安装在车顶上的乘员约束系统的制作方法

相关申请

本申请要求于2018年5月4日提交的美国临时申请号62/666,771、于2018年4月24日提交的美国临时申请号62/661,667、以及于2018年3月1日提交的美国临时申请号62/636,899的权益，这些申请的全部内容通过援引结合于此。

本发明总体上涉及车辆气囊，并且更具体地涉及一种具有系绳的安装在车顶上的气囊。

背景技术：

已知提供可充气的车辆乘员保护装置(例如气囊)来帮助保护车辆乘员。一种特定类型的气囊是能够在车辆的前座椅的乘员与车辆的仪表板之间充气的正面气囊。此类气囊可以是驾驶员气囊或乘客气囊。当被充气时，驾驶员气囊和乘客气囊帮助保护乘员免于车辆零件(例如，车辆的仪表板和/或方向盘)的冲击。

典型地，乘客气囊以放气的状态被储存在安装在车辆仪表板上的壳体中。气囊门可与壳体和/或仪表板连接以帮助包围并且隐藏储存状态下的气囊。在乘客气囊展开时，气囊门打开以允许气囊移动到充气状态。气囊门打开是由于气囊充气而施加到门上的力的结果。

典型地，驾驶员气囊以放气的状态被储存在安装在车辆方向盘上的壳体中。气囊盖件可与壳体和/或方向盘连接以帮助包围并且隐藏储存状态下的气囊。在驾驶员气囊展开时，气囊盖件打开以允许气囊移动到充气状态。气囊盖件打开是由于驾驶员气囊充气而施加到盖件上的力的结果。

汽车工业中存在使车辆更宽敞的趋势。造型已经使仪表板更小，且因此更远离乘员。展望未来，无人驾驶的自主式车辆将更加宽敞。自主式车辆已经被考虑了一段时间，并且现在它们的大规模采用正在接近。自主式车辆可以消除某些结构。

在这些现实背景下，乘员安全系统的范式必须转变。在过去，车辆操作者/驾驶员的必要性导致某种标准的车辆客厢构型。在美国，驾驶员是可触及车辆控制件和仪表装置(方向盘、踏板、仪表板、控制台等)的左侧前座椅上的面向前方的乘员。这种驾驶员构型有助于确定车辆的其余部分(前座椅上的面向前方的乘客侧乘员，后座椅(第二排、第三排等)上的面向前方的乘员)的布局。因此，在过去，典型地，在设计乘员安全系统时考虑这种客厢布局以及相关联的乘员位置和取向。

自主式车辆消除了操作者/驾驶员，这消除了以常规方式对操作者/驾驶员进行定位和定向的必要性。车辆制造商自由地利用他们认为合适的客厢空间，而不必受限于预定的乘客布置(例如，所有乘员面向前方)，或者车辆结构构型(例如，方向盘/仪表板构型、中控台构型、脚部空间踏板控制件等)。

这样不仅提出了要在哪里安放气囊系统的挑战，而且还提出了要找到定位气囊所抵靠的反作用表面以便气囊可以吸收冲击的挑战。典型地，安装在仪表板和方向盘上的正面气囊利用这些结构作为气囊搁置所抵靠的反作用表面，以便气囊可以反抗、缓和并吸收受冲击中的乘员的冲击能量并且提供期望的缓冲(ride-down)效果。然而，在自主式车辆中，车辆可能根本不具有仪表板或方向盘，并且乘员可以以非传统方式进行定位和定向。这样可能使得难以或不可能利用车辆中的传统结构作为反作用表面。

技术实现要素：

在一个示例中，一种用于帮助保护车辆的乘员的约束系统，该车辆具有车顶和具有用于乘员的座椅的客厢，该约束系统包括气囊，该气囊具有在车顶内的储存状态、并且可充气到延伸到客厢中并且与座椅对准的展开状态。系绳包括连接至气囊的第一端部和连接至车辆的第二端部。撕扯缝线将系绳的叠置部分互连。撕扯缝线能够响应于乘员陷入展开的气囊而破裂，以允许互连的叠置部分相对于彼此移动，使得系绳变长。

在另一个示例中，一种用于帮助保护车辆的乘员的约束系统，该车辆具有车顶和具有一排座椅的客厢，该约束系统包括气囊，该气囊具有在车顶内的储存状态。气囊可充气到延伸到客厢中并且与这排座椅平行的展开状态。单件式系绳具有连接至气囊的下部部分的第一端部和连接至车顶的第二端部。撕扯缝线将系绳的叠置部分互连。撕扯缝线能够响应于乘员陷入展开的气囊而破裂，以允许互连的叠置部分相对于彼此移动，使得系绳响应于乘员陷入而从乘员陷入之前的第一长度变长到更长的第二长度。

通过以下的详细描述和附图，将掌握本发明的其他目的和优点以及对本发明的更全面的理解。

附图说明

图1是包括根据本发明的安装在车顶上的乘员约束系统的车辆的俯视图。

图2是具有约束系统的处于储存状态的气囊的车辆客厢的示意图示。

图3是具有处于展开状态的气囊的车辆的客厢的示意性展示。

图4a是图1的约束系统的系绳的侧视图。

图4b是图4a的系绳的前视图。

图5是图1的约束系统在乘员陷入气囊之后的示意性展示。

图6是具有处于展开状态的气囊的另一个示例性约束系统的示意性展示。

图7a是图6的约束系统的系绳的侧视图。

图7b是图7a的系绳的前视图。

图8是图6的约束系统在乘员陷入气囊之后的示意性展示。

具体实施方式

本发明总体上涉及车辆气囊，并且更具体地涉及一种具有系绳的安装在车顶上的气囊。图1和图2示出了呈乘员约束系统10形式的示例性车辆安全系统。车辆20沿着中心线22从第一端或前端24延伸到第二端或后端26。车辆20在中心线22的相反两侧延伸到左侧部28和右侧部30。车辆20的第一端24包括面向客舱或客厢40的仪表板42。挡风玻璃或风挡44可以位于仪表板42与车顶32之间。

车辆20可以是自主式车辆，在这种情况下，客厢40可以没有操作者控制件(例如，方向盘、踏板、仪表装置、中控台等)。因此，仪表板42可以被减小尺寸或被完全去除，以便使客厢40中的空间最大化。

座椅50定位在客厢40中。在这种开放式客厢40构型中，车辆座椅50可以以各种方式进行配置、定位和布置，而不受便利于车辆驾驶员/操作者的需求的约束。例如，在图2中，座椅50可以分别布置在前排52和后排54中、面向彼此，其中前排面向后方、朝向后排。替代性地，前排52和后排54可以均以面向前方的方式布置(未示出)，类似于常规汽车的布置。在任一种情况下，每个座椅50装配有安全带56来约束其乘员60。例如，可以在车辆20的位于前排52和/或后排54的乘员60之间的中央控制台区域中提供用于气候控制、gps、导航、娱乐等的控制接口。

对于图2的这种非常规的前后座位布置，在发生正面碰撞的情况下，面向前方的后排54的乘员60受其各自的安全带56约束。面向后方的前排52的乘员60在正面碰撞中在被扣紧的同时被车辆座椅50的靠背支撑。因此，座椅50必须被构造成在发生碰撞时支撑乘员60。对于后排54的面向前方的乘员60，安全带56提供一定程度的约束。然而，期望的是两排52、54均包括用于头部和颈部支撑的附加约束。

由于前排52不必面向前方并且不必紧靠仪表板42或不必紧靠仪表板通常所在的区域，因此在前排52与面向前排呈现的在前客厢结构之间可以存在大量空间。因此，由于气囊需要占用大体积，从该位置展开气囊可能并非有效的。这将在确定(多个)气囊和(多个)充气装置的尺寸以占用该大体积时出现问题，并且还可能在碰撞情况下保护乘员所需的必要短时间内将(多个)气囊展开至该大体积时出现问题。

因此，明显的是，由自主式车辆实现的各种乘客座位构型可能对传统的气囊保护概念提出挑战。此外，由于气囊需要响应于乘员陷入而支撑展开的气囊以免于移动的结构(例如，反作用表面)，因此缺乏用作反作用表面的典型车辆架构(例如，仪表板)提出了额外挑战。

考虑到这一点，图1至图2中示出的乘员约束系统10包括呈安装在车辆20的车顶32中的可充气帘式气囊120的形式的至少一个车辆乘员保护装置。将气囊120安装在车辆车顶32中是方便的，因为气囊可以被定位在与其旨在帮助保护的(多个)乘员60相距期望距离的位置。这可以帮助减小气囊120的必要可充气体积，并且还可以帮助提供期望的气囊展开时间，而无需过大体积的充气装置。

气囊120容纳/隐藏在车辆20的车顶结构中，例如在车顶衬垫70后方。气囊120在被放置在车顶衬垫70后方之前至少经历卷起和折叠之一。卷起的气囊120可以设置在盖件或壳体121中，该盖件或壳体随后被放置在车顶衬垫70后方。乘员约束系统10还包括在壳体121内的用于向每个气囊120提供充气流体的充气装置122。充气装置122被可操作地(例如，通过线材)连接至气囊控制器130(见图2)，该气囊控制器包括一个或多个碰撞传感器(未示出)或与一个或多个碰撞传感器通信。控制器130可操作以确定碰撞事件的发生并且以已知方式致动至少一个充气装置122以对至少一个气囊120充气。充气装置122可以是任何已知的类型，例如储存气体式、固体推进剂式、增压式或混合式。

气囊120可以由任何合适的材料构造，例如尼龙(例如，纺织尼龙6-6纱线)，并且可以以任何合适的方式构造。例如，气囊120可以包括一个或多个材料件或材料嵌片。如果使用多于一个材料件或材料嵌片，这些材料件或材料嵌片可以以已知方式(例如缝合、超声焊接、热粘合或粘合剂)互连来形成气囊120。气囊120可以是未经涂覆的、涂覆有材料(例如不透气的氨基甲酸乙酯)的、或层压有材料(例如不透气的膜)的。因此，气囊120可以具有气密的或基本上气密的构造。本领域技术人员将意识到，替代性的材料(例如聚酯纱线)以及替代性的涂层(例如硅酮)也可以用于构造气囊120。

乘员约束系统10可以包括在与每排52、54中的每个座椅50相关联且对准的位置处沿车顶32并且在车顶衬垫70内设置的多个气囊120。换言之，车辆20中的每个座椅50可以具有与其相关联并且对准的单独的气囊120(和相应的充气装置122)。在各自情况下，气囊120在这些座椅中的乘员60将面对的方向上被定位在每排52、54中的相关联的座椅50前方(即，在前排52后方并且在后排54前方)。气囊120在车辆20的左右方向上延伸，并且大致平行于座椅50的宽度。替代性地，单个气囊120可以跨过客厢40的整个宽度以保护整排52或54中的所有乘客60(未示出)。在图2中示出的示例中，气囊70设置在车顶衬垫70后方、并且与每排52、54中的座椅50相关联。由于气囊120是相同的，为了简洁起见，讨论仅与后排54中的座椅50相关联的气囊的构造和操作。

如图3中所示出的，在感测到期望气囊120充气的事件(例如，车辆碰撞)发生时，控制器130将信号提供给充气装置122。在接收到来自控制器130的信号时，充气装置122被致动并且以已知方式向气囊120的可充气体积提供充气流体。充气中的气囊120将力施加在车顶衬垫70上，这引起车顶衬垫打开。这释放了气囊120以充气并且从其在车顶衬垫70后方的储存状态展开到延伸到客厢40中、在后排54中的座椅50前方并与其对准的展开状态。气囊120在充气的同时通过吸收乘员的冲击来帮助保护后排54中的车辆乘员60。

充气的气囊120从上部部分124延伸至下部部分126。上部部分124连接至车辆20、并且流体地连接至充气装置122。下部部分126被定位在后排54中的座椅50中的乘员60附近。如所指出的，没有处于适当位置的车辆结构来用作反作用表面以约束展开的气囊120的移动。因此，乘员约束系统10可以包括一个或多个系绳140，该一个或多个系绳与每个气囊120相关联、并且从每个气囊延伸至在车顶32附近或在车顶处的位置。每个系绳140由单件不可延伸的材料形成、并且从连接至气囊120的下部部分126的第一端部142延伸至连接至车顶32的第二端部144。第一端部142可以形成为应力减小器，该应力减小器用于使系绳140与气囊120之间的连接部分布在气囊织物的较大表面积上，以便防止撕裂。

如图1中所示出的，两个系绳140在气囊120的相反两侧连接至车顶32，即在每个气囊的内侧和外侧。系绳140在气囊120的面向乘员的表面后方的位置处连接至车顶32。由于乘员60被系上带，因此，导致乘员向前移动的正面碰撞使得乘员在腰部处弯折、并且遵循朝向气囊120的带角度的或弧形的路径，如图3中的箭头f所大体指示的。有利地，如图3中所示出的，第二端部144/车顶32连接部的位置可以被选择成使得系绳140在如下方向上或沿如下路径延伸，该方向或路径与乘员60沿其行进而与气囊120接触的路径近似或重合(即，与其大致平行或共延伸)。

以此方式，系绳140施加在气囊120上的张力可以与陷入的乘员60施加在气囊上的冲击力相反。结果，车顶32通过系绳140而用作气囊120的反作用表面。图3的示例性构型因此不需要与车辆20的在前结构(例如仪表板、方向盘、或座椅)相互作用来对气囊提供反作用表面。

系绳140被配置成通过逐渐消散气囊120对陷入的乘员60的冲击力来对乘员提供缓冲效果。在图4a至图4b中示出的一个示例中，系绳材料的第一部分和第二部分152、154以相邻且叠置的方式定位在彼此之上，以形成端部142、144之间的折叠部分156。撕扯缝线216延伸穿过叠置部分152、154、并且可以使用常规的缝制技术来构造。撕扯缝线216被配置成响应于施加至材料的第一部分和第二部分152、154的张力t而破裂。

撕扯缝线216由部段180形成，每个部段具有起点176和终点178。断裂点182位于每个部段180的起点176与终点178之间(例如，在其中点处)。断裂点182被定位在沿撕扯缝线216的如下点处，撕扯缝线在张力t下旨在在该点处破裂。将理解的是，撕扯缝线216可以包括单个部段180(未示出)。

如在图4b中观察到的，每个部段180具有倒置的、总体上弯曲的u形形状的构型，该构型具有在断裂点182处相遇的向外发散的弯曲的部段或分支184。部段180被布置成使得撕扯缝线216的对称轴线174与断裂点182相交并且将分支184二等分。轴线174与张力t的方向大致平行地延伸。

材料的第一部分和第二部分152、154被布置成使得施加至这些部分的张力t在这些部分之间产生作用在撕扯缝线216上的剥离动作或运动。在图4a至图4b中展示的示例中，这种剥离动作是通过单件式系绳140的重复折叠并且使撕扯缝线216延伸穿过该单件式系绳而产生的。当施加了张力t时，所产生的剥离动作帮助使张力集中在撕扯缝线216的断裂点182上。美国专利号8,262,130、8,764,058、以及9,174,603示出并描述了可以用于紧固材料的第一部分和第二部分152、154的可破裂的撕扯缝线的其他示例，这些专利的全部内容通过援引结合于此。

返回参考图3，在气囊120展开之后但是在乘员陷入(图3)之前，展开的气囊使系绳140完全张紧，但是撕扯缝线216保持完整。系绳140使气囊120下部部分126保持在所示出的位置。当撕扯缝线216完整时，系绳140具有初始长度l1、并且延伸穿过部分152、154，从而因此形成折叠部分156。撕扯缝线216被配置成当后排54中的乘员60响应于车辆碰撞而在客厢40中以方式f向前移动时响应于施加在撕扯缝线上的力而破裂。移动中的乘员60冲击并且陷入充气的并且展开的气囊120，这在撕扯缝线216上施加了张力t，直到撕扯缝线在断裂点182处破裂。

破裂的撕扯缝线216允许材料的部分152、154相对于彼此移动，从而因此使得系绳140在折叠部分156处张开、并且变长到比长度l1长的长度l2，如图5中所示出的。结果，充气的气囊120与向前移动中的乘员60一起移动。然而，系绳140的第二端部144仍然连接至车辆车顶32并且限制气囊120在方向f上的移动。更具体地，伸长的系绳140固持气囊120的下部部分126，以防止当乘员60陷入气囊中时气囊围绕充气装置122摆动/枢转。

由于这种构型，撕扯缝线216允许乘员60在气囊120上缓冲并且体验与气囊的更平缓的反作用，而系绳140提供用于展开的移动中的气囊的反作用表面。换言之，撕扯缝线216允许陷入气囊120的乘员60以规定的方式逐渐减速。

图6至图8展示了另一个示例性约束系统10a，该约束系统包括(多个)充气装置122和与每个充气装置相关联的气囊200。图6中的充气的气囊200从上部部分202延伸至下部部分204。上部部分202连接至车辆20、并且流体地连接至充气装置122。下部部分204被定位在后排54的座椅50中的乘员60附近。上部部分202包括颈部206，该颈部自身折叠、并且因此在气囊200展开时但是在乘员60陷入气囊之前是缩回的。

系统10a包括连接至气囊200的系绳190、210，这些系绳合作以通过逐渐消散气囊对陷入的乘员60的冲击力来对乘员提供缓冲效果。第一系绳190从每个气囊200延伸至车顶32附近或车顶处的位置。每个系绳190由单件不可延伸的材料形成、并且从连接至气囊200的下部部分204的第一端部192延伸至连接至车顶32的第二端部194。第一端部192可以形成为应力减小器，该应力减小器用于使系绳190与气囊200之间的连接部分布在气囊织物的较大表面积上，以便防止撕裂。类似于系绳140，两个系绳190在气囊200的相反两侧连接至车顶32，即在每个气囊的内侧和外侧。

第二系绳210包括在车顶衬垫70后方并且/或者在车顶衬垫处连接至车辆20的第一端部212。系绳210的第二端部215连接至气囊200。第二系绳210由两个分开的材料件230、240形成，从而限定分开的部分。

参照图7a至图7b，第二系绳210的第一部分和第二部分230、240以相邻且叠置的方式定位在彼此之上。替代性地，系绳210可以由包括部分230、240的单个材料件形成、并且以与系绳140类似的方式折叠在自身之上(未示出)。在任何情况下，撕扯缝线216都延伸穿过叠置部分230、240、并且可以使用常规的缝制技术来构造。撕扯缝线216被配置成响应于施加至材料的第一部分和第二部分230、240的张力t而破裂。撕扯缝线216由单个部段形成，该部段具有起点217和终点218。断裂点220位于起点217与终点218之间(例如，在其中点处)。断裂点220被定位在沿撕扯缝线216的如下点处，撕扯缝线在张力t下旨在在该点处破裂。将理解的是，撕扯缝线216可以可替代地由多个完全相同的部段(未示出)形成，类似于图4a至图4b中的撕扯缝线216。

如在图7b中观察到的，撕扯缝线216具有倒置的、总体上弯曲的v形形状的构型，该构型具有在断裂点220处相遇的向外发散的弯曲的部段或分支222。撕扯缝线216被布置成使得撕扯缝线216的对称轴线224与断裂点220相交并且将分支222二等分。轴线224与张力t的方向大致平行地延伸。

材料的第一部分和第二部分230、240被布置成使得施加至这些部分的张力t在这些部分之间产生作用在撕扯缝线216上的剥离动作或运动。在图7a至图7b中展示的示例中，这种剥离动作是通过将第二部分240折叠在自身上并且将折叠的第二部分叠置在第一部分230上以与其平行地延伸而产生的。撕扯缝线216于是延伸穿过第一部分230和第二部分240的折叠部分。因此，当施加了张力t时，所产生的剥离动作帮助使张力集中在撕扯缝线216的断裂点220上。

返回参考图6，当撕扯缝线216完整时，第二系绳210具有初始长度l3。结果，颈部206保持折叠并且缩回。系绳190此时完全伸长、并且将气囊200的下部部分204固持在位。撕扯缝线216被配置成当后排54中的乘员60响应于车辆碰撞而在客厢40中以方式f向前移动时响应于施加在撕扯缝线上的力而破裂。移动中的乘员60冲击并且陷入充气的并且展开的气囊200，这在撕扯缝线216上施加了张力t，直到撕扯缝线在断裂点220处破裂。

破裂的撕扯缝线216允许材料的部分230、240相对于彼此移动，从而因此使得第二系绳210张开、并且变长到比长度l3长的长度l4(参见图8)。结果，充气的气囊200与向前移动中的乘员60一起移动。然而，第一系绳190的端部192、194分别保持紧固至气囊200的下部部分204和车顶32。

将理解的是，图7中示出的撕扯缝线216不会破裂完全，并且因此，第一部分和第二部分230、240通过完整的撕扯缝线保持紧固在一起。由于第二系绳210的端部212、215保持紧固至气囊200和车辆20，因此除第一系绳190提供的反作用力之外，第二系绳也在移动中的气囊200上提供反作用力。系绳190、210可以因此合作以限制气囊200在方向f上的移动。因此，撕扯缝线216允许乘员60在气囊200上缓冲并且体验与气囊的更平缓的反作用，而系绳190、210提供用于展开的移动中的气囊的反作用表面。

将理解的是，撕扯缝线216可以被配置成完全破裂，在这种情况下第一部分和第二部分230、240将变得分开(未示出)，并且第二系绳210将不向移动中的气囊200提供附加的反作用力。在这种情况下，仅有第一系绳190将提供反作用力。

还将理解的是，气囊200的下部部分204可以可替代地展开而与乘员60的大腿或下躯干接合，在这种情况下将省去系绳190(未示出)。换言之，气囊200可以被确定尺寸成向下展开而与乘员60接合，使得乘员(并非系绳190)将气囊200的下部部分204固定在位，以使得撕扯缝线216能够响应于乘员陷入下部部分204而破裂并且第二系绳210能够张开。

尽管上文中对气囊和系绳的描述是针对后排54的座椅50的，但将理解的是，可以为前排52的座椅设置相同的气囊和系绳(参见图1至图2)。由于排52、54中的座椅50面向相反的方向，因此这些座椅的对应的气囊120或200的目的彼此不同。在正面车辆碰撞的事件中，前排52中的面向后方的座椅50将通过吸收乘员60的冲击来帮助保护这些座椅的乘员。后排54中的面向前方的后座椅50的气囊120或200将通过吸收乘员60的冲击能量来帮助保护这些座椅的乘员。在车辆后方碰撞的事件中，后排54中的面向前方的座椅50的靠背将通过吸收与乘员的冲击来帮助保护这些座椅的乘员60。前排52中的面向后方的座椅50的气囊120或200将通过吸收乘员60的冲击能量来帮助保护这些座椅的乘员。

上面已经描述的是本发明的示例。当然，不可能为了描述本发明的目的而描述部件或方法的每种可想到的组合，但是本领域的普通技术人员将认识到，本发明的许多其他组合和置换是可能的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的更改、修改和变型。