车辆用冲击吸收垫 【技术领域】
本发明涉及一种使用在一车辆中、用于在车辆发生碰撞时保护乘员下肢的冲击吸收垫，特别涉及一种具有分级冲击吸收特性的车辆用冲击吸收垫。
背景技术
在JP2000-103367A和JP2000-326870A公开的关于保护乘员下肢的结构的发明中，一车辆的结构本身被设计为具有所需冲击吸收特性。此外，在JP5-330341A和JP6-17097B公开的发明中，在车舱脚靠部上设置有吸能泡沫材料以保护乘员下肢。
但是，赋予车辆结构本身以所需冲击吸收功能包括车体(车辆)结构的改变并可能需要额外材料和部件以实现所需冲击吸收功能。因此成本必然会提高。
而且，在使用冲击吸收材料如泡沫材料时，由于冲击吸收特性不变，无法有效吸收其大小在车辆发生碰撞时的车体变形过程中变化的冲击负载(负荷)。
在车辆发生碰撞时的变形过程中的车辆吸能负载在一前侧件的后部而非该前侧件的前部上较大或在一沿着一下部仪表板的一搁脚板地表面从该前侧件后端向后并向下延伸的斜面部上较大。
因此，作用在车体上的减速度在该后部或斜面部中的吸能负载沿增大方向变化的边界区域中在短时间内陡增。然后，该后部或斜面部在所产生的吸能负载下变形而吸能。
在这种情况下，车辆碰撞后可由于该后部或斜面部变形吸收大量能量而停下。此时，可用冲击吸收材料如泡沫材料减小作用在乘员下肢上的冲击。但是，这一减小与在车体吸能负载变化的边界区域中于短时间内陡增的冲击力的减小之间难以取得充分的协调。
为解决这一问题，可通过改变车体结构减小该吸能负载差，从而实现平稳的吸能负载特性。但是，这会提高车体制造成本。
【发明内容】
本发明的一个一般目的是提供一种用于车辆中的能在不显著改变车体结构的条件下较有效地减小作用在乘员下肢上的各种震动的冲击吸收垫。
本发明的一个具体目的是提供该车辆用冲击吸收垫，该冲击吸收垫的冲击吸收特性可随作用在乘员下肢上的各种震动分多级变化，从而可以较有效地减小作用在乘员下肢上的震动。
为实现上述目的，本发明提供一种装在一搁脚板的表面上、供乘员的脚置于其上的车辆用冲击吸收垫，该冲击吸收垫包括：设置在乘员置脚侧上以吸收产生于在车辆碰撞时的车体变形中车体的吸能负载变得不同的一边界区域中的冲击力的第一冲击吸收部和设置在搁脚板侧上以吸收在吸能负载高的一区域中产生的冲击的第二冲击吸收部。
按照这一结构，由于该冲击吸收垫包括冲击吸收特性互不相同的两冲击吸收部，因此可用这两个冲击吸收部分别有效地减小车体变形过程中产生的作用在乘员下肢上的不同类型的冲击负载。即，可用第一冲击吸收部的变形吸收在车辆的吸能负载变得不同的边界区域中于短时间内陡增的冲击，从而可减小乘员下肢上瞬时变大的震动。然后，可用第二冲击吸收部的变形吸收在车体吸能负载变大的区域中产生的冲击，从而减小乘员下肢上的冲击。特别是，由于第一冲击吸收部设置在可放置乘员下肢的一侧上，因此便于调节冲击吸收特性以适应在车辆吸能负载变得不同的边界区域中于短时间内聚然达到其峰值的冲击。
应该看到，上述冲击吸收垫所具有的特性使得第二冲击吸收部的在与搁脚板表面垂直方向上的单位负载的变形量比第一冲击吸收部小。
此外，在该冲击吸收垫中，第一冲击吸收部在乘员置脚区上的一平面中分割，从而在其压缩变形过程中降低第一冲击吸收部的平面刚性，并且第一冲击吸收部的单位面积吸能负载设定成比第二冲击吸收部小，因此可形成其冲击吸收特性互不相同的冲击吸收部。即，由于第一冲击吸收部的平面刚性降低，第一冲击吸收部变得容易以良好的随动方式变形至足以吸收在车体的吸能负载的该边界区域中于短时间内聚然达到其峰值的冲击，从而可有利地分别吸收乘员下肢上的各震动。
此外，在该冲击吸收垫中，由于第一冲击吸收部由多个形成在第二冲击吸收部上表面上的整个乘员置脚区上的凸起部构成，因此可有利地分别吸收乘员下肢上的各震动。此外，实现上述所需冲击吸收特性的各凸起部的压缩负载特性便于调节。
此外，在该冲击吸收垫中，第一和第二冲击吸收部由泡沫模制(成型)件形成并由多层泡沫模制件、使用粘合剂的层压泡沫模制件和整体泡沫模制件之一形成，因此可通过简单的设置而有利地分别吸收乘员下肢上的各冲击。在采用整体泡沫模制工艺时，由于可在一金属模具中整体泡沫模制该冲击吸收垫，因此可以低成本大量生产具有上述所需冲击吸收特性的冲击吸收垫。
此外，如果该冲击吸收垫为一用苯乙烯改性的聚乙烯树脂制成的泡沫模制部件，则可获得由苯乙烯改性的聚乙烯的特有特性得出的有利效果，如优良的尺寸稳定性和形状保持性、良好的冲击吸收性和不易由于摩擦产生磨损粉末和意外的噪音的特性。
从以下结合附图的详细说明中可较清楚地看出本发明的其他目的、特征和优点。
【附图说明】
图1A为一示意性示出本发明冲击吸收垫10的组装状态的剖面图。
图1B为一较详细地示出该冲击吸收垫10的组装状态的立体图。
图2A为本发明冲击吸收垫10的俯视图。
图2B为沿图2A的S-S线剖取的剖面图。
图3为示出本发明冲击吸收垫10的冲击吸收特性测试结果的曲线图。
图4为示出一实际车辆碰撞试验中一假人下肢上的随时间而变的负载数据的曲线图。
图5A为示出第一次冲击时的变形车体的状态的示意图。
图5B为示出第二次冲击时的变形车体的状态的示意图。
图6A为与本发明冲击吸收垫10作对比的冲击吸收垫90的俯视图。
图6B为沿图6A的S-S线剖取的冲击吸收垫90的剖面图。
【具体实施方式】
下面结合附图说明本发明的优选实施例。
图1A为示意性示出从车辆一侧看去的组装在车体中的适当位置的本发明冲击吸收垫10的剖面图。图1B为较详细地示出安装好的该冲击吸收垫10的立体图。
冲击吸收垫10位于一从底板11前端沿斜向向前并向上延伸的搁脚板12上(图1A所示箭头X表示向前方向)。如图1A所示，搁脚板12限定一供乘员的腿70置于其上的一斜面区(下文中该斜面区称为“置脚区”)。冲击吸收垫10一般放置在搁脚板12的上述置脚区中并由夹子等安装在搁脚板12上。冲击吸收垫10上一般覆盖有一供乘员的腿70直接置于其上的地毯13。
图2为示出本发明冲击吸收垫10的曲线图，其中，图2A为冲击吸收垫10的俯视图，图2B为沿图2A的S-S线剖取的剖面图。应该指出，图2A所示冲击吸收垫10的外形与图1B所示冲击吸收垫10的外形不同。
如图2B所示，本发明冲击吸收垫10包括放置乘员的腿70的一侧上的第一冲击吸收层20和搁脚板12一侧上的第二冲击吸收层30。这两层冲击吸收层20和30可用合成树酯泡沫如基于聚苯乙烯的树脂、基于聚乙烯的树脂、基于聚丙烯的树脂、基于聚酯的树脂和苯乙烯改性的聚乙烯树脂或柔性材料如尿烷和橡胶一体制成。
但是，冲击吸收垫10优选地由苯乙烯改性的聚乙烯树脂制成。苯乙烯改性的聚乙烯树脂由苯乙烯系单体与聚乙烯系树脂颗粒浸渍聚合而成。苯乙烯改性的聚乙烯树脂中苯乙烯的含量为40-90重量百分比、较优选地为50-85重量百分比、最优选地为55-75重量百分比。
在这里，由于苯乙烯改性的聚乙烯树脂的一般特性，用苯乙烯改性的聚乙烯树脂制成的泡沫模制部件的尺寸稳定性和形状保持性要比用基于聚乙烯的树脂或基于聚丙烯的树脂制成的泡沫模制部件优良。而且，在相同膨胀率条件下比较，用苯乙烯改性的聚乙烯树脂制成的泡沫模制部件能吸收大量震动。此外，与基于聚苯乙烯的泡沫模制部件不同，苯乙烯改性的聚乙烯树脂制成的泡沫模制部件不容易变脆，因此不容易断裂。此外，苯乙烯改性的聚乙烯树脂制成的泡沫模制部件不会由于摩擦发出意外的噪音或产生磨损粉末。
因此，由于要求冲击吸收垫以有限的厚度和有限的尺寸显示出有效的冲击吸收特性并且冲击吸收垫置于车舱中放置乘员的腿的底部上，可把具有上述有利特性的苯乙烯改性的聚乙烯树脂用作冲击吸收垫10的合适材料。
冲击吸收垫10的第一冲击吸收层20包括多个形成在第二冲击吸收层30上的凸起部24。这些凸起部24形成在与上述置脚区对应的区域内，并且优选地形成在与置脚区对应的基本整个区域上。如图2A所示，这些凸起部24可呈格子型，从而从上方看去形成十字形沟槽。此外，这些凸起部24可以规则的间距布置，其中，每个凸起部24与其相邻的凸起部24之间的间距相同。此外，这些凸起部24可沿纵向或横向交错布置。
此外，这些凸起部可呈各种外形如正方形、长方形、圆形、椭圆形等。此外，各凸起部24在凸起方向上的横截面不必保持不变。此外，凸起部24的顶端可成形为可由乘员的脚底在一表面或一点上踩压。
此外，凸起部24的大小和布置可设定成使得一乘员的脚底由若干凸起部24支承。由一乘员的脚底踩压的凸起部24的总面积可对应于一般乘员的脚印(大小)的30-60％，每一凸起部的面积可约为200-600平方毫米。此外，凸起部24可有局部高度差，并且一些凸起部24的高度可与其凸起部24的高度不同。
但是，冲击吸收垫10的冲击吸收特性决定于各种因素，如冲击吸收垫10的材料特性和冲击吸收层20和30的厚度。因此应该看到，只要具有下述冲击吸收特性，其外形、结构、大小等与上述不同的冲击吸收垫也在本发明范围内。
示出本发明冲击吸收垫10的负载-变形曲线的图3为用来说明本发明冲击吸收垫10的冲击吸收特性的曲线图。为进行对比还示出其他冲击吸收垫的负载-变形曲线。确切地说，第一对比垫的负载-变形曲线用虚线表示，第一对比垫由与本发明冲击吸收垫10相同的材料制成但没有凸起部24。第二对比垫的负载-变形曲线用点划线表示，第二对比垫由比本发明冲击吸收垫10软的制作材料制成且没有凸起部24。应该指出，这些负载-变形曲线基于用合适的测量测试设备对各冲击吸收垫的一测试件进行测量而获得的测量值。还应该指出，这些负载-变形曲线示出各冲击吸收垫在沿垂直于搁脚板12的方向(见图1A中方向z)的压缩负载下的变形特性。
如图3所示，本发明冲击吸收垫10的负载-变形曲线(实线)在预定变形大小εP处显著改变。这就是说，本发明冲击吸收垫10的负载-变形特性在预定变形大小εP处以多级方式(在该实施例中为两级方式)变化。即，本发明冲击吸收垫10在第一冲击吸收层20开始变形时显示出相当于第二对比垫的冲击吸收特性，并在第一冲击吸收层20完成变形、第二冲击吸收层30开始变形时显示出相当于第一对比垫的冲击吸收特性。换句话说，由于多个凸起部24，即使第一冲击吸收层20的制作材料与第一对比垫相同，第一冲击吸收层20的冲击吸收特性也相当于用较软材料制成的第二对比垫。
为证实具有分级冲击吸收特性的冲击吸收垫10的效果，本发明的发明人使用一装有该冲击吸收垫10的实际车辆进行了碰撞试验，并得出如下结果。
图4示出实际车辆碰撞试验中一假人的下肢部上随时间而变的负载数据。在图4中，t＝0为车辆前端与障碍物发生接触的时刻。作为对比，图4还示出第一对比垫的测量数据(虚线)和第二对比垫的测量数据(点划线)。下面将参考示意性示出车辆发生碰撞时的变形过程的图5和图3而说明图4中所示的试验结果。
在车辆在t＝0开始碰撞时，发动机室部分40(见图1A)首先开始变形。然后，当发动机室部分40的变形渐渐增进时，假人下肢上的负载开始增加。然后，在发动机室部分40的变形基本达到其全势能的时刻t＝t1，假人下肢上的负载达到其第一峰值。下面把这一碰撞阶段称为“第一冲击”。
如图4所示，与下文所述第二冲击上的负载相比，第一冲击上的负载为在较短时间内发生的瞬时震动。即，第一冲击从启动至回落经历的时间比第二冲击短。因此，第一冲击时待吸收的能量比第二冲击时少。
参考图4，在第一冲击时，作用在假人下肢上的负载在使用第一对比垫时比在使用本发明冲击吸收垫10或第二对比垫时大。参见图3，该结果可从下列事实得出：第一冲击时，与第一对比垫的变形εa1对应的负载Fa1比与本发明冲击吸收垫10或第二对比垫的变形εb1对应的负载Fb1大。另一方面，作用在假人下肢上的负载在使用本发明冲击吸收垫10时与使用第二对比垫时几乎无差别。这一结果可从下列事实得出：第一冲击时这两个冲击吸收垫的变形大小几乎无差别。
从这一试验结果可知，第一对比垫的变形跟不上第一冲击时的瞬时负载，造成很大负载传递到假人下肢上。相反，本发明冲击吸收垫10可随着第一冲击时的瞬时负载瞬时变形，从而可有效减小传递到假人下肢上的负载。
然后，在发动机室部分40的变形完成后，搁脚板12如图5B所示开始被向上并向后推。即，搁脚板12开始变形、移动，从而将假人脚底上推。此时，随着发动机室部分40的变形结束，整个车辆的移动量减小，假人由于惯性力相对于车辆向前运动。即，假人通过使脚底在抵靠搁脚板12上而向前运动。由于这两个效果，假人下肢的负载渐渐增加，在t＝t2时达到第二峰值。下面把这一碰撞阶段称为“第二冲击”。
第二冲击从开始到结束的时间比上述第一冲击长。因此，第二冲击时待吸收的能量比第一冲击时多得多。
参见图4，第二冲击时，作用在假人下肢上的负载在使用第二对比垫时比在使用本发明冲击吸收垫10或第一对比垫时大。参见图3，这一结果可从下列事实得出：因为在变形量相同的条件下进行比较时，第二对比垫吸收的能量最少，在吸收应在t＝t2时被吸收的所有能量前，它的变形已超过其全势能(即其变形大小已大约达到图3所示的εmax)。即，第二对比垫在t＝t2时已进入无法再变形的状态，因此假人脚底在t＝t2时已基本进入与刚体接触的状态。
另一方面，第二冲击时，作用在假人下肢上的负载在使用本发明冲击吸收垫10时与使用第一对比垫时几乎无差别。参见图3，这一结果可从下列事实得出：第二冲击时与第一对比垫的变形εa2对应的负载Fa2大致等于第二冲击时与本发明冲击吸收垫10的变形εb2对应的负载Fb2。
从上述试验结果可得出，本发明冲击吸收垫10可在第一冲击和第二冲击时获得作用在假人下肢上的负载的最小值，从而很有效地保护乘员下肢。这是因为：在产生瞬时负载的第一冲击时，乘员下肢由容易变形并且每单位面积(该单位面积包括第一冲击吸收层20的未设置凸起部24的面积)吸收少量能量的第一冲击吸收层20保护，而在由于置脚区中的搁脚板向上移动而产生历时较长的负载的第二冲击时，乘员下肢受每单位面积吸收较大量能量的第二冲击吸收层30的保护。因此，按照本发明冲击吸收垫10，由于冲击吸收垫10的冲击吸收特性随在车辆碰撞过程中分阶段出现的第一冲击和第二冲击分阶段变化，因此可有效保护乘员下肢。
应该指出，将第一冲击吸收层20的厚度和凸起部的数量和布置等设定成：可仅通过第一冲击吸收层20的变形而吸收第一冲击时的能量；而将第二冲击吸收层30的厚度和面积等设定成：第二冲击时第二冲击吸收层30的变形不能超过其最大值(即第二冲击吸收层30的变形量不能达到弹性极限)。但是，还应该指出，冲击吸收垫10的总厚度将受车舱空间的限制。
用于上述试验的冲击吸收垫10的厚度约为30mm，第一冲击吸收层20的厚度约为10mm，凸起部24的顶面的总面积约为冲击吸收垫10的总面积的55％。该冲击吸收垫10显示出所需冲击吸收特性。即，在第一冲击过程中，冲击吸收垫10显示出相当于第一对比垫的冲击吸收特性，在第二冲击开始时(即图4中t＝t3时)，它以与冲击吸收特性过渡点对应的变形值εP变形，并且在第二冲击过程中，它在变形不超过其最大值的情况下显示出相当于第二对比垫的冲击吸收特性。但是，这些设计内容取决于第一和第二冲击所要吸收的能量并从而取决于车体的结构。可根据对每种车辆进行的实际碰撞试验、分析等调节冲击吸收垫10的冲击吸收特性以实现上述所需冲击吸收特性。
在这里，由于本发明冲击吸收垫10有多个如上述离散方式(即间隔布置)形成的凸起部24，并在乘员下肢70一侧上有第一冲击吸收层20，因此便于调节冲击吸收特性以实现上述所需特性并可避免正常使用中产生的问题。
相反，参考图6A和6B，它们示出其上形成有十字型突起线93的冲击吸收垫90。该冲击吸收垫90的第一冲击吸收层91的平面刚性比在置脚区上一平面中具有彼此不相连接的凸起部24的本发明冲击吸收层20高，因此为实现上述所需特性而对冲击吸收垫90的冲击吸收特性进行的调节变得复杂。即，突起线93中实际抵靠脚底的部分的变形使实际不抵靠脚底的其他部分也变形。因此调节冲击吸收特性时必须考虑这一变形特性。此外，在这样高的平面刚性下，冲击吸收层91不能以良好的随动方式随瞬时负载如上述第一冲击负载而变形。
同样，在使用其第一冲击吸收层20位于搁脚板12一侧上而不是位于乘员下肢一侧上的冲击吸收垫95(未示出)的情况下，由于所有凸起部24抵靠在搁脚板12的表面上，为实现上述所需特性而对冲击吸收垫90进行的调节变得复杂。即，脚底在冲击吸收垫95上的压力造成几乎所有凸起部24的变形且各凸起部24的变形量可以不同。因此为实现上述所需特性而对冲击吸收垫90进行的调节变得非常困难。此外，在实现上述所需特性的情况下，由于每单位凸起部的压缩负载变小，在乘员下肢70用力踩压它们或在乘员下肢70仅放置于其上时，凸起部24容易变平。此时，由于凸起部24变平，在实际碰撞时冲击吸收垫95将无法实现其全部功能。此外，这一冲击吸收垫95不太可能长期保持其冲击吸收特性，因此使用寿命不长。
与此对比，在其上有彼此不相连接的凸起部24的本发明冲击吸收垫10的结构中，只有实际支承脚底的一些凸起部24才能发生变形。因此稍作调节即可实现所需冲击吸收特性，设定合适的单位凸起部压缩负载以免凸起部24在正常使用中轻易变形。
此外，本发明不限于上述实施例，可在不偏离本发明范围的情况下作出种种变型和修正。
例如，在上述实施例中，尽管本发明冲击吸收垫10的第一冲击吸收层20与冲击吸收层30模制成一体，但冲击吸收垫10也可通过由不同材料形成各冲击吸收层并将这些冲击吸收层层压在一起而构成。
此外，本发明冲击吸收垫10也可通过由密度不同的相同材料形成各冲击吸收层并将这些冲击吸收层层压在一起而构成；或者可通过将同类或不同类合成树脂制成的泡沫模制吸收层层压在一起而成。此外，本发明冲击吸收垫10也可为在金属模具中使膨胀率不同的同类或不同类合成树脂泡沫珠膨胀而制成的一体模制部件。尽管在上述实施例中示出两级冲击吸收特性，但也可通过形成附加冲击吸收层而实现三级或三级以上的冲击吸收特性。