专利名称：车内乘员保护系统用的气囊和制做气囊的织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车内乘员保护系统用的气囊，它有一个由多个未覆织物部分熔合在一起组成的囊壁，其面向车辆使用者的织物部分至少比一部分背向车辆使用者的织物具有明显低的透气性。另外，本发明还涉及制做这种气囊用的织物。
气囊所能产生的保护作用特别其它在充气状态下的硬度有关。一只柔软气囊，只要它不因猛烈的正面碰触或重体乘客的撞击被戳破，就能使受到伤害的危险减至最小程度。由于一旦乘客压在气囊上，其容积就要减小，内部压力随之增大，因而使气囊的硬度同时增大。不过，对于普通的气囊而言，所希望的效果会被大大地削弱了，因为这种被增大的内部表计压强促成气体透过逸孔或气囊的可透气囊壁部分的流出。根据这个领域中通行的概念，通过逸孔或可透气织物的气流实际上是内部表计压强的线性函数。
本发明旨在提供一种车内乘员保护系统用的气囊，其硬度可自动受到调整，而且在诸如撞击强度、车辆使用者的重量或者与温度有关的发动机特性等相关参数的很宽范围内，该硬度具有对于最优保护作用所必须的值。可以以根据内部表计压强控制囊壁透气性的方式实现气囊的这种自调整性质。这种表示通过整个囊壁的气流与内部表计压强函数关系的透气率曲线，实际上必然与一般的概念不一致，按照那种一般概念，透气率大致随内部表计压强成线性地增大。实际上，在达到近似20kpa程度的最大值后，透气率应平滑地减小。按照本发明，随着压强增大至近似10kpa的表计压强，整个囊壁的透气率必得增大到近似0.4m3/s与近似1.0m3/s之间的一个值。在近似10kpa与近似20kpa的表计压强等级之间，透气率将进一步增大，会达到一个最大值，随后就会减少。超过近似20kpa的表计压强，直到起码近于40kpa，透气率应是基本上不增大会取平滑地显现出清晰地减小趋向。由于这种透气率曲线的样式，在最初的表计压强上升段，气囊应为相对地柔软一些，以便在轻微撞击的情况下，将受伤的危险减至最低限度。在比较高的表计压强时，比如车辆使用者未扣紧他的座椅带时，就会有一猛烈的撞击。由于在这个范围内，气囊壁的透气率不会再继续增大，而将平滑地减小，所以这时气囊将具有所需的真正硬度。
本发明的另一种有益的改进在于，气囊壁的所有织物部分均由一种织物构成，具有一样的织物密度和复丝。对于具有不同透气性的各织物部分采用同种织物是一很大的便利，因为所有的织物部分会有相同的结构强度，而且织物部分之间的接缝连接就不成问题。使同种织物能适合于实质上具有不同透气率数值的各织物部分这件事本身就是本发明的涂层概念。一方面，已经发现，给定织物的透气率极为不同地依赖于是否沿其纬向或经向存在较大的伸长。在以简单的几何形状为基础的普通圆柱形气囊的情况下，沿圆周方向的伸长将是沿轴向之两倍那样大。若使经向和纬向分别对准轴向或圆周方向，则沿经向和纬向的伸长值之间必然有1与2的伸长关系。对于面向车辆使用者的织物部分，也就是普通圆柱形气囊的周围部分而言，设计者将考虑选择经向和定向纬向定向，使之产生较低的透气率。对于其余的织物部分而言，应该具有明显较大的透气率，则经纬定向就是无关紧要的了，因为由于气囊的这种几何形状的缘故，在任何情况下是含有1与1的伸长比。在普通圆柱形气囊情况下，这便是侧面部分；而在气球形或者垫子状的气囊情况下，作为一级近似，在任何情况下都会具有到处是1与1的伸长比。
另一方面，已经发现，气囊壁的透气性具有明显的动态特性。按照常规的工艺规程，是在5oopa的恒定压差下测定气囊织物的透气率的。不过，本发明是以一种深层的概念为基础的，即在接近气囊乘员保护系统启动时的动态条件下未覆气囊织物可以具有透气性，这实质上与根据恒定压差下所做测量为基础的预期值是不一致的。因此，在确定气囊织物的透气率时，优先选用的是模拟如同启动气囊乘员保护系统过程中所通行的动态条件。按照由充气气囊的形状决定伸长分布的方法，对于充气的气囊，将其各个织物部分中经向、纬向在织物中的定向选择成按照实际所要求的压差变化产生各织物部分的预定透气率。因而，使用一种同样的织物是能够给出互不相同、容易重复出现的透气率数值的。
在做未覆气囊织物透气性率动态试验过程中，发现通过改变诸如在织物交叉点处的编织样式及波纹样式等常规制作参数，可以得到透气率曲线的形状非常接近理想情况，具体地说，由于超过在近似20kpa处的透气率最大值，织物就“关闭”了，也就是说表现出与按常规想法所期望者完全不同的情况。系统地改变所说的参数，就能得出所要求之透气性特点的织物。
本发明还提出两种用于制作本发明的气囊的织物。有一种织物拟用于面向车辆使用者的织物部分，所以应该是相对在“致密”的，其特征在于随着压强增大到近于20kpa的表计压强，其透气率增大至低于近似0.4m3/s的最大值，此后再减小，而且当超过近似30kpa表计压强后，它实际上不再增大。第二类织物拟用于背向车辆使用者的织物部分，其特征是随着压强直至近似10kpa的表计压，其透气率增加到近似0.3m3/s到近似0.8m3/s间的一个值；随着压强在近似10kpa至近似20kpa的表计压强值之间增加，透气率达到一个最大值，随后则减小，而且表计压强超过近似20kpa，直到起码近似于40kpa，透气率实质上不再增加，最好是平滑地减小。气囊的总透气率是这两种织物的两种透气率曲线对面积按比例加权的和。
通过以下结合附图的详细描述，可进一步理解本发明的特点及优点。
图1是动态情况下理想气囊的透气率曲线；图2是关于相对致密型织物的相应曲线；图3是关于相对地透气织物的相应曲线；图4a至4d是在未覆情况下和伸长情况下不同织法和波纹状态的图示。
图1表示描述通过气囊壁的总气流与表计压强函数关系的曲线。对于一个理想的气囊，其透气率曲线处于图1中上面曲线Gmax与下面曲线Gmin之间。这两条曲线形成一个狭长区域，理想气囊的透气率曲线应该位于其中。对图1所示两条曲线应作如下的理解当气囊被打开时，里面就产生一个迅速增大的表计压强，这已成为气囊在几毫秒内被完全展开的结果。这个被称之为充气时间的取决于气囊的尺寸，而且等于大约20至35毫秒之间的值。当车辆使用者倒伏在气囊上时，气囊的内部表计压强达到最大值。气囊的起作用的硬度由它的蒙皮或者囊壁的透气性来决定，作为特定情况下内部表计压强的函数。在表计压强形成的最初阶段内，气囊应当是软的，可将轻微撞击情况下的受伤害危险减至最小程度。当有较大的这种内部表计压强值发生时，譬如车辆使用者未戴座椅安全带的情况，则撞击将是猛烈的。为防止由气囊引致乘员的冲击，气囊必须得坚固。通过选择透气率对表计压强的函数关系，可得到如图1所表示的所需要的气囊自调整特性。由曲线Gmax和Gmin之间的最佳透气率曲线的形状确定几个参数，特别是车型、气体发生器、气囊的尺寸和形状以及所达到的温度。
进一步发现，总的说来，可由未覆纺织物制成的气囊壁来得到理想的气囊透气性曲线，这不是按照现有技术的通常作法。现有技术中是根据其透气性来选择适于作气囊的织物的，所说的透气率是对于一个固定的预先规定的500pa压差静态地测得的。于是，预先提出通过织物的气流与这样的压强差成线性关系。随压强线性增加的透气率由过零直线表示成如图1所示的曲线，其实，穿行于曲线Gmax与Gmin之间的理想透气率曲线可做如下的理解。
a)一直到近似10kpa的表计压强，透气率随压强增大而增加至近似0.4m3/s与近似1.0m3/s之间的一个值。
b)在近似10kpa与近似20kpa的表计压强值之间，透气率在降低之前增加到一个最大值，c)超过20kpa的表计压强至至少近似于40kpa的范围内，透气性无明显的增加。
在超过20kpa表计压强至至少接近40kpa的范围内，，透气率最好呈下降趋向。还可看到，透气率曲线在与20kpa尤为近似的表计压强值处最好通过一个转折点。最后将看到，直到10kpa的表计压强，透气率最好为超过按比例地增加。
通过系统地选择常规的编织参数，可以制成具有所需透气性的未覆纺织物。重要的在于，动态地实行织物透气率的测量，并且要考虑到充了气的气囊中的伸长关系。
鉴于整个膨胀过程，故要在大约100至150ms时间内完成气囊的压缩，为了实验地确定透气率，必须伴随着在类似的时间内达到所产生的表计压强值的压强脉冲来完成。
由于气囊在其面向车辆使用者的部分具有较小的透气性，则气囊的其它部分就应该由织物突出地达到图1所表示的透气率曲线形状。如果气囊由不同的织物部分组成，则面向使用者的织物部分就必须具有明显低于背向使用者织物部分的透气性。既然如此，图1所示的透气率曲线是所采用的这样两种织物的两条透气率曲线对面积按比例的加权和。面向使用者的织物部分最好是“气密的”，也即在至多起码超过近似10kpa且直至起码大约40kpa的值处，单侧经受至少近似100ms的压力时，它的透气率只增加到一个临界大小；最好它平滑地减至一个实际的大小。在这种条件下可采用未覆织物，其透气性给定一个固定的压力负荷，而500pa的压差相当于超过12l/min·dm2，譬如相当于15至18l/min·dm2。
这种织物的透气性曲线表示于图2中。可如下描述这条曲线直至近似20kpa的内部表计压强，透气率将随着压强的增大而增加到一个小于近似0.4m3/s的最大值，此后它将减小，并在超过近似30kpa的内部表计压强值时，它不再有任何更为明显的增大，但维持在一个相对较小的值上。
对于具有较高透气性的另一类织物，其透气率曲线表示于图3中。可如下描述这条曲线直至近似10kpa的内部表计压强，透气率将随着压强的增大而增加到一个在近似0.3m3/s和近似0.8m3/s之间的值；表计压强在近似10kpa和近似20kpa之间的值，透气率将更进一步增加，达到一个最大值后再减小；内部表计压强超过近似20kpa至起码近似40kpa，透气率实质上将不再增加，而平滑地减少。
两条透气率曲线趋向于有相同的形状，但处于不同的值。
为了达到所需的未覆纺织物透气率曲线形状，特别要系统地选择下列参数纤维密度、纤维种类(聚合物及收缩性质)、编织型式、波纹及精整。为了使由不同织物部分制作气囊明显地简化，采取忽视不同类织物部件(就纤维密度和编织型式来说是一样的)的完全不同的透气性特点。
值得注意的影响透气率曲线的参数是编织样式和波纹样式。为此，采用在两根或者多根纤维上面伸过浮经和浮纬，而在每条浮纱后面为平纹纺织的织物连接方式，以使织物增强。在具有相同的纤维密度的同时，织物中相邻各交点处的孔径可被增大，因而透气率也可增加。在随着增加内部表计压强而发生拉伸形变的情况下，也会由于织物结构的伸展而使孔径增大，随之在各浮游纤维的交点处会有更多的间隙用于复丝状态的膨胀，内部表计压强再进一步增大，就会导致透气率减小的趋向。如果经向与纬向之间存在1与1、2与1或者1与2的伸长比时织物具有相同的气体效应，则将织物设计成沿经向和纬向有相同的纤维波纹和同样的纤维粘合，以及必然相同的结构伸展。气囊的不同织物部分中的经纬定向对透气性没有任何实质性影响。对于已充气气囊中的各织物部分，因其几何形状，所以对经向和纬向的伸长比率不符合1与1；另一方面，可以系统地改变沿经向和纬向的编织法和波纹，致使该伸长比率可被用来影响透气率。
图4a至4c表示随着内部表计压强的增大，织物的“关闭”效果。图4a概略地表示在空载情况下通过一个不带浮纱和平纹纺织物得到的截面。经向纤维表示为10，纬向纤维表示为12。要提到的是纬向纤维的波纹。如图4b所示，在沿纬向拉伸形变时，波纹将受到压延，经向、纬向10和12的范围彼此贴靠着延伸，因此而被展开，致使各纤维交点处的孔径尺寸减小。气流通过织物的有效截面减小，使得透气率也被减小。
在图4c和4d中会看到同样的效果。图4c表示一种处于空载条件下的织物，其纬向纤维12具有在所有情况下都越过两根经纱10的浮纱。图4d表示同种织物处在沿纬纱12方向拉伸形变的情况下。
权利要求
1.一种车内乘员保护系统用的气囊，它有由多个熔合在一起的未覆织物组成的囊壁，其面向车辆使用者的织物部分至少比背向车辆使用者的一部分织物具有明显低的透气性，其特征在于整个囊壁的透气率，a)随着压强增大到近似10kpa的表计压强而增加到一个在近似0.4m3/s与近似1.0m3/s之间的值，b)在近似10kpa与近似20kpa的表计压强等级间，它进一步增加，达到一个最大值后再减小，c)超过近似20kpa至少近似于40kpa的表计压强，它不再明显地增加。
2.一种如权利要求1所述的气囊，其特征在于超过近似于20kpa，在直至至少近似于40kpa表计压强的范围内，囊壁的透气率有减小的趋向。
3.一种如权利要求2所述的气囊，其特征在于透气率与内部表示表计压强的关系曲线在20kpa值上面通过一个转折点。
4.一种如上述权利要求任一项所述的气囊，其特征在于所有织物部分均由一种就纤维密度和复丝来说为相同的织物构成。
5.一种用作权利要求1至4任一项所述气囊的面向车辆使用者织物部分的织物，其特征在于一直到表计压强近似20kpa，它的透气率增加至一个低于近似0.4m3/s的最大值；然后再是压强增大它减小，超过近似于30kpa的表计压强，它则基本上不再进一步增加。
6.一种如权利要求5所述的织物，其特征在于它的透气率与内部表计压强的关系曲线在20kpa上面通过一个转折点。
7.一种用作权利要求1至4任一项所述气囊的背向车辆使用者的织物部分的织物，其特征在于它的透气率，a)随着压强增大至近似10kpa的表计压强而增加至一个在近似0.3m3/s与近似0.8m3/s之间的值，b)在近似10kpa与近似20kpa表计压强范围间，它继续增加达到一个最大值，随后再减小，c)超过近似20kpa的表计压强值至至少近似于40kpa，它基本上不再增加。
8.一种如权利要求7所述的织物，其特征在于超过20kpa的表计压强，在直到至少近似于40kpa的范围内，这个透气率有减小的趋向。
9.一种如权利要求5至8任一项所述的织物，其特征在于它沿经向和纬向具有相同的波纹和相同的织物结构。
10.一种如权利要求5至9任一项所述的织物，其特征在于跨过至少两根纱的浮经和浮纬每根浮纱随后都按平纹纺织方式。
全文摘要
车内乘员保护系统用的气囊，包括几个熔接的织物部分，各织物部分均由纤维密度及复丝都相同的织物构成。作为内部表计压强函数的整个气囊的透气率曲线，在直到近似10kpa之表计压强处增加到一个在近似0.4m
文档编号B60R21/16GK1113652SQ94190608
公开日1995年12月20日 申请日期1994年8月16日 优先权日1993年8月17日
发明者诺伯特·埃伦伯克 申请人:Trw莱帕有限公司