本發(fā)明總體上涉及用于機(jī)動(dòng)車輛中乘員碰撞保護(hù)的主動(dòng)墊，并且更具體地，涉及具有通過沿著熱焊縫接合的塑料壁板形成的可充氣氣囊的主動(dòng)墊。

背景技術(shù)：

主動(dòng)墊是具有氣體可充氣氣囊的車輛乘員保護(hù)裝置，以在碰撞期間吸收碰撞并減少對(duì)乘員的創(chuàng)傷。與在充氣時(shí)從各種開口后面出現(xiàn)的由各種織物制成的可展開安全氣囊襯墊相反，主動(dòng)墊在碰撞事件開始時(shí)使用內(nèi)部裝飾表面本身來膨脹，以通過充氣氣體的作用來吸收沖擊以及消散能量。2012年6月26日授權(quán)的并且通過引用并入本文的美國(guó)專利8，205，909公開了一種集成到重量輕且視覺上有吸引力的雜物箱門中的主動(dòng)膝墊。2013年7月2日授權(quán)并且也通過引用并入本文的美國(guó)專利8，474，868公開了一種典型結(jié)構(gòu)，其中主動(dòng)墊包括面向車輛乘員的前壁或裝飾板，其沿著密封周邊附接到后壁或氣囊元件。氣囊元件進(jìn)一步附接到固定的反作用面，例如儀表板、門襯板或框架元件。壁中的一個(gè)或兩個(gè)是可變形的，以提供可展開的、可充氣的氣囊。例如，氣囊元件可以具有在充氣期間變直的打褶(即，手風(fēng)琴狀)區(qū)域。當(dāng)壁處于預(yù)展開、非充氣狀態(tài)時(shí)，這些壁最初以小量被間隔開。這允許充氣氣體以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝飾面板的均勻充氣的方式進(jìn)入。

用于主動(dòng)墊的典型氣囊的前壁和后壁由諸如聚乙烯、聚烯烴或pvc(聚氯乙烯)的模制熱塑性塑料構(gòu)成。它們通常是注塑成型的，但也可以是吹塑成型的。當(dāng)單獨(dú)形成時(shí)，前壁和后壁必須圍繞其周邊氣密地連接，以形成可充氣氣囊。接合處必須堅(jiān)固以抵抗由在充氣期間的高充氣壓力以及當(dāng)乘客沖擊墊時(shí)而引起的分離。周邊密封件例如通過熱焊接而形成。

已知的是，為了在乘員接觸主動(dòng)墊時(shí)優(yōu)化能量的耗散，應(yīng)當(dāng)排出充氣氣體以允許安全地使沖擊乘員減速的氣囊的受控的塌陷。已經(jīng)公開了在氣囊壁的面向前壁的中央平坦區(qū)域、在氣囊壁的褶皺擋板區(qū)域、以及在將氣囊壁附接到反作用面的焊接塔中的排氣位置。同樣已經(jīng)提出，主動(dòng)排氣裝置可以設(shè)置在緊鄰充氣力的應(yīng)力可能產(chǎn)生最高的焊接破裂概率的局部區(qū)域。

特定的墊設(shè)計(jì)采用各種設(shè)計(jì)特征，例如材料類型、焊接界面、擋板尺寸和位置、以及排氣裝置結(jié)構(gòu)，以獲得期望的約束性能和焊接可靠性。這種設(shè)計(jì)必須必要地基于相應(yīng)的假設(shè)，例如預(yù)期的沖擊負(fù)載的范圍以及由充氣機(jī)輸送的充氣氣體的壓力范圍。在違背這些假設(shè)中的一個(gè)(例如，充氣機(jī)輸送其指定范圍外更大的體積和/或壓力)的情況下，焊縫上的過度應(yīng)力可能仍然導(dǎo)致焊接分離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的一個(gè)方面，主動(dòng)墊安裝在機(jī)動(dòng)車輛中的乘客艙的內(nèi)部裝飾表面上。塑料模制的前壁在朝向乘客艙中的乘客的展開方向上而展開。塑料模制的可展開氣囊元件沿著外周邊通過焊縫與前壁接合以形成可充氣氣囊。焊縫具有標(biāo)稱分離壓力。充氣機(jī)響應(yīng)于車輛的碰撞事件將充氣氣體連接到可充氣氣囊。氣囊元件包括配置為在沖擊期間根據(jù)乘客約束屬性來調(diào)節(jié)充氣氣體的充氣壓力的多個(gè)排氣口。氣囊元件進(jìn)一步包括至少一個(gè)應(yīng)力消除排氣裝置，該應(yīng)力消除排氣裝置包括配置為在乘客約束屬性和標(biāo)稱分離壓力之間的預(yù)定壓力下撕開的部分地切入到氣囊元件中的易斷裂撕裂縫。

附圖說明

圖1是可應(yīng)用本發(fā)明的一類主動(dòng)膝墊雜物箱門系統(tǒng)的外部分解透視圖；

圖2是主動(dòng)墊的可充氣氣囊總成的后透視圖；

圖3是示出現(xiàn)有技術(shù)的主動(dòng)墊總成的側(cè)截面圖；

圖4是具有圍繞最外褶皺分布的多個(gè)排氣口的氣囊元件的后視平面圖；

圖5是表示膨脹期間的氣囊壓力分布的曲線圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的排氣口附近的氣囊元件的局部外視圖，其中增加了由易碎撕裂縫組成的應(yīng)力消除排氣口；

圖7是圖6的氣囊元件的局部?jī)?nèi)部視圖，其中更詳細(xì)地示出了撕裂縫；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有應(yīng)力消除排氣裝置的氣囊元件的局部外部視圖；

圖9是圖8的氣囊元件的局部?jī)?nèi)部視圖，其中更詳細(xì)地示出了撕裂縫；

圖10是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的具有應(yīng)力消除排氣裝置的氣囊元件的局部外部觀圖；

圖11是圖10的氣囊元件的局部?jī)?nèi)部視圖，其中更詳細(xì)地示出了撕裂縫；

圖12是沿著圖10的線12-12的氣囊元件的橫截面；

圖13是具有圍繞最外側(cè)褶皺分布的多個(gè)排氣口和應(yīng)力消除排氣裝置的氣囊元件的后視平面圖；

圖14示出了用于配置本發(fā)明的應(yīng)力消除排氣裝置的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照?qǐng)D1，現(xiàn)有技術(shù)的主動(dòng)膝墊系統(tǒng)10具有形成墊的基礎(chǔ)的基板部件11?；?1或者可以從如圖1所示的儲(chǔ)存腔或雜物箱12通過鉸接附接到車輛、或者安裝到例如位于轉(zhuǎn)向柱下方的儀表板支撐件的另一個(gè)結(jié)構(gòu)上。這樣的位置對(duì)于乘坐在車輛內(nèi)相應(yīng)的座椅位置的單獨(dú)的乘客的膝蓋是易接近的。

在該實(shí)施例中，基部11是門內(nèi)壁或內(nèi)襯，其作為支撐由圍繞它們的周邊15連接的后(氣囊)壁13和前(裝飾)壁14形成的可充氣氣囊的反作用面。壁13和14優(yōu)選地由模制塑料(例如熱塑性聚烯烴(tpo))組成、并且通過塑料熱焊接(例如熱板或振動(dòng)焊接)連接以形成圍繞用于形成可充氣氣囊的中心區(qū)域17的周邊密封。充氣氣體源16被電子控制以在碰撞期間啟動(dòng)來釋放氣體以對(duì)墊充氣。前壁14可以包括a類內(nèi)部裝飾表面，例如雜物箱門的外部，或者可以在其外表面上施加附加的蒙皮或蓋(未示出)。

圖2是用于主動(dòng)墊的可充氣氣囊20的后視圖。塑料模制的前壁21覆蓋在塑料模制的可展開后壁或氣囊元件22上。壁21和氣囊元件22通過將氣囊元件22的焊接凸緣23熱焊接到壁21的內(nèi)表面而圍繞封閉的周邊區(qū)域被接合。熱焊接產(chǎn)生氣密密封以形成在壁21和氣囊元件22之間具有開放的中心容積的可充氣氣囊，以在碰撞事件期間從安裝在氣囊元件22的凹部25中的充氣機(jī)24接收充氣氣體。氣囊元件22包括多個(gè)褶皺，例如26和27，以在充氣期間容納氣囊元件22的膨脹。多個(gè)附接塔(即，凸臺(tái))28從設(shè)置在擋板褶皺26和27內(nèi)的氣囊元件22的中心區(qū)域突出。塔28用于將氣囊元件22安裝到反作用面(未示出)。一對(duì)排氣孔30和31在最外側(cè)褶皺27的頂部處穿透氣囊元件22。

圖3示出了組裝到反作用壁34上的氣囊20的橫截面。例如，附接塔28可以熱焊接到反作用壁34。擋板褶皺27被窗口33穿透以提供排氣裝置。在由于將充氣氣體供應(yīng)到氣囊腔36中而展開期間，前裝飾壁21在朝著車輛的乘客艙中的乘客的展開方向35上而展開。

圖4示出了具有沿氣囊元件40的周向邊緣的周邊焊接凸緣41的氣囊元件40。打褶擋板包括周向設(shè)置在焊接凸緣41內(nèi)在墊展開期間展開的褶皺42。多個(gè)排氣口43可以優(yōu)選地形成在褶皺42中，原因在于靠近熱焊縫提供了更好的降低焊縫上的應(yīng)力的能力。排氣口43的尺寸和周邊位置在工程開發(fā)期間根據(jù)各種因素來配置。例如，選擇排氣能力以調(diào)節(jié)整個(gè)氣囊上的約束力，進(jìn)而提供期望的乘客約束屬性(例如，初始充氣的時(shí)序和軌跡，以及然后提供沖擊乘客的理想減速的沖擊力吸收)。此外，排氣口可以位于熱焊縫的峰值應(yīng)力區(qū)域附近，以便提供一定程度的應(yīng)力消除。典型的主動(dòng)墊具有在車輛中水平延伸的細(xì)長(zhǎng)形狀，如圖4所示。當(dāng)氣囊膨脹然后接收沖擊時(shí)，沿著焊縫產(chǎn)生的應(yīng)力利用計(jì)算機(jī)輔助工程(cae)工具來建模作為常規(guī)設(shè)計(jì)過程而被工程師使用。最典型地，峰值應(yīng)力沿著焊縫的最長(zhǎng)直邊出現(xiàn)，即，圖4中的頂部和底部邊緣是應(yīng)力集中區(qū)域。排氣口可以具有固定的橫截面(即，恒定的流量系數(shù))或可以是活動(dòng)的(即，在展開的不同階段期間呈現(xiàn)可變的流量系數(shù))。

圖5示出了氣囊壓力曲線45，其表示由來自充氣機(jī)的充氣氣體的流入，隨后通過根據(jù)期望的乘客約束屬性配置的排氣口來排氣，從而產(chǎn)生的典型的氣囊壓力軌跡。當(dāng)檢測(cè)到碰撞事件并且已經(jīng)觸發(fā)充氣機(jī)時(shí)，氣囊壓力最初建立在區(qū)域46處。壓力累積達(dá)到最大值47。在整個(gè)展開過程中，排氣口調(diào)節(jié)氣囊充氣壓力，使得沖擊乘客以期望的速率減速。

本發(fā)明優(yōu)選地識(shí)別對(duì)應(yīng)于根據(jù)約束屬性假設(shè)——例如由所利用的已知充氣機(jī)部件產(chǎn)生的充氣氣體的體積和速率以及乘客體型和沖擊速度——預(yù)期產(chǎn)生的最大壓力的最大屬性壓力。根據(jù)良好的工程實(shí)踐，根據(jù)設(shè)計(jì)的屬性而預(yù)期的最大壓力小于在48處示出的標(biāo)稱焊縫分離壓力(即，焊縫被設(shè)計(jì)為承受針對(duì)所有規(guī)定的沖擊場(chǎng)景而預(yù)期的最高壓力)。本發(fā)明涉及在出現(xiàn)違反正常設(shè)計(jì)假設(shè)的因素的情況下——例如充氣機(jī)的氣體產(chǎn)生的出其意料高的體積或速率、或者針對(duì)充氣氣囊比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更大的沖擊力——提供額外的(即故障安全的)排氣操作以保護(hù)焊縫。本發(fā)明引入了至少一個(gè)應(yīng)力消除排氣口，其包含部分地切入氣囊元件中并且配置為在壓力水平50示出的預(yù)定壓力下撕開的易碎撕裂縫。撕裂壓力50選擇為在乘客約束屬性(即，屬性最大值)和標(biāo)稱焊接分離壓力48之間的預(yù)定壓力。優(yōu)選地，預(yù)定壓力50比標(biāo)稱焊接分離壓力48小預(yù)定的安全系數(shù)51。例如，安全系數(shù)51可以選擇為提供6-σ分析安全系數(shù)(6-sigmaanalyticalsafetyfactor)的偏移壓力值。

圖6示出了具有焊接凸緣53和褶皺54的氣囊元件52。排氣口55設(shè)置在褶皺54中，作為用于展開的正常排氣能力的一部分，以便提供期望的乘客約束屬性。為了在出現(xiàn)正常設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之外的狀況的情況下提供應(yīng)力消除，消除排氣裝置56和57的易碎撕裂縫被部分地切入到靠近排氣口55的氣囊元件52的內(nèi)表面中。消除排氣裝置56包含具有x形并與排氣裝置56間隔一定距離的切入到褶皺54的壁中的易碎撕裂縫。應(yīng)力消除排氣裝置57包括切入到褶皺54的壁中的相應(yīng)的易碎撕裂縫，該相應(yīng)的易碎撕裂縫從排氣口55橫向延伸并與其相交。切入到氣囊元件52中的易碎撕裂縫的深度、大小和位置配置為使得在撕裂壓力下產(chǎn)生的力將使撕裂縫破裂。這些參數(shù)可以基于氣囊元件52的材料性質(zhì)和/或利用經(jīng)驗(yàn)(例如，原型)測(cè)試來分析確定。由于消除排氣裝置57從排氣口55橫向延伸，排氣口55可作為引發(fā)器，以促進(jìn)撕裂縫的撕裂過程。

圖8和9示出了另一個(gè)實(shí)施例，其中應(yīng)力消除排氣裝置58位于靠近排氣口55的褶皺54上。應(yīng)力消除排氣裝置58包括穿透褶皺54的壁的引發(fā)孔60和切入到氣囊元件52并從引發(fā)孔60橫向延伸的x-形的撕裂縫61。引發(fā)孔60可以足夠小，使得其對(duì)正常排氣具有可忽略的影響(即，在根據(jù)乘客約束屬性的沖擊期間對(duì)調(diào)節(jié)氣囊充氣壓力無顯著貢獻(xiàn))。

圖10和11示出又一個(gè)實(shí)施例，其中排氣口65包括一對(duì)從排氣口65的相對(duì)側(cè)沿著氣囊元件的內(nèi)表面橫向延伸的易碎撕裂縫66和67。撕裂縫66和67可包括具有終止表面70和71的加寬部分68和69，終止表面70和71用作撕裂止擋以限制在撕裂期間產(chǎn)生的應(yīng)力消除的量，從而避免由于應(yīng)力消除排氣裝置的操作而發(fā)生的約束的過度損失。

圖12是通過排氣口65的橫截面，示出了撕裂縫67穿入氣囊元件的整個(gè)厚度t1的深度d1。在d1處的壁變薄量取決于所涉及的塑料材料和壓力。

圖13示出了根據(jù)氣囊元件40的應(yīng)力集中區(qū)域的多個(gè)應(yīng)力消除排氣裝置70-73的布置。由于氣囊元件40的上邊緣和下邊緣是應(yīng)力集中區(qū)域，應(yīng)力消除排氣裝置70-73設(shè)置在與這些集中區(qū)域并列的氣囊元件40中。

圖14示出了用于得出和配置獨(dú)立地提供正常排氣和故障安全應(yīng)力消除排氣的設(shè)計(jì)的方法的一個(gè)實(shí)施例。在步驟80中，基于期望的展開屬性和本領(lǐng)域已知的其它性能規(guī)格為氣囊部件、充氣機(jī)和焊縫創(chuàng)建初步設(shè)計(jì)。在步驟81中，例如，考慮到部件規(guī)格和制造工藝變化，使用性能的cae建模來改進(jìn)設(shè)計(jì)。使用原型測(cè)試進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。一旦設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)行到已經(jīng)構(gòu)造正常排氣的階段，則在步驟82中使用原型測(cè)試和/或cae建模來確定標(biāo)稱焊接分離壓力。標(biāo)稱分離壓力可以表示例如與焊接破裂對(duì)應(yīng)的焊縫的最弱點(diǎn)處的壓力。

在步驟83中，將安全系數(shù)應(yīng)用于步驟82中表征的分離壓力，以便預(yù)先確定在屬性壓力(例如，最大值)和標(biāo)稱分離壓力之間的消除(撕裂)壓力。在步驟84中，布置和配置應(yīng)力消除排氣裝置，以便在預(yù)定撕裂壓力下便于撕開。