一种卷收器和电机驱动的卷收器的制作方法
本申请要求于2020年11月18日提交中国专利局、申请号为202011289955.5、发明名称为“一种卷收器和电机驱动的卷收器”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请涉及汽车装置技术领域，具体涉及一种卷收器，以及一种电机驱动的卷收器。
背景技术：
卷收器是汽车上必备的安全装置，能够在车辆发生碰撞或紧急制动时，通过织带将乘员牢牢地拴在座椅上，保护人员的安全，是被动安全系统中的重要组成部分。
现有技术中，例如，公告号为de102017111398a1的德国专利公开一种“安全带卷收器和用于控制安全带卷收器的方法”，并具体公开了安全带卷收器，包括框架(10)、以能旋转的方式设置在该框架(10)中具有第一端部(16)和相反的第二端部(17)的安全带卷轴(12)、设置在该安全带卷轴(12)的一个端侧上的锁止机构(18)，安全带卷轴(12)能利用该锁止机构被锁止在框架(10)中。安全带卷收器还包括：轴向延伸的第一力限制器，该第一力限制器借助脱开离合器(24)以能脱开的方式与安全带卷轴(12)耦合；第二力限制器，该第二力限制器与所述第一力限制器或毂件抗扭转地耦合；以及第三力限制器，该第三力限制器借助接通离合器(38)能与安全带卷轴(12)抗扭转地耦合。
再例如，公告号为de102019107663a1的德国专利公开一种“用于汽车安全带的安全带卷收器”，并具体公开了具有-可旋转地安装在机架(1)中的皮带轴(2)，异型头(3)，可相对于外壳框架(1)锁定的限力装置(4)，限力装置(4)一方面与异型头(3)相连，另一方面与皮带轴(2)相连，其中，限力装置(4)与皮带轴(2)相对于锁定异型头(3)的受力相对旋转，用于形成可主动触发的去耦装置(5)。
上述结构虽然可以实现预紧以及限力，但所使用的结构较为复杂，体积过大。而且，在碰撞发生时，限力装置的限力模式难以满足不同碰撞情况的限力需求。
可见，如何降低卷收器结构的复杂程度，且可以根据不同的碰撞程度，动态调整限力装置的限力模式，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
本申请实施例提供一种卷收器，以解决如何降低卷收器结构的复杂程度，且可以根据不同的碰撞程度，动态调整限力装置的限力模式，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
本申请实施例提供一种卷收器，包括：支架、芯轴、第一限力杆、第二限力杆以及控制单元；其中，
所述芯轴设置在所述支架提供的安装位置，所述芯轴内沿轴线方向设置有内部啮合结构；所述芯轴的一端设置通过所述支架安装的锁止端，另一端设置通过所述支架安装的限力控制端；
所述第一限力杆的外侧端与所述限力控制端连接，所述第一限力杆的内侧端与所述内部啮合机构啮合；所述第二限力杆的内侧端与所述内部啮合机构啮合，所述第二限力杆的外侧端与所述锁止端连接；
所述锁止端根据是否发生碰撞的情况，分别工作在锁止工作模式和随动工作模式；当所述锁止端工作在锁止模式时，通过所述第二限力杆的内侧端向所述芯轴提供具有限力值f2的锁止力；
所述控制单元根据检测到的碰撞信息，确定控制状态；所述限力控制端根据所述控制单元确定的控制状态提供至少如下两种工作模式：
跟随所述第一限力杆转动的随动模式，或者，阻止所述第一限力杆转动的阻止模式；所述第一限力杆在阻止模式下提供具有限力值f1的锁止力。
可选的，所述限力控制端包括与所述芯轴同轴连接的出力机构以及驱动盘；所述出力机构通过所述支架同轴设置在所述芯轴的一端，所述驱动盘连接于所述出力机构和所述芯轴之间；所述出力机构能够在所述限力控制端工作在阻止模式时，向所述驱动盘供力，通过所述驱动盘驱动所述芯轴同轴转动，并且供力方向与所述第一限力杆的旋转方向相反；
其中，所述第一限力杆的外侧端与所述限力控制端连接，具体是所述第一限力杆的外侧端与所述驱动盘朝向所述第一限力杆的端面上设置的连接结构连接。
可选的，所述出力机构包括同轴连接的电机和变速机构。
可选的，所述电机采用盘式永磁同步电机。
可选的，所述出力机构还包括霍尔传感器；所述限力控制端根据所述控制单元确定的控制状态提供至少如下两种工作模式，包括：
所述霍尔传感器获取所述电机的动子的位置信息；
利用所述控制单元进行矢量优化算法，控制所述电机的定子线圈的交流驱动电流，以提供所确定的工作模式下的所述电机的转速和扭矩。
可选的，所述控制状态至少包括：
第一控制状态，所述第一控制状态在检测到的碰撞信息是高强度碰撞时采用；在所述第一控制状态下，所述限力控制端工作在阻止模式；
第二控制状态，所述第二控制状态在未检测到碰撞信息，或者检测到的碰撞信息是发生碰撞但未达到高强度碰撞的程度时采用；在所述第二控制状态下，所述限力控制端工作在随动模式。
可选的，所述控制状态还包括：
第三控制状态，在所述第三控制状态下，在第一时间段内，所述限力控制端工作在阻止模式；在超过所述第一时间段后，所述限力控制端工作在随动模式。
可选的，所述控制状态还包括：
第四控制状态，在所述第四控制状态下，在第二时间段内，所述限力控制端工作在随动模式；在超过所述第二时间段后，所述限力控制端工作在阻止模式。
可选的，所述限力控制端工作在阻止模式，通过所述电机工作在堵转状态实现；所述限力控制端工作在随动模式，通过所述电机工作在失电状态实现。
可选的，所述出力机构还包括：与所述芯轴同轴设置的台阶式支撑套筒和第一轴承；
所述台阶式支撑套筒固定设置在所述支架上；
所述电机和所述变速机构套装在所述台阶式支撑套筒的一端；
所述驱动盘套装于所述台阶式支撑套筒的另一端；所述第一轴承套装在所述台阶式支撑套筒和所述驱动盘之间。
可选的，所述变速机构包括设置在所述电机和驱动盘之间的行星齿轮机构，所述行星齿轮机构包括：齿轮轴、行星轮、内齿环以及行星架；
所述齿轮轴作为所述变速机构的输入端与所述电机的输出端连接；
所述行星轮和所述内齿环环绕所述齿轮轴设置，且所述齿轮轴与所述行星轮啮合连接，所述行星轮与所述内齿环啮合连接；
所述行星架扣装在所述行星轮之间，并与所述驱动盘连接。
可选的，所述行星架包括行星支架、加强盘、第一连接杆、第二连接杆以及第二轴承；
所述第二轴承套装在所述齿轮轴的末端；所述加强盘套装在所述第二轴承上，且位于所述驱动盘背离所述第一限力杆的一端面上设置的凹槽中；
所述行星支架位于朝向所述电机的一侧；所述第一连接杆凸出所述加强盘且与所述行星支架连接；
所述第二连接杆贯穿连接于所述行星支架、所述行星轮、所述加强盘以及所述驱动盘；在所述行星轮转动时，通过所述第二连接杆带动所述行星支架、所述加强盘以及所述驱动盘转动。
可选的，所述锁止端包括锁止端盖和锁止槽；所述锁止槽设置在所述锁止端盖的径向端面上，所述锁止槽的开口朝向所述第二限力杆的外侧端；
所述第二限力杆的外侧端连接所述锁止端，具体是，所述第二限力杆的外侧端连接所述锁止槽。
可选的，还包括：至少两个剪切销；
其中一个所述剪切销设置在所述芯轴朝向所述驱动盘的轴向端面上，另一个所述剪切销设置在所述芯轴的另一轴向端面上；
在连接状态，其中一个所述剪切销与所述驱动盘连接，另一个所述剪切销与所述卷收器的锁止端连接；在分离状态，各所述剪切销断裂。
本申请实施例还提供一种电机驱动的卷收器，包括：支架、芯轴、第一限力杆、第二限力杆以及控制单元；其中，
所述芯轴设置在所述支架提供的安装位置，所述芯轴内沿轴线方向设置有内部啮合结构；所述芯轴的一端设置通过所述支架安装的锁止端，另一端设置通过所述支架安装的限力控制端，所述限力控制端包括电机；
所述第一限力杆的外侧端与所述限力控制端连接，所述第一限力杆的内侧端与所述内部啮合机构啮合；所述第二限力杆的内侧端与所述内部啮合机构啮合，所述第二限力杆的外侧端与所述锁止端连接；
所述锁止端根据是否发生碰撞的情况，分别工作在锁止工作模式和随动工作模式，当所述锁止端工作在锁止模式时，通过所述第二限力杆的内侧端向所述芯轴提供具有限力值f2的锁止力；
所述控制单元根据检测到的碰撞信息，确定控制状态；所述控制单元与所述电机电连接，并通过对所述电机的供电，控制所述电机的工作状态，通过所述电机的工作状态，所述限力控制端提供至少如下两种工作模式：
跟随所述第一限力杆转动的随动工作模式，或者，阻止所述第一限力杆转动的阻止模式；所述第一限力杆在阻止模式下提供具有限力值f1的锁止力。
可选的，所述限力控制端包括与所述芯轴同轴连接的出力机构以及驱动盘；所述出力机构能够在所述限力控制端工作在阻止模式时，向所述驱动盘供力，并且供力方向与所述第一限力杆的旋转方向相反；
其中，所述第一限力杆的外侧端与所述限力控制端连接，具体是所述第一限力杆的外侧端与所述驱动盘朝向所述第一限力杆的端面上设置的连接结构连接。
与现有技术相比，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例提供一种卷收器，包括：支架、芯轴、第一限力杆、第二限力杆以及控制单元；所述芯轴设置在所述支架提供的安装位置，所述芯轴内沿轴线方向设置有内部啮合结构；所述芯轴的一端设置通过所述支架安装的锁止端，另一端设置通过所述支架安装的限力控制端；所述第一限力杆的外侧端与所述限力控制端连接，所述第一限力杆的内侧端与所述内部啮合机构啮合；所述第二限力杆的内侧端与所述内部啮合机构啮合，所述第二限力杆的外侧端与所述锁止端连接；所述锁止端根据是否发生碰撞的情况，分别工作在锁止工作模式和随动工作模式；当所述锁止端工作在锁止模式时，通过所述第二限力杆的内侧端向所述芯轴提供具有限力值f2的锁止力；所述控制单元根据检测到的碰撞信息，确定控制状态；所述限力控制端根据所述控制单元确定的控制状态提供至少如下两种工作模式：跟随所述第一限力杆转动的随动工作模式，或者，阻止所述第一限力杆转动的阻止模式；所述第一限力杆在阻止模式下提供限力范围f1的锁止力。本申请实施例的锁止端连接的第二限力杆可以在锁止时发生塑性变形，以及限力控制端可以通过控制单元的控制，工作在跟随第一限力杆转动的随动模式，或者阻止第一限力杆转动的阻止模式；并且所述第一限力杆在阻止模式下提供限力范围为f1的锁止力；即本申请实施例的卷收器可以通过限力控制端调整第一限力杆是否参与限力，从而实现碰撞过程中织带束缚力的按需调整，满足不同碰撞情况。
在本实施例的优选实施方式中，所述限力控制端包括与所述芯轴同轴连接的出力机构以及驱动盘，在进一步的优选实施方式中，所述出力机构包括同轴连接的电机和变速机构，电机优选采用盘式永磁同步电机。采用上述优选方案后，能够将电机与芯轴紧凑的结合在一起，避免了现有技术下采用离合器等复杂结构造成的体积过大、结构复杂的问题。
附图说明
图1是本申请第一实施例提供的卷收器的爆炸图之一；
图2是本申请第一实施例提供的卷收器的爆炸图之二；
图3是本申请第一实施例提供的芯轴的剖视图。
图4是本申请第一实施例提供的卷收器的部分结构的结构示意图。
图5是本申请第一实施例提供的驱动盘的一个方向的结构示意图。
图6是本申请第一实施例提供的驱动盘的另一个方向的结构示意图。
图7是本申请第一实施例提供的卷收器的剖视图。
图8是本申请第一实施例提供的台阶式支撑套筒的一个方向的结构示意图。
图9是本申请第一实施例提供的变速机构的结构示意图。
图10是本申请第一实施例提供的行星齿轮机构的一个角度的结构示意图。
图11是本申请第一实施例提供的行星齿轮机构的另一个角度的结构示意图。
图12为本申请第一实施例提供的在预紧回收织带和限力释放织带两个工作状态时限力值随电机转速变化的曲线的示意图。
图13为本申请第一实施例提供的一种碰撞程度状态下限力值随时间变化的曲线的示意图。
图14为本申请第一实施例提供的又一种碰撞程度状态下限力值随时间变化的曲线的示意图。
图15为本申请第一实施例提供的又一种碰撞程度状态下限力值随时间变化的曲线的示意图。
图16为本申请第一实施例提供的又一种碰撞程度状态下限力值随时间变化的曲线的示意图。
附图标记：卷收器100，支架1，第一外侧面11，第二外侧面12，第一装配开口13，卡槽14，第二装配开口15，卡齿16，机盖17，端盖18，芯轴2，内部啮合结构21，驱动盘3，盘体31，第一径向端面32，第二径向端面33，第一支撑连接端34，第二支撑连接端36，轴向装配孔38，出力机构4，电机41，输出端411，台阶式支撑套筒42，第一台阶421，第二台阶422，第三台阶423，第四台阶424，第一轴承43，变速机构5，行星齿轮机构6，齿轮轴61，行星轮62，内齿环63，行星架64，第三轴承65，行星支架7，加强盘71，第一连接杆72，第二连接杆73，第二轴承74，第一限力杆81，第二限力杆82，锁止组件9，控制单元10。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
本申请第一实施例提供一种卷收器，图1是本申请第一实施例提供的卷收器的爆炸图。图2是本申请第一实施例提供的卷收器的又一角度的爆炸图。图3是本申请第一实施例提供的芯轴的剖视图。图4是本申请第一实施例提供的卷收器的部分结构的结构示意图。图5是本申请第一实施例提供的驱动盘的一个方向的结构示意图。图6是本申请第一实施例提供的驱动盘的另一个方向的结构示意图。图7是本申请第一实施例提供的卷收器的剖视图。图8是本申请第一实施例提供的台阶式支撑套筒的一个方向的结构示意图。图9是本申请第一实施例提供的变速机构的结构示意图。图10是本申请第一实施例提供的行星齿轮机构一个角度的结构示意图。图11是本申请第一实施例提供的行星齿轮机构的又一个角度的结构示意图。
结合图1-图11所示，本申请第一实施例提供的卷收器100，包括：支架1、芯轴2、驱动盘3、出力机构4、变速机构5、第一限力杆81、第二限力杆82、锁止组件9、车感组件19以及控制单元10。
其中，支架1作为整个卷收器100的支撑连接部件，用于实现各个结构的支撑连接。具体而言，支架1的整体呈u型框架结构，其内部具有内中空空间，该中空空间用于为芯轴提供安装位置。在支架1左右两侧的侧板上分别设置有第一装配开口13和第二装配开口15，第一装配开口13和第二装配开口15均呈圆形开口，且在第一装配开口13的周沿边缘间隔设置有卡槽14，卡槽14的数量设置为三个。在第二装配开口15的周沿边缘均匀设置有卡齿16，卡齿16用于与锁止组件9的锁止棘爪91卡接，以实现对芯轴2的锁止。支架1左侧的侧板面定义为第一外侧面11，第一外侧面11上设置有机盖17。支架1右侧的侧板面定义为第二外侧面12，第二外侧面12上设置有端盖18。
以下具体描述上述各个部件基于支架1设置的具体位置，以及各个部件的具体结构。
在本申请第一实施例中，芯轴2设置在支架1的内中空空间中，沿芯轴2中心轴线设置有通孔20，所述通孔20用于容置第一限力杆81和第二限力杆82；所述通孔20的内壁面设置内部啮合结构21，用于与所述第一限力杆81以及第二限力杆82的端部设置的啮合结构相互啮合，通过上述啮合，能够实现上述第一限力杆81以及第二限力杆82限力杆与所述芯轴2的运动配合。
芯轴2的一端位于第一装配开口13，且在该端通过支架1对应设置有限力控制端，限力控制端可与第一限力杆81连接，用于配合和控制第一限力杆81的转动。芯轴2的另一端位于第二装配开口15，且在该端通过支架1对应设置有锁止端，锁止端可与第二限力杆82连接，用于配合第二限力杆82的转动。
在本申请第一实施例中，如图2、图3所示，芯轴2的内部啮合结构21的结构形状可与第一限力杆81和第二限力杆82的各自的端部的结构匹配，以实现内部啮合结构21与第一限力杆81和第二限力杆82的啮合。具体的，第一限力杆81和第二限力杆82的端部根据装配后所在位置，分别称为外侧端和内侧端；第一限力杆81和第二限力杆82各自的内侧端具有与内部啮合结构21相匹配的结构，以使得第一限力杆81和第二限力杆82与内部啮合结构21啮合连接。所述第一限力杆81的外侧端811与限力控制端连接，所述第二限力杆82的外侧端822与锁止端连接。所述第一限力杆81和第二限力杆82均为特殊材料制作的，当两端的扭力力矩超过限制值的时候，会发生变形，从而达到限力效果。第一限力杆81可以向芯轴2提供具有限力值f1的锁止力，第二限力杆82可以向芯轴2提供具有限力值f2的锁止力。
其中，为了降低成本，增加互换性，第一限力杆81和第二限力杆82可以设计为相同的限力杆，并且各自的外侧端和内侧端可设置为完全相同的结构，这样也可以使得芯轴2的内部啮合结构21设置为一种对应的结构即可。例如，在本申请第一实施例中，第一限力杆81和第二限力杆82各自的外侧端和内侧端都设置为齿形花键。当然，当第一限力杆81和第二限力杆82各自的外侧端、内侧端设置为不相同的结构时，则可将芯轴2的内部啮合结构21分段设置，即芯轴2的内部啮合结构21的一段设置为对应于第一限力杆81的内侧端的结构，芯轴2的内部啮合结构21的另一段设置为对应于第二限力杆82的内侧端821的结构。当然，只要是能通过芯轴2的内部啮合结构21实现第一限力杆81和第二限力杆82的连接，其所涉及的结构均是本申请第一实施例所要保护的范围。
在本申请第一实施例中，锁止端根据是否发生碰撞的情况，分别工作在锁止工作模式和随动工作模式；当锁止端工作在锁止模式时，通过第二限力杆82的内侧端向第二限力杆82提供锁止力。具体的，锁止端包括锁止棘爪91、锁止端盖92，以及设置在锁止端盖92且朝向第二限力杆82的锁止槽921，锁止槽921与第二限力杆82的外侧端822固定连接，用于在锁止棘爪91与卡齿16实现锁止后，对第二限力杆82的外侧端822提供锁止力，以使得第二限力杆82工作在锁止状态，不会发生机械转动。锁止端盖92的径向端面上还设置有锁止孔93，该锁止孔93可与芯轴2的剪切销212铆接。
在本申请第一实施例中，限力控制端具体包括如下结构：与芯轴2同轴连接的出力机构4和驱动盘3，其中，驱动盘3位于第一装配开口13位置，驱动盘3包括盘体31和分别设置在盘体31的两侧径向端面上的第一支撑连接端34和第二支撑连接端36。其中，第一支撑连接端34位于支架1的第一外侧面11的一侧。第二支撑连接端36位于支架1的内中空空间，用于与第一限力杆81连接。其中，可将盘体31的两侧的径向端面分别定义为第一径向端面32和第二径向端面33，第一支撑连接端34设置为凸出于第一径向端面32的凸起环，凸起环与第一径向端面32围合形成凹槽35，该凹槽35即为驱动盘3朝向出力机构4的端面上设置的连接结构。第二支撑连接端36设置为凸出于第二径向端面33的凸体，且在该凸体的中心位置设置有向内凹陷凹槽37，凹槽37的开口方向朝向第一限力杆81，其内径面带有能够与第一限力杆81外侧端的花键结构配合的内花键结构，作为与所述第一限力杆81外侧端连接的连接机构，第一限力杆81的外侧端可与该凹槽37连接。
在本申请第一实施例中，驱动盘3还包括设置在盘体31上的轴向装配孔38，该轴向装配孔38贯穿于第一径向端面32和第二径向端面33，且驱动盘3与芯轴2通过剪切销211铆接。
可见，在本申请第一实施例中，至少设置两个剪切销，其中一个剪切销211可以设置在芯轴2朝向驱动盘3的径向端面上，另一个剪切销212设置在芯轴2的另一个径向端面上，该径向端面是指芯轴2的端面朝向卷收器的锁止端的径向端面。在连接状态，其中一个剪切销211与驱动盘3连接，另一个剪切销212与卷收器的锁止端连接。在分离状态，由于碰撞造成的织带对芯轴2拉力超过了剪切销能够承受的极限值，各剪切销断裂。根据需要，可以设置更多的剪切销，例如，一个典型的方案是，在芯轴2的两个轴向端面分别设置两个剪切销。
进一步的，驱动盘3通过出力机构4实现转动，出力机构4能够在限力控制端工作在阻止模式时，向驱动盘3出力，并且出力方向与第一限力杆81的旋转方向相反。在本实施例中，出力的力矩大小足以达到第一限力杆81的限力值，这样，在限力控制端的限力值就依赖第一限力杆81变形提供的限力值。当然，在其他一些实施例中，不排除出力的力矩大小小于第一限力杆81的限力值，但仍然足够大，起到较强的阻止第一限力杆81旋转的作用；在另外一些实施例中，第一限力杆81可以不具有变形限力作用，而完全采用刚性材料，仅通过出力机构的堵转力矩来达到限力作用。
出力机构4包括同轴设置的电机41和变速机构，以及起到支撑连接作用的台阶式支撑套筒42和第一轴承43。其中，电机41套装在台阶式支撑套筒42的一端，电机41的径向端面垂直芯轴2的轴线方向。台阶式支撑套筒42的另一端套装在驱动盘3，具体是套装在驱动盘3背离第一限力杆81的一端面上的凹槽35的槽壁上。第一轴承43套装在台阶式支撑套筒42和驱动盘3之间，具体是第一轴承43套装在台阶式支撑套筒42的内壁和驱动盘3的第一支撑连接端34的周向端面之间。应当说明，在本实施例中，不限定出力机构4的动力源为电机，也可以采用其他可能的动力源，或者设计专门的机械控制结构。
其中，在本申请第一实施例中，台阶式支撑套筒42包括套筒和沿芯轴2的轴线方向依次形成于套筒周向端面上的第一台阶421、第二台阶422、第三台阶423和第四台阶424。其中，第二台阶422高于第一台阶421设置，第三台阶423高于第二台阶422设置，第四台阶424低于第二台阶422且高于第一台阶421设置，第三台阶423的周向边缘还设置有霍尔位置传感器426，第四台阶424的周向边缘还设置有凸起结构425。第一台阶421、第二台阶422和第三台阶423用于承载并卡装电机41，第四台阶424与第一装配开口13的边缘贴合，且其边缘上的凸起结构425与第一装配开口13的周沿边缘设置的卡槽14卡接，以将台阶式支撑套筒42固定安装在支架1上。可见，台阶式支撑套筒42安装在支架1上是固定不动的，从而为电机41提供稳定的支撑。
在本申请第一实施例中，如图1所示，电机41包括定子线圈401、永磁体动子402和输出端411，其中，定子线圈401为18槽定子线圈401，永磁体动子402为20极(10极对)永磁体动子402，电机41的输出端411位于电机41的中心位置，且该输出端411设置为可与齿轮啮合的啮合结构，例如齿槽结构。基于电机41是常规装置，其具体结构的连接方式和工作原理在本申请第一实施例不作详细赘述。
需要说明的是，为提高扭矩输出、降低齿槽效应导致的扭矩波动，也可以采用24槽定子线圈401和28极(14极对)永磁体动子402，或者36槽定子线圈401和42极(21极对)的永磁体动子402设计。在本申请第一实施例中，电机41为盘式永磁同步电机的优点是轴向尺寸紧凑，单位质量扭矩密度高、重量轻，可配合霍尔位置传感器426和控制单元10的矢量优化算法，例如foc(field-orientedcontrol，矢量变频)或dtfc(directtorqueandfluxcontro，直接转矩控制)矢量优化算法，可实现高扭矩输出和过载堵转能力。
在本申请第一实施例中，为了实现电机41和驱动盘3的连接，出力机构4还包括变速机构5，变速机构5容置在台阶式支撑套筒42的内中空空间，且位于电机41和驱动盘3之间。变速机构5包括行星齿轮机构6；其中，行星齿轮机构6的轴向沿芯轴2的轴线方向设置，且容置在台阶式支撑套筒42的内中空空间中。
具体的，在本申请第一实施例中，行星齿轮机构6包括：齿轮轴61(即太阳轮)、行星轮62、内齿环63以及行星架64；其中，齿轮轴61作为变速机构5的输入端与电机41的输出端连接，具体为，电机41的输出端411的啮合结构与齿轮轴61啮合，以使电机41转动时带动齿轮轴61转动。齿轮轴61的首端还设置有第三轴承65(图7所示)，用于配合齿轮轴61的转动。行星轮62和内齿环63环绕齿轮轴61设置，且内齿环63的外侧壁贴合台阶式支撑套筒42的内壁安装，齿轮轴61与行星轮62啮合连接，行星轮62与内齿环63啮合连接。行星架64扣装在行星轮62之间，行星架64作为行星轮62的支撑，用于固定行星轮62在环绕内齿环63时的位置，且行星架64与驱动盘3连接，通过电机41带动行星轮62转动，再带动星架64的转动，从而带动驱动盘3的转动，电机41的输出通过行星齿轮机构6后，获得降低输出转速提高输出扭矩的效果。
其中，在本申请第一实施例中，行星齿轮机构6的采用的齿数分别为：输入端齿轮61为16齿，行星轮62为26齿，内齿环64为68齿，行星架64的输出减速比为5.25，理论传动效率高于95％。工程实施方案根据齿轮材料和润滑条件可适当提高减速比，可不超过10，以确保传动效率以及降低扭矩损耗，以及反向驱动能力，即芯轴2可以反向带动电机41旋转。
在本申请第一实施例中，行星架64包括行星支架7、加强盘71、第一连接杆72、第二连接杆73以及第二轴承74。具体的，第二轴承74套装在齿轮轴61的末端，用于配合齿轮轴61和加强盘71的转动，加强盘71套装在第二轴承74上，且位于第一支撑连接端34的凹槽35中。将加强盘71安装在凹槽35中，可以实现对加强盘71在径向方向的限位，有利于提升加强盘71装配的稳定性。行星支架7位于朝向电机41的一侧，第一连接杆72凸出加强盘71且朝向行星支架7设置，并与行星支架7连接，以提高行星支架7的结构强度。第二连接杆73贯穿连接于行星支架7、行星轮62、加强盘71以及驱动盘3。在行星轮62转动时，通过第二连接杆73带动行星支架7、加强盘71以及驱动盘3转动。其中，在本申请第一实施例中，第二连接杆73与驱动盘3的连接具体是，第二连接杆73的一端插接在驱动盘3的盘体31的轴向装配孔38中，以将行星架64的扭矩输出到驱动盘3和芯轴2。
在本申请第一实施例中，为了配合芯轴2的卷收，还设置有卷簧组件(未示出)，卷簧组件沿芯轴2的轴线方向设置在锁止组件9边侧。还设置有具有锁止功能的车感组件19，车感组件19设置在端盖18固定槽中。
在本申请第一实施例中，为了实现对出力机构4的控制，结合图4所示，则还设置有控制单元10，控制单元10设置于支架1的外部，具体位于支架1的正上方位置，控制单元10与限力控制端电连接，用于控制限力控制端的转动状态。具体的，控制单元10根据检测到的碰撞信息，确定控制状态，限力控制端根据控制单元10确定的控制状态提供至少如下两种工作模式：跟随第一限力杆81转动的随动工作模式，或者，阻止第一限力杆81转动的阻止模式。
进一步的，在本申请第一实施例中，具体的，控制单元10接收整车can(controllerareanetwork，控制器局域网络)总线提供的车辆状态及指令信号，霍尔传感器426感知电机41的动子402的位置信息，并利用控制单元10进行foc等矢量优化算法(常规算法，不作进一步详细解释)，有效控制电机41的定子线圈(定子401)的交流驱动电流，以提供不同工作模式下的电机41的转速和扭矩。其中，控制单元10可以是plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)或mcu(microcontrollerunit，微控制单元)微型控制器，基于plc和mcu微型控制器是常规装置，本申请第一实施例在此不作具体的赘述。控制单元10的内部逻辑电路和电气结构不是本申请第一实施例的重点，故在此不做详细描述。
在本申请第一实施例中，根据不同的碰撞情况下的需求，提供不同的控制状态；可以采用的控制状态至少包括：第一控制状态，第二控制状态；进一步的，还可以有第三控制状态以及第四控制状态。以下分别详细说明描述上述不同的控制状态。为描述方便，以下称呼将安全织带拉出的芯轴2旋转方向称为正向，安全织带收回的芯轴2旋转方向为反向。
所述第一控制状态在检测到的碰撞信息是高强度碰撞时采用；在第一控制状态下，限力控制端工作在阻止模式。相对应的，在第一控制状态下，锁止端将第二限力杆82的外侧端822锁止，与此同时，在织带加载的惯性力的作用下，芯轴2被织带向织带伸出方向拉拽，第二限力杆82的内侧端821承担经过芯轴2传递的拉拽力量，获得转动力矩，该转动力矩和外侧端822的锁止力从两端加载在第二限力杆82上，使第二限力杆82承担扭矩，在织带施加的拉拽力超过限力值f2时，加载在第二限力杆82上的转动力矩超过第二限力杆82的限力阈值，所述第二限力杆82发生扭转方向的塑形变形，从而使芯轴2向织带拉出方向旋转，织带有所松动，其加载在安全带使用者身上的束缚力保持在限力值上。在此阻止模式下，限力控制端的电机41始终处于过载堵转状态，其堵转的方向与织带拉出方向相反，此时，第一限力杆81的内侧端812承担经过芯轴2传递的拉拽力量，第一限力杆81的外侧端811加载电机41提供的相反方向的转动力矩，两个转动力矩加载在第一限力杆81上，直到超过所述第一限力杆81发生塑形变形的限力阈值，第一限力杆81发生塑性变形，相应的，此时在织带上提供限力值f1。在第一限力杆81和第二限力杆82均发生塑性变形后，可提供如图14所示的最大的限力值fmax＝f1+f2。所述第二控制状态在未检测到碰撞信息，以及检测到的碰撞信息是发生碰撞但未达到高强度碰撞的程度时采用；在第二控制状态下，限力控制端工作在随动模式。即中断电机41的驱动电流，第一限力杆81随芯轴2同步转动，转速
上述第一控制状态和第二控制状态为基本工作状态，根据需要还可以提供更为复杂的控制方式，以下第三控制状态、第四控制状态就是其中两种。
所述第三控制状态在检测到的碰撞信息是在第一时间段具有的高强度碰撞，以及在超过第一时间段后碰撞被缓解，未达到高强度碰撞的程度时采用；在第三控制状态下，在第一时间段内，限力控制端工作在阻止模式；在超过第一时间段后，限力控制端工作在随动模式。
具体的，如图15所示，在第一时间段内，锁止端将第二限力杆82的外侧端822锁止，在织带加载的惯性力的作用下，芯轴2被织带拉拽，第二限力杆82的内侧端821具有随芯轴2正向转动的趋势，在织带承担的惯性力超过限力值时，第二限力杆82发生塑性变形，从而将织带加载在安全带使用者身上的负荷限制在限力值上。同时，限力控制端的电机41处于过载堵转状态，第一限力杆81的内侧端812被织带拉拽，承担随芯轴2正向转动的旋转力矩，第一限力杆81的外侧端811随电机41提供的堵转状态的旋转力矩，存在反向转动的趋势，上述两个相反的旋转力矩超过限力阈值后，第一限力杆81发生塑性变形；因此，在第一时间段内的限力值由第一限力杆81和第二限力杆82共同提供，fmax＝f1+f2。在超过第一时间段后，锁止端在第二限力杆82的外侧端822继续锁止，第二限力杆82的内侧端821具有随芯轴2沿第一方向转动的趋势，使第二限力杆82发生塑性变形。同时，在控制单元10的控制下，中断电机41的驱动电流，限力控制端随芯轴2同步转动，转速
所述第四控制状态在检测到的限力控制端在第二时间段为断电状态，且在超过第二时间段后限力控制端为得电减速状态的情况下采用；在第四控制状态下，在第二时间段内，限力控制端工作在随动模式；在超过第二时间段后，限力控制端工作在阻止模式。
具体的，如图16所示，在第二时间段内，锁止端将第二限力杆82的外侧端822锁止，第二限力杆82的内侧端821具有随芯轴2正向转动的趋势，最终使第二限力杆82发生塑性变形。同时，中断电机41的驱动电流，随芯轴2同步转动转速
在本实施例中，主要关心碰撞发生时工作状态，但实际上，在碰撞发生前控制单元已经获知存在碰撞的风险，就会控制电机41立刻行动，包括向织带收回方向转动所述芯轴2(电机反转)；当发生碰撞时，所述电机41承受的织带通过芯轴2加载的正向的旋转力急剧增加，电机41仍然加载有驱动芯轴2反转的电流，在两种力量的作用下，电机41就工作在堵转状态，其提供的力矩为堵转状态下的力矩，通过选择合适的电机规格，电机41足以提供达到第一限力杆提供的限力值所需要的堵转状态力矩。
以下将结合卷收器100的工作场景对卷收器100进行解释说明。
具体的，本申请实例的卷收器100适用于配备主动驾驶辅助系统和自动驾驶功能的车辆，如表1所示，根据不同的车辆状态，安全织带需要满足相应的功能和织带力要求。由于设置了控制单元10，以及在该控制单元10控制下的电机41，可以通过电机41的动作，实现多种控制模式；其中包括发生碰撞后的控制模式，以及尚未发生碰撞的其他驾驶状态下的控制模式。
当车辆处于正常行驶状态时，卷收器100采用舒适模式，可以增加额外的织带间隙，降低织带束缚力，提高乘员的舒适感。当主动驾驶辅助系统判定车辆存在潜在风险，例如：偏离车道线、与前方车辆可能发生碰撞、或者驾驶员处于疲劳驾驶状态时，卷收器100的提醒模式可以通过控制单元对电机的旋转速度和旋转方向的控制，实现反复抽拉震动织带，提醒驾驶员采取应对措施。当驾驶员采用激烈的运动驾驶模式，或车辆自动避让事故采取紧急制动及转向时，会产生较高的纵向和侧向加速度，卷收器100进入乘员支持模式，迅速收紧织带，避免乘员上体发生过度前倾或侧倾运动。当碰撞不可避免时，车辆自动紧急制动系统采取全力制动，在惯性力作用下乘员上体前移，此时卷收器100进入预碰撞模式，控制电机向回收织带方向旋转，最大力度地回收织带，将乘员调整到最佳姿态，以便充分发挥安全气囊等约束系统的保护效果。碰撞开始后，根据实际的碰撞强度，卷收器100将自适应调整织带力，防止乘员与车内结构发生二次碰撞，并有效控制乘员胸部载荷，避免严重损伤。
表1
控制单元10从车辆can总线接收到相应工作模式指令后，通过foc矢量优化算法确定最优三相交流电流，通过电机41、变速机构5和芯轴2对乘员施加相应的织带力。下文中电机41的转速指经变速机构5减速后的转速，不再特别区分。基于变速机构5的反向驱动能力，如图11所示，电机41的工作模式分为预紧回收织带和限力释放织带两个工作状态，其中预紧回收织带是可逆过程，限力释放织带是不可逆过程。
在预紧回收织带状态下，转速
本场景的电机41的限力释放织带的工作状态取决于车辆实际的碰撞强度。在碰撞阶段，第一限力杆81与第二限力杆82相互独立为芯轴2提供限力值。具体地，当锁止棘爪91与支架1的卡齿16啮合后，锁止端盖92和芯轴2停止转动，由于乘员惯性力导致的织带载荷超过剪切销212的承载能力后，剪切销212断裂，芯轴2开始转动，带动第二限力杆82的一端821转动，第二限力杆82产生塑形变形，提供限力值f2。此时，通过控制电机41与芯轴2的相对转动速度，第一限力杆81可以给芯轴2提供不同的限力值f1，实现图13-图15四种不同的限力特性。
具体的，当碰撞程度较轻微时，如图12所示，中断电机41的驱动电流，芯轴2带动电机41同步转动，即转速
当发生剧烈碰撞或乘员体重较重时，如图14所示，电机41在控制单元控制下，获得收回织带方向(正向)的旋转电流，此时乘员在惯性作用下向织带加载有拉伸织带的拉出织带的力量，该力量传递给所述芯轴2，给电机41获得拉伸织带方向的负载，由于该负载力远远大于所述电机41正常工作状态承担的载荷，使所述电机41工作在过载堵转状态，使得第一限力杆81两端承受的力量超过其变形的扭矩力矩阈值，第一限力杆81和第二限力杆82同时发生塑性变形，提供最大的限力值fmax＝f1+f2。堵转状态即电机实际不旋转，但向外提供最大扭矩的状态，是电机的非正常工作状态，电机如果在该状态下工作时间稍长，就会烧毁，但是具体到本申请的工作场景，碰撞过程开始和结束都非常快，电机只要短时间处于堵转状态即可；即，本申请巧妙利用了电机的非正常工作状态，获得需要的短时间内的大扭矩。当碰撞强度适中时，如图15所示，可实现两级递减限力特性。具体为，在0-t1时间区间中，电机41处于堵转状态，驱动盘3转速为零，与芯轴2的转速差最大，第一限力杆81产生塑性变形，提供限力值为f1，此阶段的限力值由第一限力杆81和第二限力杆82共同提供，fmax＝f1+f2。当超过t1时刻后，通过控制单元控制电机41失电，使电机41解除堵转状态，并与芯轴2同步转动
相应的，还可以实现如图16所示的两级递增限力特性。在0-t1时间区间中，电机41处于断电状态，并与芯轴2同步转动，仅第二限力杆82提供限力f2；t1时刻开始，在控制单元10控制下，向电机41施加交流电流，迅速降低电机41的转速进入过载堵转状态，此时，第一限力杆81和第二限力杆82同时提供限力值，即fmax＝f1+f2。
本申请第一实施例提供一种卷收器，包括：支架、芯轴、第一限力杆、第二限力杆以及控制单元；其中，芯轴设置在支架提供的安装位置，芯轴内沿轴线方向设置有内部啮合结构；芯轴的一端设置通过支架安装的锁止端，另一端设置通过支架安装的设置限力控制端；第一限力杆的外侧端与限力控制端连接，第一限力杆的内侧端与内部啮合机构啮合；第二限力杆的内侧端与内部啮合机构啮合，第二限力杆的外侧端与锁止端连接；锁止端根据是否发生碰撞的情况，分别工作在锁止工作模式和随动工作模式；当锁止端工作在锁止模式时，通过第二限力杆的内侧端向第二限力杆提供锁止力；控制单元根据检测到的碰撞信息，确定控制状态；限力控制端根据控制单元确定的控制状态提供至少如下两种工作模式：跟随第一限力杆转动的随动工作模式，或者，阻止第一限力杆转动的阻止模式。本申请第一实施例的限力控制端与芯轴同轴连接，使得卷收器的结构简单且紧凑，从而减小了卷收器的制造成本；而且，锁止端连接的第二限力杆可以在锁止时发生塑性变形，以及限力控制端可以控制自身是否随第一限力杆转动，即本申请第一实施例的卷收器可以分别通过锁止端、限力控制端对应调整第一限力杆、第二限力杆的限力，从而实现碰撞过程中织带束缚力的实时动态调整。
上述实施例中，所述限力控制端采用电机作为出力机构的动力源，这是目前的最佳实现方案，但不排除使用其他出力机构；例如，限力控制端也可以采用机械结构实现对第一限力杆是否提供限力的控制。
以下第二实施例采用电机驱动的卷收器，其限力控制端明确采用电机作为出力机构，其具体实施方式和第一实施例基本相同。
本申请第二实施例提供一种电机驱动的卷收器，包括：支架、芯轴、第一限力杆、第二限力杆以及控制单元；其中，所述芯轴设置在所述支架提供的安装位置，所述芯轴内沿轴线方向设置有内部啮合结构；所述芯轴的一端设置通过所述支架安装的锁止端，另一端设置通过所述支架安装的限力控制端，所述限力控制端包括电机；所述第一限力杆的外侧端与所述限力控制端连接，所述第一限力杆的内侧端与所述内部啮合机构啮合；所述第二限力杆的内侧端与所述内部啮合机构啮合，所述第二限力杆的外侧端与所述锁止端连接；所述锁止端根据是否发生碰撞的情况，分别工作在锁止工作模式和随动工作模式，当所述锁止端工作在锁止模式时，通过所述第二限力杆的内侧端向第二限力杆提供锁止力；所述控制单元根据检测到的碰撞信息，确定控制状态；所述控制单元与所述电机电连接，并通过对所述电机的供电，控制所述电机的工作状态，通过所述电机的工作状态，所述限力控制端提供至少如下两种工作模式：跟随所述第一限力杆转动的随动工作模式，或者，阻止所述第一限力杆转动的阻止模式。
优选的，所述限力控制端包括与所述芯轴同轴连接的出力机构以及驱动盘；所述出力机构能够在所述限力控制端工作在阻止模式时，向所述驱动盘供力，并且供力方向与所述第一限力杆的旋转方向相反；
其中，所述第一限力杆的外侧端与所述限力控制端连接，具体是所述第一限力杆的外侧端与所述驱动盘朝向所述第一限力杆的端面上设置的连接结构连接。
基于本申请第二实施例提供的电机驱动的卷收器与本申请第一实施例提供的卷收器的结构以及工作原理较为相近，具体说明可参见上述本申请第一实施例所描述的内容。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
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