合物的体积至多为当所述活塞处于所述第一位置时所述非均相混合物的体积的一半。
根据本发明的一个实施例，其中所述非均相混合物是疏水性纳米多孔颗粒在液体中形成的胶体。
根据本发明的一个实施例，其中所述颗粒包括二氧化硅。
根据本发明的一个实施例，其中所述颗粒具有疏水表面处理。
根据本发明的一个实施例，其中所述缸体连接到所述横梁。
根据本发明的一个实施例，车辆部件还包括相对于所述横梁固定的仪表板盖，其中所述缸体设置在所述仪表板盖下方。
根据本发明的一个实施例，车辆部件还包括座椅，其中所述面板设置在所述活塞和所述座椅之间。
根据本发明的一个实施例，其中所述面板连接到所述活塞。
根据本发明的一个实施例，其中所述缸体在所述腔室与所述缸体外部的空间之间具有孔口。
根据本发明的一个实施例，其中当所述液体低于压力阈值时，所述孔口阻碍所述腔室中的液体穿过所述孔口，当所述液体高于所述压力阈值时，所述孔口允许所述腔室中的液体通过所述孔口，并且压力阈值可以大于将非均相混合物压缩至其原始体积的一半所需的压力。
根据本发明的一个实施例，其中所述缸体具有管和在所述管的端部处的壁，并且所述孔口位于所述壁内。
附图说明
图1是车辆的乘客舱的透视图；
图2是为了说明而移除了仪表板的侧板的乘客舱的透视图；
图3是车辆的缸体、活塞和面板的透视图；
图4A是未压缩时的非均相混合物的图示；
图4B是压缩时的非均相混合物的图示；
图5是非均相混合物中的压力对体积减小的曲线图；
图6是当缸体具有孔口时非均相混合物中的压力对活塞的行程距离的曲线图。
具体实施方式
车辆部件可以包括横梁、缸体、活塞、面板和非均相混合物。缸体具有腔室并相对于横梁固定。活塞可在腔室内线性移动。面板相对于活塞固定。非均相混合物被活塞封闭在腔室中。非均相混合物包括疏水纳米多孔颗粒和液体。
所述颗粒具有纳米孔，并且所述活塞可以从纳米孔被大体上充满空气的第一位置移动到纳米孔大体上充满液体的第二位置。此外，当活塞处于第二位置时，非均相混合物的体积可以是当活塞处于第一位置时非均相混合物的体积的至多一半。
非均相混合物可以是疏水纳米多孔颗粒在液体中形成的胶体。
颗粒可以包括二氧化硅。另外，颗粒可以具有疏水表面处理。
缸体可以被连接到横梁上。
车辆部件可以包括相对于横梁固定的仪表板盖，并且缸体可以设置在仪表板盖下方。
车辆部件可以包括座椅，并且面板可以设置在活塞和座椅之间。
面板可以连接到活塞。
缸体可以在腔室和缸体外部的空间之间具有孔口。当液体低于压力阈值时，孔口可阻止腔室中的液体通过孔口。当液体高于压力阈值时，孔口可允许腔室中的液体通过孔口。压力阈值可以大于将非均相混合物压缩至其原始体积的一半所需的压力。缸体可以具有管和在管的一端的壁，并且孔口可以在壁中。
车辆部件可以限制下滑的风险，同时还限制施加到车辆乘员的膝盖上的反作用力的量。面板被放置以通过在碰撞过程中阻碍乘员的膝盖向前移动从而防止下滑。腔室中的非均相混合物可以允许面板以近似恒定的力向前移动，而不是使膝部在向前行进更大的情况下经受增加的阻力。
参照图1，车辆30包括容纳车辆30的乘员(如果有的话)的乘客舱32。乘客舱32包括设置在乘客舱32的前部处的一个或多个前座椅34以及设置在前座椅34后面的一个或多个后座椅(未示出)。乘客舱32还可以包括在乘客舱32的后部的第三排座椅(未示出)。在图1中，前座椅34被示出为斗式座椅，但座椅可能是其他类型的。座椅及其部件的位置和方向可以由乘客调节。
参照图1和图2，仪表板35可以设置在乘客舱32的前端并且面向前座椅34。仪表板35可以包括横梁40；车辆控制器，例如方向盘38；仪表、刻度盘和信息显示器；加热和通风设备；收音机和其他电子产品；和仪表板盖36。仪表板35可横向地完全穿过乘客舱32延伸。
仪表板盖36在仪表板35的其他部件上延伸并覆盖仪表板35的其他部件。仪表板盖36可以在仪表板35的其他部件上方以及在仪表板35的其他部件与前座椅34之间延伸。仪表板盖36可以延伸仪表板35的全长。仪表板盖36可以由诸如聚丙烯或乙烯树脂的塑料形成，并且可以包括由其他材料形成的装饰元件。
参考图2，横梁40可以在仪表板盖36的下方和/或后方延伸。横梁40可以是车辆30的车架的一部分。横梁40可以为车辆30提供横向结构支撑。横梁40可以横向地完全穿过乘客舱32。诸如仪表板盖36或车辆控制装置的其它部件可以安装到横梁40。横梁40可以拥有具有例如矩形或正方形横截面的管状形状。横梁40可以由钢、铝等形成。
缸体42相对于横梁40固定。缸体42可以被连接到横梁40。例如，缸体支架44可以直接被连接到缸体42和横梁40上。缸体42可以被焊接到缸体支架44。缸体支架44可以被焊接、紧固等到横梁40。
继续参考图2，缸体42可以设置在仪表板盖36下方。缸体42可以设置在方向盘38下方。缸体42可以位于从前座椅43中的一个的朝向车辆前方的方向。前座椅34可以面对缸体42。缸体42可以位于从座椅乘员的膝盖朝向车辆前方的方向上，假定乘客大约为第50百分位测试假人的尺寸。缸体42可以限定在朝向车辆前方的方向上定向的轴线A。
参考图3，缸体42可以具有管46和在管46的端部处的壁48。管46可以具有沿着轴线A的恒定横截面。管46可以具有圆形横截面。壁48可以具有圆形形状并且可以封闭管46的一端。
缸体42具有腔室50。管46和壁48可限定腔室50。腔室50可具有沿轴线A的恒定横截面。腔室50可具有圆形横截面。
活塞52可以包括活塞头54和从活塞头54延伸的杆56。活塞头54可以具有圆形横截面，其直径略小于腔室50的直径。活塞头54可以定位在腔室50中并且可以封闭腔室50。活塞头54和腔室50可以限定密封体积60。O形环58可以围绕活塞头54延伸。O形环58可以形成活塞头54与缸体42的管46之间的密封。杆56可从活塞头54延伸至面板62。
继续参考图3，活塞52可以在腔室50中线性地移动。活塞52可以沿着轴线A移动。活塞52可以从第一位置(如图3所示)移动到第二位置。在活塞52处于第二位置时的密封体积60小于活塞52处于第一位置时的密封体积60。
参照图1-3，仪表板35可以包括面板62。面板62可以由例如塑料(比如聚丙烯)形成。面板62可以由与仪表板盖36相同的材料形成，并且可以与仪表板盖36一起提供统一的外观和感觉。面板62可以直接连接到仪表板盖36。例如，面板62可以通过夹子、紧固件等连接到仪表面板盖36。又如，面板62可以通过沿着一个边缘的活动铰链以及沿着一些边缘或所有其余的边缘的撕裂缝连接到仪表板盖36。或者，面板可以不直接连接到仪表板盖36。
参照图2和图3，面板62相对于活塞52固定。面板62可以连接到活塞52。例如，面板62可以固定到活塞52的杆56。作为另一个例子，面板支架64可以连接杆56和面板62。杆56可以例如固定在面板支架64上，并且面板支架64可以例如粘附到或集成到面板62。杆56可以从面板62横向延伸。
参照图1和图2，面板62可以设置在活塞52和前座椅34之间。面板62可以面向前座椅34。面板62可以位于从前座椅34中的一个朝向车辆前方的方向上。前座椅34可以面对面板62。面板62可以位于从座椅34的乘客的膝盖朝向车辆前方的方向上，假定乘客大约为第50百分位测试假人的尺寸。
参考图3，非均相混合物66被活塞52封闭在腔室50中。换句话说，腔室50和活塞52容纳非均相混合物66并防止非均相混合物66从腔室50自由流出。非均相混合物66可以填充密封体积60；换句话说，密封体积60可以仅包含非均相混合物66。
参照图4A-B，非均相混合物66包括疏水纳米多孔颗粒68和液体70。“非均相混合物”包括保持分离的不同物质，例如胶体或悬浮液。例如，非均相混合物66可以是疏水纳米多孔颗粒68在液体70中形成的胶体。液体70可以是任何惰性的(即非反应性的)液体，例如水、氯化锂等。
颗粒68是纳米多孔的；换句话说，颗粒68具有纳米孔72。纳米孔72可以具有1nm至100nm量级的直径。颗粒68可以由例如二氧化硅形成。颗粒68是疏水的，即倾向于排斥水或不能与水混合。颗粒68可以由疏水材料形成，或者颗粒68可以具有疏水表面处理，例如在甲苯中的三甲基氯硅烷或二甲基辛基氯硅烷。
图5是描述了非均相混合物66的体积减小与非均相混合物66所经受的压力之间的关系的曲线74的图示。随着非均相混合物66占据的体积减小，压力最初增加地相对陡峭。随着体积继续减小，压力接近平台压力PP，并且如曲线74的平台区域76上所示，压力不增加或仅相对缓慢地增加。在平台区域76上方，曲线74的斜率(即单位体积减小的压力变化率)小于曲线74的其他区域的斜率。平台压力PP可以在平台区域76中的曲线74的拐点处，即出现曲线74的曲率方向发生变化的点，即分隔曲线74的斜率增加的区域与曲线74的斜率减小的区域的点。在平台区域76之后，随着体积继续减小，压力比平台区域76中的压力上升得更快。
参照图4A-B，物理地，在体积减小之前，空气填充颗粒68的纳米孔72，并且表面张力防止液体70进入纳米孔72，如图4A所示。在平台区域76中，压力变得足以克服表面张力，并且液体70进入纳米孔72并压缩纳米孔72内部的空气，如图4B所示。一旦纳米孔72大部分充满液体70，随着体积减小，压力显著增加。体积可能会减少多达80％。平台压力PP和平台区域76的长度受粒子68的材料选择、粒子68的平均尺寸、每个粒子68的纳米孔72的数量、纳米孔72的平均尺寸、表面处理和液体的选择70的影响。
活塞52可从纳米孔72大体上充满空气的第一位置移动到纳米孔72大体上充满液体70的第二位置。当活塞52处于第二位置时非均相混合物66的体积可以是当活塞52处于第一位置时非均相混合物66的体积的至多一半，即，一半或小于体积的一半，例如小至体积的20％。当活塞52从第一位置移动到第二位置时，非均相混合物66中的压力遵循图5中的曲线74；因为腔室50具有恒定的横截面积，所以活塞52行进的距离与体积减小线性相关。
腔室50可能缺少出口；换句话说，不提供非均相混合物66离开腔室50的路线。非均相混合物66的压缩可以是部分或完全可逆的。随着压力降低，在纳米孔72中压缩的空气膨胀，并且由非均相混合物66占据的体积膨胀。
可选地，参照图3，缸体42可以在腔室50和缸体42外部的空间之间具有孔口78。具体地，孔口78可以在壁48内。次腔室(未示出)可以围绕孔口延伸。次腔室可以保留通过孔口78离开腔室50的非均相混合物66。孔口是可选的。
孔口78可以具有压力阈值PT。当液体70低于压力阈值PT时，孔口78阻碍液体70通过孔口78。当液体70高于压力阈值PT时，孔口78允许腔室50中的液体70通过孔口78。压力阈值PT可以在体积减小出平台区域76之后不久被超过。压力阈值PT可以大于平台压力PP。压力阈值PT可以大于将非均相混合物66压缩至其原始体积的一半所需的压力。
在正面碰撞的情况下，前座椅34的乘员相对于车辆30的其余部分具有向前的动量。乘员的向前运动可以通过例如安全带或安全气囊的约束系统(未示出)来限制。乘客的膝盖可能撞击面板62。当膝盖向前推动面板62时，活塞52在缸体42中冲击并压缩非均相混合物66。活塞52从第一位置向第二位置移动。图5示出了压力随体积减小变化的曲线74，如果缸体42没有孔口78，则压力与行程距离成线性关系。图6示出了在缸体42包括孔口时压力随活塞52的行程距离变化的曲线80。在曲线74、80的平台区域76中，从面板62到膝盖的反作用力的升高受到平台压力PP的限制。在平台区域76上方，如果缸体42包括孔口78，则从面板62到膝盖的反作用力的上升额外受到从孔口78释放液体70时孔口78的压力阈值PT的限制。如果缸体42缺少孔口78或者如果施加在非均相混合物66上的压力保持在孔口78的压力阈值PT以下，那么一旦面板62上的力被移除，活塞52移回第一位置。
已经以说明性方式描述了本公开，并且应该理解，已经使用的术语旨在具有描述性词语的性质而不是限制性的。鉴于上述教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且可以以与具体实施方式不同的方式实施本公开。

Claims (13)

1.一种车辆部件，包括：
横梁；
具有腔室并且相对于所述横梁固定的缸体；
可在所述腔室内线性移动的活塞；
相对于所述活塞固定的面板；和
由所述活塞封闭在所述腔室中的非均相混合物，所述非均相混合物包括疏水性纳米多孔颗粒和液体。
2.根据权利要求1所述的车辆部件，其中所述颗粒具有纳米孔，并且所述活塞可从所述纳米孔大体上充满空气的第一位置移动到所述纳米孔大体上充满所述液体的第二位置。
3.根据权利要求2所述的车辆部件，其中当所述活塞处于所述第二位置时所述非均相混合物的体积至多为当所述活塞处于所述第一位置时所述非均相混合物的体积的一半。
4.根据权利要求1所述的车辆部件，其中所述非均相混合物是疏水性纳米多孔颗粒在液体中形成的胶体。
5.根据权利要求1所述的车辆部件，其中所述颗粒包括二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的车辆部件，其中所述颗粒具有疏水表面处理。
7.根据权利要求1所述的车辆部件，其中所述缸体连接到所述横梁。
8.根据权利要求1所述的车辆部件，还包括相对于所述横梁固定的仪表板盖，其中所述缸体设置在所述仪表板盖下方。
9.根据权利要求1所述的车辆部件，还包括座椅，其中所述面板设置在所述活塞和所述座椅之间。
10.根据权利要求1所述的车辆部件，其中所述面板连接到所述活塞。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的车辆部件，其中，所述缸体在所述腔室和所述缸体外部的空间之间具有孔口。
12.根据权利要求11所述的车辆部件，其中当所述液体低于压力阈值时，所述孔口阻碍所述腔室中的所述液体通过所述孔口，当所述液体高于所述压力阈值时，所述孔口允许所述腔室中的所述液体通过所述孔口，并且所述压力阈值大于将所述非均相混合物压缩至其原始体积的一半所需的压力。
13.根据权利要求11所述的车辆部件，其中所述缸体具有管和在所述管的端部处的壁，并且所述孔口位于所述壁内。
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