专利名称：侧面碰撞时用的安全气囊系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在车辆中安装充气件(如充气囊)，以及对充气件进行充气以便在车辆发生碰撞时保护车内人员的系统和方法。本发明尤其涉及在车辆中安装充气囊，并对气囊充气以便当车辆发生侧面碰撞时保护车内人员的系统和方法。
背景技术：
保证车辆车内人员的安全对于车辆制造厂家和车内人员都是很重要的。车辆制造厂家设置了局部或全部充气的座位安全带，和车内充气囊，以便当车辆发生碰撞时保护车内人员。充气件(这里充气件一词包括安全气囊)在车辆发生碰撞时成为充气状态，使车内人员的运动速度降至低于难以承受的速度，并限定其运动，从而提高车内人员的安全性。许多制造厂家已开始在前排座位安装充气件。
也许，对装有充气件的车辆中最需要考虑的是在车辆发生碰撞时直到车内人员移动到与充气件接触时这类充气件才开始限制车内人员运动的情况。尤其是在使用侧面保护安全气囊(通常其设置在车门和车内人员之间)的情况下，碰撞和车内人员开始移动的时间间隔很短。
现有技术的充气装置烟火材料需求量比本发明的充气装置中烟火材料的用量约多出50％～100％。因此，现有技术的车内充气件和充气装置取得令人满意的包装是很困难的。
现有充气装置中所用易燃材料的形状和成分也使充气系统的充气过程变得很慢。这些充气缓慢的充气系统，有时对于前面气囊是有用的，但对于充气的座位安全带和侧面撞击的保护系统而言则是无用的，因为这种保护装置的展开所用时间必须低于传统气囊展开所用时间的1/5。这就迫使充气安全带和侧面充气囊对车内人员形成保护所需时间必须大大短于正面碰撞气囊形成保护所需时间。此外，侧面碰撞的减速距离，以及车辆开始发生侧面碰撞至车内人员撞到车内表面的时间间隔要大大短于正面碰撞的减速距离和所用时间。
某些系统的易燃材料还需要过滤器，以收集产生的固体颗粒。在这些现有系统中需要过滤的固体颗粒很多。已经需要采用其它系统来利用较大的烟火颗粒。这些尺寸的颗粒要发生破裂并使燃烧表面发生变化，因而对颗粒的燃烧速率、操作压力和充气时间都会产生不利的影响。
另外，使用大颗粒的燃料，其燃烧速率下降，从而在操作温度范围内其性能变化很大。例如，假设充气装置起作用时间为40～50毫秒，当温度在175°F和-65°F之间变化时，烟火材料的燃烧速率的变化使充气装置起作用时间变化范围约达到±20％。这是由于烟火材料的燃烧速率随操作温度的变化而变化造成的。燃烧速率的这种大幅度变化已使充气装置整个起作用时间前后变化约达15～20毫秒之多，而气囊发挥作用的时间就是使车内人员做减速运动。整个起作用时间的这种变化已使对车内人员的保护发生了变化。
车辆侧面碰撞可能比车辆正面碰撞更危险。原因之一就是当车辆侧面发生碰撞时，车辆几乎无法保护车内人员。这是由于在车辆的侧面只有很薄的一层材料来保护车内人员免受车辆的侧面碰撞。
若干年来，车辆中应安装充气囊已被车辆制造厂接受。车辆制造厂致力于安装充气囊以便在车辆发生正面碰撞时保护驾驶员和前排座位上的其他人员。然而，车辆制造厂几乎还没有研究很好地保护驾驶员和其他人员以防侧面碰撞的充气囊。
1995年12月22提交的申请号为08/587,773题目为“在车辆发生碰撞时保护车内人员的充气件和充气装置的系统，以及对充气件进行充气的方法”的申请与本申请为共同未决申请，本申请也转让给同一受让人。在该申请中，公开和要求保护一种克服以上(尤指正面碰撞)缺点和不足的系统。在本发明的系统中不同的组件或装置的结构和操作由所述的于1995年12月22日提交的申请号为08/587,773的共同未决申请进行补充，在此它作为参考资料引用。
已知的侧面气囊包括美国专利5,496,061、5,464,246、5,322,322和5,282,648的气囊的布置。
本发明的简述本发明提出了克服上述现有技术缺点的系统和方法。其包括充气装置，它是由专利申请号08/587,773中所述的充气装置改造而成的，它几乎可瞬时对车辆侧面的碰撞做出反应，并对系统中的气囊充气。由于本发明的充气装置是在专利申请号08/587,773中所述的充气装置的基础上改造而成的，因此，它具有专利申请号08/587,773中所述的充气装置的所有优点。
本发明的充气囊放置在靠近车辆外壳的车内人员侧面附近，以便当发生碰撞时保护车内人员。本发明的充气装置与气囊之间的关系是这样的，通过沿气囊长度方向同时向气囊充气，使气囊充气时间最短。气囊在充气前放置在座位侧面的一个外观精美的盒体中，以占据最小空间，而且几乎可瞬时充气至最大尺寸。
在本发明一实施例中，充气囊相对的两端向气囊中心折起，并且将气囊螺旋卷取，以便放到车辆座位侧面的盒体中。该盒体是可打开的，以便当车辆发生侧面碰撞时，使气囊充气。把气囊夹到沿气囊长度方向延伸的歧管上。盛装可膨胀气体的套管沿歧管的长度方向设置在歧管中，并通过隔膜与歧管密封隔开。在另一实施例中，气囊的折翼缩入气囊中，且气囊以之字形方式折叠。
盛装烟火材料颗粒的易碎容器放入套管中。烟火颗粒由电子回路点燃，电子回路具有电感屏蔽，并当车辆发生侧面碰撞时使电子回路通电。燃烧使容器在颗粒完全燃烧之前破裂。
然后，部分燃烧的烟火颗粒在套管中继续燃烧，并将热量传递给套管中的气体，使气体膨胀。这将使隔膜破裂，并被卡子刺穿以附在卡子上，因此使气体流过套管和歧管确定的通道，且通道内没有碎片。
气体通过在歧管中沿歧管长度方向设置的间隔分布的若干气孔流入气囊中，以对气囊充气。这些气孔之间的间距可逐渐缩小，以便沿气囊长度方向对气囊基本均匀充气。当气囊充气时，气囊螺旋打开或展开，并且气囊的两端折叠部位展开，以增加气囊的有效长度。
本发明的充气装置和充气囊也具有现有技术的其它优点。例如，当车辆发生碰撞时，本发明的充气囊可保护车内人员的颈部和头部，以免遭受剧烈运动。
本发明的安全气囊和充气装置反应特别灵敏，因此在气囊充气之前，车内人员的头部和身体只产生幅度相对较小的运动。在本发明的充气囊中载荷分布在车内人员的身体和头部所在的整个区域上，因此使车内人员身体和头部的任何位置承受的载荷最小。
充气囊的延伸特性是这样的，即气囊的工作几乎没有滞后性，从而阻止了车内人员的头部和身体的移动。本发明的充气装置和充气囊也容易装在盒体中，盒体只占据很小的空间，并且具有精美的外观。
此外，充气装置和充气囊的操作不受环境温度变化的影响。本发明的充气装置重量轻，另外由于本发明的充气装置中不产生颗粒，因此不象现有技术那样需要收集充气装置中烟火材料燃烧产生的颗粒的过滤器。
图1是车辆的局部透视图，它只示出了车辆的一个前门、一个座位、座位上的驾驶员和用于盛放充气囊的设置在座位外侧的一盒体；图2是类似于图1所示的局部透视图，它示出了保护车内人员的已充气的气囊；图3表示气囊充气前的放大透视图，它示出了气囊中的中间主体部分的两端竖直布置的折翼如何向中间主体部分折叠，使气囊放入盒体中的情况；图3A是形成图1和图2中所示的充气囊的纤维织品打开时的放大的视图；图3B是形成图1和图2所示的气囊的图3A中所示的纤维织品水平相对部分几乎完全缝合时的放大的透视图；图4是类似于图3中所示的气囊的放大的透视图，其示出了气囊，并进一步示出气囊如何螺旋卷取，以便放入到盒体内部的情况；图5是沿图7的5-5线剖开的剖面图，它示出了盒体内部气囊和充气装置的放置情况，当车辆发生侧面碰撞时，启动充气装置，并向气囊充气；图6是部分剖开的侧视图，示出气囊充气后的充气装置和气囊，还表示盒体如何打开，以使气囊充气的情况；图6A是类似于图6的盒体的另一种结构的局部侧视图，示出盒体打开气囊充气的情况；图7是沿图4的7-7线剖开的局部剖面图，示出充气装置和气囊，并示意地示出了充气装置使产生的气体经过通道进入气囊向气囊充气时的情况；图8是充气装置和气囊的正剖面图，示出充气装置使产生的气体经过通道进入气囊向气囊充气前的情况；图9是端部折翼缩入气囊中而不是折到气囊主体上的气囊的透视图；
图9a表示图9所示气囊的下折翼向内缩并进入气囊主体两边部之间的底视图；图10是类似于图4的视图，其中气囊是呈Z字形折叠，而不是卷取；图11表示气囊充气和展开的初始阶段。
最佳实施例的描述在本发明一实施例中，通常以数字10(见图2-图4)表示的充气囊设置在通常以数字12表示的车辆中，以便在车辆发生碰撞时，对其进行充气。车辆包括方向盘14和在方向盘后部的座位16。图中所示的驾驶员坐在座位16上。支柱18安装在供乘员进出车辆12用的车门的框架(为清楚起见没有完全示出)的后部。如图所示安全带20沿驾驶员的胸部和衣襟下摆部延伸，以限制坐在座位16上的驾驶员的移动。方向盘14，座位16，支柱18，框架19(没有完全示出)以及安全带20是车辆中的传统设置。
图1所示的盒体22通过粘结剂23粘结到座位16靠近框架19的一侧。粘结剂23可以是在现有技术中使用的众所周知的任何合适材料。例如，粘结剂23可能是合适的环氧树脂胶。在车辆发生任何碰撞之前，盒体22是关闭的。如图6所示，盒体22有一活板24，当车辆12发生碰撞时，活板可绕盒体22的后端转动。在气囊未充气时，充气囊10放置在盒体22中。
在图6中，活板24的转动便于气囊10充气，并且随着气囊充气，气囊向盒体22的外部运动。另外，盒体22可绕前端27(见图6A)转动，以便随气囊充气，使气囊10向盒体的外部移动。应当认识到，盒体22除了用图6和图6A所示的方式打开外，还可用其它方式打开，便于气囊10充气。
还将认识到，上面讨论的是针对靠近方向盘14座位16上的驾驶员进行保护的布置。然而，从后面的讨论中还将看到，本发明的系统和方法也适合于保护车辆12内每个座位上的人员。在车内各座位的外侧安装一个相应的盒体22，并在每个盒体中相应放置一个充气囊10。每个盒体22均可具有精美的外观，并与车辆12的内部和外部相一致，而且盒体22可用座位装饰布包覆。
如图2，图3，图3A，图3B和图4所示，充气囊10包括一主体部分26和一对折翼28,30，它们从主体部分分别向上、向下整体展开。充气囊10可用一块合适的面料(如具有一定弹性的尼龙织品)制成(见图3A)。这块面料相对于水平轴35是对称的，而且相对于特定的竖轴33也是对称的。这块面料沿特定的竖轴折叠起来，从而形成了紧贴在一起的两层，而且这两层的形状相同(见图3B)。然后，沿周边上的针脚32将两层缝合在一起，以形成气囊10。
充气囊10还包括由气体部分26伸出的根部34。如图3所示，根部34的左端是打开的，以使气体流入气囊10中，向气囊充气。
充气囊10的根部34可沿主体的长度方向适当地连接到主体部分26上(见图3和图4)。然后上折翼28从图3中实线所示的位置向下折到主体部分26上(折叠位置与根部34的上端基本对应)。同样，下折翼30向上折到主体装置26上的与根部34的下端基本对应的位置。如图3所示，当折翼28和30折到主体装置26上时，它们彼此之间不重叠。
然后，如图4所示，气囊10螺旋卷取到竖轴上。气囊10沿图4中的箭头36卷成紧筒。当气囊10卷取完成时，将气囊放置于盒体22的内部，而活板24转到关闭位置。这样，在车辆正常行驶时，驾驶员和乘客都看不到气囊10。这是因为车内人员不愿意经常想起他们可能会撞车，并可能受重伤的情形。此外，将气囊10安置在盒体22内的设置以及盒体的精美外形对车辆12起到了装饰作用。
当车辆12发生碰撞时，气囊10充气。随着气囊10充气，气囊10从原来螺旋卷取状态展开。当气囊10从螺旋卷取状态展开时，它就迫使盒体22侧面的盒体活板24转到打开位置(如图6所示)，这样，气囊充气过程能够在盒体22的外部完成。当气囊10完全展开时，气囊的折翼28和30分别向上、向下伸开，从其折在主体部分26的位置伸展，以有效地增加充气囊10的垂直高度。这样，气囊10在保护座位(例如座位16)上的人员方面的有效性会提高。
如图2所示，当气囊10充气时，它就会占据座位外侧与框架19之间的空间。(在说明书和权利要求中所用的术语“外侧”是指座位和车辆12外壳之间的空间)。因此，气囊10在保护车内人员免受车辆12的侧面碰撞方面特别有效。这一点非常重要，尤其是对于用很薄的金属或塑料板制成的车辆外壳，气囊可通过减小碰撞时作用在车内人员身上的力来保护车内人员。
另外，气囊10也可象图9-图11那样折叠和放置。气囊折翼28，30均具有正反面28f,28b；30f,30b，且它们都是向内缩入气囊主体正反面26f和26b之间的气囊主体26中。图9表示折翼28和30。图9a是折翼30缩入气囊主体正反面26f,26b之间形成具有最高点P的折翼30袋的底视图。图9和图9a中所示的折翼30的最高点P进一步表明在气囊10充气前，折翼30位于气囊的内部。
如图10和图11所示，气囊10以Z字形折叠，气囊10分成垂直平面10a,10b等。通过这样折气囊10，可改善充气时的展开情况，因为在完全展开前的充气过程中，折翼28和30已开始从气囊主体26伸出(见图11)。而折翼折在气囊外侧并盖在气囊主体侧面的呈卷取状态的气囊，只有在气囊几乎完全展开时，折翼28,30才能伸开(见图4)。
气囊10在防止车内人员免受伤害时的有效性可认为至少与目前车辆里使用的充气囊或充气安全带(车辆正面碰撞时用于保护车内人员)的有效性同样重要。此外，当安全气囊10充气时最好是从几乎接近车辆底板(但最好不接触车辆底板)的位置延伸到靠近车内人员头部的位置。此情况如图2所示。
充气装置通常用图5-图8中的数字40表示，它沿根部缝合部分32的长度在垂直方向上延伸，以向气囊10充气。从以下的讨论将会看到，充气装置40的优点在于其几乎瞬时对气囊10充气。当车辆12发生侧面碰撞，气囊10用于保护车内人员时，这一点尤为重要，因为车辆12对车内人员只起到很小的保护作用。充气装置40几乎瞬时向气囊10充气，一部分是因为该装置沿气囊的长度方向同时向气囊10充气，一部分是因为其结构和操作上的优势，这一点将在下面进行详述。
充气装置40包括歧管42和位于歧管42内部的套管44。歧管42和套管44最好是由低导热率的金属材料或内表面涂有低导热率的材料制成的。歧管42和套管44具有一定厚度以经受住升高的气体压力。表面涂料可以是环氧树脂，玻璃纤维，尼龙或低导热率的许多其它合适材料，所有这些材料都是现有技术中使用的。
一种适当的气体，最好是在元素周期表中位于“惰性气体”族的气体，在3000～4000磅/英寸2的压力下，储存于套管44中。这种气体可以是氮气、氦气或氩气。它们限制了与易碎容器77内的烟火材料46颗粒或与烟火材料46颗粒的燃烧产生的任何副产物或最终产物的化学反应。容器77最好是用具有低导热率的薄壁材料制造。容器77的侧壁77s和端部77e为弧线形，且壁厚不一致，以使侧壁77s和端部77e几乎同时破裂，从而使正在燃烧的材料46的颗粒离开破裂的容器77时的运动更均匀。上述用于歧管42和套管44的特定成分也应当适用于易碎容器77。
最好将氩气作为套管44中的气体，因为氩气的导热率低。因此，由烟火材料46的颗粒燃烧产生的大部分热将被氩气分子吸收。此热量用于使套管12内的氩气分子的温度升高，并使套管内的气体随温度升高而膨胀。
易燃的或烟火材料46可以制成尺寸范围在约0.010英寸至约0.060英寸的尺寸较小的颗粒。这些颗粒的尺寸一般可以为直径约0.050英寸，厚度约0.20英寸，或实际尺寸约为16目的大致为球形或粒状颗粒。
烟火材料46可以由本申请的受让人指定的UPCO 302或UPCO 7019A的颗粒组成。烟火材料46的颗粒可以由不同大小的颗粒组成，以控制这种易燃材料的燃烧时间。当充气装置40使用大量烟火材料时，烟火材料46在部分燃烧情况下具有产生副产物的性能，或者在完全燃烧情况下具有产生最终产物的性能，因此它对环境是安全的，而且当充气装置40使用较少量烟火材料时也不会产生难闻的或有害的气味。“对环境安全”一词在此是指烟火材料46燃烧产生的副产物和最终产物不会伤害车内人员或损坏车辆及污染大气。
所指定的“UPCO 7019A”材料具有特别的优点，因为其在燃烧时产生的是对环境安全的产物。指定的“UPCO 302”材料的优点是其燃烧时产生的热量高于“UPCO 7019A”，但是缺点是其燃烧时会产生对环境不安全的产物，如一氧化碳。然而，为克服此缺点，可将足量的氧气充入套管44以使所有的一氧化碳氧化成二氧化碳。此外，可在套管44内添加一种氧化剂以使UPCO 302燃料产生的任何过量一氧化碳进行二次燃烧。
点火器56安装在连接件52的一个插口中，并通过通道48与容器77中的烟火材料46连通。适当点火器的结构在现有技术中已被人们了解。易破裂隔膜50将通道48与套管44分开(见图7)。连接件52具有螺纹，并通过这些螺纹与套管44和歧管42的相应螺纹啮合。可以将一个O形环54放置在套管44和歧管42之间以便为套管和歧管提供密封。
点火器可通过电子回路58发出的信号点火(见图8)。电子回路58的结构如本申请人和Larry LaClair的题目为“定时点火回路”的在1994年8月9日颁布的专利号为5,335,598的美国专利中所示和所描述的，并且该申请也转让给了同一受让人。电子回路58可由电池60提供电源。本申请引用了5,335,598号专利的说明书和附图，以备对这样的电子回路的结构和操作有疑问时查用。
电子回路58和电池60可以放置在外罩62中，外罩62最好是用适当的材料(如金属)制作，以提供电感屏蔽，从而防止电子回路因散射的电磁波而通电。外罩62与套管44有一定间隔从而形成端部导管63(见图8)。外罩62最好要薄，并且最好是用低导热率材料(如前述歧管42和套管44所用材料)制作。
卡子64紧靠外罩62的外周边放置，并且最好与套管44上的易碎隔膜66处于一条线上。卡子64的放置和构形使其能够在隔膜破裂时刺穿隔膜66。卡子64放置在端部导管63上方。这样当易碎隔膜66破裂时导管63不会被阻塞。将会认识到还可用其它方法，而不是采用易碎隔膜66将套管44与导管63隔开，并且当套管内气体膨胀时使套管与导管连通。例如，可以用偏置弹簧突开阀取代易碎隔膜66。
套管44、歧管42和外罩62彼此位置相互固定，通过具有螺纹的插入件68与套管44、歧管42和外罩62啮合而实现。O形环70放置在套管44和插入件68之间，以使套管与插入件密封。正如图5、图6和图8所示，套管44相对于歧管42是偏心的，从而使它的放置位置紧靠歧管的一侧，这样在歧管的另一侧就形成了一条较长的通道72。
如图6～图8所示，通道72基本上沿歧管42和套管44的全长延伸。沿歧管42长度方向上开有若干间隔分布的气孔74。气孔74将使通道72与充气囊10连通。如图6至图8所示，沿歧管长度方向分布的相邻气孔74之间的距离最好是随位置的降低而逐渐减小。由于环76的作用将气囊10的另一端夹在歧管42上。
当车辆12发生碰撞时，特别是发生侧面碰撞时，电子回路58产生一个发向点火器56的信号，使点火器点火。接着点火器将一股极热材料沿通道48快速输送以点燃容器77内的烟火材料46。点火器56燃烧所产生的热量几乎同时使易碎隔膜50打开或破裂并将烟火材料46点燃。容器77不再与套管44隔开，且容器77的压力与套管44的压力相同。
容器77的打开或破裂在极短时间内发生，例如约1毫秒。此后，由于烟火材料46的部分燃烧使其尺寸有所减小。容器77破裂后，烟火材料46的部分燃烧颗粒进入套管44，这些颗粒在此处继续燃烧。燃烧持续时间很短，例如约2～5毫秒。烟火材料46的颗粒尺寸和燃烧特性是依据能够在上述这样短的时间内完成燃烧选择的。
如图8所示，烟火材料46的颗粒沿离开通道48的方向运动，并且容器内的所有材料继续朝隔膜66运动，并且在向此方向运动过程中进行燃烧。这使得烟火材料46的颗粒在从破裂的容器77出来并沿套管44向隔膜66运动过程中尺寸减小。图8中进一步示出了烟火材料46的颗粒从容器77向隔膜66运动过程中尺寸逐渐减小的情况。
烟火材料46颗粒的成分及其在套管44内逐渐上升途中的燃烧提供了非常重要的优点。烟火材料46，特别是“UPCO 7019A”材料燃烧产生的副产物和最终产物不会对环境及车内人员产生伤害。在使用“UPCO 302”材料时，如果在套管44内充有氧气或燃料也会产生这样的效果。
此外，在套管44内的烟火材料46颗粒的燃烧所产生的热量可直接传递并加热套管44内的气体分子，而不与套管或其它吸热表面大面积接触。套管44和容器77与热气体接触的表面具有低的导热率，因此烟火材料46燃烧释放的热量仅仅被有效地用于使气体加热和膨胀。此外，由于容器77和套管44很薄，还由于充气装置40没有设置气体通过时会吸收大量热能的过滤器，因此容器77和套管44不会大量地吸收所产生的热能。
正如上文所述，套管44内的气体最好是氮气、氦气或氩气。它们限制了烟火材料46或这种烟火材料燃烧产生的副产物或最终产物与气体的化学反应。在这些惰性气体中，最好使用氩气，因为其导热率低且密度大。因此烟火材料46颗粒燃烧所产生的很大一部分热量被氩气分子吸收。此热量被用于提高套管44内氩气分子的温度。它使套管44内的氩气膨胀并提高了氩气作用于隔膜66的压力。
在烟火材料颗粒燃烧所产生的热量使套管44内气体的温度升至最高期间，容器77和套管44还可以共同配合。套管44和容器77的内表面层，至少与气体接触的表面是用导热率低的材料制作。这样的材料可以是陶瓷、橡胶覆层、聚乙稀覆层及类似材料。这些材料的导热率约为1～15K/W(M.K.)，与之比较当采用高导热率的材料(如钢或铝)制造套管44和容器12时，其导热率为50～200K/W(M.K.)。
套管44和容器77也不会吸收燃烧产生的大量热量，因为它们暴露在高温下的时间相对较短，大约为10毫秒或更短。与之相比，现有的具有这类功能的充气装置的升温时间约为30～60毫秒。在这样相对较长的时间内，热量会传递到这类充气装置的装置上。
当气体在套管44内充分膨胀时，隔膜66破裂，并且气体膨胀进入通道72。可以通过选择隔膜66的面积和通道72的截面积控制隔膜66打开或破裂的时间，以及控制通过通道进入充气囊10的气体流量。隔膜66的构造是使其能在约12000磅/英寸2压力下破裂。烟火材料46的特殊成分和此类材料不同颗粒的相对尺寸也可控制套管44内气体受到加热的时间。因此这种特殊成分还可控制气体流入充气囊10的时间。虽然说明书中只直接对充气囊10进行讨论，但将会了解到充气装置40还可用于其它类型的充气件，而并不仅仅局限于充气囊10。
套管44内气体的膨胀产生了使隔膜66破裂的力。当隔膜66破裂时，套管44内的气体流经端部导管63进入通道72。即使在隔膜66破裂后导管63仍保持开启状态，因为如果隔膜66与套管44脱离，卡子64会将该隔膜剌穿。
当气体流经通道72时，会穿过气孔74进入气囊10，从而给气囊充气。正如将会了解到的，气囊10会通过沿其整个长度方向排列的气孔74同时充气。这使气囊10的充气时间最短，同时在最短时间内沿气囊的全长对车内人员给予了保护。
通过沿气囊长度方向间隔分布且间距逐渐减小的气孔74可使气囊10沿其整个长度方向几乎以同一速率同时充气。由于气体流过间隔分布的气孔时的流量补偿了沿气囊10的方向通道72内气体压力的逐渐下降。
气囊10充气的过程中，气囊从图5和图4所示的螺旋卷取状态展开。随着气囊10从螺旋卷取状态展开，其纵向尺寸增加。这是沿车辆12长度方向的尺寸。当气囊10从其螺旋卷取状态完全展开时，其纵向尺寸从图5所示形式增加了许多。当其完全展开时，气囊10覆盖了座位上人员的全长。这点可从图2看出。这样，正如图2所示，车内人员的全身均受到保护，避免了碰撞造成的冲击。
当气囊10从其螺旋卷取状态完全展开时，气囊内的折翼28和30将从中间主体部分26处展开。这是为了使气囊10沿垂直方向延伸。气囊10借助这种方式使垂直高度增加。当气囊10在盒体22中时，其高度约16英寸。当气囊10完全充气后，由于折翼28和30从中间主体部分展开使其高度达到约26英寸。此高度足以保护坐着的车内人员的臀部至头部所在的位置。
气囊10的充气使其从侧面枢轴式展开从而提供了用于支撑车内人员头部的充气气垫，并通过此气垫限制了车内人员的头部运动。当车内人员的头部随其胸部向侧面移动而向侧面摆动时，如果这种运动没有得到如同本发明系统所给予的足够的限制，那么车内人员的头部可能会撞到车辆12的车窗或车门或车壳上。此外，车内人员的颈部有可能严重扭伤，因为现有的标准安全带较短或只在胸部提供有侧气囊，结果在碰撞时刻剧烈的颠簸将传递到车内人员的颈部。本发明的系统可以防止这样的伤害。将会了解到车内人员的胸部区域和臀部也会受到本发明的充气囊10的保护。当车内人员坐在后排座位上时，其颈部和头部也由本发明的充气囊10以上述方式进行保护以免移向车辆12的壳体侧面。
气囊10充气距碰撞发生时刻所用时间比现有系统的充气件(例如安全带)充气距碰撞发生时刻所用时间短了许多。其部分原因是充气装置40在很短时间(例如约2～5毫秒)内就使气体(例如氩气)流过通道72。气体流过通道72进入气囊10所用的时间也很短，例如约10～15毫秒。因此气囊10充气的全部时间也就是在车辆发生侧面碰撞时在人体(包括头部)与车辆12内壁之间出现保护性气垫所用的时间。
在容器48中烟火材料46的量很少并且气囊10的充气非常快，因此，充气囊的温度上升幅度降至最小。例如，安全带这样充气后，充气囊10的温度上升幅度可以小于20华氏度。这就防止了象现有技术的充气件在某些情况下出现的使车内人员烧伤的情况。
正如将了解到的，充气囊10的优点还在于它可以在车内改型而不需对车内的任何装置或配件进行调整。充气囊10可为坐在驾驶员座位上的人员、坐在前排座位上的其他人员和坐在后排座位上的人员提供保护。充气囊10可作为车内每个座位的组合配件，因为充气囊10可安置在盒体22中，且与充气装置40的组装关系如图5所示，还因为盒体22通过粘结剂23可以很容易地粘结到车内人员的座位侧面。
本发明系统的各分系统及装配方式也具有很突出的优点。例如，由于充气装置40的某些优点使容器77的打开(图1和图2)几乎与套管44内气体被加热同时进行。这些优点包括烟火材料46的化学成分，烟火材料颗粒的形成状态，烟火材料颗粒在容器44内的部分燃烧，以及这样的燃烧颗粒在进入相连的充有低导热率气体的套管44中所进行的继续燃烧。这些优点还包括充气装置40的装置数量非常少，并且不同的装置(包括容器77、套管44、歧管42和外罩62)均采用低导热率的薄壁结构。
此外，由于烟火材料46为粉末或颗粒状与现有技术的某些充气装置所用的较大颗粒(是本发明烟火材料颗粒尺寸的20倍)有明显的差别，因此，烟火材料燃烧时间明显短于现有技术所用时间。烟火材料46的快速燃烧，一部分原因是容器44内烟火材料的量较少，另一部分原因是与现有技术相比在燃烧期间所产生的压力比较高，约达12000磅/英寸2。本发明的充气装置40还使充气囊10具有非常均匀的操作特性，即使在车辆附近的外界温度发生很大变化的情况下也是如此。
本发明的系统和方法还具有优于现有技术的其它优点。例如，套管44设置在导管63和通道72的附近。这有助于使充气囊10充气用时最短。这还最大幅度地减小了充气装置的尺寸。由于充气装置40重量轻和占据的空间最小，也使充气装置中烟火材料46的用量最少。如前所述，烟火材料46最好为颗粒形式。烟火材料46燃烧产生的副产物和最终产物不需过滤，因而不需在充气装置中设置过滤器。
如上所述的系统和方法还具有其它重要的优点。它们包括充气装置40和充气囊10，这两个部分可装入盒体22内，而盒体22的紧凑尺寸使其可通过粘结剂23粘结到座位16的侧面。盒体22之所以具有紧凑尺寸，部分原因是充气带的螺旋卷取和折翼28和30折到中间主体部分26上。正是因为这些原因，可以通过盒体22改型，将其安装在目前已在道路上行驶车辆的所有座位的侧面。
此外，在盒体22中将折翼28和30的折到中间主体部分26上使盒体具有较小的尺寸。例如，如图1所示，盒体22的高度低于座位16的高度。
盒体22只具有一个限定高度，特别是如果该盒体是竖立在车辆12的底板处并且仅仅是沿座位16的高度方向放置。气囊10在充气时其高度可通过折翼28和30从中间主体部分26的相对两端释放而伸长。由于提供了折翼28和30，充气后的气囊10可对坐在座位上的车内人员的腿部至头部提供保护。
本发明的系统和方法还具有其它重要优点。例如，由歧管42和套管44确定的可具有较长长度的通道72。由于沿通道72的长度在歧管42上开设的气孔74，使流经通道72的气体可沿充气囊10的整个高度同时输入气囊。由于气孔74彼此间距沿通道的长度方向向下逐步减小，易于使充气囊10沿通道72的长度方向非常均匀地充气。
气囊10的特点是在约-65°F至175°F范围内不随外界温度的变化而发生明显的变化。其部分原因是充气装置40中的烟火材料40的颗粒的燃烧时间仅需约2～5毫秒。另外部分原因是通道72靠近套管44。这使得本发明的系统提供了更加一致的性能，并且与现有技术的系统相比大大提高了对车内人员的保护作用。
虽然参照特殊实施例对本发明进行了说明，然而对于本领域熟悉的人来说，本发明的主要原理可以应用于许多其它实施例。因此本发明只受附加的权利要求范围的限定。
权利要求
1．一种在车辆发生碰撞时保护车内人员的系统，包括充气时可限定车内人员位置的充气囊，盛放烟火材料的容器，盛放受热后可膨胀气体的套管，当车辆发生碰撞时使烟火材料开始燃烧的第一装置，罩在套管外并与套管一起形成一通道的歧管，沿歧管的长度方向设置在歧管中的第二装置，以使气体经过套管与歧管之间的通道流入充气囊。
2．如权利要求1所述的系统，其特征在于所述的第二装置包括在歧管上开设的气孔，从而使通道内的气体流过歧管上的这些气孔进入充气囊。
3．如权利要求1所述的系统，其特征在于还包括用于将充气囊夹在歧管上的装置。
4．如权利要求1所述的系统，其特征在于车辆内有一座位，充气囊相对座位放置，当气囊充气时保护车内人员免受车辆发生侧面碰撞造成的危害。
5．如权利要求1所述的系统，其特征在于烟火材料为颗粒状，还包括一容器，当燃烧材料的颗粒部分燃烧时该容器朝向套管打开，以便使部分燃烧的烟火材料颗粒进入套管，并且在套管内继续燃烧。
6．如权利要求5所述的系统，其特征在于车辆内有一座位，所述第二装置包括在歧管上开设的气孔，以使通道内的气体流过歧管上的这些气孔进入充气囊，所述系统还包括用于将充气囊夹在歧管上的装置，所述的充气囊相对上述座位放置，当气囊充气时保护车内人员免受车辆发生侧面碰撞造成的危害。
7．一种在车辆发生碰撞时保护车内人员的系统，包括存放燃烧材料颗粒的容器，盛放惰性气体的套管，当容器中的颗粒部分燃烧时，套管与容器相通，烟火材料颗粒燃烧产生的热量使气体膨胀，罩在套管外并与套管一起形成一通道的歧管，支撑在歧管上的充气囊，其与通道相通以接收来自套管并经过通道的膨胀气体。
8．如权利要求7所述的系统，其特征在于在歧管上沿通道长度方向间隔分布着气孔，这些气孔与充气囊内部相通，以使来自套管的气体流入充气囊。
9．如权利要求8所述的系统，其特征在于所述气孔在歧管上沿通道长度方向间隔分布且间距逐渐减小，通过这些气孔使气体沿通道长度方向基本均匀地充入充气囊。
10．如权利要求7所述的系统，其特征在于所述容器当烟火材料颗粒开始燃烧但在完全燃烧之前，朝向套管打开，以使烟火材料的颗粒在套管内完全燃烧。
11．如权利要求10所述的系统，其特征在于所述烟火材料的颗粒燃烧时产生对环境安全的副产物和最终产物，所述充入套管中的气体为惰性气体。
12．如权利要求7所述的系统，其特征在于还包括用于将充气囊夹在歧管上的装置。
13．如权利要求12所述的系统，其特征在于在歧管上设有沿通道长度方向间隔分布的气孔，这些气孔与充气囊内部相通，以使来自套管的气体流入充气囊，所述的气孔沿通道长度方向间隔分布且间距逐渐减小，使气体沿通道长度方向基本均匀地充入充气囊，所述容器当烟火材料颗粒开始燃烧但在完全燃烧之前朝向套管打开，以使烟火材料的颗粒在套管内完全燃烧，以及所述烟火材料的颗粒燃烧时产生对环境安全的副产物和最终产物。
14．一种在车辆发生碰撞时保护车内人员的系统，包括具有座位的车辆，支撑在座位侧面的盒体，其通常处于关闭状态并具有在车辆发生碰撞时易于打开的结构，具有中间部分和两端折翼的放置在盒体内的充气囊，当盒体打开时对气囊充气，在车辆发生碰撞时对充气囊充气的装置。
15．如权利要求14所述的系统，其特征在于所述充气囊以卷取状态放置在盒体中，该充气囊具有在车辆发生碰撞且盒体打开气囊充气时能够展开的结构。
16．如权利要求15所述的系统，其特征在于所述气囊两端部在气囊螺旋卷取之前被折向中间部分，该充气囊具有在车辆发生碰撞且盒体打开气囊充气时螺旋卷取部分展开后折叠部分展开的结构。
17．如权利要求14所述的系统，其特征在于所述盒体具有通常关闭的活板，当车辆发生碰撞时活板转向打开位置，气囊螺旋展开。
18．如权利要求14所述的系统，其特征在于所述充气囊的端部折翼缩入气囊的中间部分，并且带有折翼的气囊呈之字形折叠，当车辆发生碰撞盒体打开气囊充气时在盒体中的气囊展开。
19．如权利要求16所述的系统，其特征在于所述的盒体具有通常关闭的活板，当车辆发生碰撞时活板转向打开位置，气囊螺旋展开；充气囊沿盒体长度方向放置，并且充气装置也是沿着盒体长度方向放置，以便沿着盒体长度方向向气囊充气使气囊螺旋展开。
20．一种系统包括用于一容器的充气囊，将易燃材料颗粒存放在容器中的装置，一存放气体的套管，该气体为惰性气体且受热时具有膨胀性能，产生热量的点火器，放置在外罩中的电子装置，用于点燃点火器使容器内的易燃材料颗粒开始燃烧，从而使容器朝向套管打开，并使易燃材料的部分燃烧颗粒进入套管内，在其内完全燃烧，将燃烧产生的热量传递给套管内的气体，对套管内的气体热量传递响应以用热气体对充气囊充气的装置。
21．如权利要求20所述的系统，其特征在于其中电子装置放置在电感屏蔽中，以防止电子装置通过散射的电子信号通电。
22．如权利要求20所述的系统，其特征在于所述易燃材料的颗粒和容器具有这样的性能，即易燃材料颗粒可在容器中部分燃烧，在容器朝向套管打开后，使易燃材料该部分燃烧颗粒在套管内完全燃烧。
23．如权利要求20所述的在车辆发生碰撞时用于保护车内人员的系统，其特征在于所述车辆带有供乘员坐的座位，紧靠座位外侧放置一盒体，该盒体可打开和关闭，且通常以关闭状态放在车辆中，当车辆发生侧面碰撞时盒体打开，所述充气囊放在盒体中，当盒体打开将热量传递给套管内的气体时，该气囊被充气。
24．如权利要求23所述的系统，其特征在于所述电子装置放置在电感屏蔽中，以防止电子装置通过散射的电子信号通电，易燃材料的颗粒和容器具有这样的性能，即易燃材料颗粒可在容器中部分燃烧，并在容器朝向套管打开后，使易燃材料的该部分燃烧颗粒在套管内完全燃烧。
25．一种系统包括可被充气的第一装置；一盛放受热时可膨胀的气体的套管；与套管相连，用于盛放易燃材料颗粒的第二装置，易燃材料颗粒产生的热量使套管内的气体膨胀，罩在套管外的歧管，歧管与套管密封隔开并且当套管内的气体产生特定压力时，歧管与套管连通；一套管与歧管之间的通道，当套管与歧管连通时，套管内的气体流过该通道，以及所述的第一装置与通道相通，该装置由流过通道的气体充气。
26．如权利要求25所述的当车辆发生碰撞时保护车内人员的系统，其特征在于车内有一座位，所述第一装置设在车辆座位侧面，当第一装置充气时保护座位上的人员。
27．如权利要求25所述的系统，其特征在于具有点火功能的点火器，其与第二装置相连，当其点燃后将易燃材料点燃；当车辆发生碰撞时作用在车辆上的力使电子装置做出反应使点火器点燃。
28．如权利要求26所述的系统，其特征在于第一装置长度可加大，还设有将第一装置夹在歧管上的第三装置，歧管的结构是在膨胀气体流过通道时，使其沿第一装置的长度方向流入第一装置。
29．如权利要求25所述的系统，其特征在于所述气体为氩气。
30．如权利要求26所述的系统，其特征在于第一装置为具有长度加大的充气囊，还设有将充气囊夹到歧管上的第三装置，所述歧管的结构是在膨胀气体流过通道时，使其通入膨胀的充气囊。
31．如权利要求26所述的系统，其特征在于所述第二装置在燃烧材料颗粒完全燃烧之前朝向套管打开，以使部分燃烧的颗粒进入套管并在套管内完全燃烧。
32．一种系统包括歧管；放置在歧管内用于盛放可膨胀气体的套管；套管与歧管确定一通道，该通道用于使可膨胀气体通过歧管，用于使套管内的气体膨胀的第一装置，用于对套管内的气体膨胀做出反应的第二装置，该装置使气体流过通道，对气体流过通道做出反应的第三装置，该装置允许气体进入歧管。
33．如权利要求32所述的系统，其特征在于所述第一装置盛有易燃材料颗粒和电子装置，该装置用于使易燃材料颗粒开始燃烧，从而产生热量使套管内的气体膨胀。
34．如权利要求32所述的系统，其特征在于所述歧管具有沿通道长度方向以一定间隔排列的开口，膨胀气体通过开口流入第三装置。
35．如权利要求32所述的系统，其特征在于还包括将第三装置夹在歧管上的第四装置，所述第三装置为充气囊，在气囊充气之前被折叠起来，在充气期间气囊从折叠状态展开。
36．一种在车辆发生碰撞时保护车内人员的系统，包括充气囊，该气囊在未充气状态下沿其长度方向螺旋卷取，在车辆发生碰撞时对充气囊充气的第一装置，以及盛放气囊的处于关闭状态的盒体，当气囊开始充气时，盒体通过充气装置对气囊充气而打开，并在充气期间使气囊螺旋展开。
37．如权利要求36所述的系统，其特征在于所述充气囊具有带两端部的主体部分，至少一个折翼可从主体部分延伸出来，在充气囊沿其长度方向螺旋卷取之前的未充气状态下该折翼可折到主体部分上。
38．如权利要求36所述的系统，其特征在于车辆包括一个具有内外侧的座位，和供车内人员出入车辆的车门，所述的盒体紧靠座位外侧设置，所述的盒体开口面向车门，充全的气囊可朝紧靠座位外侧的方向释放，以便当车辆发生碰撞时保护车内人员免受伤害。
39．如权利要求36所述的系统，其特征在于所述第一装置沿着盒体高度方向设置，该第一装置相对于可充气的气囊放置，并沿车内人员高度方向向充气囊充气。
40．如权利要求37所述的系统，其特征在于所述第一装置沿着盒体高度方向设置，该第一装置相对于充气囊放置，并基本沿着盒体的整个高度同时向充气囊充气。
41．如权利要求37所述的系统，其特征在于所述第一装置在盒体中相对于充气囊放置，并基本沿着盒体的整个高度同时向充气囊充气，在充气时气囊被螺旋地打开，且折翼从主体部分展开，从而增加了对车内人员身体的保护部分。
42．一种在车辆发生碰撞时保护车内人员的方法，包括以下步骤向一套管提供气体，将套管放入歧管中，使套管与歧管之间形成通道，正常情况下将套管与歧管隔开，当车辆发生碰撞时，使套管内气体膨胀，从而打破套管与歧管之间的隔离状态，并使膨胀气体流过通道，将充气囊相对于通道放置，以使流过通道的膨胀气体向气囊充气。
43．如权利要求42所述的方法，还包括如下步骤在气囊充气之前，将充气囊置于关闭的盒体中，以及给所述盒体设置一开口，当盒体内的气囊开始充气时，使气囊膨胀出盒体。
44．如权利要求42所述的方法，还包括如下步骤在气囊充气之前，充气囊卷取成螺旋形状，将螺旋卷取的充气囊放在处于关闭状态且具有打开性能的盒体中，当盒体内的气囊开始充气时盒体打开，并使气囊膨胀出盒体，且在充气过程中气囊从螺旋状态展开。
45．如权利要求42所述的方法，还包括如下步骤在气囊充气之前，充气囊呈之字形折叠，折叠的充气囊放在处于关闭状态且具有打开性能的盒体中，以及当盒体内的气囊开始充气时将盒体打开，并使气囊膨胀出盒体，且在充气过程中气囊从折叠状态展开。
46．如权利要求42所述的方法，还包括如下步骤提供所述充气囊，其具有主体部分和至少一个从主体部分延伸出来的折翼，在气囊充气之前，将折翼缩入到主体部分中，在气囊充气之前，将主体部分折成折叠形状，折叠的气囊放在座位附近以便当车辆发生碰撞时对气囊充气，并在气囊充气过程中使气囊从折叠状态展开，当气囊从折叠状态展开时，折翼也从主体部分展开。
47．如权利要求46所述的方法，还包括如下步骤提供一充气装置以便在车辆发生碰撞时使气体膨胀，将充气装置和折叠的充气囊设置在盒体中，当气囊充气时盒体打开，将盒体附在车辆座位的侧面。
48．一种在车辆发生碰撞时保护车内人员的方法，包括以下步骤提供一充气囊，在气囊充气之前，充气囊折成折叠形状，折叠的充气囊放置通常处于关闭状态且具有打开性能的盒体中，设置一充气装置于盒体中，充气装置与充气囊的关系是，当车辆发生碰撞时充气装置向充气囊充气，并在充气囊开始充气时盒体打开，在气囊充气过程中，气囊从折叠状态展开，将盒体设在车辆内的座位旁以便当车辆发生碰撞时保护座位上的人员免受伤害。
49．如权利要求48所述的方法，还包括如下步骤提供所述的充气囊，其具有主体部分和至少一个从主体部分延伸出来的折翼，在气囊折成折叠状态且气囊放入盒体之前，将折翼缩入主体部分内，当气囊开始充气时，盒体打开并且盒体打开时气囊从折叠状态展开，同时折翼也从主体部分伸展出来。
50．如权利要求42所述的方法，还包括如下步骤提供所述的充气囊，其具有主体部分和至少一个从主体部分延伸出来的折翼，在气囊充气之前折翼折到主体部分上，在气囊充气之前将主体部分卷成螺旋状态，将螺旋卷取的充气囊放在座位附近，以便当车辆发生碰撞时对气囊充气，当气囊开始充气时气囊从螺旋状态展开同时折翼也从主体部分伸展出来。
51．如权利要求50所述的方法，还包括如下步骤提供一充气装置，在车辆发生碰撞时，充气装置使气体膨胀，该充气装置和螺旋卷取的充气囊放置在一盒体中，当气囊开始充气时，盒体打开，该盒体安装在车辆座位的侧面。
52．一种当车辆发生碰撞时保护车内人员的方法，提供一充气囊，在气囊充气之前，将该充气囊卷成螺旋形状，将螺旋卷取的充气囊放在一个通常处于关闭状态且具有打开性能的盒体中，将一充气装置放在所述盒体中，其与充气囊的关系是，当车辆发生碰撞时，充气装置向充气囊充气，在气囊开始充气时，盒体打开从而使气囊从螺旋状态展开，盒体放在车辆内的座位附近，以便当车辆发生碰撞时保护座位上的人员免受伤害。
53．如权利要求52所述的方法，还包括如下步骤提供所述的充气囊，其具有主体部分和至少一个从主体部分延伸出来的折翼，在气囊卷取成螺旋状态并放入盒体之前将折翼折到主体部分上，在气囊开始充气时，盒体打开，在盒体打开时，气囊从螺旋状态打开，同时折翼也从主体部分展开。
54．如权利要求52所述的方法，还包括如下步骤当车辆发生碰撞时，沿盒体的高度同时向气囊充气。
55．如权利要求53所述的方法，还包括如下步骤在车辆发生碰撞时，沿盒体的高度同时向气囊充气，在沿盒体整个高度的渐进的位置对气囊同时充气期间，使气囊均匀充气。
56．一种当车辆发生碰撞时保护车内人员的方法，还包括如下步骤将一气体盛在一套管中，将一种烟火材料的颗粒盛在容器中，该容器当其中的烟火材料的颗粒部分燃烧时，朝向套管打开，并使其在套管内继续燃烧，燃烧产生的热量使气体膨胀，将一岐管罩在所述套管上并与套管隔开，在套管与岐管之间确定一通道，当套管内的气体膨胀时，套管与岐管相通，以使膨胀的气体流过通道，将一充气囊相对岐管放置，以接收流过岐管的膨胀气体并由此对气囊充气。
57．如权利要求56所述的方法，还包括如下步骤沿通道的长度方向，使气囊与通道相通，以便沿通道渐进的位置同时向气囊充气。
58．如权利要求56所述的方法，还包括如下步骤沿通道的长度方向渐进的位置，使气囊与通道相通，以便沿通道方向以这样的渐进的位置同时并均匀向气囊充气。
59．如权利要求58所述的方法，还包括如下步骤所述气囊设置在处于关闭状态的盒体中，该盒体在气囊开始充气时打开，以便连续向气囊充气，将所述盒体附在车辆一座位的外侧。
全文摘要
气囊(10)放置在车辆座位外侧的盒体(22)中。气囊(10)夹在沿其长度方向延伸的歧管(42)上。盛放可膨胀气体的套管(44)放置在歧管(42)内,通过隔膜(66)使套管与歧管隔开。盛放烟火材料(46)颗粒的易碎容器(77)放入套管(44)内。烟火材料(46)的点燃使容器(77)在材料(46)完全燃烧之前破碎。部分燃烧的烟火材料在套管(44)内继续燃烧,并将热量传递给套管(44)内的气体,使气体膨胀。这就引起隔膜(66)破裂,由此使气体流入气囊(10)中。
文档编号B60R21/237GK1226211SQ97196732
公开日1999年8月18日 申请日期1997年6月3日 优先权日1996年6月3日
发明者D·J·勒维斯 申请人:环宇推进器公司