[发明专利]气囊系统的充气机

说明书

本发明的背景

1.本发明的领域

本发明一般涉及保护移动车辆乘员的安全装置。特别是，本发明涉及一个用于在移动车辆中控制高压气体从高压容器往气囊组件中的流动的阀组件，保护乘员不受撞击的伤害。

2.本技术的背景

各种车辆安全装置和乘员阻尼系统在技术上是大家所熟知的。这些装置防止车辆上的乘员，如汽车、飞机和火车上的乘员在撞击情况下不受伤害。根据撞击进行充气来保护移动车辆上的乘员的气囊的价值越来越受到广泛认识。气囊在装备有这种系统的车辆上降低乘员受伤害的程度是有效的。气囊当与常规安全装置，例如腰或肩安全带结合在一起使用时特别有效。

在常规的汽车中，保护驾驶员的气囊一般安装在车辆方向盘的轮毂中。气囊本身是一个用适当纤维织物制造的可膨胀折叠袋。一个含有叠氮化钠发射剂的充气机与气囊的内部相连。一旦发生撞击，一个点火电路点燃叠氮化钠装料，它快速地产生填充气囊的热气体。该气囊从方向盘轮毂弹出并且在驾驶员前面扩张，当驾驶员由于撞击而向前倒时垫住驾驶员，并防止驾驶员撞到车辆坚硬的内部表面上。

从一个叠氮化钠充气机往气囊中充热气体存在许多问题。叠氮化钠是一种有害的化学物质。另外，当气囊被充气时释放出巨大的热量，这可能会潜在地烧到乘员的脸、手臂、手和腿。由于叠氮化钠技术存在以下缺点，包括有毒性、燃烧、爆炸、环境问题、刺激性和有毒气体以及化学分解，因此需要一个不依赖叠氮化钠的有效充气系统。

一种代替叠氮化钠充气机的替代物就是混合充气机，它与一个信号化学物质结合在一起使用压缩气体源，在给气囊充气时增大压力。混合充气机可以省去叠氮化钠作为组成部分，不过它还使用化学物质和燃烧过程来给气囊充气，从而产生不希望有的气体排泄物。另外，混合设计是复杂的并且可能不可靠。混合充气机设计使用压缩气体源作为其充气介质。

常规的压缩气源“冷气”充气机设计在技术上也被大家所熟知。这些系统使用纯储存压缩气体来给气囊充气。阻止冷气充气机结合到车辆中的主要问题之一是充气机的输出量受到环境温度极限的影响。气囊充气机被要求在-40℃(-40°F)到98℃(208°F)的温度范围内发挥作用，他们是在寒冷的冬天和炎热夏天期间在各个地方可能遇见的极限。对于固定容积的压缩源，由Boyle定律可知道，气体压力与环境温度成正比地增加或降低，并且能由方程：(P1)(T1)＝(P2)(T2)确定。因此例如，一个在大气温度(70°F)下被加压到6000psig的容器其内部压力将按如下受到温度极限的影响：

在-40°F，内部压力＝4755psig

在208°F，内部压力＝7570psig

这个例子示出了温度极限如何显著影响存储压力，从而影响将充到气囊中的总的气体流出量。由于这种在容器压力上的巨大变化，一个设计用于在高温情况下以适当比例往气囊中充气的充气机在寒冷的极限条件下往气囊中充气仅达到理想水平的几分之一，从而对于撞击期间车辆上的乘员产生不利的缓冲特性。在另一方面，如果充气机被设计成在低温极限情况下具有适当的袋充气特性，那么气囊会以不希望的高压充气，有可能导致气囊在接缝出破裂。另外，当车辆中的乘员接触气囊时，高压会产生一个非常“硬”的气囊。这两中极限情况都是不希望的。

最常用的充气机为信号弹式，并且使用燃烧过程进行气体输出。这种燃烧过程也受温度极限的影响，但是不会达到与存储高压气体充气机相同的大小。混合充气机使用一个高压气体源，它所受温度极限影响的程度与存储高压气体充气机的相同。但是这些混合设计还结合了信号装置，产生不怎么随温度变化的气体输出。因此，混合设计的总体变化小于纯存储高压气体设计。所有充气机设计在一定程度上都受到温度变化的影响，并且压力变化问题必须提到并且加以补偿，以便在极限条件下提供适当的保护。

另一个与高压存储气体充气机有关的情况是，当初始容器被打开时其气体向外的流动必然是非常猛烈并且具有冲击性。当气体未进行调节就释放到气囊中时，它能在气囊本身导致高应力引起的载荷，或者如果当气囊打开时乘员靠近气囊而对乘员施加载荷。因此，重要的是在初始容器打开阶段气体从压缩气体源释放到气囊中时，提供一些调节气体的装置。

标准存储气体充气机和其它常规充气机的另一个缺点是，他们不能根据影响乘员撞击气囊的不同撞击变量，使其输出适合提供恰当的气囊充气特性。