一种汽车主动式预紧安全带的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种汽车主动式预紧安全带，属于汽车碰撞事故乘员损伤防护【技术领域】。包括直流电机、传动系统、卷收器、织带套件，所述直流电机与传动系统连接，响应事故预紧装置的控制信号而工作，传动系统与直流电机连接，将经过减速后的电机动力传输至单向器及卷收器。本实用新型还可采用织带双边预紧结构，使安全织带能从肩带部分与腰带部分同时收卷而达到双边预紧的目的，同时消除肩带和腰带的佩戴间隙，显著减少乘员在碰撞事故中的身体前移量且防止乘员下潜，并集成了限力与紧急锁止功能，最大可能地降低了乘员的碰撞损伤。
【专利说明】一种汽车主动式预紧安全带
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种汽车碰撞事故乘员损伤防护装置，属于汽车安全领域，进一步是指一种汽车主动式预紧安全带。
【背景技术】
[0002]安全带是不可缺少的乘员约束系统配件。我国汽车碰撞安全法规规定所有汽车均必须装配安全带。相关的实验研究也表明，使用安全带是乘员约束系统中对减轻或避免损伤最有效的方式。
[0003]一般地，为了乘员的舒适，安全带的预紧力不能太大，安全带与人体之间总有一定的间隙，当乘员衣 服较厚时，此间隙会较大。在碰撞时，此间隙将减小安全带的有效作用范围，降低安全带的效能。普通预紧式安全带采用爆燃式预紧装置，在碰撞达到一定强度时，起爆气体发生器，启动预紧器，带动锁扣回缩或卷收器回转，使得安全带回收一定距离，有效消除间隙，提高安全带的保护作用。这种预紧方式发生在碰撞后，预紧时间短(20ms~30ms )、预紧长度短(40mm~80mm)、预紧力大(^ 2000N)，对乘员损伤防护有一定的效果，但并不明显；而且普通爆炸式安全带预紧装置在碰撞发生瞬间拉紧安全带可能对乘员造成的伤害。主动预紧式安全带能够在汽车碰撞事故发生前就开始预紧安全带，预紧时间长(350~500mm/s)、预紧力适中(~400N)。同时，主动预紧式安全带预紧装置采用电机预紧方式，使得装置可以重复使用，避免了爆燃式预紧装置只能使用一次的缺点。
[0004]另外，在碰撞中，可能会由于腰带预紧力不够、预紧不及时和座椅时常有的不同程度的下潜造成乘员下部在惯性作用下向前下方滑动，从而发生乘员下潜现象，这样一方面会增加腿部与汽车内饰的碰撞风险，另一方面安全带将作用在乘员颈部上产生严重的伤害。乘员的下潜现象在小身材乘员发生碰撞的过程中尤为常见。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种汽车主动式预紧安全带，能够在汽车碰撞前预紧安全带，显著减少乘员在碰撞事故前的身体位移量，同时加入双边预紧安全带结构，能够在汽车碰撞前迅速地同时预紧安全带的肩带和腰带，显著减少乘员在碰撞事故中的身体前移量，且防止乘员下潜，使乘员身体姿态尽量保持在正常坐姿位置，最大程度地发挥乘员约束系统的性能，有效降低头部、胸部、大腿的碰撞损伤。
[0006]为解决以上技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种汽车主动式预紧安全带，包括直流电机、传动系统、单向器、卷收器、织带套件，所述直流电机通过安装板与铝外壳固定，且与安装在铝外壳内的传动系统连接，响应事故预紧装置的控制信号而工作；所述传动系统与直流电机连接，将经过减速后的电机动力传输至单向器及卷收器；所述单向器包括拨杆、拨盘、转缩轮盘、棘爪、棘轮轴套、盖板、压杆、弹簧；所述转缩轮盘与所述传动系统连接，所述棘轮轴套与卷收器连接；所述拔盘上设有复数条滑槽，所述滑槽的一端远离拨盘轴心，另一端则靠近轴心，其分别与对应的复数个棘爪的拔杆配合，所述拨杆能够在滑槽内移动；所述棘爪分别沿周向均布安装于转缩轮盘内，且能够绕固定在转缩轮盘上的旋转杆转动；所述棘轮轴套、盖板、拨盘依次同心安装于转缩轮盘上；其中棘轮轴套安装于转缩轮盘的内槽上，其外侧能与棘爪啮合，盖板将棘轮轴套的棘轮部分与棘爪封装在转缩轮盘的内槽中；所述压杆安装在铝外壳上，弹簧使压杆作用力在拨盘上，使拨盘旋转滞后于转缩轮盘，从而拨杆在滑槽内滑动，实现棘轮轴套与棘爪的啮合与分离；所述转缩轮盘边缘设有与棘爪对应的凹槽，当车辆碰撞强度较大时，棘轮轴套使棘爪根部的旋转杆断裂，使得棘爪内缩在该凹槽内，卷收器与单向器之间连接完全脱离，卷收器逐渐放松所述织带套件中的织带，从而防止织带拉力过大对乘员身体造成伤害。
[0007]进一步的,所述传动系统包括三级齿轮减速系统、惰齿轮、行星轮系；所述三级齿轮减速系统与直流电机连接，通过惰齿轮以及与转缩轮盘连接的行星轮系将经过减速后的电机动力传输至单向器。
[0008]进一步的，所述卷收器包括框架、芯轴、锁止器、回卷涡簧以及限力器；所述框架与铝外壳连接，所述芯轴安装在框架内，锁止器通过芯轴安装在卷收器框架的另一端，实现安全带的紧急锁止，限力器安装在芯轴内，回卷涡簧安装在铝外壳上，与芯轴用方孔套结构连接。
[0009]进一步的，所述织带套件包括织带、上导向环、带扣插片、下导向环、锁止销以及防滑定位扣；所述织带穿过上导向环、带扣插片和下导向环，所述防滑定位扣设置于带扣插片下端的织带内，所述锁止销分别设置于织带两端，使得织带能够卡在所述卷收器芯轴两端对应的条形槽内，形成一个闭环，在芯轴内安全织带被固定而不能滑动；芯轴回转时，织带的肩带部分和腰带部分同时缠绕在芯轴上，从而肩带和腰带被预紧。
[0010]进一步的，所述织带两端为套绳结构，即普通织带的两端均回折一小段缝合呈套绳状，所述锁止销可直接插入该套绳结构的套孔内。
[0011]进一步的，所述旋转杆材质为铝质。
[0012]由以上可知，本实用新型所采用的技术方案具有如下优点:
[0013]1、本实用新型集成了预紧式安全带、紧急锁止式安全带和限力式安全带的特点，具有提前预紧、紧急锁止和织带限力的功能，通过事故预警装置与主动式安全带结构部分的集成协作，能有效、合理、准确地实现安全带预紧，从而有效降低碰撞中的乘员损伤。
[0014]2、本实用新型能在汽车碰撞前同时实现肩带和腰带快速有效的双边预紧，消除肩部和腰部安全织带的佩带间隙，使乘员身体姿态尽量保持在正常坐姿位置，且防止乘员下潜，最大程度地发挥乘员约束系统的性能，有效降低头部、胸部、大腿的碰撞损伤。
[0015]3、本实用新型采用电机驱动预紧方式，使得装置可重复使用，具有经济实用的优点。
[0016]4、本实用新型在实现双边预紧的功能上，相较于其他预紧式安全带，具有结构简单，适用性强等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型主动式预紧安全带的总装结构示意图；
[0018]图2是本实用新型主动式预紧安全带传动系统机械原理示意图；
[0019]图3和4是本实用新型主动式预紧安全带单向器的装配结构示意图；[0020]图5是本实用新型主动式预紧安全带卷收器的结构示意图；
[0021]图6是本实用新型主动式预紧安全带另一较佳实施例的总装结构示意图；
[0022]图7是本实用新型主动式预紧安全带上述较佳实施例织带套件的结构示意图；
[0023]图8是本实用新型主动式预紧安全带上述较佳实施例芯轴横截面的结构示意图；
[0024]图9是本实用新型主动式预紧安全带上述较佳实施例双边预紧结构的位置装配示意图。
[0025]在附图中:
[0026]1、汽车事故预警装置2、直流电机
[0027]3、织带组件4、传动系统
[0028]5、安装板6、铝外壳
[0029]7、卷收器8、单向器
[0030]31、下导向环32、锁止销
[0031]33、上导向环34、织带
[0032]35、防滑定位扣36、带扣插片
[0033]37、下端固定锚片
[0034]41、三级齿轮减速系统42、惰齿轮
[0035]43、行星轮系71、芯轴
[0036]72、框架73、锁止器
[0037]74、回卷涡簧75、限力器
[0038]81、转缩轮盘82、拨杆
[0039]83、拨盘84、压杆
[0040]85、棘轮轴套86、盖板
[0041]87、棘爪88、旋转杆
[0042]89、弹簧
[0043]341、肩带部分342、腰带部分
[0044]411、齿轮 I412、齿轮 2
[0045]413、齿轮轴 I414、齿轮 3
[0046]415、齿轮轴2431、太阳齿轮
[0047]432、行星轮433、内齿圈
[0048]434、太阳齿轮轴7101、第一条形槽
[0049]7102、第二条形槽8101、凹槽
[0050]8301、滑槽
【具体实施方式】
[0051]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述。
[0052]实施例1:
[0053]如图1所示，事故预警装置I与直流电机2 —端电路相连，其能够根据当前行车状态的危险程度、车辆的异常动力学响应、驾驶员的激烈操纵行为来判断事故是否发生，在碰撞事故发生前发出指令控制直流电机2工作。直流电机2通过安装板5与铝外壳6铆接固定，而直流电机2的动力输出轴与传动系统4型面连接,传动系统4与单向器8相连,单向器8与卷收器7的芯轴71 一端花键连接，传动系统4和单向器8均安装在铝外壳6的槽内，因此运动与动力经传动系统4实现减速，再由单向器8单向传递给卷收器7。所述卷收器7接收传动系统4传输过来的电机正向旋转动力，从而对所述织带套件3中的织带34进行预紧，且当直流电机2反转，单向器8脱离对卷收器7的控制时，所述卷收器7能使织带34回归至初始佩带状态。
[0054]图2是本实用新型主动式预紧安全带传动系统机械原理示意图，图中，传动系统4包括三级齿轮减速系统41、惰齿轮42、行星轮系43 ;三级齿轮减速系统41包括三个齿轮、两个齿轮轴；齿轮411与电机的动力输出轴型面联接，齿轮412与齿轮轴413及齿轮414与齿轮轴2415均型面联接；齿轮411与齿轮412啮合组成第一级减速齿轮对，齿轮轴413与齿轮414啮合组成第二级减速齿轮对，齿轮轴415通过惰齿轮42间接与太阳齿轮431啮合组成第三级减速齿轮对，惰齿轮42保证了传动系统4的稳定，且改变动力传动方向。行星轮系43包括中心轴位置一个太阳齿轮431及一个太阳齿轮轴434、三个均布行星轮432和内齿圈433 ;太阳齿轮431与太阳齿轮轴434过盈配合，内齿圈433被固定在铝外壳6上，另外三个对称布置的行星轮432同时与太阳齿轮431、内齿圈433啮合，转缩轮盘81在此相当于行星架并输出运动与动力。在该传动系统中，直流电机2输出转速高，由于三级齿轮减速系统41较行星轮系43传动惯量小而设置为直接与直流电机2相连，当运动与动力经三级齿轮减速系统41减速后再经行星轮系43传递，这样使传动系统4的运动响应更迅速。
[0055]图3和4是本实用新型主动式预紧安全带单向器的装配结构示意图，传动系统4的三个对称布置的行星轮432与转缩轮盘81上均布的三个圆柱孔同轴配合，电机动力可以由传动系统4传递给单向器8。棘爪87分别沿周向均布安装于转缩轮盘81内，可以绕固定在转缩轮盘81上的旋转杆88转动，棘轮轴套85、盖板86、拨盘83依次同心安装于转缩轮盘81上，其中棘轮轴套85安装于转缩轮盘81的内槽上且能与棘爪87啮合，盖板86将棘轮轴套85的棘轮部分与棘爪87封装在转缩轮盘81的内槽上；拨盘83上设有三条直线滑槽8301，分别与三个棘爪87的拨杆82配合，滑槽8301的一端远离拨盘83轴心，另一端则靠近轴心。直流电机2旋转驱动转缩轮盘81旋转，而拨盘83在压杆84受弹簧89弹力的作用下被施加压力，其旋转滞后于转缩轮盘81，使得拨盘83与转缩轮盘81产生相对转角，这个相对转角能使拨杆82在滑槽8301内滑动，从而实现棘爪87与棘轮轴套85的啮合与分离，即直流电机2正向旋转能将运动与动力传递给卷收器芯轴71，而直流电机2的反向旋转能中断对卷收器芯轴71的动力传递,芯轴71的运动亦不能逆向传递给传动系统4及直流电机2。在转缩轮盘81上棘爪87的后部有一类似棘爪87形状的凹槽8101，当车辆碰撞强度较大时，棘轮轴套85能使棘爪87根部的铝质旋转杆88断裂，棘爪87内缩在该凹槽8101内，单向器8对芯轴71的约束力消失，芯轴71伴随限力器75旋转逐渐放松织带，防止织带拉力过大对乘员身体造成伤害。
[0056]图5是本实用新型主动式预紧安全带卷收器的结构示意图，卷收器7由框架72、芯轴71、限力器75、锁止器73和回卷涡簧74组成。框架72 —侧与铝外壳6用铆钉连接，另一侧安装锁止器73，实现安全带的紧急锁止。芯轴71安装在卷收器框架72内，限力器75安装在芯轴71内，回卷涡簧74安装在铝外壳6上，与芯轴71用方孔套连接。
[0057]实施例2:[0058]如图6-9所示，该较佳实施例与实施例1的区别在于采用了安全带双边预紧的结构，织带套件3包括了织带34、上导向环33、带扣插片36、下导向环31、锁止销32以及防滑定位扣35，织带34的两端均为套绳结构，即普通织带的两端均回折一小段缝合呈套绳状，该套绳状结构能恰好插入一根锁止销32 ;下导向环31代替了通常采用的下端固定锚片37，使得织带34上下两端都可以自由活动；芯轴71两侧对称开有两道条形槽，织带34的一套绳端能由此穿过芯轴71内部，插入锁止销32使织带34的这端卡在芯轴71的第一条形槽内7101而不能被扯出，而织带34的另一套绳端依次穿过上导向环33、带扣插片36、下导向环31后也穿过芯轴71内部，通过锁止销32卡在芯轴71的第二条形槽7102内，此时织带34形成一个闭环，织带34只能随芯轴71转动而缠绕，却不能在芯轴71槽内发生相对滑动。织带34能在上导向环33、下导向环31上自由滑动。下导向环31固定在车身底部(如B柱底部)，对织带34的腰带部分342起导向与支撑作用；上导向环33固定在车身上端(如B柱上端)，对安全织带34的肩带部分341起导向与支撑作用。芯轴71回转时，能够使安全织带34从肩带部分341和腰带部分342同时收卷预紧。防滑定位扣35固定在穿过带扣插片36与下导向环31的安全织带34部分上。安全带未佩戴使用时，防滑定位扣357能阻止带扣插片36下滑且定位安全带在乘员方便取戴的位置。
[0059]该双边预紧安全带的具体工作过程如下:
[0060]安全行车状态下，事故预警装置I经ECU分析后得出汽车当前行车状态为“安全”级别，直流电机2处于未启动激活状态，此时单向器8的棘轮轴套85与棘爪87不啮合，芯轴71的运动不能逆向传递给传动系统4及直流电机2。乘员可以自由拉出安全织带34，将带扣插片36与带扣配合,完成佩带安全带。乘员释放带扣插片36与带扣配合后，回卷润簧74储存的弹性势能将芯轴71反向旋转，同时回收贮存肩带部分341和腰带部分342织带。
[0061]危险行车状态下，事故预警装置I获取的当前行车环境的危险程度、车辆的异常动力学响应、驾驶员的激烈操纵行为信息，经ECU分析后得出汽车当前行车状态为“危险”级别，发送“启动预紧”指令至直流电机2。
[0062]直流电机2正向旋转，运动与动力经传动系统4减速与传递到单向器8，首先转缩轮盘81带动棘爪87转动，拨盘83在压杆84的作用力下，滞后于转缩轮盘81旋转，使得拨盘83与转缩轮盘81产生相对转角，拨杆82在拨盘滑槽滑8301移至靠近轴心端，棘爪87与棘轮轴套85啮合，驱动芯轴71旋转，从而在碰撞前快速同时预紧织带34的肩带部分341和腰带部分342，消除肩带和腰带的佩戴间隙，显著减少乘员在碰撞事故中的身体前移量且防止乘员下潜。
[0063]若汽车碰撞事故最终未发生，事故预警装置I发送“解除预紧”指令至直流电机2，电机2启动反向旋转，转缩轮盘81也反向旋转，同样使得拨盘83与转缩轮盘81产生相对转角，拨杆82在拨盘滑槽内8301滑移至远离轴心端，棘爪87与棘轮轴套85分离。织带34自动放松，回归至初始佩带状态，至此该安全带完成了一次预紧，并随时准备下一轮预紧。
[0064]若汽车碰撞事故最终发生，乘员因为汽车碰撞加速度而承受巨大的惯性力，此惯性力使乘员身体向前移动并快速拉出织带34。因为锁止器73对织带34拉出加速度和角度敏感，因此与芯轴71 一端销连接的锁止器73起作用而约束芯轴71的旋转自由度。当碰撞车速较高、强度较大时，连接锁止器73和芯轴71的销断裂，且棘轮轴套85使棘爪87根部的旋转杆88断裂，棘爪87内缩，单向器8对芯轴71的约束力消失，此时限力器75 —端与锁止器73花键连接而固定，另一端随芯轴71 —定角度转动产生扭转变形，其扭矩使织带34平缓放松，防止织带拉力过大对乘员身体造成伤害。
[0065]上述各功能仅用于说明本实用新型，其中各功能的具体实现可以在本实用新型技术方案的基础上进行等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种汽车主动式预紧安全带，包括直流电机(2)、传动系统(4)、单向器(8)、卷收器(7)、织带套件(3)，其特征在于: 所述直流电机(2 )通过安装板(5 )与铝外壳(6 )固定，且与安装在铝外壳(6 )内的传动系统(4)连接，响应事故预紧装置(I)的控制信号而工作； 所述传动系统(4)与直流电机(2)连接，将经过减速后的电机动力传输至单向器(8)及卷收器(7); 所述单向器(8)包括拨杆(82)、拨盘(83)、转缩轮盘(81)、棘爪(87)、棘轮轴套(85)、盖板(86)、压杆(84)、弹簧(89)； 所述转缩轮盘81与所述传动系统(4)连接，所述棘轮轴套85与卷收器(7)连接； 所述拔盘(83)上设有复数条滑槽(8301)，所述滑槽(8301)的一端远离拨盘83轴心，另一端则靠近轴心，其分别与对应的复数个棘爪(87)的拔杆(82)配合，所述拨杆(82)能够在滑槽(8301)内移动； 所述棘爪(87)分别沿周向均布安装于转缩轮盘(81)内，且能够绕固定在转缩轮盘(81)上的旋转杆(88)转动；所述棘轮轴套(85)、盖板(86、拨盘(83)依次同心安装于转缩轮盘(81)上；其中棘轮轴套(85)安装于转缩轮盘(81)的内槽上，其外侧能与棘爪(87)啮合，盖板(86)将棘轮轴套(85)的棘轮部分与棘爪(87)封装在转缩轮盘(81)的内槽中； 所述压杆(84)安装在铝外壳(6)上，弹簧(89)使压杆(84)作用力在拨盘(86)上，使拨盘(83)旋转滞后于转缩轮盘(81)，从而拨杆(82)在滑槽内(8301)滑动，实现棘轮轴套(85)与棘爪(87)的啮合与分离； 当车辆碰撞强度较大时，棘轮轴套(85 )使棘爪(87 )根部的旋转杆(88 )断裂，卷收器(7)与单向器(83)之间连接完全脱离，卷收器(7)逐渐放松所述织带套件(3)中的织带(34),从而防止织带(34)拉力过大对乘员身体造成伤害。
2.根据权利要求1所述的一种汽车主动式预紧安全带，其特征在于，所述传动系统(4)包括三级齿轮减速系统(41)、惰齿轮(42)、行星轮系(43)； 所述三级齿轮减速系统(41)与直流电机(2)连接，通过惰齿轮(42)以及与转缩轮盘(81)连接的行星轮系(43 )将经过减速后的电机动力传输至单向器(8 )。
3.根据权利要求1所述的一种汽车主动式预紧安全带，其特征在于，所述卷收器(7)包括框架(72)、芯轴(71)、锁止器(73)、回卷涡簧(74)以及限力器(75)； 所述框架(72)与铝外壳(6)连接，所述芯轴(71)安装在框架(72)内，锁止器(73)通过芯轴(71)安装在卷收器框架(72)的另一端，实现安全带的紧急锁止，限力器(75)安装在芯轴(71)内，回卷涡簧(74)安装在铝外壳(6)上，与芯轴(71)用方孔套结构连接。
4.根据权利要求1所述的一种汽车主动式预紧安全带，其特征在于，所述织带套件(3)包括织带(34)、上导向环(33)、带扣插片(36)、下导向环(31)、锁止销(32)以及防滑定位扣(35)； 所述织带(34)穿过上导向环(33)、带扣插片(36)和下导向环(31)，所述防滑定位扣(35)设置于带扣插片(36)下端的织带(34)内，所述锁止销(32)分别设置于织带(34)两端，使得织带(34)能够卡在所述卷收器(7)芯轴(71)两端对应的条形槽内。
5.根据权利要求4所述的一种汽车主动式预紧安全带，其特征在于，所述织带(34)两端为套绳结构，所述锁止销(32)可直接插入该套绳结构的套孔内。
6.根据权利要求4所述的一种汽车主动式预紧安全带，其特征在于，所述转缩轮盘(81)边缘设有与棘爪(87)对应的凹槽(8101)，当车辆碰撞强度较大时，棘轮轴套(85)使棘爪(87)根部的旋转杆(88)断裂，使得棘爪(87)内缩在该凹槽(8101)内。
7.根据权利要求1所述的一种汽车主动式预紧安全带，其特征在于，所述旋转杆(88)材质为铝质。
【文档编号】B60R22/48GK203698201SQ201420038642
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】曹立波, 欧阳志高, 李靖, 曹心成 申请人:湖南大学, 长沙立中汽车设计开发有限公司