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薄膜气囊

阅读:1052发布:2020-06-19

专利汇可以提供薄膜气囊专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于车辆之膨胀气囊(26,34),其在发生涉及该车辆之事故时展开以对车辆乘客提供保护,其包括耦接在一起以界定封闭、 流体 保留空间(fluid-retaining space)之多个条带(32)及层迭于条带(32)之外侧及条带(32)之内侧中之至少一者上的 薄膜 层(44)。各条带(32)之宽度均小于约3mm且较佳为约0.5至约1mm。条带(32)可由聚丙烯、聚乙烯、聚酯或聚酰胺制成且薄膜层(44)可由聚乙烯、聚胺基 甲酸 酯、聚酯或聚酰胺制成。条带(32)及薄膜层(44)可由相同或不同材料制成。,下面是薄膜气囊专利的具体信息内容。

1.一种用于车辆之可膨胀气囊,其在发生涉及该车辆之事故时展开以对该车辆之乘客提供保护,其包含:
多个条带,其耦接在一起以界定封闭、流体保留空间,所述多个条带中之每一者之宽度均小于约3mm;及
至少一个薄膜层,该至少一个薄膜层中之每一者均层迭于所述多个条带之外侧及所述多个条带之内侧中之一各别者上。
2.如权利要求1之气囊,其中所述多个条带由 、聚丙烯、聚乙烯、聚酯或超高分子量聚乙烯制成。
3.如权利要求1之气囊,其中该多个条带包含沿第一方向定向之第一组条带及沿与该第一方向不同之第二方向定向之第二组条带,该第一组条带与该第二组条带编织在一起。
4.如权利要求1之气囊,其中该至少一个薄膜层包含两个薄膜层,所述多个薄膜层中之第一者层迭于所述多个条带之该外侧上且所述多个薄膜层中之第二者层迭于所述多个条带之该内侧上。
5.如权利要求1之气囊,其中该第一组条带及该第二组条带编织在一起,该至少一个薄膜层包含两个薄膜层,所述多个薄膜层中之第一者层迭于所述多个条带之该外侧上且所述多个薄膜层中之第二者层迭于所述多个条带之该内侧上。
6.如权利要求1之气囊,其中在使所述多个条带耦接在一起前对所述多个条带进行预拉伸以使所述多个条带之聚合物分子沿条带长度方向定向。
7.如权利要求1之气囊,其中所述多个条带形成为独立的片,该气囊进一步包含配置于接缝处之弹性体,所述多个片在所述多个接缝处耦接在一起以形成该空间。
8.如权利要求7之气囊,其中该弹性体为聚胺基甲酸酯且视情况为气囊材料之所述多个片的部分。
9.如权利要求1之气囊,其中所述多个条带在接缝处缝合在一起。
10.如权利要求1之气囊,其中所述多个条带耦接在一起以界定侧气帘气囊。
11.如权利要求1之气囊,其中所述多个条带中之每一者之宽度均为约0.5mm至约
1mm。
12.一种形成用于车辆之可膨胀气囊之方法,该气囊在发生涉及该车辆之事故时展开以对该车辆之乘客提供保护,该方法包含:
使多个条带耦接在一起以界定封闭、流体保留空间,所述多个条带中之每一者之宽度均小于约3mm;及
在所述多个条带之外侧及所述多个条带之内侧中之至少一者上层迭薄膜层。
13.如权利要求12之方法,其中该多个条带包含沿第一方向定向之第一组条带及沿与该第一方向不同之第二方向定向之第二组条带,该使所述多个条带耦接在一起之步骤包含将该第一组条带与该第二组条带编织在一起。
14.如权利要求12之方法,其中所述多个条带形成为独立的片,其进一步包含在接缝处配置弹性体,所述多个片在所述多个接缝处耦接在一起以形成该空间。
15.如权利要求12之方法,其中薄膜层层迭于所述多个编织条带之该外侧及该内侧上。
16.如权利要求12之方法,其进一步包含在使所述多个条带耦接在一起前对所述多个条带进行预拉伸以使所述多个条带之聚合物分子沿条带长度方向定向。
17.如权利要求16之方法,其中该条带具有破裂,所述多个条带之该预拉伸步骤包含拉伸所述多个条带至该破裂力之约20%范围内。
18.一种形成用于车辆之可膨胀薄膜气囊之方法,该气囊在发生涉及该车辆之事故时展开以对该车辆之乘客提供保护,该方法包含:
提供至少两个单轴定向薄膜,所述多个薄膜中之每一者均沿单一方向拉伸以提供该单轴定向且所述多个薄膜中之每一者均具有不同定向方向使得所述多个薄膜彼此呈不平行度,所述多个薄膜中之每一者均包含宽度小于约3mm之条带;及
将所述多个薄膜层迭在一起,
该气囊仅由薄膜制成。
19.如权利要求18之方法,其中提供两个薄膜且所述多个薄膜之该定向方向彼此垂直。
20.如权利要求18之方法,其进一步包含对该层迭薄膜之两侧面进行涂布。
21.一种用于车辆之可膨胀气囊,其在发生涉及该车辆之事故时展开以对该车辆之乘客提供保护,其包含:
多个条带,其耦接在一起以界定多个气囊部分,所述多个气囊部分在所述多个气囊部分中的相邻者之间的一或多个接缝处缝合在一起以界定封闭、流体保留空间,所述多个条带中之每一者之宽度均小于约3mm;及
至少一个薄膜层,该至少一个薄膜层中之每一者均层迭于所述多个条带之外侧及所述多个条带之内侧中之一各别者上。
22.一种形成用于车辆之可膨胀气囊之方法,该气囊在发生涉及该车辆之事故时展开以对该车辆之乘客提供保护,该方法包含:
使多个条带耦接在一起以界定多个气囊部分,所述多个条带中之每一者之宽度均小于约3mm;
在所述多个气囊部分中的相邻者之间的一或多个接缝处将所述多个气囊部分缝合在一起以界定封闭、流体保留空间;及
在所述多个条带之外侧及所述多个条带之内侧中之至少一者上层迭薄膜层。

说明书全文

薄膜气囊

技术领域

[0001] 本发明大体上关于综合车辆安全系统,其将减少且可能消除由车辆事故引起之损伤及死亡。详言之,本发明关于综合安全系统,其包含由塑料薄膜,且详言之由狭窄编织塑料薄膜条带制成之气囊。
[0002] 本发明亦大体上关于用于减少且可能消除由车辆事故引起之损伤及死亡之方法。

发明内容

[0003] 根据本发明之综合气囊安全系统包括三个主要部分,亦即:碰撞传感器,其能够可靠地在碰撞发生前预测碰撞或侦测碰撞发生;气囊,其较佳由编织薄塑料薄膜条带制成,其将在传感器预测或侦测到碰撞后展开以部分、实质上或完全填充车辆内部;及使用乘客舱内的空气使气囊膨胀之系统。
[0004] 因此,本发明提供新颖的且经改良的综合车辆安全系统,其可预防大部分(若非全部)车辆事故且甚至在所述多个事故发生时预防大部分(若非全部)由所述多个事故引起之损伤,以及塑料薄膜气囊,其实质上降低被动安全系统之成本且改良其效能。附图说明
[0005] 以下图式说明使用本发明之教示而研发或调适之系统及方法之具体实例且不意谓限制如由申请专利范围涵盖之本发明之范围。
[0006] 图1为根据本发明之综合车辆安全系统之示意图。
[0007] 图2为包括位于车辆中各处之多个预测传感器之车辆之示意图,所述多个预测传感器使得能够获得关于在不同方向上接近车辆之对象之信息。
[0008] 图3为由单一双轴定向塑料薄膜层制成之气囊之视图。
[0009] 图4为由厚网制成之气囊之视图,该网之绳股之间具有较大间隔且由薄膜桥联所述多个间隔。
[0010] 图4A为图4之气囊之区段之放大图,其说明由单薄膜材料制成之网。
[0011] 图4B为图4之气囊之区段之放大图,其说明由交织条带制成之网。
[0012] 图5为实质上由气囊填充之车辆之视图。
[0013] 图6A、6B及6C为用密集绳股强化之薄膜气囊之视图,所述多个绳股组成编织网,该编织网由周期性穿插有诸如或 之材料之强纤维的廉价纤维制得。
[0014] 图7为驾驶座侧安装于方向盘中之气囊的视图,其说明最大应力位置
[0015] 图8为重新设计之侧气帘气囊之视图,其说明在气囊接缝中之最大应力位置。
[0016] 图8A为与图8中所展示者类似之气囊之左侧部分中的黏着接合处的每单位长度之剥离应力之曲线。
[0017] 图9为美国专利第5,653,464号之先前技术自成形气囊。
[0018] 图10为由层迭至聚胺基甲酸酯薄膜之 薄膜制成之气囊。
[0019] 图11为由两个弱层迭单轴定向 薄膜制成之气囊,其中定向轴正交地层迭。
[0020] 图12为由具有50%空隙之网制成之气囊。
[0021] 图13为由具有95%空隙之网制成之气囊。
[0022] 图14展示气囊之区段之两个视图,其说明由薄膜制成之网。
[0023] 图15为气囊,其说明由短织纱编织之网。
[0024] 图15A为图15之气囊之一片的视图。
[0025] 图16为气囊,其说明由单纱(monolithic yarn)编织之网。
[0026] 图16A为图16之气囊之一片的视图。
[0027] 图17为三层 薄膜之典型应力-应变曲线。
[0028] 图18为四层 薄膜之典型应力-应变曲线。
[0029] 图19为气囊之一片,该气囊由其中薄膜及网在单一制程中制造之材料制成。
[0030] 图20A、20B及20C说明由编织薄膜条带制成之气囊的一片,其中薄膜弱层迭于各侧面上。
[0031] 图21为图20A、20B及20C之材料在气囊内压力过大情况下损坏之视图,说明条带共同起作用以抵抗撕裂之能力。
[0032] 图22为由非编织薄膜条带制成之气囊的一片,所述多个薄膜条带弱结合在一起且在各侧面上结合至薄膜。
[0033] 图22A为在22A-22A处获得之图22之横截面图。
[0034] 图23为由具有嵌入之随机定向纤维之薄膜制成之气囊的一片。
[0035] 图24为由制成带子之定向纤维制成之气囊的一片。
[0036] 图25为在气囊接缝中使用聚胺基甲酸酯以帮助再分布应力之视图。
[0037] 图25A为在图25中之圆形25A处获得之一部分被切除的展开图。
[0038] 图25B为形成图25A之接缝之替代性方法。
[0039] 图25C为形成图25B之接缝之替代性方法。
[0040] 图25D说明使用缝合来制造图25A之接缝。
[0041] 图25E说明使用加热或黏着剂与缝合之组合来制造图25D之接缝。
[0042] 图26说明在由穿刺引起之撕裂过程中的由条带制成之气囊,且说明屈服及因此撕裂应力跨越条带之再分布。
[0043] 图27A及27B说明在接缝中的弹性体(诸如胺基甲酸酯)再分布应力之前及之后的情况。
[0044] 图28为由条带制成之膝垫气囊。
[0045] 图28A为在图28中之圆形28A处获得之气囊之一部分的放大图。
[0046] 图29为由条带制成之侧气帘气囊。
[0047] 图29A为在图29中之圆形29A处获得之气囊之一部分的放大图。

具体实施方式

[0048] 综合车辆安全系统
[0049] 参看随附图式,其中相同参考数字指代相同或类似组件,图1展示应用于根据本发明之综合车辆安全系统10中的基本组件。亦即,被选择作为安全系统之部分及对乘客保护系统之输入的技术组合属于定位系统12、通信系统14及车辆环境监视系统16之类别。
[0050] 首先考虑定位系统12,基于可用技术,车辆可知晓其在地球表面上之精确位置,精确度为约8-10cm(以标准差与平均值之比率形式量测)。已证实可使用广域差分GPS(WADGPS)获得此数值。此外,亦可极精确地知晓道路及所有其它基础结构对象的位置。此可在绘制车辆可行驶之道路之地图期间使用区域差分GPS实现。此可涉及在绘制地图时每隔约30km置放临时区域差分GPS台。其将在各地图绘制阶段期间移动且因此并非基础结构之部分。绘制美国全部420万哩道路之地图之粗略成本估算显著低于联邦公路管理局(Federal Highway Department)估算之在50,000哩联邦公路系统之基础结构中实施DSRC(专用短距离通信(Dedicated Short Range Communication))所需之成本。根据概念,无需DSRC。
[0051] 尽管GPS并非100%可用系统,但正不断进行改良使得其趋于完善。举例而言,已知太阳黑子可暂时影响GPS操作且GPS操作可遭受恶意人为干扰或其它干扰。此外,随着增加更多且更新的具有其它可用频率的GPS卫星及其它国家部署类似系统,车辆确定其位置之精确度不断改良且趋于实现无需差分校正之目标。
[0052] 因为各 车辆将实际上由精确的低成本惯性量测单元(IMU)引导,因此在许多秒内丢失GPS或DGPS资料或来自一或多个全球导航卫星系统(GNSS)之其它数据将不会严重中断系统。然而, 系统之持续改良性涉及使用车辆周围环境监视及通信系统以额外允许车辆基于基础结构中之固定对象及/或其它车辆之相对位置量测及车辆与车辆或车辆与基础结构通信系统精确地知晓其位置。此监视系统可为与下文将更详细描述之预测传感器系统相同之系统。
[0053] 现考虑通信系统14。视可用于通信之时间而定,安全系统10之通信部分涉及两种通信。在第一种情况下,数秒延迟并不重要,然而当两车辆即将碰撞时,即便毫秒也是关键的。第一种情况之解决方法为DSRC之FHWA基础结构允用的规划功能。对于系统,预期可远早于基础结构DSRC部署完成地部署完成覆盖接近100%美国领土之广布宽带网络,从而使得基础结构DSRC过时。举例而言,全球范围内LTE及WiMAX之快速实施将远早于 系统所需的时间达到所需之平。由此方法发送之讯息包括道路状况、交通管制信息、交通管理信息、天气信息、事故信息、交通堵塞信息、出现动物及其位置、公路上之岩石或碎片及可能影响驾驶过程从而引起驾驶过程降级或恶化之任何其它信息。
[0054] 当前DSRC及WiMAX的速度均不足以允许在碰撞路径(collision path)上的两车辆之间进行通信。为此,实时通信为必要的。难点在于使各车辆知晓应收听或许1000辆正在广播的车辆中的哪一车辆。此可使用作为车辆位置指示器之传输码实现。因为所有车辆均将知晓其精确位置且亦将经由精确地图知晓可能含有有威胁的车辆之道路部分,所以由直接车辆间通信(direct vehicle-to-vehicle communication)监视之车辆数将较小。此概念揭示于美国专利第6,768,944号及相关申请案及专利案中,其均以引用的方式并入本文中。
[0055] 下文将论述用于监视车辆周围环境之监视系统16。简言之,监视系统16之目标为预防与未配备 系统且因此无法进行通信之车辆及道路上之动物、行人、物件之事故。
[0056] 已研发且仍在继续发展被动安全系统,包括正面撞击气囊系统及侧面撞击气囊系统。下文将主要关注正面撞击气囊系统,但本发明当然亦适用于自任何方向(诸如侧方及后方)撞击车辆之事故。其尤其适用于侧面撞击,由于车辆侧面缺乏实质保护结构且可用感测时间有限,因此侧面撞击为最难以缓解之事故。尽管通常并不致命,但后方撞击在所有事故中代价最大。美国医院病床之最大使用人群为车祸受害者且由后方撞击引起之车祸最常见。
[0057] 在现今习知系统中,在事故发生后,由一或多个反应性碰撞传感器感测事故且因此用于感测碰撞及展开乘客约束装置之时间窗极短。典型地,对于30mph正面障壁碰撞,传感器具有约20ms时间用于起始气囊展开。对于侧面撞击,标准侧面碰撞测试中此感测时间为约5ms。
[0058] 在展开气囊时,乘客开始向气囊移动且在展开期间频繁撞击气囊,从而引起损伤且有时引起死亡。正研发且应用多种技术(诸如乘客分类及位置传感器以及自适应或亲和性气囊)以最小化气囊引起之损伤。然而,在30mph正面障壁撞击中,当车辆以约20G进行减速时,由于此时机问题,乘客可能由于气囊而以高达40G或40G以上进行减速。视乘客之上身体重而定,此可转化为作用于乘客之6000磅力。此外,乘客具有撞击车内其它乘客或固定对象之危险。若可在撞击前可靠预测事故,则可在事故发生前及乘客开始移动前展开约束装置,从而将显著减少所述多个损伤。乘客减速度因而变为与车辆平均减速度相同。
[0059] 若车辆被充满气囊,则每位乘客均可被固定在其碰撞前位置且因此在碰撞期间不与车辆之其它乘客或其它部件撞击。此将消除所谓「二次撞击(second impact)」。
[0060] 鉴于前述内容,在图10中,根据本发明之综合安全系统10包括在事故发生前感测事故之一或多个传感器(预测传感器)及薄膜塑料气囊,所述多个气囊在事故发生前或事故发生同时在车辆中各处展开。所述多个气囊在接触乘客时应停止展开,或基于与乘客接触而以其它方式使其持续膨胀受到调节或控制。在此方面,本发明可使用用于感测展开气囊与乘客之间的接触的已知技术,包括2006年7月12日申请之美国专利申请案第11/456,879号(现为美国专利第7,575,248号)中揭示之技术。
[0061] 塑料气囊亦应较薄且较轻便以最小化封装问题及气囊拍打损伤。最终,应将车辆座舱空气用于使气囊膨胀以避免在气囊展开时损伤朵及破坏车窗及车受迫打开。
[0062] 存在若干种用于预测传感器之候选技术,其各具有一些优点及缺点。所述多个技术包括雷达、超音波、目视光学系统、雷射测距扫描仪或所述多个技术之组合。在本发明之较佳具体实例中,使用在电磁波谱之眼安全部分(波长大于1.4μm)中操作之光学系统。存在若干种候选成像器;然而,较佳成像器为经特殊掺杂之CMOS设计,其经产生以增加对电磁波谱之眼安全部分中的红外线辐射之敏感度。该成像器可自Institute fur Mikroelektronik,Stuttgart,Germany获得。成像器可为高动态范围或主动像素成像器,但并非必须的。成像器可具有中心位于(例如)1.5μm处之陷波滤波器
[0063] 发光器可为脉冲调变之约1.4-1.5μm LED,其峰值功率为约10-100瓦特。一个重要的事实为在海平面处量测之1.5μm附近之太阳发射量为电磁波谱之可见部分(0.5-0.8μm)之发射量之10%或10%以下。此外,存在极接近1.5μm之波长(该波长下之太阳辐射显著小于1.5μm下之太阳辐射)且因此实地测试后之最佳化可指示波长自1.5μm稍微向上或向下移动。此波长仍足够短以允许获得优良影像。关键重要的是其不损伤人眼,因此允许显著增加发射功率。然而,可视需要监视反射能量且将传输功率密度控制在提供充足但不过量之照明的位准。举例而言,因为此调节可在不到1毫秒至若干毫秒内发生,因此可量测来自邻近对象(若其为人类)之反射且在该照明照射到行人眼睛之前控制传输功率。
[0064] 因为需确保仅对来自具有照明源之本车之传输之那些反射进行成像,因此重要的是成像器不被来自其它车辆之传输混淆。因此,脉冲传输之时机可基于车辆之GPS位置。因为预期脉冲宽度为约10至100奈秒,因此许多车辆具有同时发射且所述多个发射不被本车捕获之机会。因此可基于GPS位置划分次秒(sub-second)的部分使得邻近车辆不同时进行传输。
[0065] 可用于控制脉冲之接收及/或传输之空间光监视器可在多达约10GHz下操作,其比本申请案所需之速率快至少两个数量级。
[0066] 图2展示包括位于车辆中各处之多个预测传感器20之车辆18之示意图,所述多个预测传感器使得能够获得关于在不同方向上接近车辆之对象之信息。各预测传感器20均可包括如上文所描述之发光器及光学成像器。亦可能为单一发光器与多个光学成像器相关联及/或单一光学成像器与多个发光器相关联。
[0067] 本发明之较佳预测传感器20之构造之重要部分为其使用上文论述之距离闸控及空间光监视器之能力。距离闸控使得能够消除超出相关范围的反射。此将可观测距离延伸到远远超过可见波谱及人眼可见距离,从而使得与驾驶员视力相比,预测传感器20能够透过雾、雨及等看到显著更远的距离。系统建立空间中截块之影像,且藉由消除截块前方及超出截块的所有事物,极大简化了所得影像之分段及极大改良了识别或分类由预测传感器20之光学成像器部分获得的影像中之任何对象之能力。因此,可程序化与预测传感器20相关联之处理器以藉由控制空间光监视器来控制距离闸控功能。此可为用于控制所有预测传感器20之通用车载处理器22或独立装置,或用于各预测传感器20之独立处理器。
[0068] 中央处理器22可耦接至预测传感器20且可执行使得能够控制及操作车辆之各种功能。举例而言,中央处理器22可耦接至车辆传动装置、引擎、加速器、刹车、转向系统及其类似物,且使得能够基于存在其它车辆或对象以及其相对速度向量及位置来控制车辆18之速度向量,藉由预测传感器20侦测其它车辆或对象之存在。因此,系统提供基于车辆与其它对象之间的距离来控制车辆18之速率及方向的方法。亦即,可藉由对由预测传感器20之光学成像器部分获得之影像之分析确定其它车辆或对象之位置及速度。
[0069] 不应允许车辆以超过允许车辆在撞击任何对象(包括接近的车辆)之前停止的速度行驶。此当然需要计算车辆停止距离,该车辆停止距离视轮胎与路面之间的摩擦系数而定。在干燥道路上,此摩擦系数可介于约0.4与0.75之间,且因此车辆应包括周期性量测此系数或能够以其它方式确定此系数之车载方法。可对防死刹车系统进行程序化以在极短时段内进行所述多个量测而不显著影响车辆运动且可能甚至不引起车辆乘客注意。
[0070] 因此,熟习此项技术者现可导出根据存在其它车辆及对象以及其位置及速度,及所述多个其它车辆及对象之性质(例如质量、类型及尺寸)以及天气或道路状况及道路-轮胎摩擦系数来限制车辆速率之多种规则以预防事故。
[0071] 可藉由都卜勒位移(Doppler shift)或距离变化速率确定车辆18与另一对象之间的接近速度,如由预测传感器20之处理器之距离闸控功能、相位考虑(phase consideration)、调变脉冲或所述多个方法之组合或任何其它合适方法量测。
[0072] 一旦藉由预测系统20之光学成像器部分获得影像,则可使用与当前受让人之光学乘客感测系统中所用者类似之形样辨识技术(诸如模块化类神经网络)实现对影像中任何对象之分类。在此系统中,已实现约99.9%精确度,如由真实世界汽车行业量测。亦可以类似精确度实现在事故发生前对可能影响本车之对象之侦测及分类以及量测其相对速度向量。可对由预测传感器20之光学成像器部分获得之各影像进行分析,其中以预定时间间隔(例如每隔20至100毫秒)或视(例如)车辆速率及存在一或多种威胁而定之可调间隔获得各影像。
[0073] 关于允许预测传感器20侦测对象且评估该对象可能撞击车辆18之机率的时间预算,假设感测时间为约100ms(但10ms亦可行)且展开时间为100ms(其为当前正面气囊系统展开时间的3倍),及涉及两车辆以约120mph之相对速度彼此接近之极端事故状况。此等效于60mph障壁撞击。根据所述多个假设,简单计算将表明传感器20必须在车辆18与接近车辆之间的间距为约35呎时开始评估撞击可能且必须在约17.5呎间距时开始展开一或多个气囊26。此为可能发生的最坏情形,因为在任何系统情况下,在约120mph相对速度下之60mph正面撞击均不太可能出现存活者。此具有额外保守性,因为所建议的系统具有在非恶劣天气条件下可靠地感测相距超过35呎的接近物件之能力。在恶劣天气条件下,车辆根本不会以接近120mph之速度彼此接近。
[0074] 此情形下,气囊将在计算之事故机率接近100%时触发以消除误判(false positive)。若未触发气囊系统(此可能例如在边缘碰撞中处理器22无法精确估算撞击对象或车辆之质量时发生),则一或多个习知碰撞传感器24可在所述多个边缘且尤其低速情况下充当备用系统以触发气囊26。
[0075] 上文之论述主要关于侦测使得气囊自气囊系统展开之事件之较佳方式。下文将论述在处理器22基于来自预测碰撞传感器20及/或反应性碰撞传感器24之数据产生展开信号时展开之气囊之较佳类型。
[0076] 薄膜气囊之介绍
[0077] 气囊26较佳由薄塑料制成,该薄塑料可以多种实用设计制备。一种较佳设计由两种塑料薄膜之组合制成。在一个实施例中,1密耳 (聚酰胺)层迭至4密耳聚胺基甲酸酯且用于制备侧气帘气囊,亦即沿车辆左侧或右侧展开且较佳实质上沿车辆之整个右侧或左侧展开之气囊,且该气囊亦包括多个互连隔室或腔室。此形式之气囊之质量显著小于现有的织物及薄膜气囊。
[0078] 此为初始实施例且未对尤其聚胺基甲酸酯之厚度及型样做任何最佳化努力。聚胺基甲酸酯可满足两种功能。第一,当用于接缝中时,聚胺基甲酸酯使应力集中分布于接缝中及沿接缝分布。第二,聚胺基甲酸酯使 薄膜中的裂口停止扩大,此称为钝化
[0079] 为了进一步增加复合 薄膜及胺基甲酸酯气囊中胺基甲酸酯之钝化作用及抗撕裂性,可能需要包括加强纤维,诸如 聚酯、 石墨及/或玻璃与聚胺基甲酸酯形成之加强纤维。可藉由将所述多个纤维随机胶黏至 来包括所述多个纤维。又,聚胺基甲酸酯或气囊亦可包括或合并有所述多个材料之奈米粒子或充当增强材料之其它奈米粒子(诸如来自灰之奈米粒子)。
[0080] 可经双轴定向以显著增加其抗拉强度。此意谓在形成时,沿两个轴拉伸薄膜以使得薄膜分子沿薄膜之方向对准。
[0081] 当此较佳设计用作侧气帘气囊时,在超压下气囊中腔室之失效模式可在腔室自身内而非在接缝中发生,在接缝中之失效模式为当前织物及薄膜侧气帘气囊之常见失效模式。重要的是应注意,在接缝中使用聚胺基甲酸酯的此种做法亦将适用于织物气囊(除所述多个由所谓「一片式编织(one-piece woven)」制程制得之气囊(其中两个织物薄片在接缝处被交织)外)。此将显著减小应力集中且降低材料厚度要求。亦重要的是应注意,此制程中十分需要对侧气帘气囊之可信有限元分析。举例而言,在一种情况中,当前受让人分析了当前大量生产之侧气帘气囊且确定在对腔室形状进行相对较小变化的情况下,应力集中(且因此材料厚度)可减小一半。
[0082] 在进一步进行材料最佳化的情况下,基于初始计算,预期薄膜气囊之初始重量将小于相当的织物气囊重量之一半且最终为相当织物气囊重量之约25%。值得注意的是,薄膜气囊之成本将甚至小于所述多个重量比,因为制备及处理薄膜之成本显著低于织物。
[0083] 因此,本发明之一些具体实例之重要态样为聚胺基甲酸酯或类似化合物(诸如橡胶弹性体)于气囊且尤其薄膜气囊之接缝中之用途,其用于将应力散布入接缝及/或使其沿接缝散布。胺基甲酸酯或橡胶弹性体可用于薄膜气囊及织物气囊以及混合气囊中。藉由散布应力,可降低应力集中且改良气囊强度。
[0084] 现将更详细地描述由塑料薄膜制成之气囊之各种设计及态样。
[0085] 薄膜气囊之结构实质上受破裂或抗拉强度及撕裂强度要求影响。举例而言,若无撕裂要求,则可使用如图3所示之双轴定向薄膜设计满足任何破裂强度要求之较薄薄膜气囊。另一方面,若仅考虑撕裂强度,则可设计各绳股之间间距较宽且具有极薄桥联薄膜之粗绳股网以耐受任何合理撕裂力,如图4中展示,图4A及4B中展示替代性设计之代表性截面。图4A为在圆形4A处获得之图4之气囊之区段之放大图,其说明由单块材料制成之网30。图4B为在矩形4B处获得之图4之气囊之区段之放大图,其说明由交织条带32制成之网之替代性设计。两种设计均不大体上令人满意且因此下文将论述多种替代性设计。
[0086] 另一个应考虑的问题为是否如图2中所示使用预测感测系统。若如图2中所示使用预测感测系统且若安全系统设计涉及用塑料薄膜气囊34填充车辆,如图5所示,则破裂压力要求应较低且降低塑料薄膜厚度。此因为在碰撞期间乘客不会以任何相对于车辆之较快速度撞击气囊且尤其若具有支撑乘客的若干个气囊,所述多个气囊上之负载应减少至少一半且或许一半以上。类似地,出于同样原因,气囊撕裂趋势应实质上降低。
[0087] 满足既定抗撕裂性要求之薄膜气囊之设计为厚度、重量及成本之取舍。举例而言,为了降低薄膜及网状结构之厚度,可使用成本较高的较高强度绳股或纤维36。可藉由周期性地置放成本较高的较高强度绳股或纤维并在
其间置放价格较低廉的纤维38来最小化此成本增加,如图6B所示,其为图6A之薄膜区段之侧视图。图6C说明图6A及图6B之薄膜区段,其具有层迭或以其它方式接合至纤维增强材料之重迭薄膜。类似地,藉由以较粗绳股为代价使得绳股之间的间隔较大,可以厚度作为代价降低材料之重量。
[0088] 通常,既定气囊类型或设计将具有与其它位置相比应力较大之位置。举例而言,对于安装于驾驶座侧方向盘中之薄膜气囊,最大应力位于远离接缝之气囊中心40处,如图7所示。另一方面,对于一些侧气帘气囊设计,最大应力出现于各腔室之间的岛状物中的接缝处,如图8及图8A中展示之42,图8A说明一种稍微不同设计,其展示对重新设计之产品侧气帘囊之有限元分析之结果。至少对于侧气帘气囊,精确有限元分析可确定最大应力位置且通常稍微重新设计接缝形状就可显著降低最大应力量值。举例而言,在一种情况中,该种对大量生产之侧气帘气囊之分析使最大应力降低约50%,引起材料厚度亦降低类似程度。
[0089] 气囊设计中要考虑之另一因素为封装且详言之,如何折迭气囊。举例而言,若存在明显折缝,则网中所用纤维可能在折迭期间损坏,从而限制材料之选择。在一些情况下,可以与中国笛子(Chinese whistle)类似之方式将折迭由来回折迭(back and forth fold)修改为卷起薄膜。然而,通常,折迭方法之选择由气囊展开考虑因素决定。
[0090] 由薄膜制成之气囊
[0091] 首先考虑仅由薄膜制成且未用纤维或网强化之气囊。对于一些应用,非弹性薄膜气囊(诸如安装于驾驶座侧方向盘中之气囊,如美国专利第5,653,464号中所揭示及本文中图9所展示)之一优点为气囊自动形成所需形状而无需使用系绳,从而实质上降低制造气囊之成本。当然,气囊可由更有弹性的薄膜制成以在非弹性薄膜情况与习知织物气囊之间形成设计连续(design continuum),习知织物气囊在不受系绳约束时倾向于形成球形。一种具有显著抗撕裂扩大性之设计(图10中展示)由薄 薄膜(0.001至0.004吋)及稍微更厚的由聚胺基甲酸酯制成之薄膜(0.004至0.008吋)制成,其中薄 薄膜层迭至由聚胺基甲酸酯制成之薄膜。当该气囊被刺穿时,胺基甲酸酯经由所谓钝化过程来延缓撕裂扩大。举例而言,当在远离最大应力区之位置处用锥刺穿气囊且对气囊加压直至损坏时,由刺穿引起之孔洞并未扩大且气囊在一个最大应力位置处损坏。
[0092] 通常沿两个正交方向预拉伸 薄膜44以形成双轴定向薄膜。此概念部分揭示于GB2316043中,只是在此参考文献中,胺基甲酸酯位于外侧上且 位于内侧上。对于图10中展示之具体实例,胺基甲酸酯46位于内侧上使得其亦可用于接缝50中且有助于将两个层48热封在一起。
[0093] 纯薄膜气囊之替代性构造为将两个或两个以上强固材料 薄膜52及54弱层迭在一起,其中各薄膜已沿单一方向拉伸以产生单轴定向薄膜。此说明于图11中。亦参看例如美国专利第4,039,364号及第4,407,877号。将薄膜层迭在一起,其中一个薄膜之定向方向与另一薄膜之定向方向成某一度(诸如90度)。当气囊中出现刺穿或撕裂时,其将分岔或倾向于在两薄膜中沿不同方向传播且因此可阻止复合气囊中刺穿或撕裂扩大。当然,可以此方式接合两个以上薄膜且可使用可增加分岔作用之中间角度。一种实施例为使用四个所述多个薄膜,其中每一薄膜轮流以与相邻薄膜成90度之交替方向定向。
[0094] 举例而言,考虑彼此成90度地层迭之两个定向薄膜。根据美国专利第3,322,613号,抗撕裂性将倍增而抗拉强度将显著降低,因为仅一个薄膜将在任一薄膜之加工方向或定向方向上具有高强度且另一薄膜可视为几乎不起作用。若假设垂直于抗拉测试方向定向之薄膜之强度为0,则对于初始抗拉强度,无需两倍量的材料即可获得4倍的抗撕裂性(假设单轴定向薄膜之强度不高于双轴定向薄膜)。如图12中说明,具有50%空隙60(填充有薄桥联薄膜56)之网58可在一半材料重量下提供与双倍厚度气囊相同之抗撕裂性及抗拉强度,且在单轴定向材料之强度高于双轴定向材料之意义上,可制备更薄的材料。
[0095] 由网强化薄膜(net reinforced film)制成之气囊
[0096] 咸信将网及薄膜组合用于气囊之原始概念首先揭示于美国专利第5,505,485号中,其中提供计算结果来展示可经由该构造获得气囊重量之显著降低。呈现之论据为气囊经设计以抵抗既定撕裂力,其主要由单根纱之强度确定。其指出在撕裂期间,位于扩大之裂缝之顶点的纱片承载几乎全部负载或撕裂力。当然,若纱为松散编织且允许相互移动,则一些负载将由相邻纱分担。对于紧密编织气囊及含有重迭薄膜之气囊,此相对移动为最小的且因此由单根纱抵抗之力将接近于撕裂力。因此,若制备较厚的纱从而增加其抗撕裂性,则其可以更大的间距间隔且由足以抵抗气囊内之压力的薄膜桥联,如图13中说明。若此间隔62等效于原始纱之直径的40倍且若新的纱64具有(例如)双倍厚度,则织物之重量可降低一个数量级且所得气囊之重量(假设薄膜强度足以抵抗破裂力)可降低至少一半。
[0097] 一种使用上述概念之设计为由网及一个或两个层迭至该网之聚胺基甲酸酯(或类似弹性体)的薄层66制成之气囊。聚胺基甲酸酯或类似弹性体与 相比之优点在于其由于其宽容的弹性性质或钝化而不太可能撕裂。另一方面,为了获得相当的强度以抵抗气囊压力,弹性体将需要比由强度更高且非弹性度更高之聚合物 制成之薄膜稍微更厚。若薄膜66中使用 ,则其可为非定向 提供一些拉伸
能力且因此提供一些抗撕裂性。由于强度较高,层迭至 网之 薄膜将形成
极其薄的气囊(相对于其强度而言)且具有优良抗撕裂性及破裂压力性质。对于此薄膜情况,胺基甲酸酯仍可用于接缝,如下文所论述。
[0098] 该网可由单块薄膜建构(如图14中之68所示)或其可由纱70编织而成(如图15及15A中说明)或由固体聚合物材料之绳股72编织而成(如图16及16A所示)。网之间隔可不同且如图15及16中所示且更实际地如图15A及16A中所示。由薄膜制造网结构之方法尤其论述于美国专利第3,322,613号及第3,864,198号中。若网为编织的,则由于经纱纬纱交叉处之交叉厚度,其最大厚度将为由单块薄膜制成之网(亦即薄膜-网)之厚度的两倍。又,由薄膜制成之网无需为圆形且因此可进一步降低气囊厚度。此概念之极端情况可见于由紧密编织的薄膜条带制成之常用防水布中且将于下文中论述。网材料可经双轴定向或单轴定向以增加其强度。若单轴定向,则可使用且层迭两个网材料层使得其定向方向成某一角度,诸如约90度。又,所述多个材料可经设计以稍微屈服从而允许调节应力使得网之绳股之全部宽度均可用于抵消撕裂应力。若网为松散编织的,则绳股相互之间的一些运动可允许若干绳股为抵抗撕裂扩大出力,从而将进一步允许降低网厚度。
[0099] 图17说明三层层迭双轴定向 薄膜之样品之英斯特抗拉测试(Instron test)结果,其展示此薄膜发生之显著拉伸。在一些情况下,无需此较高毁坏拉伸率,表明应增加定向或预拉伸量。藉由容许接近100%的毁坏拉伸率,气囊可实质上如气球般变形,其可部分地使气囊之安全特征失效。又,随着材料拉伸,其亦变得更薄。因此,若将材料预拉伸至接近其破裂点,则将引起使用更薄的且因此更少量材料。市售单轴定向及双轴定向展现此拉伸性质,表明为了最佳化薄膜气囊材料,建议除满足商用标准外亦增加定向,此将进一步降低材料用量且因此降低气囊之成本及重量。图18展示四层薄膜之效果。图17及18之标度实质上相同,表明第四层对强度之贡献超过33%。
[0100] 另一应考虑之几何组态为在单一制程中在一起制造网及薄膜,如美国专利第3,713,942号及第4,076,121号中揭示及图19中说明。
[0101] 由条带强化薄膜制成之气囊
[0102] 如上文所提及,可以与常用防水布类似之方式建构气囊,其中由薄膜制成之紧密编织条带在各侧面上与薄膜层层迭在一起,如图20中说明及如'819申请案中首先揭示。条带通常由聚丙烯或聚乙烯制成且薄膜由聚乙烯制成。可如本文中教示使用其它材料,诸如将 或聚酯用于条带且将 聚酯或聚胺基甲酸酯用于薄膜。因此,一或多个薄膜层可层迭于编织条带的内侧上且一或多个薄膜层可层迭于编织条带的外侧上。可在编织条带之内侧及外侧上使用不同薄膜层。可设计紧密编织条带以确保经向条带与纬向条带之间的孔口小于临限值或完全无孔口。
[0103] 通常,在编织过程中,将以一个方向定向之一组条带与以垂直方向定向之另一组条带编织在一起。亦预期使以不同方向定向之条带彼此连接之其它方式,以及条带的其它编织型样。
[0104] 一种可自Home Depot购得之防水布之厚度为约0.005吋,其中条带厚度为约0.002吋且层迭于条带各侧面上之薄膜之厚度为约0.0005吋。此防水布之相对于经线及纬线成45度角之拉力测试表明薄膜与条带之间的结合较弱,允许条带移动且根据应力进行调节,使得可在若干条带之间分担应力,从而有助于抵抗撕裂扩大。
[0105] 已熟知单丝钓鱼线之强度高于由卷绕丝之纱制成之钓鱼线。此原理此处亦适用,因为条带与平坦化的单丝钓鱼线类似。当纱经历抗拉测试且在显微镜下检视破裂部分时,可发现当一些细丝在拉力下破裂时,其它细丝被从纱拉伸。因此,纱之强度小于细丝强度之总和,从而解释为何单丝线之强度大于由卷绕丝制成之线。当用于气囊材料时,此产生实现所需抗拉强度所需之材料量可降低约20%或20%以上之事实,从而有助于气囊重量降低类似程度。
[0106] 另一重要特征为典型地置于编织薄膜材料两侧上之涂层。此涂层将若干相邻条带耦接在一起,产生可将施加于一个条带之应力部分转移至相邻条带之意外优点(因为相邻条带之间相对运动之自由度比习知气囊织物中之相邻纱之间相对运动之自由度低得多)。此部分说明条带气囊与编织品气囊相比以更类似于连续薄膜薄片之方式起作用之事实,因此无需使驾驶座气囊成形之内部系绳。此作用显著增加材料之撕裂强度且可进一步降低材料厚度(在撕裂强度为限制因素的情况下)。值得注意的是,视涂层性质而定,在习知织物气囊两侧上置放涂层可实现所述多个理想作用中的一些。
[0107] 编织薄膜气囊之另一重要特征为对于相同质量的气囊材料,编织薄膜设计产生与习知编织纱设计相比显著更薄的气囊,从而使得在置放于气囊模块中时折迭之封装较小。然而,如上文所提及,所需材料质量亦显著降低。此所需质量较低及封装较小之组合使得气囊模块较小且车辆重量较小。
[0108] 经涂布之编织薄膜与编织品相比亦具有显著较低透气性,此可为有效性质,尤其对于气体透过材料泄漏可引起气囊过早放气之侧气帘气囊而言。
[0109] 当生产薄膜条带时,如本文中别处所提及,其经拉伸以使聚合物分子沿条带长度方向(称为加工方向)定向。此增加材料之抗拉强度,从而降低抵抗特定拉力所需之材料量。为了实现最大效益同时保持安全因子,可拉伸所述多个条带直至达到所需破裂强度百分比,诸如约80%至约90%。此允许再拉伸约10%至约20%才会破裂,同时获得最薄的实用材料。已测试经类似拉伸之 材料之断裂应力为约60,000psi,其显著高于典型地在气囊织物纱中发现之断裂应力,其为30,000psi。应注意,以特定量拉伸条带(诸如使长度增加(例如)5倍)未必可获得所需最佳强度,因为该作用由薄膜之加工历史、材料之化学成分、进行拉伸时之温度、拉伸速率等决定。因此,应使用对在特定条件及材料性质集合下获得之条带进行之测试作为指导来确定获得所需结果所需之拉伸度。
[0110] 可制备宽度为约0.1mm至大于约5mm之条带。然而,已发现通常条带宽度越窄,则在加工容易性及编织成本方面越好。详言之,已发现当条带宽度小于约3mm且较佳为约0.5至约1mm时,气囊材料性质在加工成本方面接近最佳。举例而言,发现由约0.5mm至约1mm宽的 条带制得之材料与约3mm或3mm以上宽度条带相比展现更均匀的抗拉强度及撕破性质且显著更易于折迭。此材料亦展现理想悬垂性质,使得其适用于除气囊以外的许多应用,如下文所论述。尽管本文中论述NYLON条带,但条带亦可由其它聚合物材料制成且详言之由聚酯制成,其具有进一步降低气囊材料成本之优点。
[0111] 图21说明由交织条带74制成之气囊材料之一片的变形,其中薄膜随条带拉伸开始破裂。
[0112] 当用于气囊时,需要条带在断裂前(以允许进行高应力区(诸如接缝周围)中之应力的一些调节及分担)及在撕裂扩大期间进行少许拉伸。尽管防水布使用编织条带,但亦可使条带层积于彼此顶部而不将其编织在一起。在此情况下,可置放条带层使其彼此成约90度且其可弱结合在一起且弱结合至薄膜以将组合固持在一起,如图22及22A中说明,其中展示条带76具有薄膜78。对于可在中拍动的防水布而言可能成为问题的分层在气囊中可能较不重要。此使得可使用弱结合材料将多个层接合在一起。又,条带层可经单轴定向以增加其抗拉强度。
[0113] 涂膜78(如图22A中说明)可由胺基甲酸酯或其它弹性体、 (聚酰胺)、聚酯或其它合适材料制成且条带可由强薄膜 聚酯)或更昂贵材料(诸如超高分子量聚乙烯 制成。
[0114] 此结构与网强化薄膜相比之一优点为所得气囊厚度均匀。对所述多个多种结构之选择主要视对材料之撕裂及抗拉要求而定。若抗拉或破裂强度要求为主导性的(如据认为在若干气囊的情况下),则仅指定最小抗撕裂性。此设计中,由条带控制抗撕裂性且由条带与薄膜之组合控制破裂强度。然而,薄膜(假设其为高强度薄膜,诸如 或聚酯)在所有方向上均提供抗破裂强度而条带仅在条带方向上起作用。因此,假设条带及薄膜使用相同材料,则对于实现相同破裂强度,条带厚度需要为薄膜厚度之两倍。举例而言,一种折中解决方法为制备相同厚度之条带及薄膜。因此,若条带厚度为约0.002吋,则复合气囊厚度将为约0.008吋。此为优良的气囊设计出发点且接着基于测试进行的最佳化可改变比率。
[0115] 如本文中所描述之由 条带制成之气囊表现良好。尽管被研发用于气囊应用,但此材料具有许多理想性质,使得其亦适用于其它应用,尤其当条带宽度小于约3mm时。一些候选应用包括:游泳池覆盖物、其它防水布、耐用抗撕裂袋(诸如砂袋)、耐用缠绕膜、帆船帆(其由于平坦轮廓而展现较低拉伸性)、降落伞、家具包饰、浴帘、滑翔伞、衣物(尤其雨衣)、衣物袋(garment bag)、可再用购物袋、低成本及轻质帐篷、可充气救生筏、救生具及尸袋(body bag)。该材料为防水(但其亦可制造成具有透气性)、廉价、强度及抗撕裂性极高、轻质、易于悬垂及折迭的,且因此适用于除以上列举之应用以外的许多应用。
[0116] 由纤维强化薄膜制成之气囊
[0117] 有时使用麦拉膜(Mylar film)及由 或碳制成之纤维增强材料制造高效能帆船帆。举例而言,颁予Meldner之美国专利第5,333,568号描述由极薄碳纤维制成之帆用布,首先将碳纤维制成为带子且接着并排放置为两个层来制作其,该两个层彼此成一定角度,诸如90度。接着使纤维层彼此结合且结合至覆盖薄膜,产生极轻薄且抗撕裂性极高之极高强度材料。尽管'568专利建议该材料可用于气囊,但该材料之成本将限制其用于气囊,但其可作为极端情况用于比较目的。所主张之该材料之一特征为其不卷曲,亦即该帆一旦制成,则保持其形状且在高负载下不发生拉伸。此为船帆之极重要性质,因为其翼形形状对高速竞赛极关键。但其并非气囊之尤其重要性质,气囊在展开时可容许一些变形且实情为,如下文所描述,一定程度的屈服可有助于材料之抗撕裂性且有助于缓解一些高应力区(诸如接缝中)。
[0118] 然而对于一些应用,可藉由将纤维定向或随机置入薄膜中来制备气囊,如图23中说明。美国专利第3,003,304号描述松散结合之定向纤维薄片,其与其它类似薄片以某些角度层迭在一起。在一种较佳情况中,薄膜86为弹性薄膜(诸如胺基甲酸酯)且纤维随机分布于薄膜中。在另一种情况中,薄膜86为 且纤维82以带子84形式定向,带子84以诸如图24中所示之网之方式结合至薄膜。在两种情况下,纤维可由多种材料制成,如由(例如)碳纤维、芳族聚酰胺纤维 、聚酯纤维或以商标
或 出售之纤维制成之单丝材料或多纤维纱,如美国专利第6,112,689号中所描述。
[0119] 船帆制造者尝试控制船帆拉伸之第一种方法为使用拉伸性较低之高模数纱制备帆用布。特定抗拉模数(公克/丹尼)为约30(纱,二十世纪四十年代使用)、约100(来自DuPont之 聚酯纱,二十世纪五十年代至二十世纪七十年代使用)、约900(来自DuPont之 对-芳族聚酰胺纱,二十世纪八十年代使用)及约3000(碳纱,二十世纪九十年代使用),如美国专利第6,265,047号中论述。出于比较目的且假设材料比重为1.0,10丹尼纱之厚度为约0.0013吋,100丹尼纱之厚度为约0.004吋且1000丹尼纱之厚度为约0.0126吋。
[0120] 具有随机嵌入之纤维之由弹性聚合物制成之薄膜可为极具成本效益之气囊材料,但对于既定破裂强度及抗撕裂性,其与上述薄膜加网方法或(较佳)编织薄膜方法相比将稍微更厚及更重。如美国专利第4,084,028号中揭示之另一种方法为在弹性黏着层中使用两个成角度定向之薄膜加轴向纤维。纤维可由薄膜狭条制成且可为平坦的且应具有一些拉伸能力且不应牢固黏着至黏着剂。
[0121] 次要考虑因素
[0122] 如上文所论述,对于一些气囊,诸如侧气帘气囊,最大应力通常出现于接缝中,而对于安装于驾驶座方向盘中之气囊,其通常出现于顶点处,亦即与方向盘轴成一条直线之气囊中央处。对于所有气囊,材料厚度由所述多个最大应力位置处之应力决定。若气囊具有均匀厚度,则此厚度必须足以耐受气帘情况下接缝中之应力。若最大应力位置处之应力可沿接缝分布且甚至分布于接缝中,则此情形可得到改良,以上两种情况可在两个材料片由可稍微拉伸之弹性体(诸如聚胺基甲酸酯)接合在一起时发生。此弹性体可用作结合剂以用于经由(例如)热封将材料片接合在一起。若聚胺基甲酸酯已为气囊中所用的薄膜材料,则无需其它材料,仅需将两薄膜热封在一起即可。若聚胺基甲酸酯并非气囊中所用材料的部分,则可将聚胺基甲酸酯或其它合适热塑性弹性体的条88置放于接缝区域中以用于将薄膜材料结合在一起且提供应力再分布功能,如图25及25A中之驾驶座侧气囊实例所示。以类似方式,可使用聚或其它弹性材料替代聚胺基甲酸酯。
[0123] 图25B说明建构接缝之替代性方法,其可适用于使用剪切接头替代图25A之搭接之一些应用。在此情况下,待接合之材料层(例如,形成气囊部分之编织条带的片)可被热封或黏着密封在一起以形成接缝。使一个气囊部分之边缘与另一气囊部分之边缘(或同一气囊部分之另一边缘)重迭且接着热封或黏着密封重迭区域。一种替代性方法为跨越两个层(例如,由编织条带的一或多个片形成之气囊部分之两个边缘)热封或黏着密封带子81,该两个层现可彼此对接,如图25C所示。因此,由编织条带形成之一个气囊部分之边缘与另一气囊部分之边缘(或同一气囊部分之另一边缘)相对且当对接时,将带子81黏着至沿对接边缘之区域。在一些情况下,视所用黏着剂之弹性性质而定,图25B及25C之接缝可提供更强的接头。
[0124] 当使用黏着及/或热封来接合接缝时(如防水布制造中常用),所得接缝可由于在密封剂与编织薄膜之间的界面处或编织膜上之涂层与条带之间的界面处分层而破裂。又,接缝附近的可能在热封过程期间被削弱之条带可能破裂。另一方面,将防水布材料区段缝合在一起未获得成功,因为相当宽的条带(其宽度通常大于约3mm)在附近存在自由边时易于拉裂。然而,已发现,若条带远窄于约3mm且较佳窄于约1mm,则已缝接缝(亦即由材料(其可为形成气囊部分之编织条带的片)之相邻对准边缘形成之接缝)之强度为材料强度之约80%。因此对于许多应用,由上面具有或不具有一或多个层迭膜层之编织条带85形成之气囊部分之边缘缝合(如图25D中说明)为替代热封或黏着密封之可行方法,接缝由延伸穿过两个气囊部分(由编织条带形成)边缘(或同一气囊部分之两个边缘)的区域之型样表示。对于需要接缝强度与材料强度相同或高于材料强度之情况,可如图25E中说明使用热封或黏着密封与缝合之组合,其中相邻于一个气囊部分之边缘之区域与相邻于另一气囊部分之边缘之区域(或同一气囊部分之第二边缘)相对,且缝合延伸穿过两个区域。当然,缝合现可用于其它接缝设计。迄今尚未了解只要条带足够窄便可成功缝合编织薄膜材料之事实且因此为重大技术进步。缝合接缝展示于图25D及25E中之85处。
[0125] 对气囊的良好有限元分析当然是在气囊设计中利用上文论述之应力再分布方法之前的控制应力集中之第一步。一种气帘之详细分析提供于美国专利第7,040,653号且详言之其附录1及附录1中引用之参考文献中,其均以引用的方式并入本文中。
[0126] 如上文所提及,若气囊由薄膜条带制成,则条带在破裂前具有一定量屈服亦可理想地作为当材料经受撕裂时跨越条带分布应力之方法。此说明于图26中,其展示一片气囊材料,该气囊材料在90处被刺穿从而使得条带92及94破裂且引起相邻条带拉伸且分布负载。
[0127] 类似地,若所选气囊结构涉及呈薄膜层或薄膜条带层形式之具有略微刚性或无弹性薄膜,则一定量的屈服亦可用于重新分布如图27A及27B中所示之接缝中应力集中区域中之应力,其中98处说明之 薄膜具有位于96处之重迭网及位于100处之接头中之弹性薄膜。尽管气囊主体发生塑性变形并不合乎需要,但在撕裂扩大及缓解高应力位置处之应力集中的两种情况下,其为有益的。
[0128] 若应力集中仍引起问题且无法经由气囊几何组态重新设计解决,则在一些情况下,可以与常用于制造船帆之增强材料大致相同之方式将增强材料层迭于高应力点处。气囊设计师之目标应为建立在气囊各处的应力尽可能均匀之结构。在一些极端情况下,气囊可经设计以经由使用破裂带而使气囊以特定方式破裂,所述多个破裂带的破裂使得在气囊负载时,破裂不会损害气囊之效能。此用于塑料气囊之概念揭示于美国专利第5,205,650号中。
[0129] 纯塑料薄膜气囊在与人类皮肤接触时可能具有不良触感或作用。该问题之解决方法揭示于美国专利第3,746,608号中,其中处理薄膜表面以使其具有更软的与织物类似之触感。然而,当使用条带宽度小于3mm且较佳为约0.5mm至约1mm的条带材料时,发现材料天然具有极软触感且无需额外加工。窄条带材料之另一优点为其更易于折迭或悬垂,从而使得封装体积为具有较宽条带之标准气囊或编织薄膜气囊之封装体积之约一半或一半以下。
[0130] 薄膜气囊之实例
[0131] 在图28中之102处大体上说明根据本发明之一实施之教示建构之膝部保护气囊。已使气囊的一部分膨胀以说明包含交织条带104及106以及上覆薄膜108及110之构造。
对于此构造, 或聚酯可用于条带及上覆薄膜。举例而言,因为 不易于黏着
至其自身,因此如此项技术中熟知在条带与薄膜之间使用黏着层(未图示)。使多个材料片接合在一起的接缝(未图示)可经缝合且含有热塑性弹性体以有助于接合过程且一定程度上缓解典型地出现于接缝中之应力集中。亦提供排气孔(未图示)以经由控制气体自气囊的流出来帮助吸收撞击期间乘客膝部之撞击能量。
[0132] 一种替代性构造为对于内部薄膜层使用不同聚合物(诸如聚乙烯或聚胺基甲酸酯),该内部薄膜层接着可用于经由热封将多个材料片接合在一起。缝合亦可用于增加接缝强度。对于此应用,视设计要求而定,薄膜层及条带厚度可为约0.001吋至约0.003吋。
[0133] 在图29中之112处大体上说明根据本发明之一实施之教示建构之侧气帘气囊。以与说明图28之膝部保护气囊相同之方式,使一部分气囊膨胀以说明包含交织条带114及
116以及上覆薄膜118及120之构造。类似地,对于此构造, 或聚酯可用于条带及上覆薄膜且如此项技术中熟知使用黏着层(未图示)。使多个材料片接合在一起的接缝(未图示)可含有热塑性弹性体以有助于接合过程且一定程度上缓解典型地出现于接缝中之应力集中。通常不提供排气孔,因为需要侧气帘气囊保持膨胀若干秒。在一些情况下亦可使用热固性弹性体。
[0134] 一种替代性构造为对于内部薄膜层使用不同聚合物(诸如聚乙烯或聚胺基甲酸酯),该内部薄膜层接着可用于经由热封以及缝合将多个材料片接合在一起。对于此应用,视设计要求而定,薄膜层及条带厚度亦可为约0.001吋至约0.003吋。
[0135] 吸气式充气器
[0136] 再次参看图2,在较佳具体实例中,配置气囊26以实质上填充车辆18之要由展开之气囊保护之一或多个乘客乘坐之整个内部车厢。然而,若车辆18之乘客舱将由展开之气囊26填满,则用以填充气囊26之空气应主要为乘客舱空气(亦即,引起气囊26展开之事件之前的来自乘客舱本身之空气)以便避免耳损伤及引起听力损失、窗户破裂及车门受迫打开。现今,约17%的经历过气囊展开的人遭受一定程度的永久性听力损失。可借助于吸气式充气器减少此情况。
[0137] 在气囊发展史初期,已进行多种尝试以研发吸气式充气器。大体上所述多个尝试均失败,且市面上的一些所得产品之混合比低至1.05。换言之,填充气囊之空气中的仅约5%来自乘客舱。
[0138] 造成此问题之一原因为先前充气器设计师不理解喷嘴直径与混合长度之比率的重要性。混合长度为吸入空气与推进剂流体汇聚后有效混合传入空气与充气器气体所需之流动长度。若无足够混合长度,则吸气率降级。归因于早期吸气式充气器设计师选择之喷嘴直径,所需混合长度较长且难以在分配用于气囊模块之容积中实现。在根据本发明之吸气式充气器中,充气器喷嘴厚度为千分之几吋,使得混合长度为约1吋,从而易于实现。因此,吸气式充气器之实验模型已获得6:1或6:1以上的抽压比。认为此应用可接受之抽压比为至少3:1。抽压比3:1意谓每1份充气器气体使用3份乘客舱空气,由此使充气器推进剂减少约75%。理想次级效益为推进剂减少可产生「更环保的(greener)」充气器。
[0139] 与吸气式充气器有关的第二个问题为乘客舱空气流经之开口尺寸必须较大。一旦跨越此开口之压降超过约2:1,则发生扼流,意谓无论压力比如何,均无法再从乘客舱吸入空气。此与声速有关。在本发明设计中,此开口尺寸要求更易于满足,因为膨胀时间已增加约3倍。因为膨胀期较长,因此可使用较小开口。然而,对于系统无法精确量测(例如)撞击对象质量之备用情况,可启动传统系统以使驾驶座及乘客座气囊膨胀。此扼流现象需要大3倍的开口区域或可使用额外推进剂使驾驶座及乘客座气囊及时膨胀。然而,情况可能并非如此,因为其主要发生于边缘碰撞中,在边缘碰撞中习知碰撞传感器将用于起始展开且在所述多个情况下典型地存在更多的可用于展开气囊之时间。应注意,通常此仅当撞击对象之质量的显著性确定气囊是否应膨胀时才具有相关性。对于所述多个情况,亦可容许较慢膨胀。
[0140] 使用吸气式充气器亦具有另外两个优点。第一个优点为由吸气式充气器充气之气囊固有地具有自我限制性。随着气囊中压力增加,吸气比降低且因此当气囊撞击乘客时,气囊将顺应乘客,且随着气囊中压力增加,额外流动将受限制。第二个优点为吸气作用允许使用燃烧更缓慢且产生更多二氧化碳或其它不良气体之推进剂,因为消耗之推进剂显著减少。
[0141] 鉴于前述内容,根据本发明之气囊系统之较佳具体实例将包括多个薄膜气囊(其展开时将实质上填充车辆之整个内部车厢)及用于使所述多个气囊膨胀之吸气式充气器。当与传感器系统(其主要依赖于如上文所描述之高度精确预测传感器20(就所述多个传感器提供精确数据而言,且若其不能提供精确数据,则次要依赖于习知碰撞传感器))组合时,将获得综合车辆安全系统,其将有效减少且甚至可能实质上消除由车辆事故引起之损伤及死亡。
[0142] 尽管已展示及描述本发明之特定具体实例,但熟习此项技术者将显而易见,可在本发明之广泛态样中在不偏离本发明之情况下作出变化及修改,且因此随附申请专利范围之目标为覆盖所有所述多个属于本发明之真实精神及范畴内的变化及修改。
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