CN1183080A - 气囊系统的充气机 - Google Patents

Abstract

揭示了一个用于控制气体52从压力容器50往气囊系统中释放的阀机构40。当撞击发生时,气体52开始从压力容器50中被释放出。气体52流过一个阀机构40,该阀机构调节从压力容器50流过阀门进入一个可充气车辆乘员阻尼器30的气体52的体积。当充气时,车辆乘员阻尼器30在撞击期间约束车辆的乘员。通过在适当的时候控制气体流入气囊30,该阀门为每次单独的撞击情况实现了所希望的气囊能量吸收特性。阀门使用控制压力和启动装置56,通过控制经过阀系统40的气流路径横剖面面积来控制流动。

Description

气囊系统的充气机

本发明的背景

1.本发明的领域

本发明一般涉及保护移动车辆乘员的安全装置。特别是，本发明涉及一个用于在移动车辆中控制高压气体从高压容器往气囊组件中的流动的阀组件，保护乘员不受撞击的伤害。

2.本技术的背景

各种车辆安全装置和乘员阻尼系统在技术上是大家所熟知的。这些装置防止车辆上的乘员，如汽车、飞机和火车上的乘员在撞击情况下不受伤害。根据撞击进行充气来保护移动车辆上的乘员的气囊的价值越来越受到广泛认识。气囊在装备有这种系统的车辆上降低乘员受伤害的程度是有效的。气囊当与常规安全装置，例如腰或肩安全带结合在一起使用时特别有效。

在常规的汽车中，保护驾驶员的气囊一般安装在车辆方向盘的轮毂中。气囊本身是一个用适当纤维织物制造的可膨胀折叠袋。一个含有叠氮化钠发射剂的充气机与气囊的内部相连。一旦发生撞击，一个点火电路点燃叠氮化钠装料，它快速地产生填充气囊的热气体。该气囊从方向盘轮毂弹出并且在驾驶员前面扩张，当驾驶员由于撞击而向前倒时垫住驾驶员，并防止驾驶员撞到车辆坚硬的内部表面上。

从一个叠氮化钠充气机往气囊中充热气体存在许多问题。叠氮化钠是一种有害的化学物质。另外，当气囊被充气时释放出巨大的热量，这可能会潜在地烧到乘员的脸、手臂、手和腿。由于叠氮化钠技术存在以下缺点，包括有毒性、燃烧、爆炸、环境问题、刺激性和有毒气体以及化学分解，因此需要一个不依赖叠氮化钠的有效充气系统。

一种代替叠氮化钠充气机的替代物就是混合充气机，它与一个信号化学物质结合在一起使用压缩气体源，在给气囊充气时增大压力。混合充气机可以省去叠氮化钠作为组成部分，不过它还使用化学物质和燃烧过程来给气囊充气，从而产生不希望有的气体排泄物。另外，混合设计是复杂的并且可能不可靠。混合充气机设计使用压缩气体源作为其充气介质。

常规的压缩气源“冷气”充气机设计在技术上也被大家所熟知。这些系统使用纯储存压缩气体来给气囊充气。阻止冷气充气机结合到车辆中的主要问题之一是充气机的输出量受到环境温度极限的影响。气囊充气机被要求在-40℃(-40°F)到98℃(208°F)的温度范围内发挥作用，他们是在寒冷的冬天和炎热夏天期间在各个地方可能遇见的极限。对于固定容积的压缩源，由Boyle定律可知道，气体压力与环境温度成正比地增加或降低，并且能由方程：(P1)(T1)＝(P2)(T2)确定。因此例如，一个在大气温度(70°F)下被加压到6000psig的容器其内部压力将按如下受到温度极限的影响：

在-40°F，内部压力＝4755psig

在208°F，内部压力＝7570psig

这个例子示出了温度极限如何显著影响存储压力，从而影响将充到气囊中的总的气体流出量。由于这种在容器压力上的巨大变化，一个设计用于在高温情况下以适当比例往气囊中充气的充气机在寒冷的极限条件下往气囊中充气仅达到理想水平的几分之一，从而对于撞击期间车辆上的乘员产生不利的缓冲特性。在另一方面，如果充气机被设计成在低温极限情况下具有适当的袋充气特性，那么气囊会以不希望的高压充气，有可能导致气囊在接缝出破裂。另外，当车辆中的乘员接触气囊时，高压会产生一个非常“硬”的气囊。这两中极限情况都是不希望的。

最常用的充气机为信号弹式，并且使用燃烧过程进行气体输出。这种燃烧过程也受温度极限的影响，但是不会达到与存储高压气体充气机相同的大小。混合充气机使用一个高压气体源，它所受温度极限影响的程度与存储高压气体充气机的相同。但是这些混合设计还结合了信号装置，产生不怎么随温度变化的气体输出。因此，混合设计的总体变化小于纯存储高压气体设计。所有充气机设计在一定程度上都受到温度变化的影响，并且压力变化问题必须提到并且加以补偿，以便在极限条件下提供适当的保护。

另一个与高压存储气体充气机有关的情况是，当初始容器被打开时其气体向外的流动必然是非常猛烈并且具有冲击性。当气体未进行调节就释放到气囊中时，它能在气囊本身导致高应力引起的载荷，或者如果当气囊打开时乘员靠近气囊而对乘员施加载荷。因此，重要的是在初始容器打开阶段气体从压缩气体源释放到气囊中时，提供一些调节气体的装置。

标准存储气体充气机和其它常规充气机的另一个缺点是，他们不能根据影响乘员撞击气囊的不同撞击变量，使其输出适合提供恰当的气囊充气特性。

气囊的效果能依赖气囊根据任意特定撞击进行充气的方式。每次撞击都有特定的特性，例如撞击前车辆的速度和车辆乘员的重量。因此为了使乘员最安全，重要的是根据这些特定的特性控制气囊的充气速率。每个撞击条件都影响所希望的气囊缓冲特性。已知每次单个撞击期间所发生的许多变量，有利于充气机使其输出量适于把气囊充气到适当的比例和内部压力等级，与所有瞬间发生的撞击变量最佳匹配，从而有可能为乘员提供最佳的气囊减速特性。可能的撞击变量的例子是：

——撞击严重性

——大气温度

——乘员重量

——乘员位置

——系安全带/未系安全带

以前技术中的气囊不能同等地保护每一个乘员。以前技术的气囊被设计成它们可为特定的乘员提供最佳的保护——总的说来，一个未系安全带的50％比例的男性，代表乘员中的中等身材和重量，160磅，以每小时30公里的撞击速度进入一个刚性障碍。气囊在每次撞击中都以同样的特性部署，而不会考虑任一上述在所有撞击中都会变化的变量。因此，一个身材和重量显著不同于中间范围的乘员将会经受比理想要小的气囊减速特性。一个较小并且较轻的乘员往往将会遭受气囊回弹的影响，并且可能会受到回弹的伤害。一个较大和较重的乘员能使气囊瘪掉，并且借着剩余的能量，冲击方向盘或仪表板而伤害到乘员。

由于在部署气囊时产生很大的力，气囊具有在无意撞击情况下导致更大伤害的可能性。在带有一个小乘员的中等撞击情况下，不希望气囊以其正常的高的力进行部署，因为乘员与气囊的相互作用可能会导致人受到气囊部署的伤害。由于在实际事故中大部分撞击都是无意识的，因此显然需要能依据条件变化而进行变化的充气机。

几个现有技术参考文献试图提到这些问题。例如，Gioutsos等人提出的美国专利5,400,487，“用于车辆安全阻尼器的变量充气系统”，说明了一个用于气体操纵气囊系统的充气系统。该设计通过结合多个气体发生器建立往气囊中变化的输出，这些气体发生器当一个撞击处理器发来信号时能被启动。为了能细微地调节气体往气囊中的输出量，需要几个发生器，因为仅使用两个单独的发生器只会提供或者很低充气的气囊或者很硬的气囊。尽管多个发生器可以提供最终希望的袋充气特性，但是这种多个发生器的成本是大的。需要额外的导火管和化学发生器。

Mamiya提出的美国专利5,209,510“用于汽车的气囊阻尼器系统”，描述了一个气囊系统，其气囊的充气能根据撞击是高速(大于30km/h)还是低速(小于30km/h)进行变化。这种变化的充气也是使用多个气体发生器完成的。另外，这种设计仅试图提供速度变量。

其它也试图实现变化的充气速率的专利包括Hock提出的美国专利5,368,329“两阶段充气机”和Marchant提出的美国专利5,221,109“具有终止充气的排气口的气囊充气机”。

因此，需要一种带有单个充气源和阀门的气囊系统，它能根据不同的变量控制气囊充气的特性。也需要一种冷气体气囊充气系统，它没有任何有毒的化学物质并且不会烧到气囊想要保护的人员，并且它在部署时不会导致环境的破坏。一个能补偿温度极限并且调节排出气体以获得所希望的充气速率的储气式充气机省去了许多上述的问题。

本发明的概述

本发明解决了上述问题。该充气机被设计成在已知特定的撞击条件时补偿多个撞击变量，并且所提供的气囊充气速率和压力能最佳地使乘员减速。本发明使流动能在相当短的时间周期内充分快速地给气囊充气，同时还控制往气囊中的流动以防乘员受到充气气囊的伤害。例如，在充分部署气囊会导致更不利于保护乘员的情况下，气囊的充气速度将会降低。

一个气囊阻尼器装置被安装在车辆上。气囊系统包括一个可充气的气囊，它能布置在各种位置上以保护驾驶员、前排乘员、后排乘员或其他车辆上的乘员。一个气囊外壳包含有一个充气机系统。一个压缩气体汽缸包含有高压气体。在压缩气体汽缸的一端处是一个用于把气体从汽缸中释放出来的装置。该装置能是一个由一个爆裂盘组成的喷嘴组件，该爆裂盘能打开，释放出高压气体，往气囊中充气。该爆裂盘能被刻痕。一个启动装置能用于打开或使爆裂盘“破裂”，从而从汽缸中释放出气体。这个爆裂盘打开装置能是一个引发器、活塞启动器、切刀、弹丸、引爆器、导火管或者其它类型的打开装置。

充气机结合了一个阀机构，它(1)打开高压容器开始往气囊中充气，(2)调节气囊的充气速度，和(3)在适当的时候断开(减小)气囊充气，以便对于每组单独的撞击条件达到所希望的气囊能量吸收特性。气体从压缩气体容器往气囊中的流动由一个卷筒来控制，该卷筒能够根据不同的撞击条件通过改变气流的横剖面面积，改变气体从压缩气体汽缸往气囊中的流动。撞击变量能作为输入数据被发送到一个撞击处理器运算器中。处理器确定开始部署气囊的恰当时间，并且根据已知的撞击输入变量确定恰当的时间提供第二个信号，把气囊中的压力控制在适当的水平上以达到最佳的气囊特性。

车辆中用于各个位置的充气机设计，例如汽车中的驾驶员、乘员或后部座位，根据位置进行变化。容器的尺寸和形状以及阀门组成硬件能适用于每个位置的独特包装“外套”和容器压力要求。

根据以下的详细描述，本发明的其它特点将会变得显而易见。

附图的简单描述

图1是一幅本发明充气机系统和阀组件的局部剖视图。

图2是本发明充气机和阀门的近闭合局部剖视图。

图3示出了另一个实施例，它结合了一个导火管或气体发生器来调节卷筒的位置。

图4A是一幅阀组件的放大局部剖视图。

图4B示出了由卷筒半约束的流出排气。

图4C示出了由卷筒移动而进一步打开的孔。

图4D示出了装置的全部流出阶段。

图4E示出了当第二个启动装置被启动、流动被切断并且容器慢慢在排气时的装置。

图5是一幅安装在典型汽车仪表板上的充气机的侧视图。

图6上一幅安装在典型汽车仪表板中另一个位置处的充气机侧视图。

图7是一幅本发明控制电路的简图。

图8是气囊组件压力控制典型实例的气囊压力曲线情况。

图9是一幅卷筒和卷筒腔另一个实施例的侧示局部剖视图。

图10是一幅卷筒和卷筒腔另一个实施例的侧示局部剖视图，它能用于控制从标准信号充气机中流出的气体流动。

本发明的详细描述

图1和2示出了本发明充气机42的阀组件40的较佳实施例。一个压力容器50，如一个标准的DOT39压力容器，装有高压气体52。高压气体可以是氮气、氩气、二氧化碳、空气、氦气或任意惰性气体。一个充气管14能布置在压力容器50的一个壁面上。高压气体通过这个充气管14被注入压力容器。一个压力传感器90也能被布置在压力容器50的壁面上，探测和测量容器内的压力。

本发明的阀组件40被固定到压力容器50上。在图1和2所示的实施例中，阀组件40借助一个螺纹装置44被连接到压力容器50上。在另一个实施例中，不使用螺纹系统，通过把阀组件焊接到容器上能使阀组件与压力容器直接相连。如图2所示，焊逢8还能与一个螺纹装置44结合起来使用。另外，任何其他大家在技术上熟知的连接措施也能用于把阀与容器连接在一起。

如图2所示，一个容器打开装置36在该实施例中被描绘成一个连到可以爆裂盘48非压力一侧上的引发器46。该容器打开装置可以是大家在技术上所熟知的任意信号打开装置或断裂引发装置。一个垫圈106用于把爆裂盘48固定到位。一根导线104连接到引发器46上，使引发器46能被启动。还能使用另一种打开装置，如一个激励器，它带有一个可从收缩位置移动到延伸位置的活塞。

图2中还示出了一个过滤器108。该过滤器能防止来自爆裂盘48的碎屑进入阀组件40。布置在同一位置上的过滤器108或其它支撑装置还能用于另一种实施例中支撑引发器打开装置，其中引发器用于打开爆裂盘。在爆裂盘48的下游，布置在阀组件40内的是一个流动调节装置54。在所示实施例中，调节装置54与一个平衡卷筒56结合在一起。卷筒56被布置在卷筒腔58内并且能在卷筒腔58内沿卷筒56轴的方向滑动。

卷筒56一般是圆柱形，但却有一个带有比外部分61直径要小的凹槽部分60。凹槽部分60与卷筒腔58内壁之间的关系就是建立一个流出口64，如图4A所示，通过该口空气从容器50中放出并进入空气囊30。图9示出了卷筒56和卷筒腔58的另一个实施例。在这个实施例中，经过阀组件的流动路径被校准。卷筒凹槽部分60远远大于较佳实施例中的凹槽部分，并且外部分61相对要小的多。

如图1所示，空气囊30被折叠并被固定到一个围绕充气机系统42的反应容器34上。该气囊能塞入到车辆的乘员厢里。气囊本身能由各种材料制成，目前技术上最常用的是高强度尼龙材料。气囊也能用目前正为气囊开发新型复合材料制成。作为可替代“气囊”的替代物，任意其它的能充气保护车辆乘员的柔性阻尼器都能被引入到本发明中。

开始时为把卷筒56插入卷筒腔58中，该腔的一端被打开。当卷筒被插入到卷筒腔中之后，插头6能固定到卷筒腔的开口端之上，把卷筒固定在卷筒腔之内。

卷筒开始能使用作用在每个卷筒端部上的对心弹簧62进行布置。不同材料的弹簧每个都受到环境温度的影响，通过温度对弹簧力的影响能用于调节卷筒的初始位置，使卷筒56能调节其位置。卷筒56的位置能使得在寒冷的情况下卷筒56移动以打开较大的初始流出口64，而在炎热的条件下卷筒56移动到一个初始较受约束地打开流出口64的位置。这个卷筒还能被预置在其初始位置，并且用插销或断开装置固定到位。

通过在卷筒腔58内滑动卷筒来调节流出口64的大小，卷筒56被用于控制气体52从容器50到气囊30中的流动。卷筒56是“平衡的”，既流过卷筒凹槽部分气体不会沿任一垂直于气体流动的方向移动卷筒。由于卷筒56的“平衡”设计，经过流出口64的高压气体52不会移动卷筒56。气体52不会强迫卷筒56沿其横向垂直于高压气体52流动方向滑动。气体流动均匀地作用在卷筒56的每一侧，平衡压力作用。因此高的流出气体压力不会干扰卷筒56的控制和位置的调节以及气体往气囊30中的流动。因此，卷筒56能控制与高压气体充气机相冲突的初始冲击气流冲击波。

卷筒56使用控制压力来调节流出口64的大小，控制从压力容器50流出气体52的速率。一个容积A被布置在卷筒腔一端内的卷筒的一端处。同样，一个容积B被布置卷筒腔58另一端内的卷筒另一端处。通过绕卷筒把O型环放在卷筒的两侧上，能把容积A和B与卷筒的凹槽部分以及气体的流动路径密封隔开。该O型环还使卷筒能在卷筒腔内滑动。另外，卷筒能支撑在轴承上或其它大家在技术上所熟知的装置上。阀组件40内的压力能借助控制孔68被引到容积B中，如本实施例中所示，它被装在卷筒56上。在另一个实施例中，控制孔68能布置在其它位置上。例如，这些孔能布置在卷筒腔的壁面上。

当容积B内的控制压力增加时，压力导致卷筒56向容积A移动，如图4B和4C所示。当卷筒向容积A移动时，流出口64的大小增加，把气体往气囊30中的流动增加到所希望的水平上。

引入容积A中的控制孔70还能结合到卷筒56的设计中。这些孔能给卷筒56的移动以及流出口64的大小增加额外的控制。为了使阀门能补偿不同的温度，控制孔68和70能用不同的温度敏感性材料制成。这样由于控制孔68和70的横剖面面积相对温度变化将产生不同的变化，因此这种设计能依据温度的变化控制容积A和容积B中的压力，并因此依据不同的温度改变流出口64的大小。在另一个实施例中，没有流出口把容积A或容积B与气体流动路径连接在一起。控制孔能和减压或空气排气孔74结合在一起使用，象前面所述的那样当卷筒移动并且压缩容积A的时候来降低在容积A中所产生的压力。

如图1和2所示，一个开启器28能布置在阀组件40的容积B的一侧，它可以是一个信号装置，例如导火管、起爆器、活塞促动器或任意其它大家在打开一个孔的技术中所熟知的装置。开启器28能布置在排气孔26处或其上，该孔把容积B与阀组件外部的区域连接在一起。粘接剂24，例如导电性环氧树脂，被用于把开启器28固定在排气孔26中。导线104与开启器28相连，以使开启器能被启动。开启器28能打开容积B中的排气孔26，由此把容积B中的压力降低到低于容积A中的压力的水平上。这导致卷筒56朝容积B移回，如图4E所示。

减压空气排气孔74也能用温度敏感性材料制成，依据阀门温度进一步提供对卷筒移动的控制。另外，当气囊充气时，与实时输入变量结合在一起调节排气孔74的大小也能用于调节气体流入气囊。在容积A中的排气孔74的大小直接影响卷筒随时间的移动。一个较大的排气孔74能产生更具有冲击性的充气，或者能补偿由于寒冷的温度极限所导致的容器压力降低引起的冲击性降低。一个较小的排气孔74能产生较小的冲击性气囊充气，或者能补偿由于高的温度极限所导致的容器压力增加引起的冲击性的增加。

气囊充气的冲击性还能被调节为更佳地匹配于只有任意已知的特定撞击才有的实时变量。除了通过温度的作用控制排气孔74的大小，该孔的大小还能由一个连接到传感器和处理机算法器上的装置来调节。孔大小的调节能根据实时输入来进行。一种用于调节排气孔74大小的装置能是电磁线圈、伺服马达、压电元件、液压系统、线形执行系统或任意其它的大家在技术上所熟知的调节通过开孔气流面积的装置。

图1还示出了启动电路的基本组成部件的简单构造。该电路由电池96供电。当处理器86确定撞击已经发生时，一个部署信号98通过导线104发送到引发器46，从而打开压力容器50。当处理器86确定通过阀组件40的流动应被降低时，该处理器通过另一条104发送第二个信号，断开信号100，到引发器28，由此打开排气孔26。

在另一个实施例中，如图3所示，另一个信号装置，例如导火管或者其它的气体发生器38能布置在阀组件40的容积A的一侧上。这个导火管38能产生增加容积A中压力的气体，从而向容积B移回卷筒56。在再另一个实施例中，电磁线圈、伺服装置、线性执行系统或其它大家在技术上所熟知的装置能用于控制卷筒56的移动。

图7示出了更详细的本发明电路80的图形。一个加速度传感器82通过一个随机存取存储器(RAM)卡84被连接到一个处理器86中，该处理器86具有根据各种输入进行运算的能力。如图7所示，其它往处理器86中的输入能是安全带传感器88、一个温度补偿调节的压力(如，磅/平方英寸)传感器90、一个乘员位置传感器92和一个乘员重量传感器94。在处理器86中运算得出的信号能发送到引发器46和开启器28。一个撞击信号102从撞击传感器或加速度传感器82被发送到处理器86。撞击信号102使容器打开装置36，例如图2所示的引发器46和爆裂盘48能被打开，使高压气体能52能容器50排出。容器50流出的气体流动由流动控制装置--卷筒56的移动来调节。

当处理器86根据从传感器88到94发送来的各种撞击输入条件进行运算确定了适当的时间时，开启器28被启动，把卷筒56向容积B方向移动并且流入气囊的气体被关闭以便得到适当的气囊减速特性。

信号装置或开启器28接收从处理器86发送来的断开信号100，打开在容积B中的排气孔26，从而降低容积B中的压力。通过流出口64的流动根据特定的撞击环境而被关闭或“断开”。容积B中的压力相对容积A中较高压力的快速降低将导致卷筒56移回到最终流动“断开”位置，如图4E所示，降低阀流出口64的大小以及气体往气囊30中的流动进行温和的受限流动或进行放气。

在图3所示的另一个实施例中，导火管38接收从处理器86发送来的断开信号100并启动，在容积A中建立额外的压力。然后当卷筒向容积B方向移回时，通过流出口64的流动根据特定的撞击环境关闭或“断开”。由于导火管38的信号弹燃烧所导致的容积A中的压力的快速增加将会导致卷筒56向其初始位置移回或者如图4E所示向另一个最终支撑点移回，降低容器流出口64的大小以及气体往气囊30中的流动进行温和的受限流动或进行放气。导火管38能被设计成具有非常快速地把卷筒56移动到“断开”点的“燃烧速率”，而同时保持容积A中的压力，以便在容器放气的整个过程中把卷筒56保持在断开位置上。

在另一个实施例中，通过阀门的气体流动不必由处理器运算86来控制。阀门能被设计成通过简单地使用压力排气孔调节卷筒56的位置，来调节通过阀门的气体流动。

存储容器的压力和容积能被设定在一定的水平上，它包括在潜在的撞击中可能变量的合理百分比内的预算好的上限或最坏的极限。这种上限情况的一个例子就是在寒冷的环境条件下在高度猛烈的撞击中百分之九十九的人未带安全带。在这些条件下当气囊被布放时，只要在这种情况中乘员未受伤害，那么容器中的全部东西将会排空到气囊中，无需任何流动断开。已知其他可能的极限状况，例如在高环境温度条件下在低强度撞击中有百分之五的人员，或者乘员正做在靠近气囊的地方，充气机将会尽早断开气囊的充气以使气囊特性不会过“硬”并且不会由于导致乘员从气囊回弹或乘员向后运动而伤害乘员。在这种情况下，充气机以温和的方式简单地放掉剩余的气体，防止气囊的压力进一步增加。

图1和2中所示的卷筒56的下游是排气口扩压器或推力转向器72。转向器能是一个圆柱76，带有绕其圆周定位的孔78，当气体排出阀组件40进入气囊30或反冲罩34中时它导致中立的推力换向，如图1所示。从阀组件40流出的气体通过扩压器/推力换向器72排出到气囊30中。如图1所示，一个反冲罩34可以包围充气机并且为气囊30提供连接。另外，反冲罩34能为充气机42的保护装饰盖提供连接，并且还提供了一个用于把充气机42安装到车辆仪表板(控制板)结构12上的装置。

根据具体应用，通过提供所希望的撞击输入控制充气机的打开和关闭特性，能简单地或复杂地制造充气机42。对于后市场应用，在此处它可以不结合特定的传感器，例如重量和位置传感器，能使用手动开关。例如，该开关一般能缺省为“儿童”设置，但车辆的乘员能改变该设置为“成人”设置，这将在根据撞击进行充气时改变气囊30的特性。另外，一个安装在座位区的简单限制开关能探测乘员的实际重量并且能被安装成以便较轻的人或儿童不会启动该开关而重量在预定极限之上的人将会启动该开关。这个限制开关执行与手动开关同样的功能。另外，限制开关消除了人员产生不正确设置开关错误的可能性。一个限制开关还能是重量传感器的低成本替代物，其中重量传感器能获得乘员的实际特定重量。

图8示出了一条阀组件系统的可能的压力-时间线。该图示出了从阀组件40释放到气囊30中的气体压力相对于时间的变化。当撞击最初被感应到时，由于裂开引发装置还没有启动，所以阀门中的最初的压力为零。一旦信号从加速度传感器82发送到处理器运算器86时，处理器发送一个信号给容器打开装置36并且启动引发器46。如图8所示，压力快速升高直到气囊爆发出组件。然后压力快速降低。卷筒56调节其位置并且压力增加。在适当的时候，开启器28被启动并且促使流动断开。卷筒56再调节并且压力逐渐减小。

对于以下各种输入情况，充气机能被调节以实现所希望的压力曲线，这些输入包括：(1)撞击期间的减速，(2)安全带系上还是未系上，(3)环境温度或容器压力，(4)乘员或驾驶员的重量以及乘员相对于气囊的位置。充气机能根据象撞击激烈程度这样的输入条件进行设计，它能通过处理器86中的撞击传感器运算来整理。由于环境温度影响存储压力，因此温度补偿计时能由压力传感器90往算法中的输入来确定。安全带传感器88能被用做往处理器86运算中的输入，以确定对于带安全带或未带安全带乘员的不同气囊特性。另外，乘员重量和位置传感器现在可得到。

本发明另一个特点在于，它能减轻不希望发生的充气所造成的影响。如果气囊意外地启动，或者是如果爆裂盘失效，断裂装置意外启动，或者是任何其它的不是由撞击运算发出信号所引发的情况，处理器86能启动开启器28，断开充气流动并使容器50能安全地排气。这种意外的打开能由处理器86的运算来确定。这个安全特点防止了由于气囊以外布放可能产生的对车辆乘员的伤害，并且还降低了驾驶员“受惊吓”的机会，这可能会导致导致驾驶员撞车。以外布放能由压力传感器90探测，该传感器探测没有处理器86的启动信号而引发的突然压力降低。这种安全特点在以前技术中的充气机设计上不能得到。

另一个与压力源充气机有关的是需要提供一个第二爆裂盘，把它用于车辆失火时产生的容器过量加压期间的破裂。这个第二爆裂盘增加了另一个失效的可能性。但是在本设计中，过量加压能被压力传感器探测到，因此处理器能同时启动容器打开装置并且断开流动，从而使容器能以温和的方式排气。因此，不需要设计第二个降低了整体可靠性的低压爆裂盘。

通过把气囊系统安装在适当的位置上，气囊系统可以定位并充气，以在正面或侧面冲击或者来自任意其它方向的冲击时约束乘员。图5和6示出了两种把本发明充气机连接到典型车辆10上的设计，或者由制造商或者在投入市场后连接。在图5中，组件被装在一个基本是水平的位置上。充气系统20被布置在车辆10的仪表板12中。一个装有气囊30的低外形的气囊罩32被安装在仪表板12的前端。另外，该系统能布置在车辆10的仪表板12内的一个较垂直的位置上。这种定位可能会提供安装限制。图6示出了该充气系统20的另一种定位。在这个构型中，压力容器50和阀组件40能布置在远离气囊罩32的位置上。图6示出了布置在仪表板12前面的气囊罩32。充气系统20其它的组成部件、压力容器50和阀组件40被布置在仪表板12的另一侧。一个管道18把压力容器50和阀组件40与气囊罩32连接在一起。

除了图5和6所示的位置之外，本发明的气囊系统能被布置在座位或头枕的背部，布置在乘员前面的仪表板上或任何其它所希望的位置上。气囊系统能够或者临时或者永久地固定在这些位置上。

本发明可以用其它不背离本发明精神或基本特征的特殊形式来实施。例如，对于各种位置、驱动器、乘员等等，充气机能具有不同的设计，并且具有不同的容器大小、形状和阀门的组成硬件。另外，本发明的阀组件除了给气囊充气外还能用于其它流体流动需要控制的应用中。如上所述，阀组件能与高压气体源一起使用，或者能与一种混合设计结合在一起。该阀门还能与大家在技术上所熟知的气体发生充气机一起使用，如果希望的话用于控制阻尼器的充气速率，并且提供流动的关闭和断开。因此气体发生充气机能与传感器和运算器一起使用，依据特定的撞击变量来提供可控制的输出流动。

例如，如图10所示，阀门能用于把控制加到一个标准的信号充气机上。在这个实施例中，阀门有两个排气装置。阀门的每一个都能通过一个外部的排气口110引导所释放的气体，这样气体将不会进入气囊或其它阻尼器。另外，当卷筒56移动到另一个位置中时，所释放的气体能通过一个约束排气口112排出阀门，并且因此进入气囊或其它阻尼器。通过用两个排气口控制气体的释放，能控制气囊的充气特性。如果提供一个额外的装置，在流动断开被启动后把增加的气体压力从高压气体发生源排除，那么这个实施例能与上述的实施例相同。当从高压气体发生源产生的向外流动被终止或断开时，在压力容器内的气体压力将会快速增加，可能会由于很高的内部压力而导致容器爆发。因此，能包含一个单独的减压装置，例如一个爆裂盘，安全地排出在容器内产生的过大的压力。

因此本实施例在各个方面都被当作是举例说明而不是约束，本发明的范围有下面的权利要求说明而不是由以上所做描述来提出。

Claims (49)

1.一种充气调节器，用于一个带有一可释放高压气体的源和一可充气装置的系统，其特征在于，所述调节器包括：

一个其内有一空腔的阀组件外壳，和与所述空腔相通的一个入口和一个出口，确定了通过所述空腔的流动路径，所述入口适于连到源上而出口适于连到装置上；和

一个可移动部件，一般偏移在一个初始位置上并且有一个可滑动咬合在所述空腔内的外部和一个布置在所述流动路径中的开孔部分，所述可移动部件在所述外壳与所述可移动部件的第一端之间确定了一个第一容积，并且在所述外壳与所述可移动部件的第二端之间确定了一个第二容积，所述外部部分地与所述入口和所述出口中至少一个的一部分约束组合布置，确定了一个所述流动路径的初始横剖面面积，所述可移动部件可受控进行移动，这样所述外部至少部分地从所述入口和所述出口中的所述至少一个的所述部分移动，从而增加所述流动路径的横剖面面积。

2.如权利要求1所述的一个调节器，其特征在于，进一步还包括一个连通所述流动路径和所述第一容积的第一控制孔，这样当压力出现在所述流动路径中时压力在所述第一容积中增加，沿朝着所述第二容积的方向移动可移动部件，所述控制孔的直径被选择成可控制所述可移动部件的位移速度。

3.如权利要求2所述的一个调节器，其特征在于，进一步还包括一个连通所述流动路径和所述第二容积的第二控制孔，这样当压力出现在所述流动路径中时压力在所述第一容积中增加，阻止所述可移动部件向所述第二容器方向移动。

4.如权利要求3所述的一个调节器，其特征在于所述外壳包括一个把所述第二容积连通到所述外壳的外部的排气口，以把压力排出所述第二容积。

5.如权利要求3所述的一个调节器，其特征在于所述第二控制孔被布置在所述可移动部件上。

6.如权利要求2所述的一个调节器，其特征在于所述第一控制孔被布置在所述可移动部件上。

7.如权利要求1所述的一个调节器，其特征在于所述阀组件包括一个把所述第一容积和所述第二容积中所选定的一个连通到所述阀组件外部的开孔，和一个密封布置在所述开孔内的电信号响应装置，所述调节器另外还包括：

一个在所述约束系统的环境中对输入变量条件的目前状态作出反应的电路，一旦所述变量条件中的某一个发生时发送一个第一电信号用于所述装置，所述装置根据所述电信号至少部分地移开所述开口，把所述可移动部件移动到一个动态位置处，在所述动态位置上流动路径具有一个横剖面面积，把通过所述流动路径的降低的流动速率建立在一个预选的依据所述变量条件目前实时状态存在的值上。

8.如权利要求7所述的一个调节器，其特征在于所述电路包括：

多个传感器，每个所述传感器对一个相应的所述变量条件作出反应，每个所述传感器发出一个第二电信号作为所述相应的一个所述变量条件的函数；

一个对来自每个所述传感器的所述第二信号作出反应的处理器，发出所述第一电信号作为来自所述每个传感器的所述第二电信号的函数；

一个对所述第二电信号作出反应的装置，导致所述可移动部件的启动，到所述的动态位置上。

9.如权利要求7所述的一个调节器，其特征在于所述开孔把所述第一容积连通到所述阀组件的外部。

10.如权利要求7所述的一个调节器，其特征在于所述开孔把所述第二容积连通到所述阀组件的外部。

11.一个如权利要求1所述的调节器，其特征在于，另外还包括一个在所述第一容积中咬合布置在所述组件与所述可移动部件之间的第一弹簧和一个在所述第二容积中咬合布置在所述组件与所述可移动部件之间的第二弹簧，所述第一弹簧和所述第二弹簧的每个都有一个相应的弹簧常数，被选择来确定所述可移动部件的初始位置。

12.如权利要求11所述的一个调节器，其特征在于所述第一弹簧和所述第二弹簧的每个都分别有一个温度扩张系数，被选择用来确定所述可移动部件的与温度有关的初始位置。

13.如权利要求1所述的一个调节器，其特征在于所述可移动部件是一个卷筒，具有一个沿轴向可滑动地咬合在所述空腔内的一般是圆柱形的外部，和一个在所述流动路径内的凹槽部分。

14.如权利要求13所述的一个调节器，其特征在于所述卷筒包括一个连通所述流动路径和所述第一容积的第一控制孔，这样当压力出现在所述流动路径中时压力在所述第一容积中增加，沿朝着所述第二容积的方向移动所述卷筒，所述控制孔的直径被选择成可控制所述卷筒的位移。

15.如权利要求14所述的一个调节器，其特征在于，所述卷筒包括一个连通所述流动路径和所述第二容积的第二控制孔，这样当压力出现在所述流动路径中时压力在所述第一容积中增加，阻止所述卷筒向所述第二容器方向移动。

16.如权利要求15所述的一个调节器，其特征在于所述外壳包括一个把所述第二容积连通到所述外壳的外部排气口，以把压力排出所述第二容积。

17.如权利要求13所述的一个调节器，其特征在于所述阀组件包括一个把所述第一容积和所述第二容积中所选定的一个连通到所述阀组件外部的开孔，和一个密封布置在所述开孔内的电信号响应装置，所述调节器另外还包括：

一个在所述约束系统的环境中对输入变量条件的目前状态作出反应的电路，一旦所述变量条件中的某一个发生时发送一个第一电信号用于所述装置，所述装置根据所述电信号至少部分地移开所述开口，把所述可移动部件移动到一个动态位置处，在所述动态位置上流动路径具有一个横剖面面积，把通过所述流动路径的降低的流动速率建立在一个预选的依据所述变量条件目前实时状态存在的值上。

18.如权利要求17所述的一个调节器，其特征在于所述电路包括：

多个传感器，每个所述传感器对一个相应的所述变量条件作出反应，每个所述传感器发出一个第二电信号作为所述相应的一个所述变量条件的函数；

一个对来自每个所述传感器的所述第二信号作出反应的处理器，发出所述第一电信号作为来自所述每个传感器的所述第二电信号的函数；

一个对所述第二电信号作出反应的启动装置，启动所述卷筒，到所述的动态位置上。

19.如权利要求17所述的一个调节器，其特征在于所述开孔把所述第一容积连通到所述阀组件的外部。

20.如权利要求17所述的一个调节器，其特征在于所述开孔把所述第二容积连通到所述阀组件的外部。

21.一个如权利要求13所述的调节器，其特征在于，另外还包括一个在所述第一容积中咬合布置在所述组件与所述卷筒之间的第一弹簧和一个在所述第二容积中咬合布置在所述组件与所述卷筒之间的第二弹簧，所述第一弹簧和所述第二弹簧的每个都有一个相应的弹簧常数，被选择来确定所述卷筒的初始位置。

22.如权利要求21所述的一个调节器，其特征在于所述第一弹簧和所述第二弹簧的每个都分别有一个温度扩张系数，被选择用来确定所述卷筒的与温度有关的初始位置。

23.一个充气调节器，用于一个带有一个可释放高压气体的源和一个可充气装置的系统，其特征在于，所述调节器包括：

一个具有一个可启动移动构件的阀门和一个变横剖面面积的流动孔，其中所述构件的初始位置确定了所述孔的一个初始横剖面面积，所述孔连通高压气体源和装置；和

一个在所述约束系统的环境中对输入变量条件的目前状态作出反应的电路，启动所述可移动部件移动到一个动态位置处，在所述动态位置上所述变化孔的所述面积具有一个横剖面面积，把通过所述孔的流动速率建立在一个预选的依据所述变量条件目前实时状态存在的值上。

24.如权利要求23所述的一个调节器，其特征在于所述阀门包括一个第一室和一个把所述室连通到所述阀门外部的开口，所述可移动部件至少构成所述第一室的一个壁面，所述构件具有一个把所述孔与所述第一室连通起来的控制管，一旦所述条件之一发生的话，所述控制器导致所述材料从所述开口移动。

25.如权利要求23所述的一个调节器，其特征在于所述阀门包括一个第一室、一个第二室和一个把所述第一室与所述可充气装置连通起来的第一开口，所述可移动部件具有一个把所述孔与所述第一室连通起来的第一控制孔和一个把所述孔与所述第二开口连通起来的第二控制孔。

26.如权利要求25所述的一个调节器，其特征在于所述第一开口包括一种具有预定热扩张系数的壁面材料。

27.如权利要求23所述的一个调节器，其特征在于所述阀门包括一个一般呈圆柱形的外壳，具有一个第一端壁和一个第二端壁，所述部件是一个咬合在所述外壳中的可沿轴向滑动的卷筒，一个第一弹簧咬合布置在所述第一壁与所述卷筒的第一端之间，并且一个第二弹簧咬合布置在所述第二壁与所述卷筒的第二端之间。

28.如权利要求27所述的一个调节器，其特征在于所述第一弹簧和所述第二弹簧每个都有一个温度扩张系数，选择来建立所述卷筒的静态位置。

29.如权利要求27所述的一个调节器，其特征在于所述第一弹簧和所述第二弹簧每个都有一个弹簧常数，选择来建立所述卷筒的静态位置。

30.如权利要求23所述的一个调节器，其特征在于所述电路包括：

一个对所述变量条件至少一个作出反应的传感器，它发出一个第一电信号作为所述变量条件的所述之一的函数。；

一个对所述第一信号作出反应的处理器，发出一个第二电信号作为所述第一电信号的函数；

一个对所述第二电信号作出反应的装置，导致所述可移动部件启动到所述动态位置。

31.如权利要求23所述的一个系统，其特征在于所述电路包括：

多个传感器，每个所述传感器对一个相应的所述变量条件作出反应，每个所述传感器发出一个第一电信号作为所述相应的一个所述变量条件的函数；

一个对来自每个所述传感器的所述第一信号作出反应的处理器，发出所述第二电信号作为来自所述每个传感器的所述第一电信号的函数；

一个对所述第二电信号作出反应的启动装置，启动所述可移动部件到所述的动态位置上。

32.一个用于车辆乘员可充气约束系统的充气调节器，所述系统具有一个可立即释放高压气体的源和一个可充气装置，其特征在于，所述调节器包括：

一个具有一个可启动移动构件的阀门和一个变横剖面面积的流动孔，其中所述构件的初始位置确定了所述孔的横剖面面积所述孔连通高压气体源和装置；和

一个在所述约束系统的环境中对输入变量条件的目前状态作出反应的电路，启动所述可移动部件移动到一个动态位置处，在所述动态位置上所述变化孔的所述面积具有一个横剖面面积，把通过所述孔的流动速率建立在一个预选的依据所述变量条件目前实时状态存在的值上。

33.如权利要求32所述的一个调节器，其特征在于所述阀门包括一个第一室和一个把所述室连通到所述阀门外部的开口，所述可移动部件至少构成所述第一室的一个壁面，所述构件具有一个把所述孔与所述第一室连通起来的控制管，一旦所述条件之一发生的话所述控制器导致所述材料从所述开口移动。

34.如权利要求32所述的一个调节器，其特征在于所述阀门包括一个第一室、一个第二室和一个把所述第一室与所述可充气装置连通起来的第一开口，所述可移动部件具有一个把所述孔与所述第一室连通起来的第一控制孔和一个把所述孔与所述第二开口连通起来的第二控制孔。

35.如权利要求34所述的一个调节器，其特征在于所述第一开口包括一种具有预定热扩张系数的壁面材料。

36.如权利要求32所述的一个调节器，其特征在于所述阀门包括一个一般呈圆柱形的外壳，具有一个第一端壁和一个第二端壁，和一个咬合在所述外壳中的可沿轴向滑动的卷筒，一个第一弹簧咬合布置在所述第一壁与所述卷筒的第一端之间，并且一个第二弹簧咬合布置在所述第二壁与所述卷筒的第二端之间。

37.如权利要求36所述的一个调节器，其特征在于所述第一弹簧和所述第二弹簧每个都有一个温度扩张系数，选择来建立所述卷筒的静态位置。

38.如权利要求36所述的一个调节器，其特征在于所述第一弹簧和所述第二弹簧每个都有一个弹簧常数，选择来建立所述卷筒的静态位置。

39.如权利要求32所述的一个调节器，其特征在于所述电路包括：

一个对所述变量条件至少一个作出反应的传感器，它发出一个第一电信号作为所述变量条件的所述之一的函数。；

一个对所述第一信号作出反应的电路，发出一个第二电信号作为所述第一电信号的函数；

一个对所述第二电信号作出反应的装置，导致所述可移动部件启动到所述动态位置。

40.如权利要求32所述的一个系统，其特征在于所述电路包括：

多个传感器，每个所述传感器对一个相应的所述变量条件作出反应，每个所述传感器发出一个第一电信号作为所述相应的一个所述变量条件的函数；

一个对来自每个所述传感器的所述第一信号作出反应的处理器，发出所述第二电信号作为来自所述每个传感器的所述第一电信号的函数；

一个对所述第二电信号作出反应的装置，导致所述可移动部件启动，到所述的动态位置上。

41.一个车辆乘员约束系统，其特征在于，包括：

一个可释放高压气体的源，包括一个容器、一个爆裂盘和一个接近所述爆裂盘布置的打开装置；

一个可充气的阻尼器；

一个探测汽车减速度的第一传感器，发出一个第一电信号，所述打开装置依据所述第一信号启动；

一个具有一个可启动移动构件的阀门和一个变横剖面面积的流动孔，其中，所述构件的初始位置确定了所述孔的一个初始横剖面面积所述孔连通高压气体源和装置；和

一个在所述约束系统的环境中对输入变量条件的目前状态作出反应的电路，启动所述可移动部件移动到一个动态位置处，在所述动态位置上所述变化孔的所述面积具有一个横剖面面积，把通过所述孔的流动速率建立在一个预选的依据所述变量条件目前实时状态存在的值上。

42.如权利要求41所述的一个系统，其特征在于所述阀门包括一个第一室和一个把所述室连通到所述阀门外部的开口，所述可移动部件至少构成所述第一室的一个壁面，所述构件具有一个把所述孔与所述第一室连通起来的控制管，一旦所述条件之一发生的话，所述控制器导致所述材料从所述开口移动。

43.如权利要求41所述的一个系统，其特征在于所述阀门包括一个第一室、一个第二室和一个把所述第一室与所述可充气装置连通起来的第一开口，所述可移动部件具有一个把所述孔与所述第一室连通起来的第一控制孔和一个把所述孔与所述第二开口连通起来的第二控制孔。

44.如权利要求43所述的一个系统，其特征在于所述第一开口包括一种具有预定热扩张系数的壁面材料。

45.如权利要求41所述的一个系统，其特征在于所述阀门包括一个一般呈圆柱形的外壳，具有一个第一端壁和一个第二端壁，和一个咬合在所述外壳中的可沿轴向滑动的卷筒，一个第一弹簧咬合布置在所述第一壁与所述卷筒的第一端之间，并且一个第二弹簧咬合布置在所述第二壁与所述卷筒的第二端之间。

46.如权利要求45所述的一个系统，其特征在于所述第一弹簧和所述第二弹簧每个都有一个温度扩张系数，选择来建立所述卷筒的静态位置。

47.如权利要求45所述的一个系统，其特征在于所述第一弹簧和所述第二弹簧每个都有一个弹簧常数，选择来建立所述卷筒的静态位置。

48.如权利要求41所述的一个系统，其特征在于所述电路包括：

一个对所述变量条件至少一个作出反应的传感器，它发出一个第一电信号作为所述变量条件的所述之一的函数；

一个对所述第一信号作出反应的处理器，发出一个第二电信号作为所述第一电信号的函数；

一个对所述第二电信号作出反应的启动装置，启动所述可移动部件到所述动态位置。

49.如权利要求41所述的一个系统，其特征在于所述电路包括：

多个传感器，每个所述传感器对一个相应的所述变量条件作出反应，每个所述传感器发出一个第一电信号作为所述相应的一个所述变量条件的函数；

一个对来自每个所述传感器的所述第一信号作出反应的处理器，发出所述第二电信号作为来自所述每个传感器的所述第一电信号的函数；

一个对所述第二电信号作出反应的启动装置，启动所述可移动部件到所述的动态位置上。

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