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CN113195303A - 具有动能管理织物的载荷承载表面 - Google Patents

具有动能管理织物的载荷承载表面 Download PDF

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CN113195303A
CN113195303A CN201980062402.5A CN201980062402A CN113195303A CN 113195303 A CN113195303 A CN 113195303A CN 201980062402 A CN201980062402 A CN 201980062402A CN 113195303 A CN113195303 A CN 113195303A
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Abstract

披露了一种载荷承载表面，包含编织织物表面和包覆成型到织物表面上的载体(18)。编织织物的部分结合到载体(18)，以便在正常载荷条件期间和异常高载荷条件期间相对于载体保持固定。编织织物的其他部分(14)结合到载体，以便在正常载荷条件期间相对于载体保持固定，并且在异常高载荷条件期间在载体内移动或滑动、或破裂。

Description

具有动能管理织物的载荷承载表面
背景技术
本发明涉及一种载荷承载表面(比如，座椅底表面、靠背表面或头枕)，更具体地涉及一种具有并入到表面织物纤维中的动能管理特征的载荷承载表面。
不断努力为座椅开发新的且改进的载荷承载表面。努力着重于为车辆座椅获得耐用、低质量、舒适且廉价的载荷承载表面。努力也着重于安全；也就是说，一般来说，载荷承载表面或座椅表面应被设计成满足车辆的提高的安全要求。
在座椅安全方面，目前的车辆座椅表面由泡沫和其他弹性材料形成。这些材料在冲击情形下展现出100％或接近100％的回弹或反弹。也就是说，当比如在碰撞载荷期间受到高加速度G力时，座椅表面吸收很少能量或没有吸收能量。这一点在对作为功能性悬置件的钢悬置型座椅或提供A级外观的其他A级聚合物基悬置座椅表面进行基准测试时得到了证明。
当前车辆座椅是出于舒适性和强健性而设计的，而不是为了能量吸收。在典型设计中，钢结构(通常是C形截面)和冲压部件焊接在一起，以形成座椅结构子组件。碰撞事件期间从乘员质量开始的载荷路径穿过钢座椅结构到达主车辆防滚架/车身结构。
添加位于乘员下方的钢悬置层，以桥接座椅结构梁之间的距离。钢悬置件在座椅结构中的结构支柱之间提供一些吊床效应，以增强舒适特性。
泡沫(比如，聚氨酯(PU))用于覆盖钢结构和悬置件，并且在产品使用期间出于舒适性而提供力与挠度顺应性(force vs.deflection compliance)。在碰撞载荷条件下，泡沫保护乘员免受座椅组件内较深的硬点的伤害。在典型配置中，泡沫层覆盖有装饰罩，该装饰罩可以包含皮革、乙烯基材料和/或聚酯纺织物、膨松织物透气层以及毛毡或结合层以防止起皱。这些层通常用于管理碰撞事件期间的舒适性要求和G力，以控制事件之前、期间和之后的乘员位置。
因为当前织物悬置件是出于舒适性和强健性而设计的，而不是为了能量吸收，所以织物中使用的丝线被设计成不会由于任何施加的应力而超过树脂(用于形成织物)的屈服点。因为热塑性弹性体(TPE)单丝(经纱或纵向纱线)和聚酯纱线(纬纱或横向纱线)本质上是弹性的，所以当施加冲击载荷时，会展现出回弹效应。对于定向和非定向丝线来说都是如此。此外，丝线直径、树脂等级和编织类型全部被选择成使得织物总体上和个别丝线在载荷期间不会断裂。
当本质上弹性的TPE纤维被高速载荷并且被设计成不会断裂/失效时，冲击回弹是预期结果。冲击的回弹或反弹对于碰撞能量吸收来说是不期望的。
此外，结合到悬置框架的织物纤维关于使用鲨鱼齿以咬入织物中的一些设计是有限的。鲨鱼齿模制在悬置框架上，并且在悬置子组件的最终组装期间接合织物。此区域中的不良结合可能导致完全织物滑动和主要功能的丧失。也存在设计限制在于，框架(鲨鱼齿)与织物之间的结合是固持织物所需的表面积(咬合面积)的函数。这由于容纳多排鲨鱼齿以承受例如20g的碰撞载荷所需的较大框架轮廓而成为造型限制。
因此，需要用于具有动能管理特征的载荷承载表面的织物/纤维配置。期望地，这些特征并入到载荷承载表面织物纤维中。更期望地，这种载荷承载表面提供具有平衡张力性质和垂直载荷移位的舒适的座椅表面，该座椅表面限制随着时间发生的长期蠕变，并且在正常使用期间具有弹性拉伸和回弹，但是在高异常载荷条件(比如，在碰撞事件中遇到的那些)期间吸收能量。
发明内容
在一方面，一种载荷承载表面包含由第一纤维和第二纤维形成的编织织物。第一纤维中的至少一些是基本上非弹性的。载体被配置成支撑编织织物。载体包覆成型到编织织物上，以将织物固定到载体。第一纤维中的至少一些结合到载体，以便在正常载荷条件期间和异常高载荷条件期间相对于载体保持固定。第一纤维中的其他结合到载体，以便在正常载荷条件期间相对于载体保持固定，并且在异常高载荷条件期间在载体内移动或滑动。载荷承载表面具有并入到载荷承载表面织物纤维中的动能管理特征。
在实施例中，第一纤维是经纱纤维，并且第二纤维是纬纱纤维。第一纤维中的至少一些是聚合物纤维。聚合物纤维可以是例如聚酯纤维。在实施例中，第一纤维中的至少一些由芳族聚酰胺形成，或者是具有鞘的纤维，该鞘覆盖由非结合材料(比如，芳族聚酰胺)形成的纤维。在实施例中，第二纤维中的至少一些由嵌段共聚物形成。
第一纤维可以具有不超过约5％的线性弹性，并且第二纤维可以具有约15％至20％的线性弹性。
在实施例中，第一纤维和第二纤维化学结合到载体。交替地，第一纤维和第二纤维可以机械结合到载体。在实施例中，结合到载体以在异常高载荷条件期间在载体内移动或滑动的第一纤维包含超出载体的纤维上的机械止动件。机械止动件可以是例如纤维的扩大部分。机械止动件可以是纤维中的结。
在一方面，一种载荷承载表面包含编织织物表面和包覆成型到织物表面上的载体。编织织物的部分结合到载体，以便在正常载荷条件期间和异常高载荷条件期间相对于载体保持固定。编织织物的其他部分结合到载体，以便在正常载荷条件期间相对于载体保持固定，并且在异常高载荷条件期间在载体内移动或滑动。结合可以是例如化学结合和/或机械结合。
在实施例中，结合到载体以在异常高载荷条件期间在载体内移动或滑动的编织织物的部分由具有不超过约5％的线性弹性的基本上非弹性的纤维形成。非弹性纤维可以是聚酯纤维。聚酯纤维可以由芳族聚酰胺形成，或者具有覆盖由芳族聚酰胺形成的纤维的鞘。第一纤维可以具有不超过约5％的线性弹性，并且第二纤维可以具有约15％至20％的线性弹性。
在另一方面，一种载荷承载表面包含编织织物表面和包覆成型到织物表面上的载体。编织织物的部分结合到载体，以便在正常载荷条件期间和异常高载荷条件期间相对于载体保持固定。编织织物的其他部分结合到载体，以便在正常载荷条件期间相对于载体保持固定并且在异常高载荷条件期间破裂。在实施例中，在异常高载荷条件期间破裂的载荷承载表面的部分被配置成在与载荷承载的其他部分不同的载荷条件下破裂。
在实施例中，载体被配置成安装在座椅底部、座椅靠背或头枕中。
载荷承载表面的不同实施例提供了一种具有平衡张力性质和垂直载荷移位的舒适的座椅表面或休息表面，该座椅表面或休息表面限制随着时间发生的长期蠕变。这种载荷承载表面在正常使用期间具有弹性拉伸和回弹，但是在高异常载荷条件(比如，在碰撞事件中遇到的那些)期间吸收能量。
结合附图并结合所附权利要求，从以下描述中，本装置的这些和其他特征和优点将变得明显。
附图说明
在阅读以下详细说明和附图之后，本发明实施例的益处和优点对于相关领域的普通技术人员将变得更加明显，在附图中：
图1是具有动能管理的载荷承载表面的实施例的一部分的示意性展示；
图2展示了用于载荷承载表面中的编织织物的示例；
图3是车辆头枕的示例，该车辆头枕包括具有动能管理的载荷承载表面；
图4A和图4B是图3的头枕的剖视展示；
图5是载体中的载荷承载表面在关于头枕框架的分解视图中的图形展示；
图6是放大的局部剖视图，展示了织物用于在高异常载荷条件期间吸收能量的一种方式；
图7是高异常载荷条件期间的力与移位曲线的图形展示，示出了曲线C1中的低能量吸收和曲线C2中的高能量吸收；以及
图8是具有动能管理的载荷承载表面的力与移位曲线的图形展示。
具体实施方式
尽管本公开内容可以有各种形式的实施例，但是在附图中示出并且在下文中将描述一个或多个实施例，理解为仅将本公开内容视为说明性的，并且不旨在将本公开内容限制为所描述或展示的任何具体实施例。
参照附图并且具体地参照图1和图2，示出了具有并入到表面织物12纤维中的动能管理特征的载荷承载表面10的实施例的一部分。在图1和图2所示的示例中，所示出的纤维是经纱纤维或纱线14和纬纱纤维或纱线16。经纱纤维14分别在座椅底表面或座椅靠背表面的前后或上下方向上延伸。在一些已知的座椅表面中，经纱纤维14相对非弹性，而纬纱纤维16(参见图2)是弹性的。经纱纤维14可以由例如具有不超过约5％的线性弹性的聚酯纱线形成。纬纱纤维16可以由例如嵌段共聚物单丝形成，并且可以具有约15％至20％的线性弹性。
在一些已知表面中，织物12被拉伸并直接包覆成型到载体18中，以将织物12固定到比如座椅底部或靠背或头枕20(比如，图3至图6所展示的那些)等结构。典型地，载体18安装到框架21，该框架安装到该结构。出于本公开内容的目的，除非另有指示，否则对载体18的引用是指织物12成型在上面的结构。
在包覆成型中，化学或机械结合形成在织物纤维14、16与载体18之间，以将织物12在载体18中永久地固定在适当位置中。也就是说，化学结合可以随着加热/熔融载体18材料与纤维14、16接触、通过该加热/熔融载体材料的化学反应而形成，或者机械结合可以通过加热/熔融载体18材料使纤维14、16的一部分(例如，外鞘)熔融并在冷却时形成两种熔融材料的结合而形成。由于化学或机械结合的性质，织物12永久地固定在载体18中，并且无法松开或移动。
在具有并入到表面织物纤维14、16中的动能管理特征的载荷承载表面的实施例中，纤维中的一些(例如，纬纱纤维16(单功能纤维))通过与载体18的化学或机械结合而永久地固定在载体18中。然而，纤维中的其他(例如，经纱纤维14(双功能纤维)结合到载体18，使得它们在正常载荷条件期间不相对于载体18移动，但是将在大于正常载荷条件的(例如，异常)载荷条件期间在载体18内移动或滑动。例如，这种异常(高)载荷条件可能发生在碰撞事件期间，在该碰撞事件中，乘员对表面10施加大于正常使用期间所预期的力。在实施例中，经纱纤维14中的一些或全部是双功能纤维，并且纬纱纤维16中的一些或全部是单功能纤维。然而，应理解，经纱纤维14中的一些可以是单功能纤维，并且纬纱纤维16中的一些可以是双功能纤维，并且在一些情况下，全部纤维14、16都是双功能纤维。
在实施例中，双功能纤维14被设计成限制与载体18的结合。也就是说，双功能纤维14是非结合的，或者没有永久地化学或机械结合到载体18，并且能够在施加碰撞载荷时，在载体包覆成型件内滑动。当织物12(表面)被赋予载荷时，纤维14在载体18内滑动，织物12的张力减小，并且织物12表面的整体位置改变(松开，参见例如图6中的12a所指示的区域)，从而导致动能吸收。在实施例中，双功能纤维14可以由对热塑性塑料(热塑性塑料是模制该载体的主要材料)展现出不良结合的材料形成，或者可以具有由该材料形成的鞘。因而，随着异常载荷施加到织物12，不良结合的双功能纤维14将滑动穿过载体18，而单功能纤维16将保持固定在载体18中。一种不与热塑性材料良好结合的已知材料是芳族聚酰胺材料，比如，某些尼龙材料。本领域技术人员将认识到其他合适的材料。
为了限制滑动量，在实施例中，结22(参见图1)可以在载体18边界之外的双功能纤维14中形成，使得随着结接合载体18，滑动量由物理止动件(例如，锚)限制。双功能(未结合)纤维14的滑动可以通过随着双功能纤维14位于载体18包覆成型件内而在该双功能纤维内包含有意的波纹或弯曲(未示出)来进一步控制。波纹或弯曲增加了双功能纤维14行进的长度，并且降低了双功能纤维14在包覆成型的载体18内滑动的阻力。
在实施例中，双功能纤维14可以被配置成在经受异常高载荷条件时失效或破裂。与滑动配置一样，随着织物12的张力降低并且织物12表面的整体位置改变(松开)，某些纤维14(双功能纤维14)的失效或破裂将导致动能吸收。应了解，当在压缩或张紧的情况下被赋予载荷的材料失效时，从冲击者(例如，座椅乘员)吸收了来自所施加的载荷的能量。纤维14可以被设计成在碰撞G力期间包住乘员，并且可以被进一步设计成隔离乘员使之不触碰座椅结构中的硬点，同时，双功能纤维14可以被设计成断裂以提供能量吸收。
被设计成在乘员以各种方式移位到座椅表面中期间失效的双功能纤维14可以产生分级纤维14失效，以管理乘员的减速。一些纤维14的分级失效或受管理的减速可以通过改变被配置成失效的双功能纤维14以及被配置成保持完好的纤维16(如果有的话)的特性来实现。例如，分级失效或受管理的减速可以通过材料选择来实现，例如，芳族聚酰胺、不锈钢和热塑性弹性体(TPE)聚合物，它们都具有永久变形性质或能量吸收性质。聚合物的定向百分比可以有助于分级失效或受管理的减速，这是因为聚合物可以被施加超过其原始屈服点的应力以提高性能水平。类似于在制造钓鱼线时对尼龙定向，这种定向聚合物的新工作区是从无定形到脂肪族的应力诱发的结晶相改变。定向百分比将伸长率和极限强度控制在可预测的水平，这可以用于针对峰值碰撞载荷断裂来调整织物或悬置表面，以消耗动能。
改变纤维14的截面直径可以用于控制产品强度和故障点。如以上所讨论的，纤维14穿过锚定部件或载体18的滑动和纤维14的永久变形可以用于吸收动能，以有助于分级失效或受管理的减速。
纤维14的组成(例如，嵌段共聚物的类型、量和比例)也可以改变，以实现分级失效或受管理的减速的期望特性。还可以设想，可以在纤维中形成或产生弱化区域，以影响失效(通过载荷)并管理减速。
图7和图8以图形展示了模拟车辆碰撞条件的高异常载荷条件期间的力与移位曲线，其中以千牛顿(kN)为单位的力示出在竖(y)轴上并且以厘米为单位的移位示出在横(x)轴上。
图7中的曲线C1展示了期望能量吸收的配置，其中表面立即吸收高应变率载荷(如24所指示)，并且在整个移位期间维持载荷阈值(如26所指示)直到全部能量被吸收为止。此曲线通常被称为平方F/D曲线，并且展示了能量的有效转移。曲线C2展示了由于回弹或反弹(如28所指示)而不太期望的能量吸收曲线，这种回弹或反弹随着能量转移到载荷承载表面10并且返回到施加载荷的物体(如30所指示)而发生。
图8所展示的曲线C3示出了双功能纤维在载体内滑动(或移位)或者双功能纤维断裂或破裂的能量吸收曲线。曲线C3中的滑动或断裂被示出在谷底处(如32所指示)，这些谷底是指示纤维滑动或破裂的时间的点。虽然曲线C3不像平方曲线C1那样平滑，但是波动比曲线C2小得多，并且实际上使能量吸收平滑化，从而减小了峰值力(如34所指示)，减小了反弹或回弹(如32所指示)，并且使这种配置(能量管理纤维)成为较期望的能量吸收方案。
已发现，在具有并入到表面织物纤维中的动能管理特征的载荷承载表面中，在高异常载荷(比如在碰撞事件期间所见的高异常载荷)期间，悬置座椅内的纤维或丝线永久地移位，而只有很少回弹或没有回弹。表面10可以被配置成使得座椅的特定区域中的一些或全部纤维滑动以减少张力或破裂(如被设计成减少或消除回弹)。织物12内滑动或断裂的纤维14吸收施加在乘员身上的碰撞能量，从而防止能量作为回弹效应重新引入到乘员体内。
应了解，乘员的静态载荷与速度下的动态载荷之间的差异是显著的。例如：
海平面下的220磅的人的静态载荷＝99.8Kg x9.8m/s2＝978.04N，并且
同一个人(220磅)在64.3千米/小时(约40mph)的速度下的动态载荷＝220磅的人＝10278J＝99.8Kg x9.8m/s2 x20g＝19560.8N。
因此，应了解，可以使用具有并入到表面织物纤维中的动能管理特征的载荷承载表面来管理20倍高的载荷，以相比之下吸收动态能量，并且同时适应舒适性和产品强健性所需的静态用户载荷。
当载荷异常高或速度高时，与常规悬置设计相比，破裂或部分破裂的表面织物12作为整体将展现出较小的回弹或反弹。在高作用力或高速度载荷后，座椅表面织物12的状况将展现出较小的力挠度，并且可能具有下垂的外观。这种状况被称为永久变形，并且在特定材料的工程应力与应变曲线上非常明显。通过纤维14的丝线形状和大小以及通过选择限制相对于载荷速度的伸长率的材料，来实现期望的永久变形(比如，通过织物12中的破裂或失效或滑动)。以这种方式，已知碰撞G载荷的破裂将使纤维14中的一些失效，和/或在纤维14到载体18的附接之内产生永久纤维14移动。伸长率与载荷速度的塑性性质被称为塑性应变率效应。在聚合物的高速载荷期间，当比较4mm/min的速度与48000mm/min的载荷速度时，这些聚合物表现得较有刚性且较易碎。当为双功能纤维14选择在高速和高载荷期间失效的聚合物等级时，可以考虑这些因素。
具有并入到表面织物纤维14中的动能管理特征的本载荷承载表面10允许在以下各者之间取得平衡：出于座椅强健性和舒适性的回弹；以及在针对座椅靠背和头枕的碰撞事件(对于追尾事件)、正面冲击(针对座椅靠背和头枕的二次冲击的碰撞运动回弹)以及对于翻滚冲击(座椅底垫、座椅靠背和头枕)期间吸收由于高G力载荷引起的能量的需要。
在本公开内容中，词语“一个/种(a/an)”视为包含单数和复数两者。相反，在适当情况下，对复数项的任何提及应包括单数。本领域技术人员应了解，比如上、下、向后、向前等相对方向术语仅仅是出于解释的目的，并不旨在限制本公开内容的范围。
在此提及的所有专利或专利申请都在此通过援引并入本文，无论是否在本公开内容的文本内明确这样做。
从前述内容可以看出，在不脱离本公开内容的新颖构思的真实精神和范围的情况下，可以进行许多修改和改变。应当理解，不旨在或不应推断出对所示出的具体实施例的限制。本公开内容旨在由所附权利要求覆盖落入权利要求范围内的所有此类修改。

Claims (22)

1.一种载荷承载表面，包括：
由第一纤维和第二纤维形成的编织织物，所述第一纤维中的至少一些是基本上非弹性的；以及
用于支撑所述编织织物的载体，所述载体包覆成型到所述编织织物上以将所述织物固定到所述载体，
其中，所述第一纤维中的至少一些结合到所述载体，以便在正常载荷条件期间和异常高载荷条件期间相对于所述载体保持固定，并且其中所述第一纤维中的其他结合到所述载体，以便在正常载荷条件期间相对于所述载体保持固定，并且在异常高载荷条件期间在所述载体内移动或滑动。
2.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，所述第一纤维是经纱纤维，并且所述第二纤维是纬纱纤维。
3.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，所述第一纤维中的至少一些是聚合物纤维。
4.如权利要求3所述的载荷承载表面，其中，所述聚合物纤维是聚酯纤维。
5.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，所述第一纤维中的至少一些由非结合材料形成，或者其中，覆盖所述纤维的鞘由非结合材料芳族聚酰胺形成。
6.如权利要求5所述的载荷承载表面，其中，所述非结合材料是芳族聚酰胺。
7.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，所述第二纤维中的至少一些由嵌段共聚物形成。
8.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，所述第一纤维具有不超过约5％的线性弹性，并且所述第二纤维具有约15％至20％的线性弹性。
9.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，所述第一纤维和所述第二纤维化学结合到所述载体。
10.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，所述第一纤维和所述第二纤维机械结合到所述载体。
11.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，结合到所述载体以在异常高载荷条件期间在所述载体内移动或滑动的所述第一纤维包含超出所述载体的所述纤维上的机械止动件。
12.如权利要求11所述的载荷承载表面，其中，所述机械止动件是所述纤维的扩大部分。
13.如权利要求11所述的载荷承载表面，其中，所述机械止动件是所述纤维中的结。
14.一种载荷承载表面，包括：
编织织物表面；以及
包覆成型到所述织物表面上的载体，
其中，所述编织织物的部分结合到所述载体，以便在正常载荷条件期间和异常高载荷条件期间相对于所述载体保持固定，并且其中，所述编织织物的其他部分结合到所述载体，以便在正常载荷条件期间相对于所述载体保持固定，并且在异常高载荷条件期间在所述载体内移动或滑动。
15.如权利要求14所述的载荷承载表面，其中，结合到所述载体以在异常高载荷条件期间在所述载体内移动或滑动的所述编织织物的部分由具有不超过约5％的线性弹性的基本上非弹性的纤维形成。
16.如权利要求15所述的载荷承载表面，其中，所述非弹性纤维是聚酯纤维。
17.如权利要求16所述的载荷承载表面，其中，所述聚酯纤维由非结合材料形成，或者其中，覆盖所述纤维的鞘由非结合材料形成。
18.如权利要求17所述的载荷承载表面，其中，所述非结合材料是芳族聚酰胺。
19.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，所述第一纤维具有不超过约5％的线性弹性，并且所述第二纤维具有约15％至20％的线性弹性。
20.如权利要求1所述的载荷承载表面，其中，所述载体被配置成安装在座椅底部、座椅靠背或头枕中。
21.一种载荷承载表面，包括：
编织织物表面；以及
包覆成型到所述织物表面上的载体，
其中，所述编织织物的部分结合到所述载体，以便在正常载荷条件期间和异常高载荷条件期间相对于所述载体保持固定，并且其中，所述编织织物的其他部分结合到所述载体，以便在正常载荷条件期间相对于所述载体保持固定，并且在异常高载荷条件期间破裂。
22.如权利要求21所述的载荷承载表面，其中，结合到所述载体以便在异常高载荷条件期间破裂的所述载荷承载表面的部分被配置成在与结合到所述载体以便在异常高载荷条件期间破裂的所述载荷承载表面的部分中的其他不同的载荷条件下破裂。
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