用于故障安全焊接保护的主动垫应力消除排气装置的制作方法

本发明总体上涉及用于机动车辆中乘员碰撞保护的主动垫，并且更具体地，涉及具有通过沿着热焊缝接合的塑料壁板形成的可充气气囊的主动垫。

背景技术：

主动垫是具有气体可充气气囊的车辆乘员保护装置，以在碰撞期间吸收碰撞并减少对乘员的创伤。与在充气时从各种开口后面出现的由各种织物制成的可展开安全气囊衬垫相反，主动垫在碰撞事件开始时使用内部装饰表面本身来膨胀，以通过充气气体的作用来吸收冲击以及消散能量。2012年6月26日授权的并且通过引用并入本文的美国专利8，205，909公开了一种集成到重量轻且视觉上有吸引力的杂物箱门中的主动膝垫。2013年7月2日授权并且也通过引用并入本文的美国专利8，474，868公开了一种典型结构，其中主动垫包括面向车辆乘员的前壁或装饰板，其沿着密封周边附接到后壁或气囊元件。气囊元件进一步附接到固定的反作用面，例如仪表板、门衬板或框架元件。壁中的一个或两个是可变形的，以提供可展开的、可充气的气囊。例如，气囊元件可以具有在充气期间变直的打褶(即，手风琴状)区域。当壁处于预展开、非充气状态时，这些壁最初以小量被间隔开。这允许充气气体以实现整个装饰面板的均匀充气的方式进入。

用于主动垫的典型气囊的前壁和后壁由诸如聚乙烯、聚烯烃或pvc(聚氯乙烯)的模制热塑性塑料构成。它们通常是注塑成型的，但也可以是吹塑成型的。当单独形成时，前壁和后壁必须围绕其周边气密地连接，以形成可充气气囊。接合处必须坚固以抵抗由在充气期间的高充气压力以及当乘客冲击垫时而引起的分离。周边密封件例如通过热焊接而形成。

已知的是，为了在乘员接触主动垫时优化能量的耗散，应当排出充气气体以允许安全地使冲击乘员减速的气囊的受控的塌陷。已经公开了在气囊壁的面向前壁的中央平坦区域、在气囊壁的褶皱挡板区域、以及在将气囊壁附接到反作用面的焊接塔中的排气位置。同样已经提出，主动排气装置可以设置在紧邻充气力的应力可能产生最高的焊接破裂概率的局部区域。

特定的垫设计采用各种设计特征，例如材料类型、焊接界面、挡板尺寸和位置、以及排气装置结构，以获得期望的约束性能和焊接可靠性。这种设计必须必要地基于相应的假设，例如预期的冲击负载的范围以及由充气机输送的充气气体的压力范围。在违背这些假设中的一个(例如，充气机输送其指定范围外更大的体积和/或压力)的情况下，焊缝上的过度应力可能仍然导致焊接分离。

技术实现要素：

在本发明的一个方面，主动垫安装在机动车辆中的乘客舱的内部装饰表面上。塑料模制的前壁在朝向乘客舱中的乘客的展开方向上而展开。塑料模制的可展开气囊元件沿着外周边通过焊缝与前壁接合以形成可充气气囊。焊缝具有标称分离压力。充气机响应于车辆的碰撞事件将充气气体连接到可充气气囊。气囊元件包括配置为在冲击期间根据乘客约束属性来调节充气气体的充气压力的多个排气口。气囊元件进一步包括至少一个应力消除排气装置，该应力消除排气装置包括配置为在乘客约束属性和标称分离压力之间的预定压力下撕开的部分地切入到气囊元件中的易断裂撕裂缝。

附图说明

图1是可应用本发明的一类主动膝垫杂物箱门系统的外部分解透视图；

图2是主动垫的可充气气囊总成的后透视图；

图3是示出现有技术的主动垫总成的侧截面图；

图4是具有围绕最外褶皱分布的多个排气口的气囊元件的后视平面图；

图5是表示膨胀期间的气囊压力分布的曲线图；

图6是根据本发明的排气口附近的气囊元件的局部外视图，其中增加了由易碎撕裂缝组成的应力消除排气口；

图7是图6的气囊元件的局部内部视图，其中更详细地示出了撕裂缝；

图8是根据本发明的另一实施例的具有应力消除排气装置的气囊元件的局部外部视图；

图9是图8的气囊元件的局部内部视图，其中更详细地示出了撕裂缝；

图10是根据本发明的又一实施例的具有应力消除排气装置的气囊元件的局部外部观图；

图11是图10的气囊元件的局部内部视图，其中更详细地示出了撕裂缝；

图12是沿着图10的线12-12的气囊元件的横截面；

图13是具有围绕最外侧褶皱分布的多个排气口和应力消除排气装置的气囊元件的后视平面图；

图14示出了用于配置本发明的应力消除排气装置的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

现在参照图1，现有技术的主动膝垫系统10具有形成垫的基础的基板部件11。基部11或者可以从如图1所示的储存腔或杂物箱12通过铰接附接到车辆、或者安装到例如位于转向柱下方的仪表板支撑件的另一个结构上。这样的位置对于乘坐在车辆内相应的座椅位置的单独的乘客的膝盖是易接近的。

在该实施例中，基部11是门内壁或内衬，其作为支撑由围绕它们的周边15连接的后(气囊)壁13和前(装饰)壁14形成的可充气气囊的反作用面。壁13和14优选地由模制塑料(例如热塑性聚烯烃(tpo))组成、并且通过塑料热焊接(例如热板或振动焊接)连接以形成围绕用于形成可充气气囊的中心区域17的周边密封。充气气体源16被电子控制以在碰撞期间启动来释放气体以对垫充气。前壁14可以包括a类内部装饰表面，例如杂物箱门的外部，或者可以在其外表面上施加附加的蒙皮或盖(未示出)。

图2是用于主动垫的可充气气囊20的后视图。塑料模制的前壁21覆盖在塑料模制的可展开后壁或气囊元件22上。壁21和气囊元件22通过将气囊元件22的焊接凸缘23热焊接到壁21的内表面而围绕封闭的周边区域被接合。热焊接产生气密密封以形成在壁21和气囊元件22之间具有开放的中心容积的可充气气囊，以在碰撞事件期间从安装在气囊元件22的凹部25中的充气机24接收充气气体。气囊元件22包括多个褶皱，例如26和27，以在充气期间容纳气囊元件22的膨胀。多个附接塔(即，凸台)28从设置在挡板褶皱26和27内的气囊元件22的中心区域突出。塔28用于将气囊元件22安装到反作用面(未示出)。一对排气孔30和31在最外侧褶皱27的顶部处穿透气囊元件22。

图3示出了组装到反作用壁34上的气囊20的横截面。例如，附接塔28可以热焊接到反作用壁34。挡板褶皱27被窗口33穿透以提供排气装置。在由于将充气气体供应到气囊腔36中而展开期间，前装饰壁21在朝着车辆的乘客舱中的乘客的展开方向35上而展开。

图4示出了具有沿气囊元件40的周向边缘的周边焊接凸缘41的气囊元件40。打褶挡板包括周向设置在焊接凸缘41内在垫展开期间展开的褶皱42。多个排气口43可以优选地形成在褶皱42中，原因在于靠近热焊缝提供了更好的降低焊缝上的应力的能力。排气口43的尺寸和周边位置在工程开发期间根据各种因素来配置。例如，选择排气能力以调节整个气囊上的约束力，进而提供期望的乘客约束属性(例如，初始充气的时序和轨迹，以及然后提供冲击乘客的理想减速的冲击力吸收)。此外，排气口可以位于热焊缝的峰值应力区域附近，以便提供一定程度的应力消除。典型的主动垫具有在车辆中水平延伸的细长形状，如图4所示。当气囊膨胀然后接收冲击时，沿着焊缝产生的应力利用计算机辅助工程(cae)工具来建模作为常规设计过程而被工程师使用。最典型地，峰值应力沿着焊缝的最长直边出现，即，图4中的顶部和底部边缘是应力集中区域。排气口可以具有固定的横截面(即，恒定的流量系数)或可以是活动的(即，在展开的不同阶段期间呈现可变的流量系数)。

图5示出了气囊压力曲线45，其表示由来自充气机的充气气体的流入，随后通过根据期望的乘客约束属性配置的排气口来排气，从而产生的典型的气囊压力轨迹。当检测到碰撞事件并且已经触发充气机时，气囊压力最初建立在区域46处。压力累积达到最大值47。在整个展开过程中，排气口调节气囊充气压力，使得冲击乘客以期望的速率减速。

本发明优选地识别对应于根据约束属性假设——例如由所利用的已知充气机部件产生的充气气体的体积和速率以及乘客体型和冲击速度——预期产生的最大压力的最大属性压力。根据良好的工程实践，根据设计的属性而预期的最大压力小于在48处示出的标称焊缝分离压力(即，焊缝被设计为承受针对所有规定的冲击场景而预期的最高压力)。本发明涉及在出现违反正常设计假设的因素的情况下——例如充气机的气体产生的出其意料高的体积或速率、或者针对充气气囊比设计标准更大的冲击力——提供额外的(即故障安全的)排气操作以保护焊缝。本发明引入了至少一个应力消除排气口，其包含部分地切入气囊元件中并且配置为在压力水平50示出的预定压力下撕开的易碎撕裂缝。撕裂压力50选择为在乘客约束属性(即，属性最大值)和标称焊接分离压力48之间的预定压力。优选地，预定压力50比标称焊接分离压力48小预定的安全系数51。例如，安全系数51可以选择为提供6-σ分析安全系数(6-sigmaanalyticalsafetyfactor)的偏移压力值。

图6示出了具有焊接凸缘53和褶皱54的气囊元件52。排气口55设置在褶皱54中，作为用于展开的正常排气能力的一部分，以便提供期望的乘客约束属性。为了在出现正常设计标准之外的状况的情况下提供应力消除，消除排气装置56和57的易碎撕裂缝被部分地切入到靠近排气口55的气囊元件52的内表面中。消除排气装置56包含具有x形并与排气装置56间隔一定距离的切入到褶皱54的壁中的易碎撕裂缝。应力消除排气装置57包括切入到褶皱54的壁中的相应的易碎撕裂缝，该相应的易碎撕裂缝从排气口55横向延伸并与其相交。切入到气囊元件52中的易碎撕裂缝的深度、大小和位置配置为使得在撕裂压力下产生的力将使撕裂缝破裂。这些参数可以基于气囊元件52的材料性质和/或利用经验(例如，原型)测试来分析确定。由于消除排气装置57从排气口55横向延伸，排气口55可作为引发器，以促进撕裂缝的撕裂过程。

图8和9示出了另一个实施例，其中应力消除排气装置58位于靠近排气口55的褶皱54上。应力消除排气装置58包括穿透褶皱54的壁的引发孔60和切入到气囊元件52并从引发孔60横向延伸的x-形的撕裂缝61。引发孔60可以足够小，使得其对正常排气具有可忽略的影响(即，在根据乘客约束属性的冲击期间对调节气囊充气压力无显著贡献)。

图10和11示出又一个实施例，其中排气口65包括一对从排气口65的相对侧沿着气囊元件的内表面横向延伸的易碎撕裂缝66和67。撕裂缝66和67可包括具有终止表面70和71的加宽部分68和69，终止表面70和71用作撕裂止挡以限制在撕裂期间产生的应力消除的量，从而避免由于应力消除排气装置的操作而发生的约束的过度损失。

图12是通过排气口65的横截面，示出了撕裂缝67穿入气囊元件的整个厚度t1的深度d1。在d1处的壁变薄量取决于所涉及的塑料材料和压力。

图13示出了根据气囊元件40的应力集中区域的多个应力消除排气装置70-73的布置。由于气囊元件40的上边缘和下边缘是应力集中区域，应力消除排气装置70-73设置在与这些集中区域并列的气囊元件40中。

图14示出了用于得出和配置独立地提供正常排气和故障安全应力消除排气的设计的方法的一个实施例。在步骤80中，基于期望的展开属性和本领域已知的其它性能规格为气囊部件、充气机和焊缝创建初步设计。在步骤81中，例如，考虑到部件规格和制造工艺变化，使用性能的cae建模来改进设计。使用原型测试进一步改进设计。一旦设计已经进行到已经构造正常排气的阶段，则在步骤82中使用原型测试和/或cae建模来确定标称焊接分离压力。标称分离压力可以表示例如与焊接破裂对应的焊缝的最弱点处的压力。

在步骤83中，将安全系数应用于步骤82中表征的分离压力，以便预先确定在属性压力(例如，最大值)和标称分离压力之间的消除(撕裂)压力。在步骤84中，布置和配置应力消除排气装置，以便在预定撕裂压力下便于撕开。