专利名称：用于机动车车架结构件的加强系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机动车安全装置，具体涉及一种在碰撞或快速减速时用于加强机动车车架的结构件的加强系统。
降低机动车重量以提供更好的燃油经济性和提高机动车强度以在撞车时为乘客提供更大的保护都是所希望的目标。然而这两个目标往往是冲突的，因而在机动车设计中往往在降低重量与提高强度之间采取折中的方案。最终目标是提供这样的机动车，它具有足够的强度以在撞车时为乘客提供适当的保护，并具有足够轻的重量以提供最大的燃油经济性。
一典型的机动车具有一车架，车架上安装有车身板件、发动机和悬挂件。车架同时支承机动车保险杠并在撞车时为机动车乘客提供保护。由车架提供的总体保护取决于组成车架的各个结构件的刚度和纵向抗弯强度。许多结构件特别是那些安装机动车保险杠的结构件大多为管件或具有一非圆中空横截面。而管件或非圆中空结构件的刚度和纵向抗弯强度一般取决于该结构件的壁厚。增加壁厚则提高结构件的强度但也增加了结构件的重量，而减少壁厚则降低结构件的强度但也减少了结构件的重量。
总之，机动车车架包括了机动车总重量的大部分，并包括了在撞车时机动车为乘客提供保护的大部分。因此，需要减少车架的管件或非圆中空结构件的重量而不显著降低结构件的刚度和纵向抗弯强度。并同时需要提高管件或非圆中空结构件的强度而不显著增加结构件的重量或侧壁厚度。
因此，本发明的一个目的在于提出一种满足上述一个或所有需要的加强系统。在本发明实施过程中提供一种在碰撞或快速减速时用于加强机动车车架结构件的加强系统。所述系统包括一用作一机动车车架零件的结构件，该结构件限定了一中空而基本上是气密的内部。所述系统还包括加压装置，用于在机动车快速减速或碰撞时将经加压的流体导入结构件内部以将所述结构件内部加压到一预定水平。
加压装置包括一充气器，用于通过起动充气器产生足够的充气将结构件的气密内部加压到预定水平；一用于使充气器开始工作的起始装置；被连接到或相对地设置于一触发装置，以在机动车快速减速或碰撞时触发所述起始装置。
充气器限定了至少一个用于释放充气气体的排气口。按照本发明的一个方案，一导管将充气器的至少一个排气口与一由所述结构件限定的开口连接，以使至少一个气体排出口与所述结构件的气密内部连通。按照本发明的另一个方案，充气器被装设在靠近一由所述结构件限定的开口或装设在开口内，因此至少一个气体排出口通过所述开口与所述结构件的气密内部连通。
对一伸长的结构件的中空且基本上气密的内部加压提高了结构件的刚度和轴向或纵向抗弯强度。因此，本发明可提供一种能提高机动车车架结构件的轴向或纵向抗弯强度而不显著增加结构件重量的系统。或者说，本发明可使结构件的重量减少而不显著地降低轴向或纵向抗弯强度。
通过以下描述并结合附图将更清楚地了解本发明进一步的目的、特点、优点和方案。
附图简单说明
图1为一典型机动车车架的分解图；图2为按照本发明在碰撞或快速减速时用于加强一机动车车架的一结构件的加强系统的一局部剖面侧视图；图3为按照本发明在碰撞或快速减速时用于加强一机动车车架的一结构件的另一加强系统的一局部剖面侧视图；图4为按照本发明在碰撞或快速减速时用于加强一机动车车架的一结构件的又一加强系统的一局部剖面侧视图；图5为按照本发明在碰撞或快速减速时用于加强一机动车架的结构件的再一加强系统的一局部剖面侧视图；各附图中对相同元件采用相同的标号。
如
图1所示，一典型的机动车90，在本案中为一汽车，具有一车架92，该车架上安装有车体板件94、发动机和悬挂件(未图示)。车架92同时支承机动车保险杠96并在撞车时为机动车乘客提供保护。由车架92提供的总体保护取决于组成车架的各个结构件98的刚度和纵向抗弯强度。
参照图2，本发明提出一种在碰撞或快速减速时用于加强一机动车机架结构件的加强系统10。所述加强系统10包括一用作一机动车车架零件的结构件12。结构件12用于支承这样一些机动车元件例如车辆保险杠，并包括一具有一打开端16和一闭合端18的伸长的管状侧壁14。如图所示，结构件12的闭合端18通过一端壁19加以闭合，但可以通过另外的方式如使侧壁14卷曲加以闭合。侧壁14和端壁19部分地限定了结构件12的一中空、大体上气密的内部20，而打开端16则限定了与结构件的气密内部连通的开口22。
系统10还包括用于在机动车快速减速或碰撞时将结构件12的气密内部20加压到一预定水平的加压装置。加压装置包括一充气器24，该充气器与一通常位于机动车乘客室内的安全气囊组件的一气囊充气器相似。充气器24具有一穿过结构件12的开口22延伸的圆筒形充气器外壳26并被容置在气密内部中。圆筒形充气器外壳26最好由管状侧壁14紧密地容置。凸缘29从充气器外壳26的第一端28径向朝外延伸并以大体上气密的方式与侧壁14的打开端16对接。通过在凸缘29与侧壁14的打开端16之间的适当措施如焊缝30将充气器24固定到结构件12上。一扩散器32从充气器外壳26的第二端33延伸并限定了多个排气口34。
充气器24系用于在它被启动后提供足够的充气气体以将结构件12的气密内部20加压到预定的水平。要指出的是，充气器24可以是任何种类的用于提供充气气体适当的充气器。例如，充气器24可从以下能源的一个或多个提供充气的气体燃烧固体烟火材料，燃烧流体燃料/氧化剂，释放储存气体，或单一组分的燃料的反应。用于使充气器24开始工作的起始装置36被连接到该充气器上，而用于触发起始装置的触发装置39则被连接到或装设在该起始装置上。
起始装置36和触发装置39可以包括许多不同的元件和元件组合。例如，起始装置36可包括一被连接到触发装置39的电气引燃装置，该触发装置包括一遥控电子碰撞或快速减速传感器。或者，起始装置36可包括一被连接到触发装置39的烟火传输线，该触发装置包括一用于烟火传输线点火的遥控电子碰撞或快速减速传感器。美国专利第4706990号中示出并描述了遥控电子碰撞或快速减速传感器的一个例子。此外，起始装置36可包括一被连接到触发装置39的光纤线，该触发装置包括一具有一激光源的遥控电气碰撞或快速减速传感器。美国专利第5406889号中示出并描述了具有一激光源的触发装置的一个例子。
通常，在机动车撞车或快速减速时，触发装置39即触发使充气器24启动的起始装置36。启动一词意味着起始装置开始一在充气器24内导致产生和释放充气气体的过程。充气气体经充气器24的排气口34被释放到结构件12的气密内部20中以使结构件快速加压，从而提高了结构件的侧壁14的轴向或纵向抗弯强度。因此，本发明提高了机动车车架的结构件20的轴向或纵向抗弯强度而没有显著增加结构件的重量，或反过来说，可减少结构件端壁14的厚度以降低重量而并不显著降低侧壁的纵向抗弯强度。
本发明可以有许多实施例，注意到这点是很重要的。例如，通常的长形结构件并不一定为管状而是可以具有一非圆的横截面，只要该结构件具有一基本上气密的内部就可以。基本上气密意味着结构件可具有各种小孔或其他开口，只要这些开口不会使大部分由充气器产生的充气气体在充气器使结构件加压所所需约10至100毫秒内排出结构件就可以。同样，如上所述，不同类型的充气器，不同的起始装置，不同的触发装置均可采用。
图3和4示出本发明的另外两个实施例。图3表示按照本发明在碰撞或快速减速时用于加强机动车车架结构件的加强系统40，它包括一结构件42、一充气器44以及一保险杠支柱46。结构件42用作机动车车架零件并具有一长形的管状侧壁48，该侧壁具有一打开端50和一通过一端壁53关闭的闭合端52。侧壁48和端壁53部分限定了结构件42的一中空且基本上气密的内部54，而打开端50则形成了一从侧壁48向外径向延伸的台肩或凸肩56。台肩56限定了结构件42的一开口57。一管状套筒58从台肩56在离开侧壁48的方向上延伸并与侧壁48轴向对准并到达打开的套筒端60。
加压装置包括具有一圆筒形充气器外壳62的充气器44，充气器外壳穿过结构件42的开口57并被容置在气密内部54中。最好通过在充气器外壳与侧壁之间的一紧配合将充气器外壳62固定在结构件42内，但也可通过其他适当手段如焊接或卷曲加以固定。凸缘65从充气器外壳62的第一端64径向朝外延伸并以基本上气密的方式与侧壁48的凸肩56对接。一扩散器66从气泵外壳62的第二端67延伸并限定了多个排气口68，而第二端和扩散器则被设置在结构件42的气密内部54中。
如图所示，充气器44包含一合适的烟火固体燃料气体产生剂70，但也可以包含其他充气源如气体产生剂与压缩空气的组合。充气器44包含充足的气体产生剂70以产生一定量的充气气体以便将结构件42的气密内部54加压到一预定水平。在气体产生剂70与扩散器66之间装设有一气体冷却和过滤组件72。起始装置包括一穿过一在充气器外壳62的第一端64中的开孔75延伸的可压下的起始器柱塞74。起始器柱塞74具有与击发式点火器78轴向对准的致密金属点火销76，击发式点火器置于一被设置来使气体产生剂70点火的适当的底火点火材料80上。
触发装置包括保险杠支柱46，该支柱为圆柱形，但也可以为其他形状，它具有一装在保险杠支架84上的第一端82，该支架可连接到一车辆保险杠(未示)。保险杠支柱46的第二端86穿过结构件42的套筒开口端60并被容置在该结构件的管状套筒58内。保险杠支柱46的外径与套筒58的内径大致相同，以在套筒与保险杠支柱之间形成一紧配合的阻力装置防止保险杠支柱在套筒内滑动，除非在保险杠支柱的第一端82上施加一达到阈值的力。通常，机动车保险杠被设计得能承受例如接近5mph的碰撞速度，然后压扁到车辆车架中去。保险杠支柱46与套筒58为紧密滑动关系，故保险杠支柱不能在套筒内滑动，除非在该保险杠支柱的第一端82上施加一等于或大于机动车保险杠以至少5mph的速度撞击一物体所产生的力的阈值力。或者，阻力装置可由在保险杠支柱46与套筒58之间的弱的焊点或围绕保险杠支柱的套筒内的卷曲组成。
在引起一阈值量的力施加到保险杠上的撞车期间，保险杠迫使保险杠支柱46进入结构件42的套筒58，直至保险杠支柱的第二端86将充气器44的起始器柱塞74压下。当起始器柱塞74被压下并进入充气器44时，点火销76撞击并引发击发式点火器78，该击发式点火器使底火点火器80点火，而该底火点火器又转而使气体产生剂70点火。被点火的气体产生剂70迅速产生充气气体，该充气气体在通过多个气体排出口68排出扩散器66前经气体冷却和过滤组件72的冷却和过滤后对结构件42的内部54加压。在压下柱塞74时，保险杠支柱46被与结构件凸肩对接的充气器凸缘65阻止进一步移动到结构件42中。充气器凸缘65防止了充气器44和保险杠支柱46被进一步推入结构件42，除非保险杠上施加有一由高速碰撞引起的非常大的力。
图4表示按照本发明的在碰撞或快速减速时用于加强机动车一结构件的另一加强系统140，它包括一结构件142、一充气器144和一机械减速传感器146。结构件142具有一长形的管状侧壁148，该侧壁具有一开口端150和一通过一端壁153关闭的关闭端152。侧壁148和端壁153部分限定了结构件42的一中空并大体上为气密的内部154，而打口端150则限定了结构件的开口156。
加压装置包括充气器144，该充气器具有一穿过结构件142的开口157的圆筒形充气器外壳162，并被容置在气密内部154中。圆筒形充气器外壳162最好被管状侧壁148紧密地容置。机械减速传感器146从充气器外壳162的第一端164向外径向延伸并以一大体气密方式与侧壁148的开口端150对接。一扩散器166从充气器外壳162的第二端167延伸并限定多个气体排出口168，而第二端和扩散器则被装设置在结构件142的气密内部154中。
充气器144用于提供足够的充气气体以在充气器开始工作后对结构件142的气密内部154加压到预定水平。如图所示，充气器144与图3的充气器44相似并包含一适当的烟火式固体燃料气体产生剂170，但也可包含其他充气气体产生手段。起始装置包括装在一适当的底火点火材料184上的击发式点火器172以用来使充气器开始工作，更具体地说使产生气体的气体产生剂170点火。
触发装置包括机械减速传感器146，该传感器包括一带有一与击发式点火器172轴向对准的致密金属点火销178的惯性质量176。惯性质量176被连接到一薄的中心隆起凹形钢片180，该钢片的作用是对惯性质量进行抑制直至减速水平达到足以产生使钢片弯曲的惯性力为止。这时，惯性质量176被朝充气器144推进，从而使点火销178撞击并使击发式点火器172点火。钢片180和惯性质量176被容置在一传感器外壳182中，该传感器外壳被通过适当手段如焊接被固定到充气器外壳162的第一端164上。美国专利第4706990号中示出并描述了一种相似的机械减速传感器。
在由撞车引起的快速减速过程中，点火销178撞击并使击发式点火器172触发，并依次使底火点火器174和气体产生剂170点火。被点火的气体产生剂170迅速产生充气气体，该充气气体穿过多个气体排出口168排出扩散器166以对结构件142的气密内部154加压。
图5所示为按照本发明的另一在碰撞颧快速减速时用于加强机动车车架结构件的加强系统110。加强系统110包括一用作一机动车车架零件的结构件112。该结构件限定了一中空而基本上气密的内部114以及一与该气密内部相连的开口116。加压装置包括一用于将已加压流体或充气气体引入结构件112的气密内部114的遥控充气器118，以在机动车快速减速或撞车时将结构件内部加压到一预定水平。充气器118从以下一个或几个来源提供充气燃烧烟火式固体燃料，燃烧流体燃料/氧化剂，释放储存气体或单一组份的燃烧的反应。
充气器118限定多个气体排出口120，一第一导管122把多个气体排出口与由结构件112限定的开口116相连，故多个气体排出口与结构件的气密内部114相连。如图所示，一第二导管124把多个气体排出口120与一乘客舱安全气囊组件126的安全气囊减震垫128相连。充气器118提供足够的充气气体以使结构件112的气密内部114加压到预定水平并同时对安全气囊减震垫128充气。安全气囊组件对于熟悉本领域的人员来说系公知技术，故不再详述。
用于启动充气器118工作的起始装置130连接到触发装置134用于在机动车快速减速或撞车时触以起始装置。如上所述，起始装置130和触发装置134可包括许多不同元件和这些元件的组合。例如，起始装置130可包括一被连接到触发装置134的电气引燃装置，该触发装置包括一遥控电子碰撞或快速减速传感器。另一办法是起始装置130可包括一从充气器延伸的可压下的起始器柱塞，而触发装置134则可包括一与起始器柱塞轴向对准的保险杠支柱，并采用阻力装置以防止保险杠支柱压下起始器柱塞、直至在保险杠支柱上施加一阈值力为止。此外，并还可有许多其他变型。
另一种方法是可将充气器118设置在安全气囊组件126中并通过第一导管122连接到结构件112上，或可将充气器直接装到结构件上并通过第二导管124连接到安全气囊组件。如图所示，安全气囊组件126系一被容置在方向盘136中的司机侧安全气囊组件，但也可是一乘客侧安全气囊组件或一侧向冲击安全气囊组件。此外，充气器118可被连接到一个以上的结构件上和一个以上的安全气囊充气器上。并且还可有许多其他变型。
经计算，将结构件内部加压到约200-300psi可将结构件的刚度和纵向抗弯强度提高约20-30％。由充气器提供的附加强度能提高结构件的轴向或纵向抗弯强度而不显著增加结构件的重量；或通过减少结构件的侧壁厚度减少结构件的重量而不显著降低结构件的轴向或纵向抗弯强度。
由于配合具体操作要求和环境而变化的其他要求和环境对熟悉本领域的人员将是显而易见的，本发明不能被认为限于为说明目的而选择的例子，而应包括如以下的权利要求所阐述的所有不脱离本发明精神实质和范围的变化和变型。
权利要求1.一种在碰撞或快速减速时用于加强机动车车架结构件的加强系统，包括一用作一机动车车架零件的结构件，该结构件限定了一中空而基本上是气密的内部；以及一加压装置，用于在机动车快速减速或碰撞时将压力流体导入结构件的气密内部以将所述结构件的气密内部加压到一预定水平。
2.如权利要求1所述的加强系统，其特征在于，加压装置包括一与结构件气密内部连通的充气器，用以在该充气器被起动后，以充气形式提供经加压的流体；用于启动充气器工作的起始装置；被连接到所述起始装置或相对于该装置而设置的触发装置，用以在机动车快速减速或碰撞时触发起始装置。
3.如权利要求2所述的加强系统，其特征在于，所述结构件限定一与气密内部连通的开口；所述充气器限定至少一个用于释放所述充气的排气口；以及一导管将充气器的至少一个排气口与一由所述结构件限定的开口连接，以使至少一个排气口与结构件的气密内部相连，在充气器与结构件的气密内部之间建立流体连通。
4.如权利要求3所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一从充气器外壳的第一端延伸的电气引燃装置；所述触发装置包括一与所述引燃装置连接的遥控电子碰撞或快速减速传感器。
5.如权利要求3所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一通过一光纤线连接到所述充气器的激光源；所述触发装置包括一用于触发所述激光源的遥控碰撞或快速减速传感器。
6.如权利要求3所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一连接到所述充气器的烟火传输线；所述触发装置包括一用于使所述烟火传输线点火的遥控机械式碰撞或快速减速传感器。
7.如权利要求3所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一装设在一用于启动充气器工作的底火点火材料上的击发式点火器；所述触发装置包括一具有一带有一与所述击发式点火器轴向对准的点火销的惯性质量的机械式减速传感器，所述机械式减速传感器抑制所述惯性质量将所述点火销推向击发式点火器，直至达到一预定的减速水平为止。
8.如权利要求3所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一从所述充气器延伸的可压下的起始器柱塞，用于在被压入充气器时使充气器开始工作；所述触发装置包括一具有一可连接到一保险杠的第一端和一与所述起始器柱塞轴向对准的第二端的保险杠支柱；以及防止所述保险杠支柱将所述起始器柱塞压入充气器直至在所述保险杠支柱的第一端上施加一阈值力为止的阻力装置。
9.如权利要求3所述的加强系统，其特征在于，所述充气器从至少一个以下来源提供充气烟火固体燃料的燃烧，流体燃料/氧化剂的燃烧，储存气体的释放或一单一组份的燃料的反应。
10.如权利要求2所述的加强系统，其特征在于，所述结构件限定了一与气密内部连通的开口；所述充气器限定了至少一个用于释放充气的排气口，所述充气器被设置在所述结构件上形成的开口附近或开口之中，以使至少一个排气口通过开口与结构件的气密内部之间互相连通，建立充气器与结构件的气密内部之间的流体连通。
11.如权利要求10所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一从充气器外壳的第一端延伸的电气引燃装置；所述触发装置包括一被连接到所述引燃装置上的遥控电子碰撞或快速减速传感器。
12.如权利要求10所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一通过一光纤线连接到所述充气器的激光源；所述触发装置包括一用于触发所述激光源的遥控碰撞或快速减速传感器。
13.如权利要求10所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一被连接到所述充气器上的烟火传输线；所述触发装置包括一用于使所述烟火传输线点火的遥控机械式碰撞或快速减速传感器。
14.如权利要求10所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一装置在一充气器开始工作的底火点火材料上的击发式点火器；所述触发装置包括一具有一带有一与所述击发式点火器轴向对准的点火销的惯性质量的机械式减速传感器，所述机械式减速传感器抑制所述惯性质量将所述点火销推向击发式点火器，直至达到一预定的减速水平为止。
15.如权利要求10所述的加强系统，其特征在于，所述起始装置包括一从所述充气器延伸的、可压下的起始器柱塞，用于在被压入充气器时使充气器开始工作；所述触发装置包括一具有一可连接到一保险杠的第一端和一与所述起始器柱塞轴向对准的第二端的保险杠支柱；以及防止所述保险杠支柱将所述起始器柱塞压入充气器直至在所述保险杠支柱的第一端上施加一阈值力为止的阻力装置。
16.如权利要求15所述的加强系统，其特征在于，所述结构件包括一具有一关闭端和一打开端的长的侧壁，所述侧壁和关闭端部分限定了所述结构件的所述中空并基本上气密的内部，所述侧壁的打开端形成一从所述侧壁向外径向延伸的凸肩，所述凸肩限定了所述结构件的所述开口，一从所述凸肩离开侧壁地延伸并与所述侧壁轴向对准的套筒，所述套筒具有一开口的套筒端；所述充气器包括一穿过所述开口延伸到所述结构件的气密内部中的充气器外壳，一具有一从充气器外壳横向地向外延伸的凸缘的所述充气器外壳的第一端，所述凸缘以基本上以气密的方式与所述结构件的所述凸肩对接，以及一位于所述结构件的气密内部中的所述充气器外壳的第二端，所述第二端限定了所述充气器的至少一个排气口；所述可压下的起始器柱塞从所述充气器外壳的第一端向打开的套筒端延伸；所述保险杠支柱被可滑动地容置在所述结构件的套筒内，所述保险杠支柱的第一端通过所述打开的套筒端延伸到套筒外，位于套筒内的所述保险杠支柱的第二端与所述可压下的起始器柱塞轴向对准；所述阻力装置包括一在所述保险杠支柱与所述结构件的套筒之间的紧配合。
17.如权利要求10所述的加强系统，其特征在于，所述充气器从至少一个以下来源提供充气烟火固体燃料的燃烧，一流体燃料/氧化剂的燃烧，一储存气体的释放或一单一组份的燃料的反应。
18.一种在碰撞或快速减速时用于加强机动车车架的一结构件的加强系统，包括至少一个用作一机动车车架的一零件的一结构件，所述结构件包括一中空且基本上气密的内部；至少一个具有一可充气的安全气囊减震垫的气囊组件；安全用于将加压流体引入所述至少一个结构件的气密内部以使所述结构件的气密内部加压到一预定水平并同时将加压流体引入所述至少一个可充气安全气囊组件的可充气安全气囊减震垫以在机动车快速减速或撞车时对所述可充气安全气囊减震垫充气。
19.如权利要求18所述的加强系统，其特征在于，所述加压装置包括一与至少一个结构件的气密内部和至少一个安全气囊组件的可充气安全气囊减震垫流体连通以在充气器起始后以充气的形式提供加压流体的充气器；用于启动所述充气器开始工作的起始装置；以及被连接到所述起始装置或相对于所述起始装置设置、以在所述机动车撞车或快速减速时触发所述起始装置的触发装置。
20.如权利要求19所述的加强系统，其特征在于，所述至少一个结构件限定一与所述气密内部连通的开口；所述充气器限定了至少一个用于释放所述充气的排气口；一导管把所述充气器的至少一个排气口与由所述至少一个结构件限定的开口相连接，从而使至少一个排气口与至少一个结构件相连通，在充气器和至少一个结构件的气密内部之间建立流体连通；以及一导管把所述充气器的至少一个排气口与由所述至少一个安全气囊组件的可充气安全气囊垫相连接，从而使至少一个排气口与所述至少一个安全气囊组件的可充气安全气囊垫相连通，在充气器与至少一个安全气囊组件的安全气囊之间建立流体连通。
专利摘要一种在碰撞或快速减速时用于加强机动车车架结构件的加强系统。该系统包括一限定一中空并基本上气密内部的结构件、一用于对结构件内部加压以在机动车撞车或快速减速时提高刚度及轴向或纵向抗弯强度的充气器。该充气器可由不同能源包括燃烧固体烟火气体发生剂或释放储存气体以产生用于使结构件加压的充气气体。除对结构件加压外,该充气器也可用来对一安全气囊组件的一安全气囊垫充气。
文档编号B60R19/26GK2298978SQ9720421
公开日1998年12月2日 申请日期1997年2月5日 优先权日1996年2月9日
发明者B·W·史密斯 申请人:莫顿国际股份有限公司