專利名稱：用于車輛和飛機(jī)座椅的、具有足部保護(hù)的減震機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將在碰撞過程中的加速度減小至最小的方法和裝置，所述碰撞過程發(fā)生于例如機(jī)動(dòng)車事故中、飛機(jī)墜毀中、爆炸及其類似情況中。
背景技術(shù)：
在由于地雷或爆炸物引起的車輛碰撞和爆炸的情況下，造成損傷的主要原因在于經(jīng)歷的極端推動(dòng)力；人體隨著時(shí)間的持續(xù)，對(duì)的加速度具有有限的忍耐度(如圖9為損傷級(jí)別的圖表，損傷級(jí)別為加速度(單位g，Y軸)與時(shí)間(X軸)的函數(shù)，[Eiband A. et al, 1959])。為了減少所經(jīng)歷的最大推動(dòng)力，必須增加人體將其初速度改變?yōu)樽罱K速度經(jīng)過的距離，或者，增加經(jīng)歷所述加速度的時(shí)間。例如，在車輛與剛性墻的迎面碰撞中，乘員的身體將在一定距離內(nèi)經(jīng)歷從車的初速度至零速度的改變。所述初速度和該距離決定所經(jīng)歷的加速度。如果增加所述距離，所述初速度將減少。必須注意的是，乘客將經(jīng)歷最大可能接受的推動(dòng)力或較少的推動(dòng)力，這可通過使用具有合適設(shè)計(jì)的能量吸收元件或增加乘員行程的裝置，或二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。連接乘員與車輛其余部分的理想能量吸收器將可接受的最大的應(yīng)力傳遞至所述乘員，或至少在最小行程后達(dá)到該級(jí)別。無論傳遞給該能量吸收器的應(yīng)力級(jí)別是多少，它都傳遞該級(jí)別的應(yīng)力。現(xiàn)有技術(shù)的解決方式為提供減震座椅，該減震座椅基于不同類型的彈性或塑性形變或金屬元件的斷裂或由金屬和/或復(fù)合材料制成的可折疊的欄架或可壓碎的蜂窩狀物等。一些可用的解決方案展示了包括原始座椅和內(nèi)置集成的能量吸收機(jī)構(gòu)的完整系統(tǒng)。例如，美國(guó)專利4204659提供了一種由傳統(tǒng)的減震器與易碎膜串聯(lián)在一起組成的能量吸收器。然而應(yīng)力-應(yīng)變曲線指定包括最初的高峰，隨后為一低谷，隨后恒定中間力的平穩(wěn)階段[第1列第53行]。將發(fā)現(xiàn)該曲線實(shí)際上不是最理想的，因?yàn)樗隼硐氲哪芰课掌骺裳杆龠_(dá)到最大可接受的應(yīng)力，并在總的可用行程中保持這個(gè)級(jí)別。此外，該設(shè)計(jì)依賴于傳統(tǒng)的減震器和其他元件，這是比本申請(qǐng)所需的設(shè)計(jì)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。美國(guó)專利5131470公開了一種單事件能量吸收器，該單事件能量吸收器用于所謂的在井眼的射孔槍。該能量吸收器被設(shè)計(jì)為當(dāng)應(yīng)力超過一定量時(shí)，發(fā)生彈性形變，從而吸收機(jī)械能。不像彈簧，由這樣的元件吸收的所述機(jī)械能作為熱量被釋放，而不會(huì)儲(chǔ)存起來。應(yīng)該理解的是，這種能量吸收器可用于設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)中，例如在機(jī)動(dòng)車輛事故中吸收震動(dòng)。美國(guó)專利5131470公開的所述能量吸收器采用螺旋盤繞形式圓柱體或蜂窩矩陣，這兩種方式都是為了在壓縮狀態(tài)時(shí)吸收能量。本發(fā)明的目的在于在張力下吸收能量，允許與僅在壓縮狀態(tài)吸收能量的元件不同的結(jié)構(gòu)。此外，美國(guó)專利5131470的能量吸收器提供某種固定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，而只能通過制造不同參數(shù)的元件才能改變?cè)撉€。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種裝置，該裝置的參數(shù)由引入所述裝置體內(nèi)的單紋決定。這使得該裝置以單一形式被大規(guī)模的生產(chǎn)，并針對(duì)特定應(yīng)用的需要。美國(guó)專利4791243提供了一種盤繞裝置，用于長(zhǎng)行程的塑性形變和隨后的能量吸收。該裝置允許相對(duì)于裝置尺寸的大的形變，例如，所述形變可為所述裝置長(zhǎng)度的20倍。該裝置包括平面盤繞元件，當(dāng)其受到的應(yīng)力大于一定量時(shí)，該平面盤繞元件將伸展開。然而該裝置提供某些固定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，僅僅當(dāng)改變制造元件的不同參數(shù)(例如線圈的平面厚度，每圈的厚度，以及線圈的外徑)時(shí)，才可改變?cè)撉€。在上述該裝置的應(yīng)用中，也就是說電塔以這種方式連接，為了防止由于相鄰塔的倒下而引起的一個(gè)塔倒下，所述準(zhǔn)確的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是或多或少不相關(guān)的，主要要求在于高的形變能力。如果是用于保護(hù)人體的裝置，在碰撞或爆炸的情況下，清楚的是，既然人體僅僅可抵抗一定的最大應(yīng)力而不受損傷，那么準(zhǔn)確的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是最重要的。如果在仍提供相同反應(yīng)力時(shí)，增加行程，那么必須增加螺旋的長(zhǎng)度。這將增加所述裝置的外徑，從而增加所述裝置的體積。在體積、高度和/或重量限定的應(yīng)用中，與體積和重量不增加從而不增加行程的裝置相比，該發(fā)明是有缺點(diǎn)的。在所述電塔的應(yīng)力消失的應(yīng)用中，所述裝置的體積和重量是不相關(guān)的，但是應(yīng)該理解，在飛機(jī)或車輛中，可允許的該裝置的重量和體積將受到限制。美國(guó)專利5564535公開了一種減震墊，該減震墊包括一系列連通的部分存滿液體的球體形式的液體儲(chǔ)存器。該裝置被設(shè)計(jì)為通過迫使液體從一個(gè)球體進(jìn)入相鄰的球體，而吸收某種級(jí)別的碰撞，并且當(dāng)碰撞大于該級(jí)別時(shí)，使得球體破裂，從而吸收該震動(dòng)。然而，我們將看到，該裝置所述應(yīng)力-應(yīng)變曲線的可調(diào)性是受到限制的，當(dāng)人們考慮到，所述減震墊所能提供的極限應(yīng)力依賴于所述球體中液體的粘度，該極限應(yīng)力值在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于固體材料所能提供的值的范圍。從力-速度曲線[見美國(guó)專利陽(yáng)64535的圖5]可清楚看出，并未獲得在可接受的最大力之后即快速達(dá)到平穩(wěn)值的理想曲線。所述裝置被設(shè)計(jì)為在壓縮狀態(tài)下吸收能量，阻止了它在需要拉伸構(gòu)件的設(shè)計(jì)中的使用。最終，該裝置的平面特性限制了可接受的最大的行程，這反過來將限制所述裝置把其經(jīng)歷的加速度降低到何種程度。相似的，美國(guó)專利6M7280提供可替換的前面和后面的突出物，該突出物通過塑性形變吸收碰撞，從而所述應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示出平穩(wěn)狀態(tài)，例如在不破壞骨骼的應(yīng)力級(jí)別。然而，可以看出該裝置的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的可調(diào)性是受限制的，需要制造一片不同的材料或突出物的密度來改變應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特性。該裝置被設(shè)計(jì)為在壓縮狀態(tài)下吸收能量，阻止了它在需要拉伸構(gòu)件的設(shè)計(jì)中的使用。最終，該裝置的平面特性限制了可接受的最大的行程，這反過來將限制所述裝置把其經(jīng)歷的加速度降低到何種程度。美國(guó)專利66821 提供可替換的‘gamma，和‘delta，結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可通過彈性形變和塑性形變的結(jié)合來吸收碰撞。然而，可以看出該裝置的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的可調(diào)性是受限制的，需要制造一片不同的材料或凹槽的深度、通道的深度、跨槽的間距、壁的傾斜、模塊間的傾斜和/或凹槽形狀來改變應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特性。此外，該裝置被設(shè)計(jì)為在壓縮狀態(tài)下吸收能量，阻止了它在需要拉伸構(gòu)件的設(shè)計(jì)中的使用。因此，本發(fā)明的目的是滿足人們對(duì)于單事件能量吸收器的長(zhǎng)期需求，該單事件能量吸收器在張力下吸收能量，并能夠提供相對(duì)于初始尺寸的大比例的形變，并且通過大量可生產(chǎn)的裝置中引入的單切口來調(diào)節(jié)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線以獲得最佳安全性能。


圖1A，B, C，D，E為所述本發(fā)明的能量吸收元件的兩個(gè)實(shí)施例的不同視圖。圖1A， B變截面螺旋的實(shí)施例。圖1C，D，E為等截面螺旋的實(shí)施例。圖2A，B分別為所述本發(fā)明的能量吸收元件的一個(gè)實(shí)施例的照片和應(yīng)力場(chǎng)的模擬圖，該能量吸收元件在應(yīng)力的充分作用下到達(dá)其極限行程。圖2B中應(yīng)力的刻度為MPa。圖3為所述本發(fā)明的能量吸收元件的一個(gè)實(shí)施例的力(Y軸，單位牛頓)和行程 (X軸，單位毫米)的示意圖。圖4A為當(dāng)能量吸收元件安裝在標(biāo)準(zhǔn)的四桿機(jī)構(gòu)中，產(chǎn)生在人體耐力圖給定的允許參數(shù)范圍內(nèi)的輸出加速度所需的力與所需行程的示意圖。圖4B為圖3和圖4A中曲線的疊加，從而便于比較。圖4C為理想加速度和實(shí)際加速度的疊加，從而便于比較。圖5A為所述本發(fā)明的能量吸收元件安裝于座椅支架上(為方便觀察將頂板移除) 的示意結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖5B，C分別為安裝于座椅支架上的所述本發(fā)明的能量吸收元件在經(jīng)歷超過預(yù)定設(shè)計(jì)值的突然加速度之前和之后示意結(jié)構(gòu)的軸測(cè)圖。圖6A為安裝有本發(fā)明的減震機(jī)構(gòu)的車輛座椅和/或飛機(jī)座椅在被施加震動(dòng)之前的軸測(cè)圖，該座椅安裝有足部保護(hù)機(jī)構(gòu)，旨在當(dāng)該機(jī)構(gòu)被激活時(shí)，抬起乘員的腳。圖6B，C分別為安裝有本發(fā)明減震機(jī)構(gòu)的車輛座椅和/或飛機(jī)座椅在被施加震動(dòng)前和被施加震動(dòng)后的代表。圖7A為安裝有本發(fā)明能量吸收機(jī)構(gòu)的車輛座椅和/或飛機(jī)座椅的用于縱向限制的水平實(shí)施例的后視圖。圖7B，C分別為安裝有本發(fā)明能量吸收機(jī)構(gòu)的車輛座椅和/或飛機(jī)座椅的用于縱向限制的水平實(shí)施例在被施加震動(dòng)前和被施加震動(dòng)后的側(cè)視圖。圖8A，B為安裝有包括附加緩沖器的所述本發(fā)明能量吸收機(jī)構(gòu)的車輛座椅和/或飛機(jī)座椅的另一個(gè)實(shí)施例的代表。圖9展示了人體受傷的示意圖，描述了人體將經(jīng)歷重傷、中度傷或無損傷的加速度和持續(xù)時(shí)間的范圍[Eiband A，1959，et al]。圖10A-D為安裝有本發(fā)明能量吸收機(jī)構(gòu)的、適合安裝至車輛側(cè)面的車輛座椅的另一實(shí)施例的代表。圖11為由于脛骨上的軸向力導(dǎo)致足/踝關(guān)節(jié)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的示意圖。圖12為用于界定DRI指數(shù)的力學(xué)模式的代表。圖13A，B, C為本發(fā)明的實(shí)施例的正視圖、側(cè)視圖和軸測(cè)圖。圖14為本發(fā)明的底部安裝的細(xì)節(jié)。圖15為本發(fā)明側(cè)壁安裝的細(xì)節(jié)。圖16展示了本發(fā)明能量吸收系統(tǒng)在沖擊和摔下事件中的輸入加速度和輸出加速度的示意圖。圖17展示了本發(fā)明能量吸收系統(tǒng)在多震動(dòng)事件中的輸入加速度和輸出加速度的示意圖。圖18A展示了對(duì)于不同的重量不同的理想負(fù)載-位移曲線圖。圖18B展示了現(xiàn)有技術(shù)可變-負(fù)載能量吸收元件的真實(shí)的負(fù)載位移曲線圖。圖19展示了不同重量的不同理想力-位移曲線以及本發(fā)明實(shí)際定性的力-位移曲線。圖20展示了本發(fā)明的震動(dòng)分析結(jié)果，加速度[單位為g]為Y軸，震動(dòng)頻率[單位為Hz]為X軸。圖21A-D展示了使用所述本發(fā)明的能量吸收系統(tǒng)的減速事件的時(shí)序。圖22A-B展示了具有展開式腿部支架的本發(fā)明的底部安裝的能量吸收系統(tǒng)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖23A-B展示了具有可折疊座椅和背部的、本發(fā)明側(cè)壁安裝的實(shí)施例的側(cè)視圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能量吸收機(jī)構(gòu)，其包括a.具有螺旋切口的圓柱體，螺旋切口沿圓柱體軸向形成螺旋帶，當(dāng)應(yīng)力大于預(yù)定閾值應(yīng)力時(shí)，所述螺旋帶適合沿其軸向發(fā)生塑性形變。b.在所述螺旋帶兩端的附加裝置，其中所述螺旋帶的力-位移曲線的特點(diǎn)是在用于將位移增加至極限位移時(shí)的作用力具有平穩(wěn)階段，且其中塑性區(qū)長(zhǎng)度與彈性區(qū)長(zhǎng)度有一個(gè)很大的比例。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述的能量吸收機(jī)構(gòu)，其中所述塑性區(qū)長(zhǎng)度與彈性區(qū)長(zhǎng)度比的范圍為4-70。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述的能量吸收機(jī)構(gòu)，其中所述圓柱體的材料選自金屬、碳纖維、復(fù)合材料、彈性體或塑料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述的能量吸收機(jī)構(gòu)，其中所述截面選自長(zhǎng)方形、正方形、橢圓形、三角形或圓形。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述的能量吸收機(jī)構(gòu)，其中所述附加裝置選自 在所述螺旋圓柱體兩端的鉆孔、螺紋、壓力鉗或本領(lǐng)域已知的其它連接方法。本發(fā)明的目的是提供一種用于保護(hù)座椅乘員抵抗豎直方向碰撞的裝置，其包括a.機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將該機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)配置為把所述豎直碰撞轉(zhuǎn)化為所述機(jī)構(gòu)的豎直折疊和水平擴(kuò)展；b. 一個(gè)或多個(gè)螺旋帶，經(jīng)水平擴(kuò)展，與所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的點(diǎn)相連；c.用于將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的頂部連接至車輛座椅的附加裝置，以及將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的底部連接至所述車身的附加裝置。其中，碰撞會(huì)引起所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的豎直折疊和水平擴(kuò)展，使應(yīng)力施加到所述螺旋帶上，該螺旋帶在一定應(yīng)力級(jí)別下進(jìn)行一定程度的塑性形變，可通過所述至少一個(gè)螺旋帶的長(zhǎng)度、螺距、截面和材料控制該應(yīng)力級(jí)別。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述的能量吸收機(jī)構(gòu)，該能量吸收機(jī)構(gòu)還包括與所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的足部保護(hù)機(jī)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)碰撞做出響應(yīng)時(shí)，該足部保護(hù)機(jī)構(gòu)將乘員的腿從底部抬起，從而迫使腿繞大腿骨盆軸向上運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的目的是提供一種將由于碰撞引起的身體加速度減少到最小的方法，該方法包括以下步驟a.提供圓柱體；b.沿著螺旋路徑切割圓柱體，形成所述的螺旋帶，當(dāng)應(yīng)力大于預(yù)定閾值應(yīng)力時(shí)，所述螺旋帶適合沿其軸向發(fā)生塑性形變，所述螺旋帶的力-位移曲線的特征為位移到達(dá)極限位移的過程中，作用力曲線在陡坡之后為較大的平穩(wěn)區(qū)。
c.在所述螺旋帶的兩端設(shè)置附加裝置；d.通過改變所述螺旋帶的長(zhǎng)度和螺旋度來控制所述塑性形變的極限位移；e.通過改變所述螺旋帶的截面和材料來控制預(yù)定的閾值應(yīng)力；f通過將所述螺旋帶經(jīng)所述附加裝置插入經(jīng)受所述碰撞的部分與被保護(hù)的部分之間，來限制所述碰撞轉(zhuǎn)化的應(yīng)力。本發(fā)明的目的是提供一種保護(hù)座椅乘員抵抗豎直碰撞的方法，該方法包括以下步驟a.提供機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將該機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)配置為把所述豎直碰撞轉(zhuǎn)化為所述機(jī)構(gòu)的豎直折疊和水平擴(kuò)展；b.提供一個(gè)或多個(gè)螺旋帶；c.將經(jīng)歷相對(duì)水平擴(kuò)展的所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的點(diǎn)與所述一個(gè)或多個(gè)螺旋帶相連；d.提供用于將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的頂部連接至車輛座椅的上端附加裝置；e.用所述上端附加裝置將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接至所述車輛座椅；f.提供用于將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的底部連接至所述車身的下端附加裝置；g.用所述下端附加裝置將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接至所述車身；h.通過所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的豎直折疊和水平擴(kuò)展的方式來減震，通過所述螺旋帶的力-位移曲線確定傳遞至所述上端附加裝置的碰撞力。其中，所述螺旋帶在一定應(yīng)力級(jí)別下進(jìn)行一定程度的塑性形變，可通過所述螺旋帶的長(zhǎng)度、螺距、截面和材料控制該應(yīng)力級(jí)別。本發(fā)明的目的是提供上述方法，所述附加裝置選自在所述螺旋圓柱體兩端的鉆孔、螺紋或壓力鉗。本發(fā)明的目的是提供上述方法，該方法還包括在所述螺旋切口的兩端提供應(yīng)變釋放構(gòu)件，可選自孔，或/和剛度增加的額外轉(zhuǎn)數(shù)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種所述的能量吸收機(jī)構(gòu)，該能量吸收機(jī)構(gòu)包括與所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的足部保護(hù)裝置，當(dāng)所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)受到豎直碰撞時(shí)，所述足部保護(hù)裝置用于將乘員的腿從底部抬起，從而迫使腿繞大腿骨盆軸向上運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種保護(hù)座椅乘員抵抗水平碰撞的方法，該方法包括以下步驟a.提供一個(gè)或多個(gè)螺旋帶；b.提供機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置，將該機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)配置為把所述水平碰撞轉(zhuǎn)化為所述螺旋帶的擴(kuò)展；c.提供將所述螺旋帶連接至車輛座椅的前端附加裝置；d.使用所述前端附加裝置將所述螺旋帶連接至所述車輛座椅；e.提供用于將所述螺旋帶的后端連接至所述車身的后端附加裝置；f.使用所述后端附加裝置將所述螺旋帶連接至所述車身；g.通過所述螺旋帶水平擴(kuò)展的方式來減震，通過所述螺旋帶的力-位移曲線確定傳遞至所述車輛座椅的碰撞力。其中，所述螺旋帶在一定應(yīng)力級(jí)別下進(jìn)行一定程度的塑性形變，可通過所述螺旋帶的長(zhǎng)度、螺旋度、截面和材料控制該應(yīng)力級(jí)別。附圖中展示了具體的實(shí)施例，并對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的描述，然而本發(fā)明很可有不同形式的修改和替代方式。應(yīng)該理解的是，這并非為了用所公開的特定形式限制本發(fā)明， 相反，是為了涵蓋如附帶權(quán)利要求所限定的、在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的所有修改、等效和替代形式。
具體實(shí)施例方式當(dāng)物體經(jīng)歷碰撞時(shí)，其經(jīng)歷巨大的加速度，這對(duì)人而言經(jīng)常是損傷性的或?yàn)?zāi)難性的。所經(jīng)歷的加速度取決于初速度與最終速度的差以及產(chǎn)生加速度的距離，
Δ 一a =——公式ι
2d其中Δν為速度的變化，d為加速度發(fā)生的距離，a為所經(jīng)歷的加速度?？梢钥闯觯?給定Δ ν (在很多情況下不可控制，例如在事故中汽車從巡航速度降為零)，通過增加d減小經(jīng)歷的加速度。從而使車輛中的乘客在車身中有盡可能大的行程，可將經(jīng)歷的加速度降低至較低的損傷級(jí)別。相似的，如果可降低碰撞物體的能量，則其速度可降低，那么Δν也將降低。打算將地雷引起的對(duì)座位的損傷降低到最小，可用的行程d是受到限制的。所以給定某個(gè)初速度和最終速度，為了將所需行程以及所述系統(tǒng)的體積降到最小，所述經(jīng)過距離d 傳遞的加速度應(yīng)該為可接受的、不會(huì)造成損傷的最高級(jí)別。通過這樣的設(shè)計(jì)，當(dāng)所述裝置到其行程終點(diǎn)時(shí)，降低了產(chǎn)生突然有害的加速度的可能性。在“用于防撞直升機(jī)座椅的能量吸收系統(tǒng)的發(fā)展”中，Stanley Desjardins寫到用于防撞座椅的能量吸收器的發(fā)展過程經(jīng)歷了幾代的發(fā)展和成熟。第一代為通過撞擊提供恒定負(fù)載的固定負(fù)載能量吸收器(FLEA)。第二代包括兩種不同的類型，二者都提高了效率。第一種為可變負(fù)載能量吸收器(VLEA)，該可變負(fù)載能量吸收器可改變?cè)撗b置的極限負(fù)載以配合特定的乘員的重量，從而不論乘員的重量如何，為所有乘員提供平等的保護(hù)。第二種為固定曲線能量吸收器(FPEA)，該固定曲線能量吸收器可增加所述座椅的撞擊效率，特別的，使用更少的撞擊。這當(dāng)然是有吸引力的選項(xiàng)，尤其對(duì)于民用直升機(jī)運(yùn)營(yíng)商而言，因?yàn)樗褂酶俚闹鄙龣C(jī)機(jī)艙的可用空間。第三代，高級(jí)能量吸收器，或AEA試圖結(jié)合前兩代能量吸收器的所有理想特點(diǎn)。它結(jié)合了所述可變負(fù)載能量吸收器和所述固定曲線能量吸收器的優(yōu)點(diǎn)。它更進(jìn)一步的消除了為合適的乘員重量而設(shè)置裝置的人的誤差，通過設(shè)置裝置可自動(dòng)執(zhí)行重量功能和調(diào)節(jié)功能。從概念上而言，它是極限能量吸收系統(tǒng)，不論乘員的重量如何，為所有的乘員提供最優(yōu)的保護(hù)。然而高級(jí)能量吸收器很復(fù)雜，這至少在不久的將來可能會(huì)影響其使用，直到有更詳細(xì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成，并應(yīng)用到特定座椅系統(tǒng)中。當(dāng)所述復(fù)雜性降低到保證成本利益派生出的利益時(shí)，上述類型的防撞座椅可以獲得，并提供最好的保護(hù)。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供如前段所述的具有簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的AEA0該裝置的最終目的是在可能的范圍內(nèi)減少座椅乘員受傷的風(fēng)險(xiǎn)。如圖9所示，受傷級(jí)別由加速度[Y軸，單位為g’s]和持續(xù)時(shí)間[X軸，單位為秒] 的函數(shù)表示。人們從圖表中可理解到損傷是在一定時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷了最低限度的加速度的結(jié)果。如果所述加速度足夠低和/或持續(xù)時(shí)間足夠小可避免出現(xiàn)圖9中的“損傷區(qū)域”，從而可以避免損傷。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，這是代表圖，使用不同的研究不同的區(qū)域可變得明顯。簡(jiǎn)明損傷等級(jí)或AIS已經(jīng)發(fā)展為定量評(píng)估損傷程度，如下表所示[AIS，1990]表 權(quán)利要求
1.一種能量吸收機(jī)構(gòu)包括a.具有螺旋切口的圓柱體，螺旋切口沿圓柱體軸向形成螺旋帶，當(dāng)應(yīng)力大于預(yù)定閾值應(yīng)力時(shí)，所述螺旋帶適合沿其軸向發(fā)生塑性形變；b.在所述螺旋帶兩端的附加裝置；其中，所述螺旋帶的力-位移曲線通過預(yù)定形式表征，該形式由所述能量吸收機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度、直徑、厚度、切口尺寸、螺旋度即材料確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述力-位移曲線的塑性機(jī)制長(zhǎng)度與彈性機(jī)制長(zhǎng)度比的范圍為約4-70。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述圓柱體的材料選自金屬、 碳纖維、復(fù)合材料、彈性體或塑料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述截面選自長(zhǎng)方形、正方形、 橢圓形、三角形或圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述附加裝置選自在所述螺旋圓柱體兩端的鉆孔、螺紋以及壓力鉗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收機(jī)構(gòu)，其特征在于，在所述螺旋切口的兩端提供應(yīng)變釋放構(gòu)件，該應(yīng)變釋放構(gòu)件可選自在所述螺旋切口兩端的鉆孔，以及在所述螺旋切口兩端剛度增加的額外轉(zhuǎn)數(shù)。
7.一種用于保護(hù)座椅乘員抵抗豎直方向碰撞的裝置，包括a.一個(gè)或多個(gè)螺旋帶，該螺旋帶適于在應(yīng)力下發(fā)生塑性形變；b.機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將該機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)配置為把所述豎直碰撞的動(dòng)量轉(zhuǎn)化為所述螺旋帶的應(yīng)力；c.用于將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一區(qū)連接至車輛座椅的附加裝置，以及用于將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第二區(qū)連接至車身的附加裝置；其中，所述碰撞的動(dòng)量在所述螺旋帶上產(chǎn)生應(yīng)力，所述螺旋帶在一定應(yīng)力級(jí)別下進(jìn)行一定程度的塑性形變，可通過所述螺旋帶的長(zhǎng)度、螺旋度、截面和材料控制該應(yīng)力級(jí)別。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)選自四連桿機(jī)構(gòu)、六連桿機(jī)構(gòu)、八連桿機(jī)構(gòu)、十連桿機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括與所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的腳部保護(hù)機(jī)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)碰撞做出響應(yīng)時(shí)，該腳部保護(hù)機(jī)構(gòu)將乘員的腿從底部抬起，從而迫使腿繞大腿骨盆軸向上運(yùn)動(dòng)，避免在豎直加速過程中與所述底部接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述附件裝置將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)過一點(diǎn)連接至車身，該點(diǎn)選自所述車輛側(cè)壁、車輛頂板以及車輛地板。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括震動(dòng)吸收坐墊，該震動(dòng)吸收坐墊的材料選自泡沫、海綿、橡膠、彈性體、金屬泡沫、聚氨基甲酸乙酯、硅樹脂或聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括選自下列中的元件保護(hù)頭枕、復(fù)合座殼、折疊式頭枕、折疊式座椅以及橡膠減震器(1404)。
13.一種減少因碰撞所含主體引起的被包含主體的加速度的方法，包括a.提供圓柱體；b.沿著螺旋路徑切割圓柱體，形成所述的螺旋帶，當(dāng)應(yīng)力大于預(yù)定閾值應(yīng)力時(shí)，所述螺旋帶適合沿其軸向發(fā)生塑性形變，所述螺旋帶的力-位移曲線的特征為位移到達(dá)極限位移的過程中，作用力的平穩(wěn)階段。c.在所述螺旋帶的兩端設(shè)置附加裝置；d.通過改變所述螺旋帶的長(zhǎng)度和螺旋度來控制所述塑性形變的極限位移；e.通過改變所述螺旋帶的截面和材料來控制預(yù)定的閾值應(yīng)力；f.通過將所述螺旋帶經(jīng)所述附加裝置插入所述包含主體與被包含主體之間，來限制所述碰撞向包含主體傳遞的應(yīng)力。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述圓柱體的材料選自金屬、碳纖維、 復(fù)合材料、彈性體或塑料。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述截面選自長(zhǎng)方形、正方形、橢圓形、三角形或圓形。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述附加裝置選自在所述螺旋圓柱體兩端的鉆孔、螺紋以及壓力鉗。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該方法還包括在所述螺旋切口的兩端提供應(yīng)力釋放構(gòu)件的步驟，可選自在所述螺旋切口兩端的鉆孔，以及在所述螺旋切口兩端剛度增加的額外轉(zhuǎn)數(shù)。
18.一種用于保護(hù)座椅乘員抵抗碰撞的方法，包括a.提供多個(gè)螺旋帶；b.提供多個(gè)機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將該機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)配置為把所述碰撞的動(dòng)量轉(zhuǎn)化為所述螺旋帶的應(yīng)力；c.提供第一附加裝置，用于將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一側(cè)連接至車輛座椅；d.使用所述第一附加裝置將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接至所述車輛座椅；e.提供第二附加裝置，用于將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第二側(cè)連接至車身；f.使用第二附加裝置將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接至所述車身；g.由于所述螺旋帶上的所述張力，可通過所述螺旋帶的機(jī)械形變吸收碰撞動(dòng)量，其中，所述螺旋帶在一定應(yīng)力級(jí)別下進(jìn)行一定程度的機(jī)械形變，可通過所述螺旋帶的長(zhǎng)度、螺距、截面和材料控制該應(yīng)力級(jí)別，通過所述螺旋帶的力-位移曲線確定傳遞給所述座椅乘員的碰撞力。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該方法還包括與所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的腳部保護(hù)機(jī)構(gòu)，當(dāng)所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)受到豎直碰撞時(shí)，該腳部保護(hù)機(jī)構(gòu)將乘員的腿從底部抬起，從而迫使腿繞大腿骨盆軸向上運(yùn)動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述附加裝置經(jīng)一個(gè)點(diǎn)將所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接至所述車身，該點(diǎn)選自所述車輛側(cè)壁、車輛頂板以及車輛地板。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該方法還提供震動(dòng)吸收坐墊，該震動(dòng)吸收坐墊的材料選自泡沫、海綿、橡膠、彈性體、金屬泡沫、聚氨基甲酸乙酯、硅樹脂或聚合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該方法還提供包括選自下列中的元件 保護(hù)頭枕、復(fù)合座殼、折疊式頭枕、折疊式座椅以及橡膠減震器(1404)。
23. 一種用于保護(hù)座椅乘員抵抗碰撞的方法，包括a.提供一個(gè)或多個(gè)螺旋帶；b.提供機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將該機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)配置為把所述碰撞轉(zhuǎn)化為所述螺旋帶的擴(kuò)展；c.提供將所述螺旋帶連接至車輛座椅的前端附加裝置；d.使用所述前端附加裝置將所述螺旋帶連接至所述車輛座椅；e.提供用于將所述螺旋帶的后端連接至所述車身的后端附加裝置；f.使用所述后端附加裝置將所述螺旋帶連接至所述車身；g.通過所述螺旋帶擴(kuò)展的方式來減震，通過所述螺旋帶的力-位移曲線確定傳遞至所述車輛座椅的碰撞力；其中，所述螺旋帶在一定應(yīng)力級(jí)別下進(jìn)行一定程度的塑性形變，可通過所述螺旋帶的長(zhǎng)度、螺距、截面和材料控制該應(yīng)力級(jí)別。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于將在碰撞過程中的加速度減小至最小的方法和裝置，所述碰撞過程發(fā)生于例如機(jī)動(dòng)車事故中、飛機(jī)墜毀中、爆炸及其類似情況中。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例采用螺旋類彈簧構(gòu)件的形式，設(shè)計(jì)為通過理想的形變長(zhǎng)度，在給定的碰撞負(fù)載閾值下經(jīng)歷塑性形變。優(yōu)選的，將所述類彈簧構(gòu)件安裝于機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，該機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)在碰撞下被壓平，從而以預(yù)測(cè)的方式拉緊所述類彈簧構(gòu)件?？赏ㄟ^改變所述裝置的尺寸和安裝結(jié)構(gòu)來輕易的控制所述系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)[即所述應(yīng)力-應(yīng)變曲線，以及形變長(zhǎng)度，碰撞負(fù)載閾值和被保護(hù)的系統(tǒng)可接受的負(fù)載范圍]。
文檔編號(hào)F16F7/12GK102282385SQ200980148905
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者夏伊·民德, 大衛(wèi)·恩格爾, 摩西·雅各布·鮑姆, 阿南·哈桑 申請(qǐng)人:默比烏斯保護(hù)系統(tǒng)有限公司