专利名称：膝垫、乘员下肢保护方法以及配置有膝垫的汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在车辆碰撞时保护乘员膝部的膝垫、乘员下肢保护方法以及配置有膝垫的汽车。
背景技术：
众所周知，以往的膝垫有的是通过橡皮衬套和撑杆可自由转动地安装在转向柱的与驾驶员膝部相对的位置，在驾驶员膝部从相对于车宽方向倾斜的方向碰撞膝垫时，该膝垫朝正对驾驶员的方向转动，平均两膝部的碰撞能量并予以吸收(例如，参照专利文献1)。
专利文献1日本实开平4-70556号公报(第6页、图1)发明内容但是，这种以往膝垫针对乘员膝部的输入方向在车宽方向产生偏离时使用，而根据乘员的体形差异，当膝部位置在上下方向偏离时，由于相对上下方向以一定角度固定安装着膝垫，因此，尤其对于大个子乘员和小个子乘员无法有效地吸收能量。
因此，本发明提供一种即使乘员膝部碰撞膝垫时的输入方向不仅在车宽方向偏离时而且在上下方向偏离时，都能有效吸收碰撞能量的膝垫、乘员下肢保护方法以及配置有膝垫的汽车。
本发明为一种吸收乘员膝部碰撞时的能量的膝垫，其最主要特征在于，具备膝部碰撞的负荷输入构件、以及使该负荷输入构件左右两端部的上下部分分别连接于前方骨架构件并在左右方向以及上下方向成对的多个臂构件，在各个臂构件的后方端部形成弯曲部，在上述弯曲部与上述负荷输入构件之间形成楔状空间部，并且，使上述弯曲部弯曲点的前后方向位置在上方的臂构件与下方的臂构件上互相不同。
根据本发明，乘员膝部碰撞到负荷输入构件时的负荷隔着多个臂构件被前方骨架构件支承，并且，在各个臂构件上形成的弯曲部与负荷输入构件之间的楔状空间部随着弯曲部的变形而被压塌，从而可以吸收膝部的碰撞能量。
这时，由于使上述弯曲部弯曲点的前后方向位置在上方臂构件与下方臂构件处互相不同，因此，考虑到人体伤害机理和耐受性而适当控制碰撞时的人体举动以及负荷，即使碰撞时的输入方向在车宽方向或者上下方向偏离时，也可以更有效地吸收碰撞能量。
图1为车厢前部的截面图，概略表示本发明第1实施方式中膝垫的安装状态。
图2为表示本发明第1实施方式中膝垫的安装状态的立体图。
图3为本发明第1实施方式的膝垫的分解立体图。
图4为表示本发明第1实施方式中膝垫的安装状态的侧视图。
图5为依次用(a)～(c)表示本发明第1实施方式中乘员膝部碰撞时膝垫的动作的侧视图。
图6为依次用(a)、(b)表示本发明第1实施方式中碰撞负荷输入到膝垫时的动作的俯视图。
图7为依次用(a)、(b)表示本发明第1实施方式中碰撞负荷输入到膝垫时的动作的侧视图。
图8为用俯视图(a)和侧视图(b)表示本发明第1实施方式中负荷向膝垫输入的输入方向的说明图。
图9为表示本发明第1实施方式中膝垫相对负荷输入方向的反作用力特性的说明图。
图10为表示本发明第2实施方式中膝垫的安装状态的立体图。
图11为本发明第2实施方式的膝垫的分解立体图。
图12为表示本发明第2实施方式中膝垫的安装状态的侧视图。
图13为表示本发明第3实施方式中膝垫的安装状态的立体图。
图14为本发明第3实施方式的膝垫的分解立体图。
图15为表示本发明第3实施方式中膝垫的安装状态的侧视图。
图16为表示本发明第3实施方式中乘员膝部碰撞到膝垫的状态的说明图。
图17为表示本发明第4实施方式中膝垫的安装状态的立体图。
图18为本发明第4实施方式的膝垫的分解立体图。
图19为图17的A-A放大截面图。
图20为表示本发明第5实施方式中设置了反作用力附加部件的膝垫的安装状态的立体图。
图21为表示本发明第5实施方式中反作用力附加部件的动作状态的立体图。
图22为车体前部的侧视图，表示本发明第5实施方式中控制反作用力附加部件的各种传感器的安装状态。
图23为表示本发明第5实施方式中反作用力附加部件的控制流程图的说明图。
图24为表示本发明第5实施方式中通过乘员传感器检测乘员就座状态的方法的侧视图。
图25为表示本发明第5实施方式中通过乘员传感器测定下肢的测定方法的说明图。
图26为表示本发明第6实施方式中设置了反作用力附加部件的膝垫安装状态的立体图。
图27为表示本发明第6实施方式中反作用力附加部件的动作状态的立体图。
图28为表示本发明第6实施方式中通过乘员传感器测定下肢的测定方法的说明图。
图29为表示本发明第7实施方式中设置了反作用力附加部件的膝垫的安装状态的立体图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。
第1实施方式图1～图9表示本发明的膝垫、乘员下肢保护方法以及配置有膝垫的汽车的第1实施方式，图1为概略表示膝垫安装状态的车厢前部的剖视图，图2为表示膝垫的安装状态的立体图，图3为膝垫的分解立体图，图4为表示膝垫的安装状态的侧视图，图5为依次用(a)～(c)表示乘员膝部碰撞时的膝垫的动作的侧视图。
另外，图6为依次用(a)、(b)表示碰撞负荷输入到膝垫时的动作的俯视图，图7为依次用(a)、(b)表示碰撞负荷输入到膝垫时的动作的侧视图，图8为用俯视图(a)与侧视图(b)表示负荷输入向膝垫输入的输入方向的说明图，图9为表示膝垫相对于负荷输入方向的反作用力特性的说明图。
如图1所示，本实施方式的膝垫10是以前座乘员为对象而配设的，尤其在本实施方式中以保护坐在驾驶座2上的乘员(驾驶员)D下肢为例进行说明。
在汽车1的驾驶座2的前方有仪表盘3，在穿过该仪表盘3的转向柱4的后端部安装有方向盘5。在仪表盘3内沿车宽方向配置的作为骨架构件的转向构件6支承转向柱4，并且，仪表盘3的上表面被仪表盘装饰物7覆盖，同时其下表面被下部装饰物8覆盖。
而且，在汽车1的仪表盘3下部、且在位于乘员下肢的膝部前方的下部装饰物8内侧的用图1中实线围起的部分K中配置上述膝垫10。
如图2、图3所示，上述膝垫10具有作为乘员D的膝部Dn碰撞的负荷输入构件的板11，使该板11左右两端部的上下部分分别连接于前方转向构件6并在左右方向及上下方向成对的多个臂构件12A～12D。而且，图2中以透视板11的状态表示臂构件12A～12D。
上述板11由足以抵抗输入负荷的原料、例如钢板等形成为整体横长的矩形状，在其左右方向中央部形成有呈圆弧状地向车辆后方(乘员D一侧)突出的鼓出部11a。
而且，在车辆右方配置的上方臂构件12A、在车辆左方配置的上方臂构件12B、在车辆右方配置的下方臂构件12C、以及在车辆左方配置的下方臂构件12D这4根臂构件构成上述多个臂构件12A～12D。
各个臂构件12A～12D形成为截面矩形状，上方臂构件12A、12B从长度方向(前后方向)中间部分向车辆后方(乘员侧)逐渐减小左右宽度而形成前端细的形状，并且，下方臂构件12C、12D从长度方向(前后方向)中间部分向车辆后方(乘员侧)逐渐减小上下宽度而形成前端细的形状。
而且，通过焊接使上述各个臂构件12A～12D的基端部(车辆前方端部)结合(结合部Wa～Wd)于上述转向构件6，并且，通过螺栓13及螺母13a使各个臂构件12A～12D的顶端部(车辆后方端部)结合于上述板11背面(车辆前侧面)的左右两端部的上下部分。
在此，对于本实施方式的膝垫10，在上述各个臂构件12A～12D的形成为前端细的形状的后方端部分别形成弯曲部20a～20d，在上述弯曲部20a～20d与上述板11之间形成楔状空间部21a～21d，而且，如图4所示，使上述弯曲部20a～20d的弯曲点P1～P4的前后方向位置在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上互相不同。
另外，对于本实施方式的乘员下肢保护方法，由使该板11左右两端部的上下部分分别连接于前方的转向构件6并在左右方向及上下方向成对的多个臂构件12A～12D支承膝部Dn碰撞到上述膝垫10的板11时的负荷，在各个臂构件12A～12D的后方端部形成弯曲部20a～20d，通过使在上述弯曲部20a～20d与上述板11之间形成的楔状空间部21a～21d压塌，来吸收碰撞时的能量，并且使上述弯曲部20a～20d的弯曲点P1～P4的前后方向位置在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上互相不同。
对于上述各个臂构件12A～12D，使各弯曲部20a～20d的顶端部与板11结合，使各弯曲部20a～20d形成平滑的弯曲，由此，上述弯曲部20a～20d的顶端部相对于板11的背面为切线方向。
而且，使上述各个臂构件12A～12D的顶端部弯曲时，在该弯曲开始部分设定有上述弯曲点P1～P4，如图4所示，使上方臂构件12A、12B的弯曲点P1、P2相对于下方臂构件12C、12D的弯曲点P3、P4向车辆后方偏移距离D1。另外，如图2所示，这时，上方臂构件12A的弯曲点P1相对下方臂构件12C的弯曲点P3沿左右方向偏移距离L，上方臂构件12B的弯曲点P2相对下方臂构件12D的弯曲点P4沿左右方向偏移距离L。
因此，上方臂构件12A、12B的弯曲点P1、P2比下方臂构件12C、12D的弯曲点P3、P4更接近板11，因此，在上方臂构件12A、12B上形成的弯曲部20a、20b的曲率半径变得比在下方臂构件12C、12D上形成的弯曲部20c、20d的曲率半径小。
而且，在本实施方式中，使上述弯曲部20a～20d的弯曲方向在上方臂构件12A、12B及下方臂构件12C、12D上互相不同。
即，使上方臂构件12A、12B的弯曲部20a、20b分别朝相面对方向弯曲，也就是说，朝左方弯曲臂构件12A的弯曲部20a，同时朝右方弯曲臂构件12B的弯曲部20b。另外，下方臂构件12C、12D的弯曲部20c、20d分别朝上方弯曲。
因此，上方臂构件12A、12B的楔状空间部21a、21b由在弯曲部20a、20b的外侧面12Aa、12Ba与板11之间形成为大致三角状的空间部形成，并且，下方臂构件12C、12D的楔状空间部21c、21d由在弯曲部20c、20d的下侧面12Ca、12Da与板11之间形成为大致三角状的空间部形成。
另外，这时，使上述楔状空间部21a～21d的大小在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上互相不同。
即，在弯曲部20a、20b与板11之间形成上方臂构件12A、12B的楔状空间部21a、21b，同时，在弯曲部20c、20d与板11之间形成下方臂构件12C、12D的楔状空间部21c、21d，这时，上方臂构件12A、12B的弯曲部20a、20b的曲率半径变得比较小，同时，下方臂构件12C、12D的弯曲部20c、20d的曲率半径比较大，与下方臂构件12C、12D对应的楔状空间部21c、21d大小大于与上方臂构件12A、12B对应的楔状空间部21a、21b。
而且，在本实施方式中，使上述各个臂构件12A～12D与转向构件6的结合部Wa～Wd的位置在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上互相不同。
即，如图2所示，使下方臂构件12C的结合部Wc相对于配置在车辆右方的上方臂构件12A的结合部Wa向车辆左方偏移距离L，同时，使下方臂构件12D的结合部Wd相对于配置在车辆左方的上方臂构件12B的结合部Wb向车辆右方偏移距离L。也就是说，上方臂构件12A、12B偏置成位于下方臂构件12C、12D的外方。
通过上述构成，对于本实施方式的膝垫10、乘员下肢保护方法以及配置有膝垫10的汽车1，若因在汽车1发生前面碰撞的情况等时而对乘员D作用向车辆前方的惯性力，则乘员D从图5(a)的一般行使状态变成图5(b)所示地向车辆前方移动，乘员D的腰部Dw、大腿部Dt以及膝部D n随之向车辆前方移动。
于是，膝部Dn以负荷F碰撞到膝垫10的板11，这时输入到板11的负荷F隔着4根臂构件12A～12D被前方转向构件6支承，同时，如图6、图7所示，在各臂构件12A～12D上形成的弯曲部20a～20d与板11之间的楔状空间部21a～21d因弯曲部20a～20d变形而被压塌，从而可以吸收膝部Dn的碰撞能量。
即，若向板11输入碰撞负荷F，则从如图6(a)、图7(a)所示的一般状态变成如图6(b)、7(b)所示那样地使板11向前方(图中右方)位移S，并且，各个臂构件12A～12D的楔状空间部21a～21d被压塌。
这时，由于使上述弯曲部20a～20d的弯曲点P1～P4的前后方向位置在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上互相不同，因此，适当控制考虑到人体伤害机理和耐受性的碰撞时的人体举动以及负荷，如图8(a)、(b)所示，碰撞时的输入方向在车宽方向或者上下方向偏离时，也就是说，即使对于负荷F1和负荷F2，也能更有效地吸收碰撞能量，该负荷F1为沿大约与输入板11垂直的方向输入的负荷，该负荷F2为相对于该负荷F1在车宽方向和上下方向偏离了适当角度θ。
即，如图9所示，可以看出，实线所示的上述负荷F1的反作用力特性与虚线所示的上述负荷F2的反作用力特性被以大致重叠的状态描绘，对于负荷F1、F2任一个都可以有效地吸收能量。而且，实质上使用的反作用特性被设定在两负荷F1、F2的反作用力要增大的直立部分的稳定区域α。
另外，在本实施方式中，由于使上述弯曲部20a～20d的弯曲方向(或者，与各弯曲部20a～20d对应的楔状空间部21a～21d的方向，敞开方向或者纵深方向)互相不同，因此，膝部D n碰撞到板11时的反作用力特性可以不受乘员D体形的限制而大致相同，并且，可以与上述相同地考虑到人体伤害机理及耐受性而控制碰撞时的人体举动以及负荷。而且，在本实施方式中，虽然是使4根臂构件的弯曲部20a～20d的弯曲方向(楔状空间部21a～21d的方向)不同，但若至少使上下一对臂构件或者左右一对臂构件的上述方向不同，则可以通过上述一对臂构件，使膝部Dn碰撞到板11时的反作用特性不受乘员D体形和负荷输入方向等限制而大致相同，同时可以与上述相同地考虑到人体伤害机理及耐受性而控制碰撞时的人体举动以及负荷。
而且，在本实施方式中，由于使上下一对臂构件(臂构件12A和臂构件12C这一对，或者臂构件12B和臂构件12D这一对)的弯曲点的前后方向及左右方向位置互相不同(对于弯曲点P1和弯曲点P3这一对，使上述前后方向及左右方向位置互相不同(即，使它们彼此之间偏置距离D1或者距离L)；对于弯曲点P2和弯曲点P4这一对，使上述前后方向及左右方向位置互相不同(即，使它们彼此之间偏置距离D1或者距离L))，因此，即使通过该点，也可以使膝部Dn碰撞到板11时的反作用特性不受乘员D体形及负荷输入方向等的限制而大致相同，同时，可以与上述相同地考虑到人体伤害机理及耐受性而控制碰撞时的人体举动以及负荷。
而且，假设即使使左右一对臂构件的弯曲点的前后方向位置不同，也可以通过上述左右一对臂使膝部Dn碰撞到板11时的反作用特性不受乘员D体形和负荷输入方向等的限制而大致相同，并且，可以与上述相同地考虑到人体伤害机理及耐受性的碰撞时而控制人体举动以及负荷。
另外，在本实施方式中，由于使上述楔状空间部21a～21d的大小在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上互相不同，因此，可以使上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D的能量的吸收分配不同，从而容易控制能量吸收量，并且容易控制变形模式。因此，可以考虑到人体伤害机理及耐受性而更有效地控制碰撞时的人体举动以及负荷。
再有，由于与下方臂构件12C、12D对应的楔状空间部21c、21d的大小大于与上方臂构件12A、12B对应的楔状空间部21a、21b，因此，如图7(b)所示，负荷F输入到板11时，下方楔状空间部21c、21d产生较大的变形，板11的下部位移量SL变得比上部位移量SU大(SU＜SL)，板11沿着乘员D膝部Dn的形状倾斜，因此，可以降低大腿部Dt与膝部Dn关节产生的剪切力，从而减轻下肢负担。
另外，由于使各臂构件12A～12D与转向构件6结合的结合部Wa～Wd的位置在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上互相不同，因此，相对于因乘员D体形和姿势的不同而产生的朝板11上下、左右方向的不同输入，将各臂构件12A～12D配置在最适当的位置，上述臂构件12A～12D不会横向倾倒，可以将被输入到板11的负荷F传递到转向构件6，并分散在车体一侧。
第2实施方式图10～图12表示本发明的第2实施方式，对与上述第1实施方式相同的构成部分标注相同的附图标记，省略重复说明，图10为表示膝垫的安装状态的立体图，图11为膝垫的分解立体图，图12为表示膝垫安装状态的侧视图。
如图10～图12所示，本实施方式的膝垫10A基本具有与第1实施方式的膝垫10相同的结构，具有板11和臂构件12A～12D，在各臂构件12A～12D的后方端部形成弯曲部20a～20d，在上述弯曲部20a～20d与上述板11之间形成楔状空间部21a～21d。
而且，使上述弯曲部20a～20d的弯曲方向在上方臂构件12A、12B和下方臂构件12C、12D上互相不同，本实施方式与第1实施方式的主要不同点在于使上方臂构件12A、12B中的各自的弯曲部20a、20b朝背离方向弯曲，也就是说，使臂构件12A的弯曲部20a朝右方弯曲，同时使臂构件12B的弯曲部20b朝左方弯曲。另外，下方臂构件12C、12D的弯曲部20c、20d分别朝下方弯曲。
因此，在弯曲部20a、20b的内侧面12Ab、12Bb与板11之间形成上方臂构件12A、12B的楔状空间部21a、21b，同时，在弯曲部20c、20d的上侧面12Cb、12Db与板11之间形成下方臂构件12C、12D的楔状空间部21c、21d。
另外，如图12所示，即使在本实施方式中，也是使弯曲部20a～20d的弯曲点P1～P4的前后方向位置与图4所示相同地在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上有偏移量(D)而互相不同，同时，使楔状空间部21a～21d的大小在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上互相不同。
而且，如图10所示，使各个臂构件12A～12D与转向构件6结合的结合部Wa～Wd的位置在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上有偏移量(距离L’)而互相不同。
而且，在本实施方式中，考虑到上方臂构件12A、12B的弯曲部20a、20b的弯曲方向与下方臂构件12C、12D的弯曲部20c、20d的弯曲方向，决定上述位移量(距离L’)，向与第1实施方式相反的方向偏移，也就是说，上方臂构件12A、12B偏置成位于下方臂构件12C、12D的内方。
因此，根据本实施方式，则上方臂构件12A、12B的弯曲部20a、20b向背离方向弯曲，同时，下方臂构件12C、12D的弯曲部20c、20d向下方弯曲，虽然在这一点上与第1实施方式的具体结构不同，其作用效果与第1实施方式相同。
第3实施方式图13～图16表示本发明的第3实施方式，对与上述第1实施方式相同的构成部分标注相同的附图标记，省略重复说明，图13为表示膝垫的安装状态的立体图，图14为膝垫的分解立体图，图15为表示膝垫的安装状态的侧视图，图16为表示乘员膝部碰撞膝垫的状态的说明图。
如图13～图15所示，本实施方式的膝垫10B也基本上具有与第1实施方式的膝垫10相同的构成，具有板11和臂构件12A～12D，在各臂构件12A～12D的后方端部形成弯曲部20a～20d，在上述弯曲部20a～20d与上述板11之间形成楔状空间部21a～21d。
而且，本实施方式的膝垫10B与第1实施方式的膝垫10的主要不同点在于将上述板11分成上下2部分，用上方臂构件12A、12B支承上方板11U，并且由下方臂构件12C、12D支承下方板11L，而且，如图16所示，与就座乘员D的大腿骨Tb的前端部高度相应地配置上方板11U，并且与就座乘员D的胫骨Sb的上端部高度相应地配置下方板11L。
即，相互分开的上述上方板11U和上述下方板11L在上下方向被相接近地配置，通过螺栓13及螺母13a使上方臂构件12A、12B顶端部与上方板11U的左右两端部结合，并且，通过螺栓13及螺母13a使下方臂构件12C、12D的顶端部与下方板11L的左右两端部结合。当然，通过焊接使各个臂构件12A～12D的基端部与转向构件6结合(结合部Wa～Wd)。
这时，乘员膝部Dn碰撞到上方板11U及下方板11L时，上述上方臂构件12A、12B以及上述下方臂构件12C、12D分别产生的反作用力在下方臂构件处比上方臂构件处小。
另外，本实施方式也与第1实施方式相同，在各臂构件12A～12D的后方端部形成的弯曲部20a～20d与上方及下方板11U、11L之间形成楔状空间部21a～21d，并且，如图15所示，使各弯曲部20a～20d的弯曲点P1～P4前后方向位置在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上有偏离量(距离D1)而互相不同。
而且，如图13、图14所示，使上方臂构件12A、12B的弯曲部20a、20b分别朝相对的方向弯曲，并且，使楔状空间部21a～21d的大小在上方臂构件12A、12B和下方臂构件12C、12D上互相不同，而且，使各臂构件12A～12D的与转向构件6结合的结合部Wa～Wd的位置在上方臂构件12A、12B与下方臂构件12C、12D上有偏离量(距离L)而互相不同。
通过上述构成，根据本实施方式，当然可获得与第1实施方式相同的作用效果，在上下方向将板11分成2部分，与就座乘员D大腿骨Tb的前端部高度对应地配置由上方臂构件12A、12B支承的上方板11U，并且，与就座乘员D胫骨Sb的上端部高度对应地配置由下方臂构件12C、12D支承的下方板11L，因此，如图16所示，在乘员D的膝部Dn碰撞到板11时，由上方板11U承受来自大腿部Dt的输入，可以通过上方臂构件12A、12B将该负荷传递到转向构件6，从而分散在车体一侧。另外，由下方板11L承受来自膝部Dn的输入，可以通过下方臂构件12C、12D将该负荷传递到转向构件6，从而分散在车体一侧。
可是，在如上述那样地将板11分成上下2部分的状态下，使下方臂构件12C、12D上产生的反作用力比上方臂构件12A、12B的小，因此，如图16所示，可以减小大腿骨Tb与胫骨Sb的剪切移动(S2)，这样，可以减轻对于连接大腿骨Tb和胫骨Sb的韧带Li的损伤。
第4实施方式图17～图19表示本发明的第4实施方式，对与上述各实施方式相同的构成部分标记相同的附图标记，省略重复说明，图17为表示膝垫的安装状态的立体图，图18为膝垫的分解立体图，图19为17的A-A放大截面图。
如图17、图18所示，本实施方式的膝垫10C基本与第1实施方式的膝垫10相同，具有板11和臂构件12A～12D，在各个臂构件12A～12D的后方端部形成弯曲部20a～20d，在上述弯曲部20a～20d与上述板11之间形成楔状空间部21a～21d。
而且，本实施方式的膝垫10C与上述各个实施方式的主要不同点在于设有与转向构件6连接的连接构件12E、12F，该连接构件12E、12F分别将配置在车辆右方的上方臂构件12A与下方臂构件12C的基端部之间、以及配置在车辆左方的上方臂构件12B与下方臂构件12D的基端部之间集结起来，另外，使上述弯曲部20a～20d的弯曲方向与上述各实施方式不同。
即，使上述连接构件12E、12F形成为截面矩形状的管状，如图19所示，将配置在车辆右方的上方臂构件12A与下方臂构件12C各自的基端部重叠，插入连接构件12E的后方开口12Ea中；并且，将配置在车辆左方的上方臂构件12B与下方臂构件12D各自的基端部重叠，插入连接构件12F的后方开口12Fa中。
这时，车辆右方的臂构件12A、12C与连接构件12E、以及车辆左方的臂构件12B、12D与连接构件12F分别通过焊接W结合，并且，相互重叠的臂构件12A与12C的基端部之间、以及臂构件12B与12D的基端部之间相互通过粘接剂B结合。而且，本实施方式的臂构件12A～12D与上述各实施方式所示的上述臂构件相比，缩短了基端部一侧。
而且，通过焊接使上述连接构件12E、12F的前端部结合于转向构件6，(结合部We、Wf)并且，通过螺栓13及螺母13a使各臂构件12A～12D的前端部结合于板11的背面。
另一方面，在本实施方式中，对于各弯曲部20a～20d的弯曲方向，使上方臂构件12A、12B的弯曲部20a、20b朝上方弯曲，并且，使下方臂构件12C、12D的弯曲部20c、20d朝互相背离的方向弯曲，即、使臂构件12C的弯曲部20c朝右方弯曲，并且使臂构件12D的弯曲部20d朝左方弯曲。
这时，在本实施方式中，上方臂构件12A、12B从基端部向车辆后方逐渐减小上下宽度而成为前端细的形状，并且，下方臂构件12C、12D从基端部向车辆后方逐渐减小左右宽度而成为前端细的形状。
另外，与第1实施方向相同，相对于上方臂构件12A、12B的弯曲部20a、20b的弯曲点P1、P2，使下方臂构件12C、12D的弯曲部20c、20d的弯曲点P3、P4向车辆前方(基端部方向)偏移，使与下方臂构件12C、12D对应的楔状空间部21c、21d大于与上方臂构件12A、12B对应的楔状空间部21a、21b。
因此，根据本实施方式，可以通过上方臂构件12A、12B以及下方臂构件12C、12D、进而通过连接构件12E、12F将乘员D的膝部Dn碰撞到板11时的负荷F传递到转向构件6，从而分散在车辆一侧，这时，与上述各实施方式相同，由于压塌楔状空间部21a～21d，可以有效吸收碰撞时的能量。
另外，在本实施方式中，使上方臂构件12A、12B的弯曲部20a、20b朝上方弯曲，并且，使下方臂构件12C、12D的弯曲部20c、20d朝互相背离的方向弯曲，因此，即使在因乘员D的体型和姿势而使向板11的输入方向不固定的情况下，也可以控制考虑到乘员D耐受性的负荷，减轻膝部Dn碰撞时的伤害。
而且，与第1实施方式相同，由于与下方臂构件12C、12D对应的楔状空间部21c、21d的大小比与上方臂构件12A、12B对应的楔状空间部21a、21b大，因此，负荷F输入到板11时，下方楔状空间部21c、21d变形较大，该板11下部向车辆前方的位移量比上部的大，可以降低乘员D大腿部Dt与膝部Dn的关节产生的剪切力，从而减轻下肢负担。
第5实施方式图20～图25表示本发明的第5实施方式，对与上述第1实施方式相同的构成部分标记相同的附图标记，省略重复说明，图20为表示设置有反作用力附加部件的膝垫的安装状态的立体图，图21为表示反作用力附加部件的动作状态的立体图，图22为车身前部的侧视图、表示控制反作用力附加部件的各种传感器的安装状态，图23为表示反作用力附加部件的控制流程图的说明图。
另外，图24为表示通过乘员传感器检测乘员就座状态的方法的侧视图，图25为表示通过乘员传感器测定下肢的测定方法的说明图。
如图20所示，本实施方式的膝垫10D基本与第1实施方式的膝垫10(参照图2)相同，具有板11和臂构件12A～12D，在各臂构件12A～12D的后方端部形成弯曲部20a～20d，在上述弯曲部20a～20d与上述板11之间形成楔状空间部21a～21d。
而且，如图20所示，本实施方式的膝垫10D与上述第1实施方式的主要不同点在于，设有向上述板11附加反作用力的作为反作用力附加部件即、左右一对安全气囊装置30A、30B，并且，如图22所示，设置有作为检测乘员D就座状态的乘员状态检测部件的乘员传感器40、预测及检测车辆碰撞的碰撞传感器41、以及作为反作用力控制部件的控制单元42。在检测碰撞时，该控制单元42鉴于乘员D的就座状态，对从上述安全气囊装置30A、30B附加到板11上的反作用分布以及大小进行控制。
如图20所示，上述安全气囊装置30A、30B安装在板11前方的作为骨架构件的转向构件6上，并与该板11的左右两端部相面对，并如图21所示，分别根据上述控制单元42的控制信号膨胀、展开，独立地挤压板11的背面(车辆前侧面)11b。
如图20所示，上述安全气囊装置30A、30B具有将袋体31A、31B(参照图21)折叠并容纳的容纳部32A、32B，在碰撞时瞬时向每个袋体31A、31B供给作为工作流体的气体的充气机33A、33B。
而且，右方的安全气囊装置30A与板11的右端部(图20中右侧)相面对，通过安装螺栓34安装在转向构件6的后侧面，并且，左方的安全气囊装置30B与板11的左端部(图20中左侧)相面对，通过安装螺栓34安装在转向构件6的后侧面，从上述控制单元42单独向各充气机33A、33B输入动作信号。
另外，在从上述充气机33A、33B向袋体31A、31B供给气体的路径中分别设置有图外的调压阀，通过各个调压阀对各袋体31A、31B内的气体压力进行调节，从上述控制单元42分别向上述调压阀输入压力控制信号。
因此，如图21所示，当上述充气机33A、33B工作时，袋体31A、31B膨胀、展开，从背面11b挤压板11的左右两端部，各个臂构件12A～12D因膝部Dn的碰撞而变形，可以通过安全气囊30A、30B的反作用力来调节板11要压入车辆前方的该压入量。
这时，通过上述调压阀的工作，适当控制作用于板11左右两端部的反作用力的分布及大小，从而可以控制板11的倾斜，矫正乘员D左右膝部Dn的位置。
如图22所示，对于上述安全气囊装置30A、30B，通过由控制单元42基于乘员传感器40以及碰撞传感器41的检测信号而判断出的控制信号，控制袋体31A、31B的膨胀，如图23所示，控制单元42按照流程图实施控制。
另外，如图22所示，上述传感器40、41以外的车速传感器43检测出的车速信号被输入到该控制单元42，从而算出车辆的行驶状态以及碰撞时的加速度等。
上述乘员传感器40例如采用CCD照相机或摄像机等如图24所示那样地对仪表盘3后端部的位置K1、膝部Dn的位置K2、乘员D的腰部Dw的位置K3进行图像处理和检测，由此可以检测乘员D的就座状态。另外，如图25(a)～(c)所示，作为乘员D膝部Dn位置，检测左右下肢膝部Dn的车宽方向位置与前后方向位置。而且，为了方便，图24表示与图22前后朝向相反。
另外，上述碰撞传感器41相当于本实施方式中检测实施的碰撞或者预测的车辆碰撞的碰撞检测部件，具有碰撞预测功能和碰撞检测功能。在此，例如通过检测前方发射的声波的反射来实施碰撞预测，另外，例如通过检测加速度(减速度)来实施碰撞检测。
在此，若如图23所示的上述流程图进行说明，则首先，当通过打开点火而在步骤S1中起动系统时，在步骤S2中从乘员传感器40输入检测信号并开始检测乘员D的就座状态，并且在步骤S3中从碰撞传感器41输入检测信号，开始检测车辆碰撞。
接着，在步骤S4中实施车辆碰撞的预测，当预测到了碰撞时(YES)，在步骤S5中基于步骤S2的检测结果判断是否矫正乘员D的就座姿势并取得该程度。而且，在步骤S6中判断出为实际碰撞的时刻(YES)，在步骤S7中，分别向左右安全气囊装置30A、30B的袋体31A、31B供给气体，该被供给的气体成为相应于是否需要对步骤S5中取得的就座姿势进行矫正或者相应于矫正程度的气压，实施姿势矫正以及碰撞吸收，系统在步骤S8中终止工作。
在步骤S4中预测碰撞之后，到在步骤S6中检测实际碰撞之前，反复进行步骤S4～S6的循环。
根据如上结构，采用本实施方式，与第1实施方式相同，在车辆碰撞时，乘员D的膝部Dn碰撞到了板11时，该板11随着各臂构件12A～12D的变形而向车辆前方压入，起到与第1实施方式相同的作用效果，尤其在本实施方式中设置了左右一对安全气囊装置3A、30B，可以强制性控制碰撞时附加在板11上的反作用力，调整乘员D大腿骨的负荷和膝关节的剪切位移，另外，可以控制板11在车宽方向的倾斜状态而矫正乘员D的就座姿势。
当然，考虑到乘员D下肢耐受性的特性，对由安全气囊装置30A、30B附加在板11上的反作用力进行设定。
因此，可以控制碰撞时乘员D的就座姿势，例如，可以不受乘员D体形如何，使倾斜就座的姿势回到更合适的位置，使上体碰撞到转向安全气囊时的状态合理化。
另外，由于采用了作为上述反作用力附加部件的通过膨胀、展开而独立地挤压板11背面11b的安全气囊装置30A、30B，因此，通过控制上述安全气囊装置30A、30B的相对的内压(气体压力)可以有效调节板11的倾斜，并且，膨胀了的安全气囊装置30A、30B、详细地说是袋体31A、31B具有缓冲功能，因此，也具有吸收乘员D膝部Dn碰撞到了板11时的冲击的功能，可以有效降低对乘员D下肢的损伤。
虽然在本实施方式中示出了适用于第1实施方式的膝垫10的情况，但即使在第2实施方式和第4实施方式的膝垫10A(参照图10)、10C(参照图17)中，当然也可以应用本实施方式，进一步说，即使是将臂构件12A～12D的弯曲部朝第1、第2、第4实施方式以外的方向弯曲的膝垫，当然也可以应用本发明。
第6实施方式图26～28表示本发明的第6实施方式，对与上述第3实施方式相同的构成部分标记相同的附图标记，省略重复说明，图26为表示设置了反作用力附加部件的膝垫的安装状态的立体图，图27为表示反作用力附加部件的动作状态的立体图，图28为表示通过乘员传感器测定下肢的测定方法的说明图。
如图26所示，本实施方式的膝垫10E基本与第3实施方式的膝垫10B(参照图13)相同，将板11分成上下2部分，由上方臂构件12A、12B支承上方板11U，并且由下方臂构件12C、12D支承下方板11L，并且，与就座的乘员D大腿骨Tb的前端部高度对应地配置上方板11U，同时与就座的乘员D胫骨Sb的上端部高度对应地配置下方板11L(参照图16)。
而且，如图26所示，本实施方式的膝垫10E与第3实施方式的主要不同点在于设置分别向分成上下的上述板11U、11L附加反作用力的作为反作用力附加部件的左右及上下一对安全气囊装置30C、30D、30E、30F，通过控制单元42使上述4个安全气囊装置30C～30F工作。
当然，上述控制单元42基于第5实施方式所示的乘员传感器40、碰撞传感器41(参照图22)的情报，实施与图23所示流程图相同的处理，从而判断附加到上下板11U、11L上的反作用力的分布及大小，得到在考虑乘员下肢耐受性的同时控制乘员D的姿势。
但是，本实施方式的上述安全气囊装置30C～3 0F与上下板11U、11L对应，并且对应于上述板11U、11L的车宽方向两端部而得到控制，因此，并且由上述乘员传感器40检测乘员D的就座状态时，除了检测图25(a)～(c)所示的左右膝部Dn在车宽方向的位置之外，还如图28(a)、(b)所示那样地检测前后方向位置以及上下方向位置。
而且，使上述安全气囊装置30C～30F中的2个安全气囊装置30C、30D与上方板11U左右两端部相面对，并且，使剩余2个安全气囊装置30E、30F与下方板11L左右两端部相面对，并通过安装螺栓34分别将它们安装在转向构件6上，如图27所示，基于上述控制单元42的控制信号使各个安全气囊装置30C～30F膨胀、展开，独立地挤压上下板11U、11L的背面(车辆前侧面)11b。
即使在本实施方式中，上述安全气囊30C～30F也与第5实施方式相同，分别具有折叠袋体31C、31D、31E、31F(参照图27)并将其容纳的容纳部32C、32D、32E、32F，在碰撞时瞬时向各袋体31C～31F供给气体的充气机33C、33D、33E、33F。
另外，在从上述充气机33C～33F向袋体31C～31F供给气体的路径中分别设置有图外的调压阀，对导入到袋体31C～31F的气体压力进行调节。
因此，即使在本实施方式中，当上述充气机33C～33F工作时，如图27所示，袋体31C～31F也膨胀、展开，从背面11b挤压上下板11U、11L的左右两端部，可以由安全气囊装置30C～30F的反作用力，调节因膝部Dn碰撞而压入到车辆前方的上下板11U、11L的压入量，并且，通过控制该反作用力的分布及大小，从而可以控制板11的倾斜而矫正乘员D左右膝部Dn的位置。
根据上述构成，采用本实施方式，起到与第3实施方式相同的作用效果是毋庸置疑的，与第5实施方式同样地设置作为反作用力附加部件的安全气囊装置30C～30F，因此，从安全气囊30C～30F产生附加到上下板11U、11L上的反作用力，可以在考虑乘员D下肢耐受性的同时控制乘员D的姿势，可以在碰撞时不受乘员D体形的限制而使上体碰撞转向安全气囊时的状态更加恰当。
另外，即使对于本实施方式，由于上述安全气囊装置30C～30F具有缓冲功能，因此，也具有吸收乘员D膝部Dn碰撞到了板11时的冲击的功能，能够有效降低乘员D下肢的损伤。
第7实施方式图29表示本发明的第7实施方式，对与上述第3实施方式相同的构成部分标记相同的附图标记，省略重复说明，图29为表示设置了反作用力附加部件的膝垫安装状态的立体图。
本实施方式的膝垫10F在第3实施方式的膝垫10B上附加了与上述第5或者第6实施方式不同的反作用力附加部件。即，在本实施方式中，在各臂构件12A～12D内部形成有封入粘度等特性变化的工作介质的介质封入空间，通过在该介质封入空间内封入工作介质而附加反作用力。除此之外，设置作为反作用力控制部件的介质特性控制装置50，该介质特性控制装置50将工作介质作为可以控制其特性的流体、基于上述控制信号使上述特性变化。
具体地说，在本实施方式中，上述臂构件12A～12D形成为截面矩形状的闭合截面，其内部呈密闭的中空状，该中空内部成为上述介质封入空间。
而且，通过使封入到上述介质封入空间内的工作介质的特性变化(例如，电流流过线圈，产生磁场，增大粘度)，使各臂构件12A～12D的刚性变化，从而可以调整各臂构件12A～12D的反作用力。
因此，采用本实施方式，与第5、第6实施方式相同，可以较好地控制碰撞时附加到板11上的反作用，可以调整乘员D大腿骨的负荷和膝关节的剪切位移，还可以控制板11在车宽方向的倾斜状态从而矫正乘员D的就座姿势。
而且，在本实施方式中示出了适用于第3实施方式的膝垫10C的情况，当然，在第1、第2实施方式和第4实施方式的膝垫10、10B、10D中也可以应用本实施方式。
虽然本发明在上述第1～第7实施方式中进行了举例说明，但不限于上述实施方式，在不脱离本发明要旨的范围内可以采用其他各种实施方式，例如，不仅可以与驾驶员席对应，还可以与助手席对应地实施本发明。
权利要求
1.一种膝垫，该膝垫用于吸收乘员膝部碰撞时的能量，由以下结构构成负荷输入构件，乘员向前方移动了时，膝部与其接触；多个臂构件，它们使上述负荷输入构件左右两端部的上下部分分别与车身前方的骨架构件连接，该多个臂构件在左右方向及上下方向成对；上述多个臂构件在各臂构件的后方端部形成有弯曲部，在上述弯曲部与上述负荷输入构件之间形成有楔状空间部；并且，上述弯曲部的弯曲点的前后方向位置在上方臂构件与下方臂构件上互相不同。
2.根据权利要求1所述的膝垫，其中，上述多个臂构件的弯曲部的弯曲方向在上方臂构件与下方臂构件上互相不同。
3.根据权利要求1所述的膝垫，其中，在弯曲部与上述负荷输入构件之间形成的楔状空间部的大小在上方臂构件与下方臂构件上互相不同。
4.根据权利要求3所述的膝垫，其中，在下方臂构件的弯曲部与上述负荷输入构件之间形成的楔状空间部的大小大于在上方臂构件的弯曲部与上述负荷输入构件之间形成的楔状空间部的大小。
5.根据权利要求1所述的膝垫，其中，多个臂构件与车身骨架构件之间的结合部的位置在上方臂构件与下方臂构件上互相不同。
6.根据权利要求1所述的膝垫，其中，在上下或左右一对臂构件的弯曲部与上述负荷输入构件之间形成的楔状空间部的方向互相不同。
7.根据权利要求1所述的膝垫，其中，上下或左右一对臂构件的弯曲点的前后方向位置和左右方向位置中的至少一方互相不同。
8.根据权利要求1所述的膝垫，其中，将上述负荷输入构件分成上下2部分；用上方臂构件支承上方负荷输入构件，并且用下方臂构件支承下方负荷输入构件；将上方负荷输入构件与就座的乘员大腿骨的前端部的高度对应地进行配置，将下方负荷输入构件与就座的乘员胫骨的上端部的高度对应地进行配置。
9.根据权利要求8所述的膝垫，其中，在乘员膝部碰撞到了上方负荷输入构件和下方负荷输入构件时，使分别在上方臂构件和下方臂构件上产生的反作用力为下方臂构件上的反作用力小于上方臂构件上的反作用力。
10.根据权利要求1所述的膝垫，其中，还具有反作用力附加部件、乘员状态检测部件、碰撞检测部件和反作用力控制部件；上述反作用力附加部件用于对上述负荷输入构件附加反作用力；上述乘员状态检测部件用于检测乘员的就座状态；上述碰撞检测部件用于作为实际的碰撞或预测来检测车辆的碰撞；上述反作用力控制部件在检测到碰撞时鉴于乘员D的就席状态，控制从上述反作用力附加部件附加到负荷输入构件上的反作用力的分布以及大小。
11.根据权利要求10所述的膝垫，其中，上述反作用力附加部件由多个安全气囊装置构成，该多个安全气囊装置基于上述反作用力控制部件的控制信号分别进行膨胀、展开而独立地挤压负荷输入构件的背面；该安全气囊装置与该负荷输入构件的左右两端部相面对地安装在负荷输入构件前方的骨架构件上。
12.根据权利要求10所述的膝垫，其中，上述反作用力附加部件由被封入到介质封入空间的工作介质附加反作用力，该介质封入空间形成在各臂构件的内部；上述反作用力控制部件通过使上述工作介质的特性变化来控制反作用力。
13.一种乘员下肢保护方法，该乘员下肢保护方法用于吸收乘员膝部碰撞时的能量，其特征在于，用多个臂构件支承膝部碰撞到了膝垫的负荷输入构件时的负荷，该多个臂构件使该负荷输入构件左右两端部的上下部分分别与前方骨架构件连接、并在左右方向及上下方向成对；在各臂构件的后方端部形成弯曲部，由在上述弯曲部与上述负荷输入构件之间形成的楔状空间部的压塌来吸收碰撞时的能量，并且，使上述弯曲部的弯曲点的前后方向位置在上方臂构件与下方臂构件上互相不同。
14.一种汽车，该汽车具有用于吸收乘员膝部碰撞时的能量的膝垫，其中，膝垫具有负荷输入构件和多个臂构件，上述负荷输入构件用于膝部碰撞，上述多个臂构件使该负荷输入构件左右两端部的上下部分分别与车身前方骨架构件连接、且在左右方向及上下方向成对；在各臂构件的后方端部形成弯曲部，在上述弯曲部与上述负荷输入构件之间形成楔状空间部；并且，使上述弯曲部的弯曲点的前后方向位置在上方臂构件与下方臂构件上互相不同；在车辆仪表盘的下部将该膝垫配设在位于乘员下肢膝部前方的下部装饰物的内侧。
全文摘要
本发明提供膝垫、乘员下肢保护方法以及配置有膝垫的汽车，该膝垫即使在乘员膝部碰撞到了膝垫时的输入方向不仅在车宽方向偏离而且在上下方向偏离的情况下仍能有效吸收碰撞能量。用臂构件将碰撞膝部的板(11)的左右两端部的上下部分连接在转向构件(6)上，在各臂构件的后方端部上形成的弯曲部与板(11)之间形成楔状空间部，并且使弯曲部的弯曲点的前后方向位置在上方臂构件与下方臂构件上互相不同，由此由负荷F的输入压塌楔状空间部，即使对于从大约与板(11)垂直的方向输入的负荷(F1)、和相对于该负荷(F1)在车宽方向和上下方向以适当角度(θ)偏离的负荷(F2)，也能更有效地吸收碰撞能量。
文档编号B60R21/04GK101081612SQ20071010590
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月31日 优先权日2006年5月31日
发明者牧田匡史, 钦草依·帕尔, 小林泉 申请人:日产自动车株式会社