CN110035931B - 充气机设备的推力矢量调谐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了这样的方法、设备和/或特征，其除了圆周推力中性之外，还促进、允许或提供从充气机设备的充气气体排放的推力矢量调谐。端扩散器包括扩散器壁，所述扩散器壁限定扩散器室以便最初从所述充气机设备的供气部分接受充气气体。所述扩散器壁包括圆柱形部分，所述圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口，以便从所述扩散器室排放充气气体；和端壁部分，所述端壁部分形成所述扩散器的封闭端。所述端壁部分包括从其延伸到所述扩散器室中的所选形状和尺寸的突出部，以在所述扩散器室内形成改变充气气流的环形圈，从而对所述充气机设备进行选择性地推力矢量调谐。

Description

充气机设备的推力矢量调谐

背景技术

技术领域

本发明整体涉及诸如车辆乘客安全约束系统中使用的充气机设备，并且更具体地讲，涉及可用于对充气机设备进行适当推力矢量调谐的特征和方法。

相关领域

通过或使用不需要操作者干预即会从未展开或静止状态自行致动为展开状态的安全约束系统来保护车辆乘员是众所周知的。因此，存在对与“被动式约束系统”一样以及“被动式约束系统”中的或与之相关联的改进的需要。这类系统通常包含或包括可充气的车辆乘员约束器或元件，诸如为垫或袋的形式，通常被称为“安全气囊缓冲垫”。实际上，这类安全气囊缓冲垫通常被设计成在车辆遇到突然减速时(诸如在发生碰撞的情况下)用气体充气或膨胀。这类安全气囊缓冲垫可有利地在车辆内的乘员和车辆内部的某些部分(诸如门、方向盘、仪表板等)之间的一个或多个位置展开，以防止或避免乘员猛烈撞击车辆内部的这些部分。

可充气安全约束装置通常采用充气机设备来供应或产生充气气体，以便在发生碰撞的情况下为可充气安全气囊充气。本领域中已公开了用于为可充气约束系统安全气囊缓冲垫充气的许多类型的充气机设备。此类充气机设备的一种类别通常称为“压缩气体充气机”，并且一般是指含有压缩气体的各种充气机设备。

众所周知，一种特定类型的压缩气体充气机(有时称为“储存气体充气机”)仅仅含有一定数量的储存压缩气体，该储存压缩气体被选择性地释放以便为相关联的安全气囊缓冲垫充气。

另一种已知类型的压缩气体充气机通常称为“混合”充气机。在这种充气机设备中，充气气体由储存压缩气体和产气材料(例如，烟火材料)燃烧的组合产生。

特别是考虑到充气机设备在车辆中的使用和结合日益增加，需要且希望有与现有充气机相比更小、更轻且具有等效性能输出的安全气囊充气机，诸如用于或应用于侧面幕帘可充气安全约束系统的压缩气体安全气囊充气机。增加充气机设备内的储存气体的储存压力可为满足该需求的有效技术。这已引起了新一代侧面幕帘充气机设备的开发，通过气体储存压力增加10％、20％、25％或更多的设备、诸如利用填充到或填充以10,000psi或以上的压力的充气机设备，使所述设备更小且更轻但提供等效输出性能。

然而，充气气体从充气机设备的释放会施加大量反推力，这通常需要充气机设备和相关联的组件牢牢约束在采用该组件的车辆中。将充气机固定到车辆的约束吸收推力。

充气机设备致动时产生的推力可相当大，并且如果未进行适当约束或使推力呈中性的话，可使充气机设备变成危险抛射体。通常，在运输和搬运期间，在将组件安装在车辆中之前，不存在克服反推力作用的物理约束。因此，除非充气机设备为推力中性的，充气气体从充气机的非预期排放可带来严重的安全隐患。因此，如果无约束充气机在运输、搬运或安装期间无意中被点燃，可发生不安全的状况。

为了解决该需求，已知的是在充气机设备中或随充气机设备一起包括或结合扩散器元件或设备，例如提供充气气体的充气机外壳，并且该扩散器具有沿圆周径向相对的孔，这些孔以基本上沿圆周推力中性方式释放充气气体。

参见例如图1，该图示出了当前设计侧面幕帘压缩气体充气机设备(一般由附图标记10表示)。充气机设备10具有大致细长的轴向延伸形式，其包括提供充气气体的充气机外壳12，且在轴端16处设置有端扩散器14。

扩散器14包括限定扩散器室22的扩散器壁20。作为扩散器14、充气机外壳12或两者的一部分，充气机设备10包括流量控制孔24以便使充气气体从充气机外壳12通入扩散器14中，特别是通入由此形成的扩散器腔体或室22中。

扩散器壁20包括圆柱形部分26，该圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口或孔28，以便从扩散器室22排放充气气体。扩散器壁20还包括端壁部分30，该端壁部分形成扩散器14的封闭端32。

然而，如图2所示，虽然这种充气机设备可以圆周方式有效解决推力中性，但仍然存在轴向推力(由箭头40表示)，这被示出为气体穿过流量控制孔24释放到内部扩散器腔体或室22中并且穿过径向相对的孔28，其中箭头42表示总气流在页面的平面中离开扩散器。图2所示的轴向推力箭头表示负方向的轴向推力(例如，朝向页面的平面上左侧的轴向推力)。具有反向(即，正方向)的轴向推力的充气机设备也是可能的。

正如掌握本领域技术且受到本文提供的教导指导的人员所认识到的，这种轴向推力的存在或出现对于较高气体储存压力充气机设备(诸如正在开发的充气机设备)可变得更为明显和显著。

因此，需要这样的方法、设备和/或特征，其另外促进、允许或提供从充气机设备的充气气体排放的推力矢量调谐，并且在特定情况下，促进、允许或提供从充气机设备的充气气体排放的推力矢量调谐。

还需要这样的方法、设备和/或特征，其诸如可用于基本上消除轴向推力，从而得到或以其他方式提供没有推力的充气机设备。

发明内容

根据本开发的一个方面或实施方案，提供了能够调谐充气机设备推力大小和方向的新颖且创新性的特征几何结构。在一个示例中，合适的这种创新性特征几何结构包括内部圆柱形突出部，该内部圆柱形突出部有效地形成改变内部扩散器腔体内的气流的环形圈。当扩散器内的气流被改变时，气体在离开扩散器时形成的合成推力也相应地被改变。可调整特征(诸如内部圆柱形突出部的直径和/或长度)以适当地改变内部扩散器腔体几何结构内的气体流型。这使合成推力矢量的大小和方向发生改变。

根据一个方面或实施方案，提供了用于可充气约束系统的充气机设备的端扩散器。端扩散器包括扩散器壁，该扩散器壁限定扩散器室以便最初从充气机设备的供气部分接受充气气体。扩散器壁包括圆柱形部分，该圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口，以便从扩散器室排放充气气体。扩散器壁还包括端壁部分以形成扩散器的封闭端。端壁部分包括从其延伸到扩散器室中的突出部，以在扩散器室内形成改变充气气流的环形圈，从而对充气机设备进行选择性地推力矢量调谐。

根据另一个方面或实施方案，提供了用于可充气约束系统的充气机设备。充气机设备包括提供充气气体的充气机外壳以及设置在充气机外壳的第一端处的端扩散器。端扩散器包括扩散器壁，该扩散器壁限定扩散器室以便最初从充气机设备接受充气气体。扩散器壁包括圆柱形部分，该圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口，以便从扩散器室排放充气气体。扩散器壁还包括连续地形成的端壁部分，该端壁部分从圆柱形部分延伸并且形成扩散器的封闭端。端壁部分包括从其延伸到扩散器室中的圆柱形突出部，以在扩散器室内形成改变充气气流的环形圈，由此使穿过充气气体排放开口排放的充气气体以轴向推力中性方式排放。

根据又一个方面或实施方案，提供了用于影响离开充气机设备端扩散器的充气气体推力的大小和方向中的至少一者的方法。扩散器包括扩散器壁，该扩散器壁限定扩散器室以便最初从充气机设备接受充气气体。扩散器壁包括圆柱形部分，该圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口，以便从扩散器室排放充气气体。扩散器壁还包括端壁部分，该端壁部分形成扩散器的封闭端。该方法涉及或需要结合从扩散器壁的端壁部分延伸到扩散器室中的突出部以在扩散器室内形成改变充气气流的环形圈，并且选择性地改变延伸到扩散器室中的突出部的深度和宽度中的至少一者以对从充气机设备输出的充气气体进行选择性地推力矢量调谐。

通过以下结合所附权利要求书和附图的详细描述，其他目的和优点对本领域的技术人员将显而易见。

附图说明

图1是当前设计侧面幕帘压缩气体充气机设备的简化侧视图(部分是剖面图)。

图2是图1所示的压缩气体充气机设备的扩散器端部的局部剖视图，该图示出了从扩散器端部的气流排放。

图3是根据本开发的一个方面的充气机设备的简化侧视图(部分是剖面图)。

图4是图3所示的压缩气体充气机设备的扩散器端部的局部剖视图，该图示出了从扩散器端部的气流排放。

图5是根据替代实施方案的充气机设备的简化侧视图(部分是剖面图)。

具体实施方式

本开发提供了这样的方法、设备和/或特征，其除了圆周推力中性之外，还促进、允许或提供从充气机设备的充气气体排放的推力矢量调谐，并且在特定情况下，促进、允许或提供从充气机设备的充气气体排放的推力矢量调谐，使得除了圆周推力中性之外，还以轴向推力中性方式提供充气气体排放。

此外，虽然下文有时具体参照侧重于或涉及提供或呈现本充气机使得充气气体从其中的排放采用轴向推力中性方式的实施方案来进一步讨论和描述了本开发，但掌握本领域技术且受到本文提供的教导指导的人员应当理解并且认识到，本开发更广泛的实践不一定如此被限制，因为例如本开发可根据需要适当地实践或应用(诸如通过操纵内部突出部的属性)，以形成、产生或得到具有或提供由离开扩散器的气体形成的合成轴向推力矢量的充气机设备，使得实现特定且所需的推力大小和方向(例如，正或负)。

虽然下文具体参照侧面幕帘压缩气体充气机设备(因为此应用特别令人关注)讨论和描述了本开发，但掌握本领域技术且受到本文提供的教导指导的人员应当理解并且认识到，本开发更广泛的实践不一定如此被限制，因为本文还涵盖其他类型的充气机设备中的结合和使用。

图3是根据本开发的一个方面的侧面幕帘压缩气体充气机设备(一般由附图标记310表示)的简化侧视图(部分是剖面图)。与上述充气机设备10类似，充气机设备310具有大致细长的轴向延伸形式，其包括提供充气气体的充气机外壳312，并且具有设置在轴端316处的端扩散器314。

端扩散器314包括限定扩散器室322的扩散器壁320。作为扩散器314、充气机外壳312或两者的一部分，充气机设备310包括流量控制孔324以便使充气气体从充气机外壳312通入扩散器314中，特别是通入由此形成的扩散器腔体或室322中。

扩散器壁320包括圆柱形部分326，该圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口或孔328，以便从扩散器室322排放充气气体。扩散器壁320还包括端壁部分330，该端壁部分形成扩散器314的封闭端332。

充气机设备310与上述充气机设备10的主要不同之处在于扩散器端壁部分330还包括从其延伸到扩散器室332中的突出部334。如参照图4可能最佳看出，突出部334的这类包括用于在扩散器室332内形成改变充气气流的环形圈341，由此使穿过充气气体排放开口328排放的充气气体以轴向推力中性方式排放。在图4中，箭头342表示在页面的平面中离开扩散器314的总气流。由于这些箭头基本上垂直于扩散器314和充气机设备310的细长轴线，因此这种排放在轴向上是推力中性的。

掌握本领域技术且受到本文提供的教导指导的人员还应当认识到，通过选择性地改变突出部的尺寸，例如，诸如突出部334延伸到扩散器室332中的深度(诸如由附图标记344表示)和突出部334的宽度(诸如由附图标记346表示)中的任一者或两者，可适当选择性地改变从充气机设备输出的充气气体的推力矢量。

虽然上文具体参照突出部具有实心圆柱形式(诸如延伸到扩散器室中)的实施方案描述了本开发，但本发明更广泛的实践不一定如此被限制。例如，现在转到图5，示出了根据替代实施方案的侧面幕帘压缩气体充气机设备(一般由附图标记510表示)。

充气机设备510大致类似于上述充气机设备310并且具有大致细长的轴向延伸形式，其包括提供充气气体的充气机外壳512并且具有设置在轴端516处的端扩散器514。端扩散器514包括限定扩散器室522的扩散器壁520。作为扩散器514、充气机外壳512或两者的一部分，充气机设备510包括流量控制孔524以便使充气气体从充气机外壳512通入扩散器514中，特别是通入由此形成的扩散器腔体或室522中。扩散器壁520包括圆柱形部分526，该圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口或孔528，以便从扩散器室522排放充气气体。扩散器壁520还包括端壁部分530，该端壁部分形成扩散器514的封闭端532。虽然充气机设备510也类似地包括从扩散器端壁部分530延伸到扩散器室522中的突出部534，但不同之处在于突出部534形成为环形圈。如果需要，这种环形圈突出部可形成为添加到组件上的单独部件。

如上所指出，根据本开发的一个方面或实施方案，提供充气机设备推力大小和方向的所需调谐的合适特征几何结构的一个示例包括内部圆柱形突出部，该内部圆柱形突出部在内部扩散器腔体内有效地形成改变气流的环形圈。当扩散器内的气流被改变时，气体在离开扩散器时形成的合成推力也相应地被改变。可调整特征(诸如内部圆柱形突出部的直径和/或长度)以适当地改变内部扩散器腔体几何结构内的气体流型。这使合成推力矢量的大小和方向发生改变。

将讨论和描述以下具体实施例以在本开发的实践和应用中进一步帮助和指导本领域技术人员。然而，应当理解，本开发更广泛的实践不一定受限于或局限于这些实施例。

实施例1-当内部圆柱形突出部的直径是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的直径的大约50％时，并且当内部圆柱形突出部的长度是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的长度的大约50％时，根据一个优选的实施方案，轴向推力可基本上归零。

实施例2-当内部圆柱形突出部的直径是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的直径的大约50％时，并且当内部突出部的长度是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的长度的大约25％时，扩散器内的气流被改变，并且因此当气体离开所述多个孔时形成的充气机设备的合成轴向推力被调谐或调节，使得在净负方向(例如，相反方向)上存在充气机设备的较小的轴向推力大小。

实施例3-当内部圆柱形突出部的直径是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的直径的大约25％时，并且当内部圆柱形突出部的长度是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的长度的大约50％时，扩散器内的气流被改变，并且因此当气体离开所述多个孔时形成的充气机设备的合成轴向推力被调谐，使得在净负方向(例如，相反方向)上存在充气机设备的较小的轴向推力大小。因此，根据至少一个实施方案，圆柱形突出部的直径和长度中的任一者或两者可彼此独立地或相结合地操纵，以通过减小该特征的尺寸来微调净负方向上的合成推力。

实施例4-当内部圆柱形突出部的直径是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的直径的大约50％时，并且当内部突出部的长度是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的长度的大约75％时，扩散器内的气流被改变，并且因此当气体离开所述多个孔时形成的充气机设备的合成轴向推力被调谐，使得在净正方向上存在充气机设备的较小的轴向推力大小。

实施例5-当内部圆柱形突出部的直径是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的直径的大约75％时，并且当内部圆柱形突出部的长度是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的长度的大约50％时，扩散器内的气流被改变，并且因此当气体离开所述多个孔时形成的充气机设备的合成轴向推力被调谐，使得在净正方向上存在充气机设备的较小的轴向推力大小。

因此，根据特定实施方案，圆柱形突出部的直径和长度中的任一者或两者可根据需要彼此独立地或相结合地操纵，以通过增加该特征的尺寸来适当地微调净正方向上的合成推力。

实施例6-当内部圆柱形突出部的直径是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的直径的大约25％时，并且当内部突出部的长度是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的长度的大约25％时，扩散器内的气流被改变，并且因此当气体离开所述多个孔时形成的轴向推力被调谐，从而在较大的净负方向上引起充气机设备的轴向推力。因此，圆柱形突出部的直径和长度两者可被一起操纵，以通过减小内部突出部特征的这两种属性的尺寸来调节或调谐净负方向上的总体/较大大小的合成推力。

实施例7-当内部圆柱形突出部的直径是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的直径的大约75％时，并且当内部突出部的长度是具有多个气体扩散出口孔的扩散器的圆柱形部分的长度的大约75％时，扩散器内的气流被改变，并且因此当气体离开所述多个孔时形成的轴向推力被调谐，从而在较大的净正方向上引起充气机设备的轴向推力。因此，例如根据一个实施方案，内部圆柱形突出部的直径和长度两者可被一起操纵，以通过增加内部突出部特征的这两种属性的尺寸来调谐净正方向上的充气机设备的总体/较大大小的合成推力。

结合或模拟本发明实施中涉及的各个方面的以下实施例进一步详细描述本发明。应当理解，本发明精神范围内的所有改变均应受到保护，因此本发明不应被解释为受这些实施例的限制。

实施例

如上所指出，根据本开发的优选实践，可适当选择性地改变从充气机设备输出的充气气体的推力矢量，诸如通过选择性地改变突出部的尺寸，例如，诸如通过改变突出部334延伸到扩散器室332中的深度(诸如由附图标记344表示)和突出部334的宽度(诸如由附图标记346表示)中的任一者或两者。

制备了在结构上类似于上述充气机设备310的测试充气机设备，其中唯一结构差异是相应突出部的深度(例如，度量344)，并且确定了轴向推力。

结果示于下表1中。

结果讨论

如表1中的结果所示，改变突出部的尺寸(例如，诸如通过改变突出部延伸到扩散器室中的深度)是对应充气机设备的推力矢量可被选择性地调谐的有效技术，如上文更详细讨论。

因此，本开发提供了这样的方法、设备和/或特征，其除了圆周推力中性之外，还促进、允许或提供从充气机设备的充气气体排放的推力矢量调谐，并且在特定情况下，促进、允许或提供从充气机设备的充气气体排放的推力矢量调谐，使得除了圆周推力中性之外，还以轴向推力中性方式提供充气气体排放。

权利要求书不旨在包括，并且不应该解释为包括方法加功能或者步骤加功能的限制，除了分别在给定的权利要求书中使用术语“用于...的装置”或“用于...的步骤”明确陈述这种限定之外。

在本文中示意性地公开的本发明适当地可在没有本文中未具体公开的任何元件、部分、步骤、部件或成分的情况下实施。

虽然在前面的详细描述中，已经结合其某些优选的实施方案描述了本发明，并且出于说明的目的已经阐述了许多细节，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可向本发明增加附加实施方案，并且本文所述的某些细节可以在不脱离本发明的基本原理的情况下有较大地变化。

Claims (12)

1.一种用于能够充气的约束系统的充气机设备的端扩散器，所述端扩散器包括：

扩散器壁，所述扩散器壁限定扩散器室以便最初从所述充气机设备的供气部分接收充气气体；

所述扩散器壁包括圆柱形部分，所述圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口，以便从所述扩散器室排放充气气体；

所述扩散器壁包括端壁部分，所述端壁部分形成所述扩散器的封闭端；并且

所述端壁部分包括从其延伸到所述扩散器室中的所选形状和尺寸的突出部，以在所述扩散器室内形成改变充气气流的环形圈，从而对所述充气机设备进行选择性地推力矢量调谐，

其中，所述突出部的所述形状和尺寸被选择，由此，使穿过所述充气气体排放开口排放的充气气体沿正轴向推力方向或负轴向推力方向排放。

2.根据权利要求1所述的端扩散器，其中所述端壁部分连续地形成并且从所述圆柱形部分延伸；其中所述突出部连续地形成为所述扩散器壁的一部分；其中所述突出部为圆柱形；其中所述突出部包括所述端壁部分中的凹陷部。

3.根据权利要求1所述的端扩散器，其中所述突出部连续地形成为所述扩散器壁的一部分；其中所述突出部为圆柱形；其中所述突出部包括所述端壁部分中的凹陷部。

4.根据权利要求1所述的端扩散器，其中所述突出部为圆柱形。

5.根据权利要求1所述的端扩散器，其中所述突出部包括所述端壁部分中的凹陷部。

6.根据权利要求1所述的端扩散器，其中圆柱形突出部包括环形圈。

7.一种用于能够充气的约束系统的充气机设备，所述充气机设备包括：

提供充气气体的充气机外壳；以及

根据权利要求1所述的端扩散器。

8.一种用于能够充气的约束系统的充气机设备，所述充气机设备包括：

提供充气气体的充气机外壳；以及

端扩散器，所述端扩散器设置在所述充气机外壳的第一端处，所述端扩散器包括：

扩散器壁，所述扩散器壁限定扩散器室以便最初从所述充气机设备接收充气气体；

所述扩散器壁包括圆柱形部分，所述圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口，以便从所述扩散器室排放充气气体；

所述扩散器壁包括连续地形成的端壁部分，所述端壁部分从所述圆柱形部分延伸并且形成所述扩散器的封闭端；并且

所述端壁部分包括从其延伸到所述扩散器室中的圆柱形突出部，以在所述扩散器室内形成改变充气气流的环形圈，其中，所述突出部的形状和尺寸被选择，由此使穿过所述充气气体排放开口排放的充气气体沿正轴向推力方向或负轴向推力方向排放。

9.根据权利要求8所述的充气机设备，其中所述圆柱形突出部连续地形成为所述扩散器壁的一部分。

10.根据权利要求8所述的充气机设备，其中所述圆柱形突出部包括环形圈。

11.一种用于调谐来自充气机设备端扩散器的充气气体推力的大小和方向中的至少一者的方法，所述扩散器包括扩散器壁，所述扩散器壁限定扩散器室以便最初从所述充气机设备接收充气气体，所述扩散器壁包括圆柱形部分，所述圆柱形部分具有被设置为圆周推力中性气体排放阵列的多个充气气体排放开口，以便从所述扩散器室排放充气气体，所述扩散器壁包括端壁部分，所述端壁部分形成所述扩散器的封闭端，所述方法包括：

结合从所述扩散器壁的所述端壁部分延伸到所述扩散器室中的突出部以在所述扩散器室内形成改变充气气流的环形圈；以及

选择性地改变延伸到所述扩散器室中的所述突出部的深度和直径中的至少一者以对从所述充气机设备输出的所述充气气体进行选择性地推力矢量调谐，其中，

选择所述突出部的形状和尺寸，由此使穿过所述充气气体排放开口排放的充气气体沿正轴向推力方向或负轴向推力方向排放。

12.根据权利要求11所述的方法，其中延伸到所述扩散器室中的所述突出部的深度和直径中的至少一者被选择性地改变，由此使穿过所述充气气体排放开口排放的充气气体以轴向推力中性方式排放。

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