专利名称：车辆用膝垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆用膝垫，其在例如发生车辆碰撞时约束乘员的膝部。
背景技术：
日本专利申请公告第2003-312419号(JP-A-2003-31M19)描述了一种由刚性聚氨酯垫片(吸能构件)形成的汽车用膝垫。刚性聚氨酯垫片通过金属托架被仪表板加强件支撑，并被布置为面向乘员的膝部。如果发生汽车碰撞，则刚性聚氨酯垫片在来自乘员膝部的荷载的作用下压溃，从而吸收膝部的冲击能。然而，用于生产刚性聚氨酯垫片的现有技术制约了泡沫产品的长度。此外，当被压溃时刚性聚氨酯垫片容易折断(在压缩荷载的作用下容易折断)。由此，不可能形成很长的刚性聚氨酯垫片。因此，不可能减少固定刚性聚氨酯垫片的金属托架(固定部)的长度。 据此，存在着进一步减轻质量的空间。此外，因为在上述的压缩荷载的作用下刚性聚氨酯垫片容易折断，所以刚性聚氨酯垫片的荷载-位移特性可能剧烈变化。
发明内容
本发明提供一种车辆用膝垫，通过所述车辆用膝垫稳定了吸能构件的荷载-位移特性并实现减轻质量。本发明的一个方案涉及一种车辆用膝垫，其包括树脂吸能构件，所述树脂吸能构件布置于就坐在车辆的座椅上的乘员的膝部的前方，并且于其前端固定到设置在车身侧的刚性构件上的固定部。吸能构件形成为自固定部侧观察时截面为卵圆形，并且形成为一端朝向固定部开口且另一端封闭的筒状。吸能构件在开口边缘的沿卵圆形的截面的长径方向的两端侧处固定到固定部。应当指出“卵圆形(oval shape)”的示例包括椭圆形、具有圆角的矩形、以及卵形 (egg shape)。吸能构件于其前端固定到设置在车身侧的刚性构件(例如，仪表板加强件)上的固定部。例如在发生车辆碰撞时，在来自由于惯性力移向车辆前方的乘员的膝部的荷载的作用下，吸能构件压溃(crush)。因此，吸收膝部的冲击能。吸能构件形成为自固定部侧观察时截面为卵圆形，并且形成为一端朝向固定部开口且另一端封闭的筒状。吸能构件在开口边缘的沿卵圆形的截面的长径方向的两端侧处固定到固定部。通过这种结构，当吸能构件压溃时，应力集中在其卵圆形截面的长径方向的两端上，即，在吸能构件的周壁中曲率最大的两端上。由于这种应力集中，所以吸能构件以手风琴的方式压曲，使得具有大曲率的两端形成压曲波(buckling wave)。此时，吸能构件按照以下方式变形。吸能构件的相应于压曲波的峰值的部分变形，使得卵圆形截面的长径增加。 另一方面，吸能构件的相应于压曲波的波谷的部分变形，使得卵圆形截面的短径增加。这种吸能构件的截面形状中的动态变化分散了应力。这使得能够防止或有效地抑制由吸能构件的压曲所造成的吸能构件的折断的发生。因此，能够稳定吸能构件的荷载-位移特性。此外，防止了吸能构件的折断，使得能够将吸能构件的长度设定为较大值。因此， 能够简化固定部的结构，从而减轻下肢约束设备的质量。例如，当附接于仪表板加强件的主体(例如，管)上的金属托架被用作固定部时，能够减少金属托架的长度。如果仪表板加强件的主体的一部分被用作固定部并且吸能构件直接固定到固定部，则能够省略金属托架。 因此，能够减轻下肢约束设备的质量。在根据上述方案的车辆用膝垫中，吸能构件可以这样形成沿卵圆形截面的长径方向的两端中的每端处的壁厚均大于沿卵圆形截面的短径方向的两端中的每端处的壁厚。当吸能构件压溃时，应力集中在卵圆形截面的长径方向的两端上。然而，沿卵圆形截面的长径方向的两端中的每端处的壁厚均大于沿卵圆形截面的短径方向的两端中的每端处的壁厚，因此能够防止由过度的应力集中所造成的沿卵圆形截面的长径方向的两端上的折断的发生。在根据上述方案的车辆用膝垫中，吸能构件可以形成为自固定部侧观察时截面为椭圆形，并且椭圆形截面的长径的长度与椭圆形截面的短径的长度的比例设定为2比1。在吸能构件中，椭圆形截面的长径(长轴)的长度与椭圆形截面的短径(短轴) 的长度的比例设定为2比1。这使得能够在保证所要求的吸能构件的能量吸收量的同时最小化吸能构件的质量。在根据上述方案的车辆用膝垫中，吸能构件在卵圆形截面的长径沿着车辆高度方向延伸的状态下固定到固定部。吸能构件在卵圆形截面的长径沿着车辆高度方向延伸的状态下布置，并且吸能构件在车辆高度方向上的尺寸被设定为大值。因此，无论由于例如乘员形体大小的变化带来了怎样的膝部高度的变化，吸能构件都良好地面向膝部。在根据上述方案的车辆用膝垫中，可以采用这样一种配置，其中，紧固部从吸能构件的沿吸能构件的卵圆形截面的长径方向的两端中的每端起延伸。通过这种配置，使吸能构件固定到固定部变得更简单。紧固部可以沿与卵圆形截面的短径平行的方向延伸。以这种方式来配置紧固部使得能够减小吸能构件沿椭圆形截面的长径方向的尺寸。据此，能够使用更小巧的且价格更低廉的用于形成吸能构件的金属模。紧固部可以朝向车辆前方延伸。以这种方式来配置紧固部使得能够将吸能构件直接固定到沿车辆宽度方向延伸的梁状构件等。如上所述，通过根据本发明的车辆用膝垫，能够稳定吸能构件的荷载-位移特性并且实现减轻质量。
以下参照附图将描述本发明的示范实施例的特征、优点、以及技术重要性和工业重要性，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中图1为示出了根据本发明的第一实施例的车辆用膝垫的结构的立体图；图2为示出了根据本发明的第一实施例的车辆用膝垫的部分结构的分解立体图；图3为沿图1中的直线3-3截取的放大截面图；图4为沿图1中的直线4-4截取的放大截面图5A为图示出根据本发明的第一实施例的吸能构件的变形模式的示意立体图， 当吸能构件被压曲时造成所述变形；图5B为图示了吸能构件在沿图5A中的直线B-B的截面上的变形模式的示意截面图；图5C为图示了吸能构件在沿图5A中的直线C-C的截面上的变形模式的示意截面图；图6为示出了吸能构件的荷载-位移特性的图表；图7为示出了根据本发明的第二实施例的吸能构件的结构的正视图；图8为示出了根据本发明的第三实施例的车辆用膝垫的部分结构的立体图。
具体实施例方式<第一实施例>以下，将参照图1至图6描述根据本发明的第一实施例的车辆用膝垫10。在附图中，箭头FR标示朝向车辆前方的方向，箭头UP标示朝向车辆上方的方向，箭头LH标示朝向车辆左侧的方向，并且箭头RH标示朝向车辆右侧的方向。根据本发明的第一实施例的车辆用膝垫10为这样一种设备(下肢约束设备)例如在发生车辆碰撞时其约束就坐在右座驾驶车辆的驾驶员座椅上的乘员的膝部。如图1所示，车辆用膝垫10包括仪表板加强件12和一对左右吸能构件14。仪表板加强件12布置于设置在车厢前部的仪表板(未示出)的内侧，并且在车辆的横向上延伸以将左右车身面板彼此连接。应当指出图1仅示出了仪表板加强件12的一部分。仪表板加强件12的主体18由长金属管形成。主体18在其的要求具有高强度的驾驶员座椅侧部为厚的，并且在其的不要求具有很高强度的副驾驶席侧部为薄的。支撑转向管柱的金属管柱支撑部20 (管柱托架)附接于主体18的驾驶员座椅侧部。左右金属托架22分别布置在管柱支撑部20的左右两侧。金属托架22为固定吸能构件14的固定部。通过弯曲金属板使每个金属托架22形成为具有开口的截面(形成为U形截面)。 如图2中所示，每个金属托架22均具有上壁22A、下壁22B、以及纵壁22C。金属托架22对称地形成，并且两个金属托架22都朝向管柱支撑部20开口。每个金属托架22均这样形成 其纵向尺寸朝向其前端递减。每个金属托架22均于其前端部焊接到仪表板加强件12的主体18上。上紧固片22D从金属托架22的上壁22A的后端向上延伸，并且下紧固片22E从金属托架22的下壁22B的后端向下延伸。吸能构件14固定地紧固到上紧固片22D和下紧固片 22E。通过使树脂材料经受注塑成型，吸能构件14形成为具有封闭端的筒状。吸能构件 14布置成开口 14A面向金属托架22且底壁14B面向仪表板(未示出)。应当指出具有高抗伸长性和低温度依存性的合成树脂材料(例如加入多种橡胶的聚丙烯)适合作为用于吸能构件14的材料。每个吸能构件14均形成为自金属托架22侧观察时截面为椭圆形，并且形成为锥形(大体上为截锥体的形状)，使得周壁14C的周长朝向底壁14B (后端)递减。如图3中所示，吸能构件14的椭圆形截面的长径dl (长轴)的长度与椭圆形截面的短径d2 (短轴)
5的长度的比例设定为2比1。此外，吸能构件14的周壁14C这样形成沿椭圆形截面的长径方向的两端中的每端处的壁厚tl均大于沿椭圆形截面的短径方向的两端中的每端处的
壁厚t2。每个吸能构件14在椭圆形截面的长径dl沿着车辆高度方向延伸的状态下布置。 上紧固部14D从吸能构件14的开口边缘的顶部向上延伸。下紧固部14E从吸能构件14的开口边缘的底部向下延伸。在上紧固部14D中形成圆形通孔对。穿过圆形通孔M的螺钉28螺合到形成在金属托架22的上紧固片22D中的螺纹孔32内。因此，上紧固部14D固定地紧固到上紧固片22D。同样地，在下紧固部14E中形成圆形通孔26。穿过圆形通孔沈的螺钉30螺合到形成在金属托架22的下紧固片22E中的螺纹孔34内。因此，下紧固部14E固定地紧固到下紧固片22E。据此，吸能构件14在开口边缘的沿椭圆形截面的长径方向的两个端侧处固定到金属托架22，且不在开口边缘的沿椭圆形截面的短径方向的任何一个端侧处固定到金属托架22。换句话说，吸能构件14的开口边缘仅在两点(也就是顶部和底部)处固定到金属托架22，而开口边缘的左部和右部是自由的(是可变形的)。图2中，标记为PL的线是在吸能构件14的注塑成型过程中形成的分模线。分模线PL形成在周壁14C的顶部和底部。分模线PL位于周壁14C上，处于椭圆形截面的长径 dl方向的两端处。如此构造的车辆用膝垫10这样配置如图1中所示，当乘员P就坐于车辆的驾驶员座椅时，左吸能构件14布置在乘员P的左膝部Pl的前方且右吸能构件14布置在乘员P 的右膝部Pl的前方。接下来，将描述第一实施例的操作及效果。根据第一实施例，如果例如发生前部车辆碰撞时乘员P由于惯性力相对于车身向前移动，则乘员P的膝部Pl经由仪表板(未示出)撞击吸能构件14。因此，在来自乘员P 的膝部Pl的荷载的作用下，吸能构件14在接收来自金属托架22的指向车辆后方的反作用力的同时压溃。此时，吸能构件14产生荷载，从而吸收膝部Pl的冲击能并约束乘员P的下肢。每个吸能构件14形成为自金属托架22侧观察时截面为椭圆形，并且形成为一端封闭且另一端朝向金属托架22开口的筒状。吸能构件14在开口边缘的沿椭圆形截面的长径方向的两个端侧处固定到金属托架22。因此，当每个吸能构件14压溃时，应力集中在其椭圆形截面的长径方向的两端处，即，在周壁14C中曲率最大的两端(在第一实施例中，上下分模线PL位于该部分上)。 如图5A中的实线所标示，由于这种应力集中，所以吸能构件14以手风琴的方式压曲，使得在上下分模线PL处的部分形成压曲波。此时，周壁14C的周长不发生实质变化。因此，吸能构件14按照以下方式变形。 如图5C中所示，吸能构件14的相应于压曲波的峰值的部分变形，使得椭圆形截面的长径增力口。另一方面，如图5B中所示，吸能构件14的相应于压曲波的波谷的部分变形，使得椭圆形截面的短径增加。这种在吸能构件14的截面形状中的动态变化分散了应力。这使得能够防止吸能构件14的折断，否则将在吸能构件14压曲时出现这种折断。因此，能够稳定吸能构件14的荷载-位移特性。在图6中，实线标示当吸能构件不折断时吸能构件的荷载-位移特性，并且虚线标示当吸能构件折断时吸能构件的荷载-位移特性。图6中清晰可见当吸能构件折断时荷载急降(见图6中区域E)。这大幅降低了吸能构件所吸收的能量。然而，根据第一实施例避免了这种能量吸收量的下降。另外，根据第一实施例，因为防止了吸能构件14如上述折断，所以能够将吸能构件14的长度L(见图4)设定为大值。这使得能够大幅减少设置在仪表板加强件12上的每个金属托架22的长度。因此，能够减轻下肢约束设备的质量。因为通过按照需要来改变吸能构件14的长度、材料和壁厚能够灵活地调整由吸能构件14所产生的荷载大小和当吸能构件14压溃时吸能构件14的行程(位移量)，所以第一实施例还呈现了较强的设计灵活性。根据第一实施例，吸能构件14这样形成沿椭圆形截面的长径方向的两端中的每端处的壁厚tl均大于沿椭圆形截面的短径方向的两端中的每端处的壁厚t2。因此，即使当吸能构件14压溃时应力集中在椭圆形截面的长径方向的两端处，仍能够防止由过度的应力集中所造成的在椭圆形截面的长径方向的两端处的折断的发生。根据第一实施例，吸能构件14的椭圆形截面的长径dl的长度与椭圆形截面的短径d2的长度的比例设定为2比1。这使得能够在保证所要求的吸能构件14的能量吸收量的同时最小化吸能构件14的质量(最大化每单位质量的能量吸收量)。此外，根据第一实施例的吸能构件14在椭圆形截面的长径dl沿着车辆高度方向延伸的状态下固定到金属托架22。也就是说，吸能构件14在车辆高度方向上的尺寸设定为大值。因此，无论由于例如乘员P形体大小的变化带来了怎样的膝部Pl的高度的变化，吸能构件14都良好地面向膝部P1。另外，例如能够防止吸能构件14接触转向管柱。这种结构在确保布置吸能构件14的空间方面是优选的。接下来，将描述本发明的另一个实施例。应当指出，与第一实施例中实质上相同的结构和操作将标记为与第一实施例中相同的附图标记，并且以下将省略其描述。<第二实施例>图7为示出了吸能构件50的正视图，吸能构件50为根据本发明的第二实施例的车辆用膝垫的部件。按照与根据第一实施例的吸能构件14基本相同的方法来构造吸能构件50。然而，吸能构件50具有朝向椭圆形截面的短径方向的一侧延伸的上紧固部14D，以及朝向椭圆形截面的短径方向的另一侧延伸的下紧固部14E。以这种方式来配置上紧固部 14D和下紧固部14E能够缩小吸能构件50沿椭圆形截面的长径方向的尺寸。据此，能够使用更小巧的且价格更低廉的用于形成吸能构件50的金属模。在此情况下，需要根据上紧固部14D和下紧固部14E的配置来改变金属托架22的上紧固片22D和下紧固片22E的配置。<第三实施例>图8为根据本发明的第三实施例的车辆用膝垫的局部结构的立体图。按照与根据第一实施例的膝垫10基本相同的方法来构造根据第三实施例的膝垫。然而，在第三实施例中省略了根据第一实施例的金属托架22。而且，吸能构件60的结构不同于根据第一实施例的吸能构件14的结构。吸能构件60形成为锥形(大体上为截锥体的形状)，使得周壁14C的周长朝向底壁14B(后端)递增。吸能构件60的前端部(开口 14A侧的端部)与形成在仪表板加强件 12的主体18上的固定部62接触。上紧固部14D为曲线形的以便紧密地附着到固定部62 的上表面。穿过上紧固部14D的螺钉观螺合到形成在固定部62的上部中的螺纹孔(未示出)内。因此，上紧固部14D固定地紧固到固定部62 (主体18的一部分)。同样地，下紧固部14E为曲线形的以便紧密地附着到固定部62的下表面。穿过下紧固部14E的螺钉30螺合到形成在固定部62的下部中的螺纹孔(未示出)内。因此，下紧固部14E固定地紧固到固定部62 (主体18的一部分)。根据第三实施例，仪表板加强件12的主体18的一部分被用作固定部62，如上所述吸能构件紧固到固定部62，因此主体18直接地接收来自吸能构件60的反作用力。这使得能够省略金属托架22，从而大幅减轻下肢约束设备的质量。在上述每个实施例中，吸能构件14配置为使椭圆形截面的长径dl沿车辆高度的方向延伸。然而，在本发明中，吸能构件14的配置方法不限于此。例如，吸能构件14可以配置为使椭圆形截面的长径dl沿车辆的横向延伸或者椭圆形截面的长径dl倾斜。在上述每个实施例中，吸能构件14的椭圆形截面的长径dl的长度与椭圆形截面的短径d2的长度的比例设定为2比1。然而，在本发明中，长径dl的长度与短径d2的长度的比例不限于此。按照需要可以调整吸能构件的椭圆形截面的设定方法，并且长径的长度与短径的长度的比例不必限于恰好为2 :1。在上述每个实施例中，吸能构件14这样形成沿椭圆形截面的长径方向的两端中的每端处的壁厚tl均大于沿椭圆形截面的短径方向的两端中的每端处的壁厚t2。然而，在本发明中，设定吸能构件的壁厚的方法不限于此，并且可以按照需要来改变。在上述每个实施例中，吸能构件14形成为自金属托架22侧观察时截面为椭圆形。 然而，在本发明中，吸能构件14的截面形状不限于此。吸能构件14可以形成为自固定部侧观察时的具有圆角的矩形的形状或卵形的形状。在上述每个实施例中，吸能构件14通过注塑成型形成。然而，在本发明中，形成吸能构件14的方法不限于此，并且可以按照需要来改变。在上述每个实施例中，固定部(金属托架22或固定部6 形成在仪表板加强件12 处。然而，在本发明中，固定部的位置不限于此。例如，固定部可以形成在将仪表板加强件 12连接到车辆地板的地板支撑部处。在上述每个实施例中，车辆用膝垫10适用在右座驾驶车辆的驾驶员座椅上。然而，在本发明中，车辆用膝垫10的用途不限于此。车辆用膝垫可以适用在车辆的左座椅和右座椅中的任意一个上。本发明可以实施为在本发明范围内的其他不同的实施例。无疑，本发明的范围不限于上述任何一个实施例。
权利要求
1.一种车辆用膝垫(10)，其特征在于包括树脂吸能构件(14)，所述树脂吸能构件(14) 布置于就坐在车辆的座椅上的乘员的膝部的前方，并且所述树脂吸能构件(14)于前端固定到设置在车身侧的刚性构件(1 上的固定部(22)，其中所述吸能构件(14)形成为自所述固定部观察时截面为卵圆形，并且形成为一端朝向所述固定部开口且另一端封闭的筒状；并且所述吸能构件在开口边缘的沿所述卵圆形的截面的长径方向的两端侧处固定到所述固定部(22) 0
2.根据权利要求1所述的车辆用膝垫，其中所述吸能构件(14)这样形成沿所述卵圆形的截面的所述长径方向的两端中的每端处的壁厚均大于沿所述卵圆形的截面的短径方向的两端中的每端处的壁厚。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用膝垫，其中所述吸能构件(14)形成为自固定部侧观察时截面为椭圆形，并且所述椭圆形的截面的长径的长度与所述椭圆形的截面的短径的长度的比例设定为2比1。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的车辆用膝垫，其中所述吸能构件(14)在所述卵圆形的截面的所述长径沿着车辆高度方向延伸的状态下固定到所述固定部02)。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的车辆用膝垫，其中紧固部(14D，14E)从所述吸能构件(14)的沿所述吸能构件的所述卵圆形的截面的所述长径方向的两端中的每端起延伸。
6.根据权利要求5所述的车辆用膝垫，其中所述紧固部(14D，14E)沿与所述卵圆形的截面的短径平行的方向延伸。
7.根据权利要求5所述的车辆用膝垫，其中所述紧固部(14D，14E)朝向所述车辆的前方延伸。
全文摘要
本发明涉及一种车辆用膝垫，并且尤其涉及一种构成车辆用膝垫的树脂吸能构件(14)，其形成为自位于仪表板加强件(12)上的金属托架(22)观察时截面为椭圆形，并且形成为一端朝向所述金属托架(22)开口且另一端封闭的筒状。所述吸能构件(14)在开口边缘的沿所述椭圆形的截面的长径方向的两个端侧处固定到固定部(22)。当发生车辆碰撞等时在来自乘员(P)的膝部(P1)的荷载的作用下而压溃时，所述吸能构件(14)动态地改变其截面形状，从而分散应力。因此，能够防止所述吸能构件(14)的折断，从而稳定了荷载-位移特性。而且，能够增加所述吸能构件(14)的长度，从而减少所述金属托架(22)的长度。
文档编号B60R21/045GK102485549SQ201110402688
公开日2012年6月6日 申请日期2011年12月2日 优先权日2010年12月3日
发明者藤原祐介 申请人:丰田自动车株式会社