一种基于形状记忆合金的缓冲吸能式安全带预紧装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车安全领域，具体涉及一种基于形状记忆合金的缓冲吸能式安全带 预紧装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 预紧式安全带是汽车安全带的一种，与其他安全带所不同的是在预紧式安全带上 增加了预张紧器，预张紧器在碰撞时可以感知一定的冲击，一般多是通过气体发生剂等产 生动作，瞬间拉近安全带的装置。
[0003] 预紧式安全带一般都会装有限力器，在现有技术中，多采取两种预紧形式:其一为 预紧限力式安全带，其二为预卷式预紧限力式安全带;前者的工作原理是过安全气囊ECU发 出一个预紧点火信号，预紧器内的火药燃烧产生高压气体作为卷曲动力，消除安全带与人 体之间的间隙，目前预张紧限力式安全带已经在中高端车型当中广泛使用；后者是通过雷 达感应装置感应车辆与前车的间距，如果间距小于某一设定值，其ECU发出信号控制电机运 动，消除安全带与人体之间的空隙，并且提醒驾驶员紧急制动或者应急处理，但这款安全带 涉及到很多主动安全相关的装置(例如探测雷达、计算程序等），因此其整体价格非常昂贵， 目前只在一些高端车型上使用;在现有技术中，通过这种气体发生器，结构复杂，增加了汽 车的重量，不符合现有市场中对汽车轻量化的要求，并且造价成本较高，不利于预紧装置的 广泛推广。
[0004] 并且，在现有市场中绝大多数的预紧器为钢珠式预紧器，其内部主要结构包含:钢 珠收集装置、钢珠、转子、限力轴、锁止结构、车感装置和火药等。其中限力轴发挥安全带限 力的作用，通过中轴扭曲变形产生一个恒定的安全带织带力，但这种预紧器在使用中锁止 机构中的钢球需要沿钢管内壁周向均匀分布，进而造成了结构复杂、不易装配、容易漏装而 产生功能失效的缺陷，并且还存在要求的制造精度高，不易控制等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明设计开发了一种基于形状记忆合金的缓冲吸能式安全带预紧装置及其控 制方法。
[0006] 本发明的第一个目的是解决现有技术中预紧装置多使用气体发生器，进而导致结 构复杂，增加了汽车的重量，不符合汽车轻量化的要求的问题。
[0007] 本发明的第二个目的是预紧装置的锁紧机构采用C形环装在活塞上的锥形面上或 活塞螺纹配合，控制形状记忆合金的位移或限位，克服现有技术中结构复杂、不易装配、容 易漏装而产生功能失效的缺陷。
[0008] 本发明具有结构简单，可靠性好，成本低，控制灵敏，并且通过记忆合金的使用促 进了车身轻量化有效实现。
[0009] 本发明提供的技术方案为：
[0010] -种基于形状记忆合金的缓冲吸能式安全带预紧装置，包括：
[0011] 钢丝绳，其用于连接安全带的插锁固定点或者安全带的织带；
[0012]活塞，其与所述钢丝绳固定连接；
[0013] 形状记忆合金，其一端固定于所述活塞端部，另一端固定不动；
[0014] 处理器，其通过传感器的检测结果，控制对所述形状记忆合金进行通电。
[0015] 优选的是，还包括:连接片，其与所述钢丝绳一端连接；用于与所述安全带的插锁 固定点或者安全带的织带固定连接。
[0016] 优选的是，还包括:支撑板及钢管；
[0017] 其中，所述支撑板与所述钢管的一端螺接，所述钢管的另一端固定于所述安全带 的下固定点，所述形状记忆合金的另一端固定连接所述下固定点；以及
[0018] 所述活塞及所述形状记忆合金安装于所述钢管内，转轴夹固定在所述支撑板中， 所述钢丝绳绕过所述转轴夹与所述活塞相压接。
[0019] 优选的是，在所述活塞锥形面上装配有两个C形环，其用于在预紧时，限定所述活 塞的移动距离。
[0020] 优选的是，所述形状记忆合金为多条NiTi形状记忆合金丝均匀排列，并且两端还 分别连接金属片，用于作为形状记忆合金的电极。
[0021] 优选的是，所述活塞和所述钢管内壁螺纹连接，所述活塞能够在钢管内旋转产生 位移;所述形状记忆合金丝为多条NiTi形状记忆合金丝，所述形状记忆合金丝通过金属片 与所述活塞连接；当对所述NiTi形状记忆合金丝加热时，所述NiTi形状记忆合金丝扭转形 成多股螺旋状聚集的NiTi形状记忆合金束，从而带动所述活塞旋转移动。
[0022] -种基于形状记忆合金的缓冲吸能式安全带预紧装置的控制方法，包括如下步 骤：
[0023]步骤一、判断车辆是否即将发生碰撞，根据安全距离S及相对车距L的比值范围，将 预紧等级分为初级预紧、中级预紧及高级预紧三个预紧等级；
[0024] 步骤二、根据所述预紧等级，对形状记忆合金丝进行加热;其中，初级预紧时，将所 述形状记忆合金丝通电加热到20°C~35°C;中级预紧时，将所述形状记忆合金丝通电加热 到50°C~70°C;高级预紧时，将所述形状记忆合金丝通电加热到85°C~105°C;
[0025] 步骤三、预紧结束后，使所述形状记忆合金停止加热。
[0026] 优选的是，
[0027] 在所述步骤一中，当同时满足以下任一条件时，汽车发生碰撞： /
[0028] 条件一 :L<S，云 V
[0029] 条件二:L<S，〇 < f ^ mVr ； V r + mgf (Y2 、
[0030] 其中，S为安全距离，^ = ^ ^ + ，L为车辆与碰撞物的相对车距，V为车辆 与碰撞物的相对车速，F为车辆制动力，tr为驾驶员的反应时间，m为车重，g为重力加速度，f 汽车与地面摩擦系数，μ为路面附着系数，S为校正系数，1.08 < δ < 1.17。
[0031] 优选的是，
[0032] 根据安全距离S及车距L的比值范围，所述预紧等级判断如下：
[0033] 当1 S f < 1. 12时，预判为初级预紧； Lj
[0034] 当1. 12 < f < 06时，预判为中级预紧；
[0035] 当1. 36彡f时，预判为高级预紧。 L
[0036]优选的是，在所述步骤一中，
[0037] 当车辆自身的实际车速Vo为70 < Vo < 90km/h并且Vo 2 V时，根据安全距离S及修正 相对车距1/的比值范围，所述预紧等级判断如下： Q (γ Ν1"0·23·
[0038] 当2 <1.12时，预判为初级预紧； L'\ V )
[0039] 当1.12<矣么]<1.36时，预判为中级预紧； L \ V) ?* r-γ \1；〇：23：
[0040] ^1.36 <-- 时，预判为高级预紧。
[0041] 本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：
[0042] 1、本发明所述的预紧装置能在汽车发生猛烈碰撞后，迅速拉紧安全带，实现预紧 功能，在活塞产生短暂回拉之后，预紧装置中的锁止机构使安全带不被拉出，将佩带者固定 在座椅上，保护佩带者的安全；
[0043] 2、在本发明中所述的预紧装置代替诸如气体发生器等装置，形状记忆合金致动器 的使用使与自动化相关的复杂性最小化，此外，形状记忆合金丝的使用通常提供较轻重量 的代替方案，使封装空间最小化；
[0044] 3、预紧装置中的锁止机构，采用全新的C形环结构实现锁止功能，两个C形环、活塞 锥面与钢管结构使得活塞可在单方向自锁，以及和其它零件共同组成汽车安全带预紧装 置，使得零件简单化，组装方便、成本较低;并且，紧装置中的锁止机构，采用全新的活塞形 状，在碰撞发生预紧结束后，活塞左行，C形环由于钢管的摩擦，先滑过活塞的直管部分，再 进入活塞楔形部分，此过程中形状记忆合金的阻尼作用部分能吸收部分人体的冲击能量， 减少人体的伤害；
[0045] 4、预紧装置中制动力传感器、车距传感器、车速传感器将汽车状况信号传输给ECU 进行分析计算，ECU判断是否采取预紧措施，保证了预紧装置控制系统能够提前做出预判， 满足形状记忆合金致动器的响应时间，对于不同的车速、车距及制动力的判断分析，对形状 记忆合金进行不同温度的加热，提高了预紧装置工作可靠性。
【附图说明】
[0046]图1为本发明所述的预紧装置的结构示意图。
[0047]图2为本发明所述的活塞预紧时的运动原理示意图。
[0048]图3为本发明所述的预紧装置锁止时的运动原理示意图。
[0049] 图4为发明所述的驱动结构未预紧时的结构示意图。
[0050] 图5为发明所述的驱动结构预紧时的结构示意图。
[0051 ]图6为本发明所述的活塞与C形环及橡胶圈结构示意图。
[0052]图7为本发明所述的活塞为直管的结构示意图。
[0053]图8为本发明所述的活塞为中部凹陷结构的结构示意图。
[0054]图9为本发明所述的活塞为中部凹陷结构的预紧时的运动原理示意图。
[0055] 图10为本发明所述的活塞为中部凹陷结构的锁止时的运动原理示意图。
[0056] 图11为本发明所述的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
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