一种安全带智能预紧锁止装置及其使用方法

本发明属于汽车工程技术领域，具体来说涉及一种安全带智能预紧锁止装置及其使用方法。

背景技术：

汽车安全带能够在汽车发生碰撞、侧倾、甩尾或其它危险状况时将驾乘人员约束在座椅上，防止人员被甩出车外或与车内其他硬质物体发生二次碰撞，从而起到约束保护作用，安全带是汽车必不可少的约束装置。

普通的汽车安全带机构能够在车辆发生紧急碰撞而产生剧烈减速度时对人员起到约束作用，但起作用的可靠性并不高，其主要原因是：汽车发生剧烈危险碰撞的时间极短，因此需要安全带在0.1秒内将乘员约束在座椅上，但由于普通汽车安全带有结构不足，佩戴安全带之后乘员身体与安全带之间存在60～120mm的松弛间隙，这个间隙主要是安全带与乘员松弛的衣物之间产生的，这个间隙也是为了保证乘员佩戴安全之后身体能够有一定的自由活动空间，提高舒适性。但是，一旦车辆发生碰撞，这个间隙松弛量不能可靠地保证安全带对乘员的安全约束作用，可靠性不够高。特别是，安全带对于婴儿、儿童和其他特殊乘员的有效约束的可靠性更低。

因此，国内外汽车安全带技术标准都对安全的结构和性能提出了更高的要求，如：国内gb-14166-1993汽车安全带性能要求和试验方法标准和美国联邦机动车安全标准fmvss208法规，这些法规中都对乘员的保护以及为降低对婴儿、儿童和其他特殊乘员由安全带松弛而引发的危险事故提出了更多的技术要求，例如：增加安全带卷收器卷簧的弹性系数以减少松弛量，增加车感锁止机构和带感锁止机构以减少碰撞过程中安全带与乘员之间的松弛量。但这些技术要求仍无法使得安全带具有判断“是否需要预紧，是否需要锁止，是否需要提醒乘员”等功能，确少实时性和智能性。

目前汽车上采用的预紧式汽车安全带主要为一种爆燃式预收紧安全带，主要由电子控制装置和爆燃预紧机构组成。当电子控制单元判断需要预紧时，由电子控制单元向爆燃式气体发生器发出点燃指令，气体发生器在极端时间内被点燃，在导管型气缸内产生大量高压气体，通过活塞带动传动机构回卷安全带，达到预紧安全带的作用。这种爆燃式预紧安全带机构一旦因车辆危险状况而发生一次回卷，整个机构将不能重复使用，引爆后必须整体更换，因此成本较高。同时，爆燃式预紧安全带回卷安全带过程中的回卷力主要由气体发生器和气体导管结构决定，回卷力的大小、回卷持续时间和回卷行程不好控制。爆燃式预紧安全带在回卷过程中也没有锁止机构，一旦回卷过程结束，乘员的惯性前冲力仍可能再次抽拉安全带而脱离约束。因此爆燃式预紧安全带仍存在智能化程度不高，结构复杂，回卷和预计效果不理想，使用和维护成本较高，可靠性差等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述背景技术中所提出的普通安全带和爆燃式安全带存在的缺点问题，提供一种安全带智能预紧锁止装置。该装置能保证在车辆不发生危险时和普通安全带一样能够自由伸缩，乘员可根据自身需要调整安全带的位置和松弛量，保证佩戴舒适性。一旦多种传感器经过数据融合计算后，判断车辆发生危险或有发生危险的可能，安全带机构的控制单元将发出预紧信号、预警信号和锁止信号，此时安全带将会被反方向回卷收紧，减少乘员与安全带之间的松弛量，于此同时利用电控锁止机构将安全带的抽拉功能锁止，防止因乘员的身体前冲惯性再把安全带拉出而导致的松弛量增加。也防止车辆减速度过大时，安全松弛量和间隙会使乘员与车内硬质物体发生二次碰撞，或被甩出安全带甚至被甩出车辆而发生极度危险状况，以此提高对乘员的安全保护能力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种安全带智能预紧锁止装置，包括动力输入机构、驱动机构和卷收机构；

所述动力输入机构包括预紧电机、二级传动齿轮和带齿轮蜗杆，所述预紧电机的输出齿轮与所述二级传动齿轮相啮合，所述二级传动齿轮与所述带齿轮蜗杆的齿轮部分相啮合；

所述驱动机构包括驱动齿轮和锁止机构，所述驱动齿轮与所述带齿轮蜗杆的蜗杆部分相啮合，所述驱动齿轮一侧形成凸出的驱动齿轮毂，所述驱动齿轮毂的外圆周形成有若干轮毂槽；所述锁止机构环绕所述驱动齿轮毂设置，包括弹簧座、回位弹簧、驱动卡爪和电磁线圈，所述弹簧座安装于所述轮毂槽内，其上连接回位弹簧，回位弹簧上端连接驱动卡爪，所述驱动卡爪上外部环绕设置电磁线圈；

所述卷收机构包括壳体、卷收轴和安全带，所述卷收轴通过卷收轴轴承安装于所述壳体上，所述卷收轴一侧连接输入内齿轮、另一侧连接常规卷收锁止轴，所述驱动齿轮毂及其上安装的锁止机构同轴安装于所述输入内齿轮的内侧，所述卷收轴的轴身缠绕安全带。

在上述技术方案中，所述轮毂槽的数量为4，相邻轮毂槽间隔90度设置。

在上述技术方案中，所述驱动卡爪采用金属材质，优选为铁芯。

在上述技术方案中，所述常规卷收锁止轴包括安全带卷簧、带感锁止机构和车感锁止机构。

在上述技术方案中，所述预紧锁止装置还包括控制单元，所述控制单元包括预紧电机控制器和锁止机构控制器，所述预紧电机控制器控制预紧电机的输出，所述锁止机构控制器控制电磁线圈的电源输入。

一种安全带智能预紧锁止装置的使用方法，如下所述：

一、预紧模式

高度危险发生之前预先收紧安全带：通过控制单元控制锁止机构的驱动卡爪伸出，并控制预紧电机输出动力，从而卷收安全带，将安全带与乘员身体之间的松弛量减少到0；

二、预警模式

中度危险发生之前反复卷收安全带：通过控制单元控制锁止机构的驱动卡爪伸出，并向预紧电机发送脉冲控制信号，间断性地收紧安全带与驾驶员身体之间的松弛量，“拍打”驾驶员身体，以警示驾驶员有危险情况；

三、普通模式

没有危险或危险状态解除时，通过控制单元控制预紧电机和电磁线圈和的电源断电，在常规卷收锁止轴的作用下转换为普通安全带的功能。

本发明的优点和有益效果为：

1.本发明提供的一种安全带智能预紧锁止装置，利用车辆加速度传感器、横摆角速度传感器、前后向毫米波雷达、方向盘转角传感器、制动踏板行程传感器、车辆水平位置传感器等进行车辆实时状态监测，通过多传感器数据融合进行车辆危险状态识别，提高安全带和整车的智能化水平。

2.本发明提供的一种安全带智能预紧锁止装置，不改变传统汽车安全带机构的结构，只需增加部分零部件，与车辆的其他控制系统共享传感器数据，因此部件组成简单，成本低、结构巧妙，控制过程简单，工作可靠。

3.本发明提供的一种安全带智能预紧锁止装置，不仅具有普通安全带的所有功能，同时能够根据车辆的危险状态进行预紧安全带，预紧的同时通过锁止机构将安全带锁住，乘员的前冲惯性力无法抽拉安全带，因此能在各种危险状况时将乘员安全约束在座椅上。危险状态解除时，控制单元解除安全带预紧力的同时解除锁止机构，恢复普通安全带的功能，对安全带起到适时、可靠、智能、可重复性预紧的作用。

4.本发明提供的一种安全带智能预紧锁止装置，保留普通安全带的带感锁止机构和车感锁止机构的同时，增加预紧锁止机构，能起到适时锁紧和适时放松的作用，增加了安全带的预紧的可靠性和智能性。

附图说明

图1为一种安全带智能预紧锁止装置整体结构示意图。

图2为驱动齿轮、锁止机构及卷收轴的传动结构示意图。

图3为锁止机构结构示意图。

图4为安全带预紧和预警模式的逻辑流程图。

其中：1为预紧电机，2为二级传动齿轮，3为带齿轮蜗杆，4为驱动齿轮，5为驱动齿轮毂，6为驱动卡爪，7为电磁线圈，8为输入内齿轮，9为卷收轴，10为卷收轴轴承，11为壳体，12为安全带，13为轮毂槽，14为常规卷收锁止轴，15为回位弹簧，16为弹簧座。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

一种安全带智能预紧锁止装置，如图1、图2和图3所示。包括以下组成部分：预紧电机1、二级传动齿轮2、带齿轮蜗杆3、驱动齿轮4、驱动齿轮毂5、安装于轮毂槽13内的驱动卡爪6、电磁线圈7、输入内齿轮8、卷收轴9、卷收轴轴承10、壳体11、安全带12、轮毂槽13、常规卷收锁止轴14、回位弹簧15和弹簧座16。

所述安全带智能预紧锁止装置的驱动齿轮及其安全带卷收轴传动结构如图2所示。驱动齿轮4与驱动齿轮毂5是一体式结构，驱动齿轮毂5设计为凸台式结构，驱动齿轮毂5中沿圆周均布有4个轮毂槽13，锁止机构的弹簧座16安装于轮毂槽13中，凸台式驱动齿轮毂5及锁止机构组合后安装于安全带卷收轴输入内齿轮8中，安全带卷收轴输入内齿轮8与安全带卷收轴9为一体式，安全带12缠绕于卷收轴9上，需要预紧时驱动卡爪6可带动齿轮8和卷收轴9回卷安全带，

所述安全带智能预紧及锁止装置的卷收轴9的另一端安装常规卷收锁止轴14，包括普通安全带卷簧、带感锁止机构和车感锁止机构(图中未明确画出)，以便本发明同时具有普通安全带的基础结构和功能，换句话说，本发明是在普通安全带的基础上增加了智能预紧及锁止机构。

所述安全带智能预紧锁止装置的驱动卡爪(铁芯)、电磁线圈和回位弹簧如图3所示。锁止机构用于在驱动齿轮4和安全带卷收轴输入内齿轮8之间传递动力，以便在特定时刻预收紧安全带。安全带不需要预紧时，电磁线圈7不通电时驱动卡爪6被回位弹簧15沿径向拉回轴心位置，驱动卡爪6不与输入内齿轮8啮合，不能传递动力。安全带需要预紧时，向电磁线圈7通电，驱动卡爪6克服回位弹簧15的拉力沿径向外伸出一定行程后与输入内齿轮8啮合，传递动力。

在上述一种安全带智能预紧锁止装置进行使用时，依据下列规则进行：

1.车辆危险状况判定

如图4所示，所述安全带智能预紧及锁止装置能够在不同的状态下对安全带发出预紧及预警控制，所谓预紧就是高度危险发生之前预先收紧安全带，将安全带与乘员身体之间的松弛量减少到0。所谓预警就是在中度危险发生之前向驾驶员发出声响提示，或者反复卷收安全带拍打驾驶员身体，以警示驾驶员有危险情况。

高度危险状态是指经多传感器信息融合后，综合判定：车辆出现剧烈减速度、剧烈横摆角速度或出现巨大倾斜角等车辆非常不稳定状态，车辆与周边障碍物或车辆距离非常近即将发生碰撞的状态，驾驶员操作出现急剧转向或急剧制动的同时节气门开度急剧变化状态，或综合多种因素所判定的高度危险的状态。

中度危险状态是指经多传感器信息融合后，综合判定：车辆出现较大减速度、较大横摆角速度或出现较大倾斜角等车辆不稳定状态，车辆与周边障碍物或车辆距离较近而可能发生碰撞的状态，驾驶员操作出现较大转向或较大制动的同时节气门开度较大变化状态，或综合多种因素所判定的中度危险的状态。

无危险的状态是指经多传感器信息融合后，综合判定：车辆处于正常状态，无任何危险状态。

2.高度危险状况安全带预紧方式

当车辆经多传感器信息融合后综合判定为高度危险状况时，为了在车辆碰撞、侧翻、侧倾或剧烈甩尾等危险状况发生之前将安全带的松弛量预紧至0mm，并将乘员约束在座椅上，预紧电机及锁止机构控制单元即刻向预紧电机1及电磁线圈7发出控制指令，预紧电机1接受到控制指令后则驱动二级传动齿轮2、带齿轮蜗杆3、驱动齿轮4、驱动齿轮毂5带动安装于轮毂槽13中的锁止机构旋转，控制单元向电磁线圈7通电后，驱动卡爪6克服回位弹簧15的拉力沿径向向外伸出一定行程后，由于驱动卡爪6顶部倾斜角的设计，使驱动卡爪6能够顺利与输入内齿轮8啮合而传递动力。安全带卷收轴输入内齿轮8开始带动安全带轴9开始回卷，带动安全带12进行回卷，收紧松弛量并将乘员拉紧在座位中，防止车辆危险状况发生时乘员从安全带中松脱而产生更危险的二次碰撞。

3.预紧安全带时乘员前倾力的反向锁止控制

在危险发生的时刻，车辆出现急剧减速度，由于预紧电机已经收紧了安全带与乘员身体之间的松弛量，此时乘员的身体会因为惯性力而产生前倾而带动卷收器轴9将惯性力反向传递。当车辆减速度较大时，这个前倾惯性力最大会达到2000n，为了保护齿轮传动机构不会被过大的前倾力破坏，在结构上将蜗杆3的螺旋升程角设计成小于齿轮4与蜗杆3之间的当量摩擦角，这样齿轮4与蜗杆之间将发生自锁，齿轮4将不会将乘员的前冲力传递至二级齿轮传动2和预紧电机1，保护了齿轮传递机构和预紧电机不会被过大的前倾力破坏。

4.中度危险状况安全带预警方式

当车辆经多传感器信息融合后综合判定为中度危险状况时，为了提醒驾驶员，预紧电机及锁止机构控制单元向预紧电机1发送脉冲控制信号，在预紧电机及安全带卷簧的作用下间断性地收紧安全带与驾驶员身体之间的松弛量，此时相当于用安全带“拍打”驾驶员身体，同时通过仪表板发出声音或闪烁警示信号提示驾驶员注意驾驶安全，一旦危险状况进一步发展，将即刻转换为高度危险状态的预紧模式。

5.危险状况消除

当车辆经多传感器信息融合后综合判定为没有危险，或危险状态解除不需要预警或预紧时，控制单元将对预紧电机1和电磁线圈7断电，此时智能预紧安全带将恢复待命状态，在安全带卷收及锁止机构14的作用下转换为普通安全带的功能，同时时刻进行安全带预警和预紧的警戒与判定。

因此本发明提供的安全带智能预紧及锁止装置具有预紧模式、预警模式和普通模式。三种模式可以依据传感器融合信息进行危险状态的智能判定，在三种模式下可以瞬时互相切换，在三种模式下都具有普通安全带的功能，具有带感锁止和车感锁止功能。

本文中为部件所编序号本身，例如“1.”、“2.”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。“图中未明确画出”指的是普通安全带的带感锁止机构和车感锁止机构不是本发明的创新点，因此并未在图中明确画出。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“预警”、“预紧”为不同状态下的危险状况判定。术语“动力传递”、“卷收”、“径向”及“轴心”方向等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。