汽车安全头枕装置的制作方法

专利名称：汽车安全头枕装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种车辆乘客用装置，特别涉及一种适用于车辆座椅的头枕装置。
背景技术：
众所周知，在汽车碰撞事故中极易造成司机和乘客的的头一颈部受伤，由于颈 部强烈弯曲、拉扯使头部前后碰撞，造成的颈脊骨伤害和脑震荡。如果乘客的头部 没有剧烈地从躯干上扭动，那么即使汽车受到严重冲撞，其颈部也不会受伤。因此， 头部与躯干之间剧烈错位造成的颈部损伤是大多数头一颈部受伤的主要原因。
在美国，颈部扭伤是汽车保险索赔中出现频率最高的。据统计，1997年有66% 的身体损害索赔和59%的保护方面索赔——两种最重要的保险索赔，都报告发现了 轻微颈部损伤；42%的身体损害索赔者和36%的保护方面索赔者认为颈部扭伤和拉 伤是最严重的受伤，索赔金额高达70亿美元。
头一颈部受伤会出现在各种汽车撞击中，在追尾事故中出现最频繁。1999年的 一份调査发现，26%的追尾事故中的司机报告颈部损伤。当一辆车被追尾，它会加 速向前，同时车座施压推动乘员的躯干往前，头部却因为惯性而滞后，这种滞后将 持续到颈部被拉伸到极限为止，然后头部就像鞭稍一样被颈部加速甩向前方，"头一 颈受伤"这个术语由此而来。
解决头颈部受伤的方案是依靠主动式安全头枕系统。头枕系统的优劣影响追尾 事故中人们被保护的程度。美国有专门的汽车安全协会分析了 5000多个保险索赔得 出在同等条件下，使用良好等级头枕的司机比使用劣质产品的在追尾事故中的颈 部损伤概率降低24%。在纽约罗彻斯特，该协会测试了 585位发生追尾事故的司机。 测试进行的时候，司机坐在正常的位置上，但头枕则处于追尾时的位置。结果显示， 放置在头部重心或者重心上部的保护装置能够降低追尾中颈部受伤的概率。正确使 用该保护装置的司机比错误使用的司机发生疼痛的概率减少了 40%。但目前大多数 汽车头枕都不是专门为解决头颈部受伤而设计的。美国的资料表明气到2007年时， 在头枕安全抽样测试中，70%的汽车头枕不够安全。
现在汽车行业普遍认为汽车受撞击特别是追尾时极易产生头-颈部受伤问题是 目前汽车上采用的头枕无法解决的。现有的被动式头枕设计，会使头枕和驾车者的头部留有一段距离。结果在汽车追尾时，头部猛烈撞向头枕，而头枕固定不能移动， 从而会产生脑震荡、颈椎受伤等伤害。例如，公开号CN2573315Y的中国专利申请中 公开了一种适用于汽车、飞机等的座椅头枕，由弹性支撑架、海绵体、枕套组成， 弹性支撑架的两侧形状为向内弯的拱状体，海绵体安装在弹性支撑架内，枕套包覆 在弹性支撑架上，在海绵体和枕套上分别设有通气孔，在弹性支撑架下端还延伸有 与座椅相连接的连接件；在弹性支撑架的两拱状体之间上插接有枕垫，在枕垫下端 还接有护颈垫。这样的座椅头枕在汽车发生追尾或剧烈碰撞事故时存在不够安全的 问题。
为此，科研人员进行了大量有关安全头枕装置的研发，开发出了各种在汽车追 尾和其它交通事故中防止乘客头颈受损伤的安全头枕装置。例如，CN101121386A的 中国专利申请中公开了一种"用于追尾碰撞颈部保护的主动头枕机构"，该机构包 括控制模块、驱动电机和连杆驱动机构，控制模块和驱动电机通过信号线连接；所 述的连杆驱动机构包括平行布置的上十字连杆机构、下十字连杆机构和与电机相连 的驱动丝杠。本实用新型与主动安全系统相结合，根据汽车主动安全系统对于碰撞 发生危险的判断，调整头枕和汽车乘员头部的距离，从而避免和减少在追尾碰撞下 汽车乘员颈部的伤害。
又如，CN101318480A的中国专利申请中公开了一种"汽车安全头枕"，该汽车安 全头枕具有一个安全机构——四连杆机构，四连杆机构由通过铰轴连接的上横杆、 下横杆、前纵杆和后纵杆，该四连杆机构中安装有棘轮机构和使棘轮机构复位的弹 簧，当汽车受到后向撞击时，乘员头部撞向头枕，使头枕内的安全机构吸收撞击力 而发生头枕与坐椅靠背间的水平位移，容许乘员头部向后移动，当该力较大时，头 枕向后移动一下后又向前产生一个回复力，既托住头部避免发生往复摆动而使颈椎 损伤，复位弹簧对棘轮机构施加的作用力使棘轮机构的棘齿脱开，棘轮机构回复到 初始状态以备下一次在受到后向撞击时产生安全作用。
以上两种装置共同的最大弊端是正常使用时头枕前后无法移动调节并固定位
置。按美国汽车碰撞研究结果碰撞时，头枕和头部的距离应尽量小一最好零距离，
且头枕高度应在乘客的耳上沿高低10毫米处，这才能最好地发挥主动式安全头枕的 作用，有效避免追尾时的头一颈部伤害。此外，CN101121386A的装置高度不能调节， 巳经就有先天缺陷，且运作路径过长，涉及的部件多，响应速度和可靠性都不足； CN101318480A的四连杆机构结构过于复杂，5年前韩国轿车已采用类似结构，属于陈旧的技术，使用的安全性和可靠性较差，欧美日汽车公司已经都不采用这种结 构。
发明内容
本实用新型针对以上现有技术中存在的问题而提供一种汽车安全头枕装置，该 装置能够在发生车祸时起到有效地保护头颈的作用，而且可以根据人体的需要将头 枕调节到使乘坐人感觉舒适的位置。本头枕通过旋转机构和框架式安全机构，能确 保乘客的头颈部和头枕零距离接触，并在汽车受撞击时对头颈部产生随动的托力， 从而保护头枕不受伤害。
为实现本实用新型的目的，本实用新型的汽车安全头枕装置包括， 一种汽车安 全头枕装置，具有支承结构和安置在支承装置上的安全机构，其中支承结构包括水 平支承杆和分别与水平支承杆固定的一对垂直支承杆，其中安全机构包括框架； 棘轮机构，安置在框架内，具有相互啮合的棘轮和棘爪，棘轮上设使棘爪与棘轮脱 离啮合的复位挡块；机构复位弹簧，其一端固定在框架上，另一端固定在棘轮上。
此外，还包括旋转机构，棘轮机构通过旋转机构安置在支承结构上，旋转机构 包括 一对固定座，其中一个固定座内设内齿轮，另一个固定座内设内孔；齿轮轴， 其上靠近一端的位置设有与一个固定座的内齿轮啮合的齿轮，另一端支承在另一个 固定座的内孔中，棘轮固定在该齿轮轴上，机构复位弹簧则套设在该齿轮轴上。
特别是，旋转机构还包括框架轴向复位弹簧，框架轴向复位弹簧套设在齿轮轴 上，其一端抵靠另一个固定座，其另一端抵靠固定在齿轮轴上的弹簧限位片上。上 述另一个固定座内设与内孔同轴的凹槽，框架轴向复位弹簧的一端抵靠在该凹槽内。
特别是，棘轮上设多个棘齿，棘齿的前侧设前挡块，所述复位挡块设置在棘齿 的后侧；棘爪的末端设与棘齿啮合的多个棘爪齿。棘齿的个数多于棘爪齿的个数的 数量为至少3个。
特别是，框架具有相互平行的两侧板和连接两侧板的连接板，两侧板和连接板 构成的框架呈U形，两侧板的下端设孔，齿轮轴穿过所述孔以便将框架安置在齿轮 轴上并能绕其转动。棘爪固定在支撑于框架上的棘爪轴上。
此外，齿轮轴的一端固定有限位片，该限位片用于防止齿轮轴沿轴向移动时从 内齿轮中脱出，限位片的径向尺寸大于内齿轮的齿顶的径向尺寸。
此外，安全机构还包括棘爪复位弹簧，棘爪复位弹簧的一端固定在框架上，另 一端固定在棘爪上。本实用新型的优点是体现在以下方面-
1、 本实用新型通过设置旋转机构和框架式安全机构，能可按乘客意愿自由调节 以确保乘客的头颈部和头枕零距离接触，不仅满足乘客舒适性需要，减轻长途或长 时间开车的头颈部疲劳，而且并在汽车受撞击时对头颈部产生随动的托力，从而保 护头颈部不受伤害。
2、 通过设置旋转机构和高度调节机构，确保头枕前后、高低可调节，从而使得 头枕始终和乘客头部接触，且头枕高度应在乘客的耳部上边沿处；
3、 本实用新型的汽车头枕安全装置具有复位功能，使得当汽车撞击停止后，头 枕在外力消失后，会调节复位到初始状态，以接受下一次撞击。由于高速公路上出 车祸时往往是连续撞车，产生二次甚至多次伤害，故此复位功能在高速公路上尤其 重要。
4、 本实用新型汽车头枕安全装置能够起到随动防护的作用，很多乘客驾车(或 乘车)时，背部往往离开座椅靠背，特别是一些身材娇小的女性，在发生追尾时， 即使乘客头部靠在头枕上，但背部撞向座椅时，如果头部不能随着往后移动，那一 样会造成头颈部受伤。本头枕可以解决该问题在头部撞向或往挤压头枕时，当头 枕受力超过30牛顿时，头枕内的安全机构即发挥作用，带动头枕往后旋转，同时仍 有往前的推力保证头枕和头部接触， 一旦外力消失或低于30牛顿，头枕即保持瞬时 位置不动。当乘客背部靠到座椅靠背时，头枕内的限位装置即发挥作用，使得头枕 停止转动。
5、 本实用新型采用的安全机构为整体焊接的框架式结构，相比现有的四连杆式
安全机构，二a有结构精巧、占用空间小的优点，可靠性、实用性极好。

图1是本实用新型汽车安全头枕装置安装在高度调节机构上的正视图； 图la是沿图1中线A—A的剖视图，所示的安全头枕装置处于初始状态； 图lb是沿图1中线B — B的剖视图2是本实用新型汽车安全头枕装置处于可旋转状态的透视图3是本实用新型汽车安全头枕装置的安全机构工作状态的透视图4是本实用新型汽车安全头枕装置的安全机构复位状态的放大侧视图5是表示发生追尾事故时本实用新型安全头枕装置作用过程的示意图。
附图标记说明1、框架；la、左侧板；lb、右侧板；lc连接板；2、棘爪；2a、棘爪齿；3、棘爪轴；4、棘轮；4a、前挡块；4b、棘齿；4c、复位挡块；5、齿轮 轴；5a、弹簧限位片；6、机构复位弹簧；7、框架轴向复位弹簧；8、棘爪复位弹簧; 9、齿轮；10a、左固定座；10b、右固定座；11、内齿轮；12、限位片；13、水平支 撑杆；14a、垂直调节管；14b;垂直支撑管；15、凹槽具体实施方式
下面参照附图详细描述本实用新型的具体实施例方式。
如图1所示，本实用新型的汽车头枕安全装置包括高度调节机构、固定在高度 调节机构上的旋转机构和安置在旋转机构上的框架式安全机构。
其中，旋转机构包括可旋转的齿轮轴5和支承齿轮轴5的左右固定座10a、 10b。 左固定座10a内具有内齿轮11 (如图1b所示)，右固定座10b具有轴孔，齿轮轴5 的右端插入轴孔内。齿轮轴5的左端设限位片12，齿轮轴5上靠近限位片12的位 置设置齿轮9，如图1b所示，当该齿轮9与内齿轮11啮合时，即处于图1和1b所 示的位置时，齿轮轴5受内齿轮11限制而不能旋转，限位片12与齿轮9之间具有 一定间距，该间距大于齿轮9的轴向宽度，当该齿轮9与内齿轮11脱开啮合时，齿 轮轴5不受内齿轮限制，可以进行旋转。
再如图1和1a所示，框架式安全机构包括框架1、安置在框架1内的棘轮机构 和使棘轮机构复位的复位弹簧4，其中框架1由相互平行的左侧板1a、右侧板1b 和连接左右侧板的连接板1c构成，其俯视横截面大致呈倒U形，通过使齿轮轴5 穿过左右侧板1a、 1b的下端设置的孔，将框架式安全机构安置在齿轮轴5上，右侧 板1b与右固定座10b之间设置框架轴向复位弹簧7，框架轴向复位弹簧7为压縮弹 簧，框架轴向复位弹簧7的一端抵靠在固定于齿轮轴5上的弹簧限位片5a，另一端 抵靠在固定座10b的圆形凹槽15内，圆形凹槽15与固定座10b内支承齿轮轴5的 内孔同轴。棘轮机构包括安置在棘爪轴3上的棘爪2和固定在齿轮轴5上的棘轮4， 棘爪2下端具有多个棘爪齿2a，棘爪轴3支承在框架1的左右侧板1a、 1b上；棘 轮4具有一个前挡块4a、可与多个棘爪齿2a啮合的多个棘齿4和一个复位挡块4c。 此外，还设有棘爪复位弹簧8和机构复位弹簧6，其中，棘爪复位弹簧8为卡簧， 其一端固定在左侧板1a上，另一端固定在棘爪2上；机构复位弹簧6为螺旋弹簧， 将其套装在齿轮轴5上，其一端固定于棘轮4上，另一端固定于框架1的右侧板1b 上。
本实用新型的支承结构为高度可调节机构，包括水平的支承杆13和竖直的调节管14a和支撑管14b，竖直的调节管14a和支撑管14b的上端固定在支承杆13两端， 下端插入座椅靠背，可以上下移动，从而起到高低调节作用。调节管14a上的凹槽 和座椅中的弹性档位块配合，控制上下位置。
参见图1a、3和4说明本实用新型汽车头枕安全装置的旋转过程。如图1a所示， 框架式安全机构处于初始状态，框架1直立，旋转机构处于零位，即使得齿轮9与 内齿轮11处于图1b所示的相互啮合状态的位置，框架轴向复位弹簧7处于放松状 态，安全机构的棘轮4和棘爪3处于第一位置的状态。再如图2所示，在沿轴向向 右施加的外力F (电机驱动或手动力)驱动下，使旋转机构中的齿轮轴5向右横向移 动，通过艰位片5a推压框架轴向复位弹簧7而使其压縮，直至齿轮轴5上的齿轮9 与内齿轮ll脱离啮合，此时齿轮轴5可旋转并带动整个安全机构旋转。当安全机构 旋转到选定的位置后，去除外力F，在框架轴向复位弹簧7的回复力作用下，推动齿 轮轴5向左沿轴向回移而使齿轮9重新与内齿轮11啮合，从而固定旋转机构。齿轮 轴5轴向向左的移动的距离可由齿轮轴5左端的限位片12控制，因此应使限位片12 的半径尺寸大于内齿轮11齿顶的半径(即齿顶距轴心的距离)，以便通过左固定座 10a止挡限位片12 ，从而防止齿轮轴5从左固定座10a中脱出。
下面参照图3、 4和5说明安全机构的工作过程。
本实用新型的汽车头枕安全装置是汽车头枕内部的核心机构，其外部可依次包 覆塑料外壳、发泡、真皮蒙皮等。
平时，本实用新型汽车头枕安全装置处于图la所示的位置，即处于初始状态， 棘爪齿2a与靠近前挡块4a的棘齿啮合，使得框架式安全机构能够承受人头部靠在 头枕上(如图5 (b)所示)时所施加的力而保持固定不动。需要说明的是，在初始 状态时，复位弹簧6将框架1通过棘爪3紧压在棘轮4上，棘轮一棘爪中间有自锁 性，使框架1保持自立不动。初始状态的位置可以通过旋转机构调节，乘客可以按 自己的舒适度来调节头枕位置。
当发生追尾事故时，乘客头部压向头枕，头枕内的框架式安全机构在头部压力 或冲力作用下，会绕齿轮轴5步进式转动，在棘轮4控制下会有如图5 (c)、 (d)、
(e)所示的三个位置，即向后分别倾斜10°、 20°和30。的位置，各个位置的支撑力 逐渐变大以抵消外力，从而保护头部。图3为图5 (e)所示的第三个位置时安全机 构中棘轮机构所处状态的放大视图，此时，棘轮4的靠近复位挡块4c的棘齿4b与 棘爪2的棘爪齿2a啮合。随后，如图4所示，在外力作用下头枕进一步旋转，则安全机构进入复位状态。 此时，棘轮上的复位挡块4c将棘爪2开，棘轮4和棘爪2脱离啮合。在机构复位弹 簧6回复力作用下，带动框架1绕齿轮轴5回转到初始位置，棘爪2则在棘爪复位 弹簧8的作用下会恢复和棘轮4的啮合，使整个安全机构复位。此时安全机构恢复 到图la所示的初始状态。
权利要求1、一种汽车安全头枕装置，具有支承结构和安置在支承结构上的安全机构，其中支承结构包括水平支承杆(13)和分别与水平支承杆(13)固定的一对垂直支承杆(14a、14b)，其特征在于安全机构包括框架(1)；棘轮机构(2、4)，安置在框架(1)内，具有相互啮合的棘轮(4)和棘爪(2)，棘轮(4)上设使棘爪与棘轮脱离啮合的复位挡块(4c)；机构复位弹簧(6)，其一端固定在框架(1)上，另一端固定在棘轮(4)上。
2、 如权利要求l所述的汽车安全头枕装置，其特征在于还具有旋转机构，所述棘轮 机构通过旋转机构安置在支承结构上，所述旋转机构包括一对固定座(10a、 10b)，其中一个固定座(10a)内设内齿轮(11)，另一个 固定座(10b)内设内孔；齿轮轴(5)，其上靠近一端的位置设有与所述一个固定座的内齿轮(11)啮合 的齿轮(9)，另一端支承在所述另一个固定座的内孔中，所述棘轮(4)固定在齿轮 轴上，所述机构复位弹簧(6)套设在所述齿轮轴上。
3、 如权利要求2所述的汽车安全头枕装置，其特征在于所述旋转机构还包括框架轴 向复位弹簧(7)，所述框架轴向复位弹簧(7)套设在齿轮轴(5)上，其一端抵靠 所述另一个固定座(lOb)，其另一端抵靠固定在齿轮轴(5)上的弹簧限位片上(5b)。
4、 如权利要求3所述的汽车安全头枕装置，其特征在于所述另一个固定座(10b) 内设与内孔同轴的凹槽(15)，所述框架轴向复位弹簧(7)的所述一端抵靠在凹槽(15)内。
5、 如权利要求1至4任一所述的汽车安全头枕装置，其特征在于所述的棘轮(4) 上设多个棘齿(4b)，棘齿(4b)的前侧设前挡块(4a)，所述复位挡块(4c)设置 在棘齿(4b)的后侧；所述棘爪(2)的末端设与棘齿(4b)啮合的多个棘爪齿(2a)。
6、 如权利要求5所述的汽车安全头枕装置，其特征在于所述棘齿(4b)的个数多于 棘爪齿(2a)的个数的数量为至少3个。
7、 如权利要求1至4任一所述的汽车安全头枕装置，其特征在于所述框架(1)具 有相互平行的两侧板(la、 lb)和连接两侧板的连接板(lc)，两侧板和连接板构成 的框架呈U形，所述两侧板的下端设孔，所述齿轮轴(5)穿过所述孔以便将所述框 架安置在所述齿轮轴上并能绕其转动。
8、 如权利要求1至4任一所述的汽车安全头枕装置，其特征在于所述棘爪固定在支 撑于框架(1)上的棘爪轴(3)上。
9、 如权利要求1至4任一所述的汽车安全头枕装置，其特征在于所述齿轮轴(5) 的所述一端固定有用于防止齿轮轴(5)沿轴向移动时从内齿轮(11)中脱出的限位 片(12)，所述限位片(12)的径向尺寸大于内齿轮(11)齿顶的径向尺寸。
10、 如权利要求1至4任一所述的汽车安全头枕装置，其特征在于所述安全机构还 包括棘爪复位弹簧(8)，所述棘爪复位弹簧的一端固定在框架(1)上，另一端固定 在棘爪(2)上。
专利摘要本实用新型公开一种汽车安全头枕装置，具有支承结构和安置在支承结构上的安全机构，其中支承结构包括水平支承杆和分别与水平支承杆固定的一对垂直支承杆，其安全机构包括框架；棘轮机构，安置在框架内，具有相互啮合的棘轮和棘爪，棘轮上设使棘爪与棘轮脱离啮合的复位挡块；机构复位弹簧，其一端固定在框架上，另一端固定在棘轮上。该装置能够在发生车祸时起到有效地保护头颈的作用，而且可以根据人体的需要将头枕调节到使乘坐人感觉舒适的位置。本头枕通过旋转机构和框架式安全机构，能确保乘客的头颈部和头枕零距离接触，并在汽车受撞击时对头颈部产生随动的托力，从而保护头枕不受伤害。
文档编号B60N2/48GK201385593SQ200920148330
公开日2010年1月20日 申请日期2009年4月2日 优先权日2009年4月2日
发明者杜建新, 王仲心, 明 顾 申请人:杜建新