可调硬度的车辆座椅的制作方法与工艺

本发明总体上涉及一种车辆座椅，尤其涉及一种具有用于调节坐垫硬度的膨胀气囊的车辆座椅。

背景技术：
现代车辆的座椅和座椅靠背往往都装备有可调支承。在车辆坐标系中，定义有一个髋部枢转点（hippivotpoint），该点在汽车制造业中通常称为“h点”。h点由髋关节限定，髋关节是人体躯干和大腿部分之间的枢转点。在车辆设计中，h点是确定车辆乘员在车辆座椅上就座时在车辆坐标系中所处的位置点。h点和任何座椅调节装置与许多其他的内部组件一样，在设计车辆座椅时都必须考虑。

技术实现要素：
本发明的一个方面包括一种具有座椅靠背和用于支承乘员的座椅的车辆座椅。坐垫连接至座椅并具有至少一个用于选择性调节坐垫硬度的上部膨胀囊。座椅还包括置于上部膨胀囊下方的下部膨胀囊。座椅配置成，在调节坐垫硬度的时候通过以下方式保持车辆座椅的髋部枢转点：当上部膨胀囊内的压力选择性减小时，增加下部膨胀囊内的压力；当上部膨胀囊内的压力选择性增加时，减小下部膨胀囊内的压力。本发明的另一方面包括一种具有连接至座位构件的坐垫的车辆座椅。该坐垫包括用于选择性调节坐垫硬度的第一膨胀气囊。该坐垫也包括邻近第一膨胀气囊放置的第二膨胀气囊。座椅配置成通过第二膨胀气囊内的气压的相反变化来抵消第一膨胀气囊内的气压的变化，从而保持车辆座椅的髋部枢转点。本发明的另一方面包括一种包括置于车架上的座椅的座椅总成。坐垫连接至座椅并包括至少一个用于选择性调节坐垫硬度的膨胀气囊。此外，高度调节机构连接至膨胀气囊，使得在膨胀气囊的气压调节时，高度调节机构调节膨胀气囊相对于车架的高度。本发明的另一方面包括一种允许乘员调节座椅硬度的同时保持座椅髋部枢转点的车辆座椅。该车辆座椅包括座椅和座椅靠背，座椅和座椅靠背各具有覆盖在装饰罩里面的坐垫。坐垫里面设置至少一个膨胀囊，该膨胀囊可以用空气或液体来膨胀或压缩。当上部膨胀囊选择性收缩来获得较柔软的座位表面时，下部高度调节机构自动调节来补偿收缩的上部膨胀囊。类似地，座椅靠背的前端膨胀囊选择性收缩以获得较柔软的座位表面时，横向调节机构自动调节来补偿前端膨胀囊压力的变化。调节机构可以是第二膨胀囊、可变拉伸弹簧或椅背支承总成的形式。上部膨胀囊或前端膨胀囊与调节机构一起，保持车辆座椅的髋部枢转点的位置。通过研究下述说明书、权利要求和附图，本发明的这些和其他的方面、目的和特征将被所属领域的技术人员所理解和领会。附图说明在附图中：图1为设置在车辆里面的一个车辆座椅的俯视透视图；图2为一个车辆乘员的侧视示意图，该图表明乘员在车辆内就座时的髋部枢转点；图3为根据本发明的一个实施例的车辆座椅的俯视透视图；图4为图3所示的车辆座椅的的侧视立面图，座椅有部分切除显示车辆座椅内部的组件；图5为沿着图3所示的车辆座椅图的V-V线的正面剖视图，表明乘员的双腿坐在硬的座位表面；图6为沿着图3所示的车辆座椅图的VI-VI线的正面剖视图，表明乘员的双腿坐在软的座位表面；图7为根据本发明的另一个实施例的车辆座椅的侧视立面图，座椅有 部分切除显示车辆座椅内部的组件；图8为沿着图3所示的车辆座椅图的VIII-VIII线的正面剖视图，表明就座在硬座位表面的乘员的大腿；图9为沿着图3所示的车辆座椅图的IX-IX线的正面剖视图，该图表明就座在软座位表面的乘员的大腿；图10为图7所示的车辆座椅的下部座椅架的俯视透视图，表明一个实施例的高度调节机构；图11为图10所示的下部座椅架和高度调节机构的俯视透视图，包括一个可调的囊；图12为图7所示的车辆座椅的上部座椅架的仰视透视图，表明一个实施例的椅背支承总成和可调的囊；以及图13为图7所示的车辆座椅的上部座椅架的仰视透视图，表明另一个实施例的椅背支承总成和可调的囊。具体实施方式这里为了描述，术语“上部的”、“下部的”、“右边的”、“左边的”、“后部的”、“前面的”、“垂直的”、“水平的”、“内部的”、“外部的”及其衍生词应与图1中的本发明的标定方向相关联。然而，可以理解的是，除非有明确的相反规定，本发明可以采用各种可供选择的方向。还可以理解的是，附图中表明的和下述说明书中描述的特定装置和工序，仅仅是权利要求中规定的发明构思的示例性实施例。因此，除非权利要求中另有明文规定，与本发明公开的实施例有关的具体尺寸和其他的物理特性不仅限于此。参考图1-4，附图标记10总体上是指用于机动车辆11的座椅总成。车辆座椅10包括连接至座位构件14的坐垫12，坐垫12具有用于选择性调节坐垫12硬度的第一膨胀囊16。车辆座椅10包括邻近第一膨胀囊16放置的第二膨胀囊18。在汽车制造业中一般称为“h点”的车辆座椅髋部枢转点HP，通过用第二膨胀囊18内的压力的相反变化抵消第一膨胀囊16内的压力的变化来保持。如图1所示，车辆座椅10总体上配置成用于多种车辆11的前排驾驶 员座椅、前排乘员座椅或者车辆11的后座，其总体上包括用座椅20和座椅靠背22的形式表示的座位构件14，座椅20和座椅靠背22分别具有坐垫12a和12b。头枕24也安装在座椅靠背22的顶部。车辆座椅10还包括由下部座椅架26（图10）和上部座椅架28（图12）组成的座椅架，并且可以配置成安装在例如车辆11的车身浅盘形地板的支承表面上。导轨总成可以连接至座椅20使车辆座椅10前后定位。车辆座椅10总体上的设计是让乘员感到舒适，其在碰撞事件中也为乘员提供容身之处并保护乘员。现在参考图2，称为h点HP的车辆髋部枢转点是乘员在车辆座椅10上就座时髋部相对于车辆11的车身浅盘形地板（或相对于路面水平以上的高度）的位置。总体上由美国汽车工程师协会（SAE）定义的h点HP，是三维人体模型（SAEJ2826人体模型）的机械铰接的髋部点，其模拟人体髋部的实际枢转中心点。h点HP可以粗略的认为是50百分点的男性乘员横向观察时的髋关节。此外，每个车辆11的h点HP的位置是唯一的，与车辆的诸如安全性、内部封装、能见度和座位等各种不同方面有关的许多设计标准都依赖于h点HP的位置。现参考图3-4，座椅20配置成用于将乘员的臀部和大腿上部支承在坐垫12a上，坐垫12a的硬度配置成可选择性地可调。坐垫12a部分包括第一膨胀囊16、第二膨胀囊18和装饰罩30。装饰罩30连接至座椅20和∕或下部座椅架26（图10），并以一种美观的方式覆盖坐垫12a。第一膨胀囊16和第二膨胀囊18封闭在装饰罩30里面并相对于车辆11的车身浅盘形地板以实质上堆叠的关系排列，第一膨胀囊16置于第二膨胀囊18的上面和装饰罩30的下面。可选地，一薄层泡沫可以包括在第一膨胀囊16和装饰罩30之间和/或装饰罩30可以用泡沫作衬里。此外，一薄层泡沫或其他的材料可以包括在第一膨胀囊16和第二膨胀囊18之间。在一个实施例中，第一膨胀囊16和第二膨胀囊18由可变形弹性体材料如热塑性聚亚氨酯制造，但也可用本技术领域公知的其他的适宜的可变形材料制造。装饰罩30可以由本技术领域公知的任何适宜的材料制造，如布、皮革或聚合物。此外，第一膨胀囊16和第二膨胀囊18在功能性方面可以实质上类似， 然而第一膨胀囊16和第二膨胀囊18的几何形状不一定相同。换句话说，第一膨胀囊16和第二膨胀囊18在材料和膨胀∕收缩能力方面可以类似，但是尺寸和形状方面不一定相同。第一膨胀囊16和第二膨胀囊18具有流体连接至管路或软管34的进口32和用于膨胀和收缩第一膨胀囊16和第二膨胀囊18的泵36。此外，第一膨胀囊16和第二膨胀囊18两者都可以可操作地连接至泵控制器、多个控制阀和用于选择性触发泵36的开关38。开关38可以是安装在方便可及位置的多触点开关，该位置例如可以是座椅侧面护罩或仪表板，因此乘员可以控制第一膨胀囊16和第二膨胀囊18的膨胀和收缩。此外，开关38可以是电容性的并包括在汽车软件中，可以是通过包括在仪表板或其他位置的触摸屏而容易触及的。泵36是常规泵，通过阀为第一膨胀囊16和第二膨胀囊18输送环境空气或液体。泵36被触发后，其将使第一膨胀囊16和第二膨胀囊18膨胀。尽管在图中没有显示，第一膨胀囊16和第二膨胀囊18也可以包括排出口，该排出口被开关38触发时将打开并使第一膨胀囊16和第二膨胀囊18收缩。此外，任何用来使第一膨胀囊16和第二膨胀囊18膨胀和收缩的适宜的膨胀系统，均在本发明的范围之内。应该指出的是，此中使用的术语“膨胀”和“收缩”可与短语“压力增加”和“压力减小”互换。坐垫12a的硬度和座椅20本身的硬度，可以通过增加或减小第一膨胀囊16内部的压力来调节。在一个实施例中，第一膨胀囊16和第二膨胀囊18是气囊，膨胀系统利用空气使第一膨胀囊16和第二膨胀囊18膨胀∕收缩。容易理解的是，增加第一膨胀囊16内部的气压会增加坐垫12a的硬度，减小第一膨胀囊16内部的气压就会减小坐垫12a的硬度。当第一膨胀囊16膨胀时，其向上扩展，从相对于车辆的车身浅盘形地板的高度方面来说升高了坐垫12a的座位表面40。增加的硬度和座位表面40的随后升高，将移动h点HP的位置。相反，对于减小坐垫12a硬度方面也是如此。根据一个实施例，第二膨胀囊18可用来抵消由第一膨胀囊16内的压力增加或减小而引起的座位表面40高度的变化。第一膨胀囊16和第二膨 胀囊18堆叠放置，因而第一膨胀囊16和第二膨胀囊18中的一个或两者内部的压力的变化可以提高或降低座位表面40。此外，泵控制器可被编程用于响应第一膨胀囊16内的压力的变化以一个预定的成比例的量自动调节第二膨胀囊18内部的压力。在操作中，如图5-6所示，乘员可以选择性改变车辆座椅10的硬度。如图6所示，当车辆座椅10的乘员想要减小坐垫12a提供的支承时，乘员可以移动开关38（图3）来选择性收缩上部第一囊16，使乘员的身体更大程度地陷入坐垫12a中。通过使上部第一囊16变软并且使坐垫12a上的乘员的身体载荷分布的更均匀，可以有效地使坐垫12a变软。收缩上部第一囊16会减小上部第一囊16的高度，因此降低座位表面40和h点HP的位置。然而，通过自动使下部第二囊18膨胀来增加下部第二囊18的高度，可以补偿上部第一囊16高度的减小。换句话说，下部第二囊18高度的增加补偿上部第一囊16高度的减小。这种补偿使乘员在保持座位表面40的总高和h点HP的相对位置的同时，能够选择更柔软的坐垫12a。容易理解的是，相反，增加坐垫12a硬度也是如此。参考图5，当增加坐垫12a的硬度时，上部第一囊16选择性膨胀而下部第二囊18自动收缩。此外，座椅靠背22配置成用于将乘员的背部支承在座椅靠垫12b上，座椅靠背22的硬度配置成选择性可调。参考图4，座椅靠垫12b也可以具有由装饰罩30覆盖的类似的第一囊50和第二囊52。第一囊50和第二囊52设置在装饰罩30里面，两者按照实质上垂直的前后关系排列，其中第二囊52置于第一囊50的后面。当第一囊50膨胀时，其向前扩展，并使座椅靠垫12b的支承表面54向前端移动。这不会影响座椅20的座位表面40的高度，但是会移动h点HP的位置。相反，减小座椅靠垫12b硬度也是如此。第二囊52可用于抵消由第一囊50内的压力的增加或减小所引起的座椅靠垫12b的位置的变化。例如，为了得到更加柔软的座椅靠垫12b，乘员可以选择性收缩第一囊50，这可以使乘员的背部更大程度的陷入座椅靠垫12b中。收缩第一囊50会减小第一囊50的厚度，因此也会向后移动车辆11中的h点HP的位置。通过自动使第二囊52膨胀来增加第二囊52 的厚度，可以补偿第一囊50厚度的减小。第二囊52厚度的增加补偿第一囊50厚度的减小。这使得乘员在保持h点HP的位置的同时，能够选择更柔软的座椅靠垫12b。容易理解的是，相反，增加座椅靠垫12b硬度也是如此。当增加座椅靠垫12b的硬度时，第一囊50选择性膨胀而第二囊52自动收缩。在另一个实施例中，上面描述的囊16、18、50和52是液体囊，膨胀系统利用液体来膨胀∕收缩囊16、18、50和52。此外，囊16、18、50和52中的每一个都可以由多个囊组成。可以预见的是，组成每个囊16、18、50和52的所述多个囊，可以通过附加的管路或软管流体相连。此外，囊16、18和囊50、52可以通过软管34互相流体连接。当乘员坐在车辆座椅10上时，可利用控制阀使空气或液体自由地流经所有连接的囊16、18、50和52，从而使囊16、18、50和52之间的压力和硬度均衡。泵控制器可以基于乘员的重量和预定及预编程的基准硬度，自动调节h点HP。经过初步均衡，乘员可以选择性调节坐垫12a和座椅靠垫12b的硬度，泵控制器将相应地膨胀或收缩囊16、18、50和52。也可以预见到利用压力传感器或囊16、18、50和52中的一个，来感应就座乘员的存在，这总体上被本领域的技术人员所理解。在另一个实施例中，第二囊18被高度调节机构所代替，该高度调节机构适于调节第一囊16相对于车辆11的车身浅盘形地板的高度。参考图7-11中所示的实施例，高度调节机构是至少一个可变拉伸弹簧56的形式，该可变拉伸弹簧56安装到下部座椅架26并置于第一囊16的下面。高度调节机构还包括马达58、齿轮60和弹簧连接构件62。固定安装的连接杆64在座椅20的横向侧和套筒65之间延伸，套筒65可旋转地围绕着连接杆64。马达58和齿轮60可操作地连接至套筒65，弹簧连接构件62牢固地安装在套筒65上。可变拉伸弹簧56以张紧状态安装在弹簧连接构件62和下部座椅架26的前部之间。触发时，马达58和齿轮60适于使套筒65和弹簧连接构件62旋转。在图示的示例中，向后旋转套筒65和弹簧连接构件62将会升高可变拉伸弹簧56的后部并增加施加给其的张力。升高可变拉伸弹簧56后部将增加座位表面40的高度。此外，本技术领域的普通 技术人员可以理解的是，增加可变拉伸弹簧56的张力会减小其弯曲或伸展，这意味着，当可变拉伸弹簧56和邻近的第一囊16处于负载的情况，如乘员在座椅20上就座时，可变拉伸弹簧56和邻近的第一囊16将会向下移动一个较小的距离。相反，向前端旋转套筒65和弹簧连接构件62，将会降低可变拉伸弹簧56的后部并减小施加到可变拉伸弹簧56的张力。这将增加可变拉伸弹簧56的弯曲或伸展，意味着，当乘员就座在座椅20上的时候，可变拉伸弹簧56和邻近的第一囊16将会向下移动一个更大的距离。此外，降低可变拉伸弹簧56的后部将降低座位表面40的高度。在操作中，如图8-9所示，可以调节可变拉伸弹簧56的高度和张力来抵消由第一囊16内的压力选择性增加或减小而引起的座位表面40的高度的变化。如上面所描述，收缩第一囊16会减小第一囊16的高度，因此降低座位表面40和h点HP的位置。然而，如图9所示，当乘员在座椅20上就座时，第一囊16高度的减小可以通过升高可变拉伸弹簧56的后部和增加可变拉伸弹簧56的张力来补偿，有效地升高第一囊16的高度。这使得乘员在保持座位表面40的总高度和h点HP的位置的同时，能够选择更柔软的坐垫12a。容易理解的是，相反，增加坐垫12a硬度也是如此。参考图8，当乘员在座椅20上就座时，当增加坐垫12a的硬度时，第一囊16选择性膨胀而可变拉伸弹簧56的高度和张力减小，有效地降低了第一囊16的高度。此外，座椅20可以包括用于测量可变拉伸弹簧56的张力的应变仪66（图10），该应变仪可以用于自动控制马达58和施加的张力。座椅靠背22也可以具有类似的调节机构，该调节机构是椅背支承总成68的形式，其适于调节第一囊50的位置。参考图12所示的实施例，椅背支承总成68和第一囊50以实质上垂直的前∕后关系布置，其中椅背支承总成68置于第一囊50的后面。椅背支承总成68包括至少两个可调腰椎缆绳70，至少两个吊紧带72和多个座椅弹簧74。可调腰椎缆绳70和吊紧带72本质上形成了上部座椅架28内部的框架结构，座椅弹簧74安装在其间。椅背支承总成68还包括一对连接至可调腰椎缆绳70的马达76。马达76适于拉入可调腰椎缆绳70长度的一部分，从而有效地缩短可调腰椎缆绳70，这将导致可调腰椎缆绳70的较小挠性和较硬的椅背支承 总成68。椅背支承总成68可用于抵消由第一囊50内的压力增加或减小而引起的座椅靠垫12b的位置的变化。例如，为了得到更加柔软的座椅靠垫12b，乘员可选择性收缩第一囊50，使乘员的背部可以更大程度地陷入座椅靠垫12b中。收缩第一囊50会减少第一囊50的厚度，因此向后移动支承表面54和h点HP的位置。第一囊50厚度的减小可以通过增加椅背支承总成68的硬度来补偿。减小可调腰椎缆绳70的长度可以使椅背支承总成68挠性变小，从而向前端推动第一囊50并保持支承表面54的位置。换句话说，增加椅背支承总成68的硬度补偿第一囊50的厚度的减小。这使乘员在保持支承表面54和h点HP的位置的同时，可以选择更加柔软的座椅靠垫12b。容易理解的是，相反，增加座椅靠垫12b硬度也是如此。当增加座椅靠垫12b的硬度时，第一囊50选择性膨胀，椅背支承总成68通过增加可调腰椎缆绳70的长度来自动调节。在另一个实施例中，座椅靠背22具有调节机构，该调节机构是椅背支承总成80的形式，该椅背支承总成80与上述的椅背支承总成68类似。参考图13中所示的实施例，椅背支承总成80包括两个缆绳82，至少两个吊紧带84，多个座椅弹簧86和吊紧杆88。吊紧带72安装在上部座椅架28的顶部和实质上水平的吊紧杆88之间，本质上形成座椅弹簧86设置在里面的框架结构。上部座椅架28包括旋转管90，该旋转管90在上部座椅架28的横向侧之间延伸，并被设置于其下部。缆绳82的下端连接至旋转管90，上端连接至吊紧杆88。缆绳82在旋转管90和吊紧杆88之间保持张紧状态。椅背支承总成80还包括马达92和齿轮94，马达92和齿轮94可操作地连接至旋转管90并置于上部座椅架28的下部。马达92和齿轮94适于使旋转管90旋转，旋转管90使缆绳82绕其卷绕，从而向下拉动吊紧杆88。这使吊紧带84具有较大的张力，从而减小椅背支承总成89的挠性，导致较硬的椅背支承。椅背支承总成80变硬补偿乘员选择性调节而引起的第一囊50厚度的减小，采用的方式与上述的实施例中的相同。本技术领域的普通技术人员理解，以上所描述的本发明的结构以及其他的组件并不仅限于所述的任何具体材料。除非另有说明，文中公开的本 发明的其他的示例性实施例可以由各种各样的材料构成。在本申请中，术语“连接”总体上意指两个组件（电学的或机械的）直接或间接地相互连接。这种连接可以是静止性的，也可以是可活动的。这种连接可以通过两个组件（电学的或机械的）获得，也可以通过任何额外的中间构件与两个组件相互之间或者直接与两个组件完整地形成一个单一的整体。除非另作说明，这种连接可以是固定性的，可以是可移动的或可移除的。同样重要的是，需要注意，示例性实施例中显示的本发明的元件的结构和布置只是说明性的。尽管在本公开中只详细描述了本发明的几个实施例，但本公开的本领域技术人员在阅读本说明书之后容易领会到，在没有本质上违背本发明的新颖教导和主题的优势的情况下，许多修改（例如尺寸、规模、结构和形状的变化，各种元件之间的比例，参数值，安装布置，使用的材料，颜色和方向等）都是可能的。例如，显示的一体成型的元件可以是由多个零件组成，或显示的由多个零件组成的元件可以一体成型，接口的操作可以颠倒的或另有变化，结构的长度或宽度和∕或系统的构件、连接器和其他的元件可以变化，元件之间提供的可调位置的类型或数量可以变化。应该指出的是，系统的元件和∕或总成物可以由任何能提供足够强度或耐久性的各种各样的材料组成，可以是任何各种各样的颜色、质地和组合物。因此，所有这些修改都应包括在本发明的范围之内。预期实施例和其他示例性实施例的设计、操作条件和布置的其他代替、修改、变化和省略都可以在不背离本发明的精神的情况下做出。可以理解的是，所描述的工序中的任何工序或步骤都可以与其他的公开的工序或步骤相结合，所形成的结构包含在本发明的范围之内。此处公开的示例性结构和工序，仅用作说明用途而不用作限制。可以理解的是，上述的结构和方法的变化和修改可以在不背离本发明的理念的情况下做出，还可以理解的是，本发明的理念应被权利要求所覆盖，除非这些权利要求在语言表达中另有明确的规定。