专利名称：用于车辆的乘员保护系统及保护自动车辆的乘员的方法
技术领域：
本发明涉及一种在自动车辆中使用的用于乘员保护的充气式安全气囊，更具体地讲，涉及一种在车辆的乘客侧从相对低的位置向上展开的膝部安全气囊。
背景技术：
目前，大多数自动乘用车辆都包括作为乘员保护系统的一部分的至少一个充气式安全气囊。提出的一些乘员保护系统将上身安全气囊与膝部安全气囊结合。上身安全气囊以相对高的位置安装到就座的乘员前方的仪表板(IP)，并向后展开或充气以与乘员的胸部或上躯干区域接触。膝部安全气囊安装到仪表板上的下部位置，并充气或展开以与乘员的膝部和/或胫部区域接触。膝部安全气囊公认的好处包括提供对膝部/小腿部与仪表板的下部之间的任何冲击的缓冲，以及防止下潜(即，就座的乘员的臀部向前运动到腰部约束带(lap restraint belt)和/或胸部约束带之下)。 这样的膝部安全气囊系统的示例包括第2004/0124617A1号美国专利申请、第2007/0267852A1号美国专利申请以及第6，712，384号美国专利。第6，712，384号美国专利教导了上身安全气囊和膝部安全气囊可被组合使用，以及膝部安全气囊的膨胀比上身安全气囊的膨胀结束得早会是有利的。
发明内容
根据在此公开的本发明的实施例，一种用于车辆的乘员保护系统包括膝部安全气囊，所述膝部安全气囊安装在仪表板的下部并具备展开条件，在所述展开条件下，所述膝部安全气囊向后并向上延伸以放置安全气囊的与仪表板接触的作用表面。所述安全气囊包括左凸部、右凸部以及设置在左凸部和右凸部之间并接合到左凸部和右凸部的中央部。在每个凸部中形成有至少一个通气口，所述至少一个通气口位于所述作用表面上，以在碰撞事件期间当由乘员抵住凸部施加到安全气囊的前向力低于阈值水平时，允许充气气体从安全气囊逸出。当乘员力达到或超过阈值水平时，通气口强烈地压抵仪表板，从而充分阻止充气气体逸出。在本发明公开的一个实施例中，选择所述阈值水平，使得站在期望的乘客座位前方的儿童乘员被期望施加小于所述阈值水平的前向乘员力。充气气体的通气防止安全气囊强制充气，从而降低伤害乘员的可能性。在本发明公开的另一实施例中，选择所述阈值水平，使得坐在期望的乘客座位中并受安全带正确约束的成人乘员被期望施加小于所述阈值水平的前向乘员力。在本发明公开的另一实施例中，一种用于车辆的乘员保护系统包括膝部安全气囊，所述膝部安全气囊安装在仪表板的下部并具备展开条件，在所述展开条件下，所述膝部安全气囊紧邻着仪表板向后并向上延伸。所述膝部安全气囊包括左凸部、右凸部以及设置在左凸部和右凸部之间并接合到左凸部和右凸部的中央部。在每个凸部的面对仪表板的表面中形成有至少一个通气口，所述至少一个通气口形成在这样的位置，该位置使得当向前压抵凸部的乘员力达到阈值水平时，通气口强烈地压抵仪表板并被充分地阻挡。在本发明公开的另一实施例中，一种保护在自动车辆中位于期望的乘客座位前方的乘员(不在正确位置的乘员)的方法包括下述步骤使存放在仪表板下部的膝部安全气囊充气，以使膝部安全气囊在仪表板和乘员之间向上展开。所述膝部安全气囊具有左凸部、右凸部、设置在左凸部和右凸部之间并接合到左凸部和右凸部的中央部以及形成在每个凸部的面对仪表板的表面中的至少一个通气口。在碰撞事件期间由乘员施加的向前压抵膝部安全气囊的乘员力低于通过使通气口强烈地压抵仪表板而充分阻止充气气体逸出所需的阈值水平。
现在，将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中图I是配备有上身安全气囊系统和膝部安全气囊系统的车辆乘客室的示意图；·
图2是相对于就座的乘员处于充气状态的上身安全气囊和膝部安全气囊的示意图；图3A是在膝部安全气囊处于通气状态的情况下沿着图2的3-3线截取的剖视图；图3B是在膝部安全气囊处于非通气状态的情况下沿着图2的33线截取的剖视图；图4是在上身安全气囊和膝部安全气囊处于展开的早期阶段的情况下不在正确位置的乘员的示意图；图5是图4的乘员和膝部安全气囊的俯视截面图。
具体实施例方式根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种及替代的形式实施。附图未必按比例绘制；一些特征可能会被夸大或最小化，以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能上的细节不应该被解释为限制，而仅仅被解释为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基准。图I以示意形式示出了自动车辆10的乘客室，示出了前排座位的乘客(即，非驾驶员)侧。座椅12以传统已知的构造布置在仪表盘或仪表板(IP) 14的后方。示出乘员16在座椅12中处于正常坐姿。座椅12限定期望的座位，并且当乘员16正确地坐在座椅12中时，乘员16被称为在正确位置的乘员。上身安全气囊模块18设置在IP 14中、设置在IP 14上或者以其他方式与IP 14集成，并且上身安全气囊模块18位于IP的上部，使得安全气囊可朝着就座的乘员16向上和/或向后充气。上身安全气囊模块18被示意性地示出为包括胸部安全气囊20，如乘员约束领域所周知的，胸部安全气囊20以折叠、卷拢或以其他方式被压紧的条件存放。充气机22被示出为位于IP 14内，距离上身安全气囊模块18很近，并通过充气管24与安全气囊连接。可选地，充气机可被定位成紧邻着上身安全气囊模块18，并可将充气气体更加直接地排放到安全气囊20中。膝部安全气囊模块26位于IP 14的下部中、位于IP 14的下部上或者以其他方式与IP 14的下部集成，膝部安全气囊模块26靠近座椅12前方的脚部空间区域28。如乘员约束领域所周知的，充气式膝部安全气囊30以折叠、卷拢或以其他方式被压紧的条件存放在膝部安全气囊模块26中。给胸部安全气囊20供应充气气体的同一充气机22可将充气气体供应给膝部安全气囊30，或者可提供单独的充气机(未示出)，以将充气气体供应给膝部安全气囊模块26。胸部安全气囊20和膝部安全气囊30可由柔性的无孔材料(诸如，尼龙)制成。如车辆安全领域所周知的，胸部安全气囊20和膝部安全气囊30是乘员保护系统的一部分，乘员保护系统包括约束控制模块(RCM)(未不出)以及一个或多个碰撞传感器和/或乘员传感器(未示出)。取决于乘员保护系统的性能和程序设计连同触发安全气囊展开的减速或碰撞的性质(严重程度、方向、持续时间等)，可命令胸部安全气囊20和膝部安全气囊30同时展开或依次展开，胸部安全气囊20和膝部安全气囊30的展开时机意在实现最佳的乘员安全性。
除了当成人乘员16在座椅12中正确地系上安全带(“在正确位置”)时，胸部安全气囊20处于局部充气状态并且膝部安全气囊30处于完全(或接近完全)充气状态之外，图2示出了图I的车辆内部构造。胸部安全气囊20被成形并以其他方式适于朝着乘员16向后充气，以接触并约束乘员的上躯干区域。如本领域所周知的，胸部安全气囊20可包括内部挡板、系绳、缝合线和/或用于实现期望的充气位置和充气顺序的特征。膝部安全气囊30被构造并被定位成紧邻着IP 14的面对乘员的表面(相对于车辆的前/后方向)向上并向后充气。对于在正确位置的乘员16而言,膝部安全气囊30在乘员的膝部/胫部与IP 14的相邻部分之间提供缓冲。膝部安全气囊30还可防止被称为下潜的情况，在下潜情况下，乘员16会向前滑动到安全带系统32的腰部约束带(未示出)之下。如在图3A中可见，膝部安全气囊30包括左凸部34、右凸部36以及设置在左凸部和右凸部之间并连接左凸部和右凸部的中央部38。当膝部安全气囊30展开(充气)时，朝向IP 14的表面并与IP 14的该表面接触的表面被称为作用表面42，朝向乘员16的表面被称为主表面43。当安全气囊充气时，作用表面42紧挨着IP 14的所述表面。中央部38可比凸部34、36薄，从而在凸部34、36之间的中央区域形成凹部40。如本领域所周知的，膝部安全气囊30的期望充气形状和位置通过内部挡板、系绳、缝合线和/或其他特征来实现。左凸部34和右凸部36可沿横向彼此隔开距离D，距离D由在正确位置的乘员16位于合适的座位中时左膝部16a和右膝部16b之间的预期间距(与正常成人膝部间距一致)确定。优选地，选择距离D以向具有尽可能最大范围的身体尺寸的乘员提供最大程度的保护。通气口 44、46形成在凸部34、36的作用表面42中。作用表面42的紧围着通气口44、46的区域(可被称为通气口支承部分)可相对于作用表面的周围部分凹入或起伏，从而当作用表面的其余部分与IP 14的表面接触时，通气口与IP 14的表面略微隔开。作用表面42的通气口支承部分的这种凹入或起伏允许通气口 44、46不与IP的表面接触，从而使通气口 44、46保持不被阻挡，除非且直到膝部安全气囊30通过由乘员施加到凸部的相当大量的向前的压力而强烈地向前压抵IP为止。IP 14的表面也可包括凹入(未示出)，该凹入位于当膝部安全气囊30展开时将与通气口 44、46对齐的位置。这样的凹入可代替作用表面42的起伏的通气口支承部分被提供，或者除作用表面42的起伏的通气口支承部分之外被另外提供，以确保通气口 44、46不被阻挡。图3A示出了乘员的膝部16a、16b与安全气囊30接触但施加的向前压抵安全气囊的力不足以使通气口 44、46强烈地压抵IP 14从而关闭通气口的情况。当乘员16在座椅12中受安全带32正确约束时会出现这种情况。在这种情况下，进入凸部的充气气体通过通气口 44、46相对自由地逸出，并且安全气囊30不会强制充气。图3B示出了乘员的膝部16a、16b以足以使作用表面42的通气口支承部分强烈地压抵IP 14的水平的力向前压抵凸部34、36使得通气口 44、46通过与IP接触而被充分阻挡的情况。当通气口 44、46以这种方式被阻挡时，充气气体几乎不逸出，从而压力在膝部安全气囊30内快速积聚，以向乘员16提供稳定的缓冲。通过使通气口强烈地压抵IP 14而关闭或基本关闭通气口所需的前向乘员力的 水平被称为乘员力的阈值水平。如果乘员16相对于座椅被向前甩出从而迫使乘员的膝部16a、16b与凸部34、36接触，则可能会超过乘员力的阈值水平。这可发生在车辆的严重碰撞或其他快速减速期间和/或当乘员在座椅12中未牢固地/正确地系上安全带时。如果乘员正确地系上安全带但膝部16a、16b (例如，由于座椅12的前/后调整和/或乘员的股骨长)位于如此向前的位置使得当膝部安全气囊30展开时，安全气囊接触乘员的膝部16a、16b的力足以使通气口 44、46强烈地压抵IP 14的表面，则也可能会超过乘员力的阈值水平。现在参照图4，示出了与图I相同的车辆内部构造，但在安全气囊充气事件的早期阶段期间在前部座椅区域中存在不在正确位置的乘员(00P0) 50。00P0 50被示出为小身材个体和/或儿童个体。例如，用于自动车辆安全产业的一些乘员保护测试协议使用代表三岁儿童平均尺寸以及六岁儿童平均尺寸的测试模型。作为常用的测试构造，示出了 00P0 50站在座椅12的前方，并靠近IP 14的表面。膝部安全气囊30被构造成使得凸部34、36在中央部38之前首先且主要向上充气，从而保持与IP 14的面对乘客的表面靠近。凸部34、36的尽早及快速充气使得到此为止尚未充气的中央部38被插入在IP 14和00P0 50之间。使凸部34、36在中央部38之前充气允许所有可用的充气气体被直接引入到凸部中，使得凸部尽可能快速地充气，并因此将中央部38插入在00P0 50和IP 14之间。膝部安全气囊30可由缝合线、内部挡板、系绳或者用于产生在充气期间充气气体流过的内部流动路径的其他周知的特征构成。内部流动路径被设计成使得膝部安全气囊30以如上所述的期望的方式充气。例如，内部挡板52 (在图5中示意性地示出)可被定位成限制、引导或者以其他方式控制充气气体从凸部34、36到中央部38中的流动。也可使用多个充气机(未示出)，以实现期望的充气顺序。如乘员约束领域所周知的，为了装在安全气囊模块26的内部而(通过折叠、卷拢、压紧等)对膝部安全气囊30进行包装的方式也可有助于实现合适的充气顺序。如图5中所示，00P0 50主要相对于凸部34、36与中央部接触。因此，由00P0 50施加到凸部34、36的乘员力没有达到用于使通气口 44、46强烈地压抵IP 14从而关闭通气口 44、46所需的阈值水平。由于通气口 44、46保持打开，因此膝部安全气囊30要么根本不会被填充，要么相对而言逐渐被填充，从而以几乎不对00P0 50施力的速率向后膨胀。位于膝部安全气囊30的中央区域的凹部40可具有这样的尺寸，该尺寸使得即使OOPO 50在充气顺序开始时略微偏离凸部34、36之间的中央，凸部在IP 14和00P0 50之间的充气也将倾向于朝着更加居中的位置推动00P0。如果00P0 50在充气顺序开始时略微偏离凸部34、36之间的中央，则通过未被阻挡的凸部的通气来减小充气所产生的力。尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并非意在描述了本发明所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，实现的各个实施例的特征可
被结合，以形成本发明的进一步的实施例。
权利要求
1.一种用于车辆的乘员保护系统，该系统包括膝部安全气囊，所述膝部安全气囊安装在仪表板的下部并具备展开条件，在所述展开条件下，所述膝部安全气囊向后并向上延伸以放置膝部安全气囊的与仪表板接触的作用表面，所述膝部安全气囊包括 左凸部、右凸部以及设置在左凸部和右凸部之间并接合到左凸部和右凸部的中央部； 通气口，形成在左凸部和右凸部中的每个中，所述通气口位于所述作用表面上，当向前压抵左凸部和右凸部的乘员力低于阈值水平时，所述通气口允许充气气体从膝部安全气囊逸出，当乘员力达到或超过阈值水平时，所述通气口压抵仪表板，从而充分阻止充气气体逸出。
2.根据权利要求I所述的系统，其中，选择所述阈值水平，使得站在期望的乘客座位前方的儿童乘员被期望施加小于所述阈值水平的乘员力。
3.根据权利要求I所述的系统，其中，选择所述阈值水平，使得坐在期望的乘客座位中并受安全带正确约束的成人乘员被期望施加小于所述阈值水平的乘员力。
4.根据权利要求I所述的系统，其中，所述作用表面的紧邻着每个通气口的通气口支承部分相对于所述作用表面的围绕所述通气口支承部分的部分凹入，从而当乘员力低于阈值水平时，所述通气口支承部分与仪表板隔开，并且当乘员力达到阈值水平时，所述通气口支承部分压抵仪表板。
5.根据权利要求I所述的系统，其中，当所述膝部安全气囊处于充气状态时，左凸部和右凸部比中央部厚，以在中央部中形成朝向乘客的凹部。
6.根据权利要求I所述的系统，其中，左凸部和右凸部彼此隔开一距离，该距离由正确地坐在乘客座位中的乘客的预期的膝部间距来确定。
7.根据权利要求I所述的系统，其中，所述膝部安全气囊被构造成使左凸部和右凸部在中央部充气之前充气。
8.根据权利要求I所述的系统，所述系统还包括 胸部安全气囊，安装在仪表板的上部并具备展开条件，在所述展开条件下，所述胸部安全气囊向后延伸，以与就座的乘员的胸部区域接触。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，通过共同的充气机给所述胸部安全气囊和所述膝部安全气囊供应充气气体。
10.一种用于车辆的乘员保护系统，该系统包括膝部安全气囊，所述膝部安全气囊安装在仪表板的下部并具备展开条件，在所述展开条件下，所述膝部安全气囊紧邻着仪表板向后并向上延伸，所述膝部安全气囊包括 左凸部、右凸部以及设置在左凸部和右凸部之间并接合到左凸部和右凸部的中央部； 通气口，形成在左凸部和右凸部中的每个的面对仪表板的表面中，所述通气口形成在这样的位置，该位置使得当向前压抵左凸部和右凸部的乘员力达到阈值水平时，所述通气口压抵仪表板并被充分地阻挡。
11.一种在碰撞事件期间保护自动车辆的乘员的方法，该方法包括下述步骤 使存放在仪表板下部的膝部安全气囊充气，以使膝部安全气囊在仪表板和乘员之间向上展开，所述膝部安全气囊具有左凸部、右凸部、设置在左凸部和右凸部之间并接合到左凸部和右凸部的中央部以及形成在左凸部和右凸部中的每个的面对仪表板的表面中的通气口，其中，在碰撞事件期间由乘员施加的向前压抵膝部安全气囊的乘员力低于通过使通气口压抵仪表板而充分阻止充气气体逸出所需的阈值水平。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，选择所述阈值水平，使得坐在期望的乘客座位中并受安全带正确约束的成人乘员被期望施加小于所述阈值水平的乘员力。
全文摘要
本发明提供一种用于车辆的乘员保护系统及保护自动车辆的乘员的方法。该系统包括膝部安全气囊，所述膝部安全气囊安装在仪表板的下部并具备展开条件，在所述展开条件下，所述膝部安全气囊向后并向上延伸。所述安全气囊具有左凸部、右凸部以及位于左凸部和右凸部之间并接合到左凸部和右凸部的中央部。通气口形成在每个凸部的作用表面中，以在碰撞事件期间当向前施加的压抵所述凸部的乘员力低于阈值水平时允许充气气体从所述安全气囊逸出。当乘员力达到或超过阈值水平时，所述通气口强烈地压抵仪表板，从而充分阻止充气气体逸出。选择所述阈值水平，使得站在期望的乘客座位前方的儿童乘员施加小于所述阈值水平的乘员力。
文档编号B60R21/205GK102887128SQ20121024340
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月13日 优先权日2011年7月18日
发明者布赖恩·罗伯特·斯帕恩, 马诺哈普拉萨德·K·劳, 伊恩·布鲁斯特·霍尔 申请人:福特全球技术公司