本发明涉及预紧器以及具有该预紧器的安全带组件，其能够根据车辆碰撞的情况以对安全带的拉力进行不同的调整，并且能够通过把安全带的拉力保持在极限载荷之下来保护乘客的身体。
背景技术：
安全带(也被称为座椅带)组件是配置为在车辆内把乘客牢固地固定在他或她的座位上的装置，并且设计为在碰撞或驾驶时可能出现的事故中保护乘客。
安全带组件包括：被称为织带的安全带，附接到车身用于缠绕和解缠绕安全带一端的卷收器，用于将安全带的另一端固定到车身的固定锚，以及固定至带扣上的舌板，其在安全带的中部是可以移动的，而所述带扣设置在固定锚的相对侧。
安全带组件也可以包括预紧器，所述预紧器配置为，通过在碰撞开始时立即拉紧安全带来对安全带施加拉力从而拉紧安全带上的任何松弛。预紧器可以属于预紧器与卷收器集成的类型，或者预紧器布置在固定锚的侧部的类型，或者是带扣的锚，用于拉动皮带或带扣。
然而，由于事故初始阶段预紧器的工作机制导致安全带的拉力增长过大的时候，采用预紧器的安全带组件可能会对乘客造成伤害。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明的各个方面致力于提供一种预紧器以及具有该预紧器的安全带组件，所述预紧器配置成载荷限制器以把安全带的拉力保持在极限载荷之下。
本发明的各个方面还致力于提供一种预紧器以及具有该预紧器的车辆，其配置为用于根据车辆碰撞的情况对安全带的拉力进行不同的调整。
根据本发明的一个方面，预紧器包括：基座构件，其固定至车辆；扭转轴，其两侧可转动地支撑在所述基座构件上；扭转管，其一个端部固定在所述扭转轴的外表面上，其另一端部可转动地支撑在所述扭转轴的外表面上，其中，配置为用于约束乘客的安全带缠绕在所述扭转管的外表面上；牵引线，其以与安全带的缠绕方向相反的方向缠绕在所述扭转轴的端部上，扭转轴的该端部位于扭转管固定至扭转轴上的位置的相对侧；以及拉动装置，其配置为拉动所述牵引线以使所述扭转轴转动。
所述拉动装置可以包括：气缸，其固定在所述基座构件上；活塞，其布置在所述气缸中并且连接至所述牵引线的端部；气体发生器，其配置为通过向气缸内部供应气体以使活塞沿拉动牵引线的方向移动；以及单向限制装置，其布置在所述活塞内以限制活塞向后移动。
所述预紧器可以进一步包括转动限制装置，其布置在所述扭转轴的位于牵引线的缠绕位置的相对侧的端部，并且配置为在气体发生器启动后限制所述扭转轴使其不能沿安全带的解缠绕方向转动。
所述转动限制装置可以包括：棘轮，其固定在所述扭转轴的端部；棘爪，其配置为通过向前和向后运动来卡合和限制棘轮，并且在棘轮受到限制的时候限制棘轮不能沿安全带的解缠绕方向转动；壳体，其配置为容纳棘爪的一部分，以使所述棘爪配置为向前和向后移动；以及气体供应管，其配置为连接壳体和气缸，以在气体发生器启动时向壳体内供应气体来启动棘爪。
所述预紧器可以进一步包括控制器，其配置为通过检测车辆的碰撞来控制气体发生器的操作，其中，所述控制器配置为基于设定的信息来确定碰撞是低速碰撞还是高速碰撞，并且当确定为高速碰撞时，启动拉动装置。
所述单向限制装置可以包括一个或更多个斜槽，所述一个或更多个斜槽形成于面对气缸的内表面的所述活塞的外表面上，并且沿活塞由于气体发生器的启动而移动的方向具有逐渐变浅的深度；以及限制构件，所述限制构件容纳在所述一个或更多个斜槽内。
所述扭转轴的扭转应力设置为比所述扭转管的扭转应力小。
按照本发明的另一方面，预紧器可以包括：基座构件，其固定至车辆；扭转轴，其两侧能够转动地支撑在所述基座构件上，其中，安全带缠绕在所述扭转轴的外表面上配置为用于约束乘客；牵引线，其以与安全带的缠绕方向相反的方向缠绕在所述扭转轴的端部上；以及拉动装置，其配置为拉动所述牵引线以使所述扭转轴转动。
按照本发明的又一方面，安全带组件可以包括：所述安全带配置为用于约束乘客，所述预紧器配置为通过拉动安全带的端部来施加拉力，其中所述预紧器包括：基座构件，其固定至车辆；扭转轴，其两侧都可转动地支撑在所述基座构件上；扭转管，其一个端部固定在所述扭转轴的外表面上，另一个端部可转动地支撑在所述扭转轴的外表面上，其中，所述安全带缠绕在所述扭转管的外表面上；牵引线，其以与安全带的缠绕方向相反的方向缠绕在所述扭转轴的端部上，扭转轴的该端部位于扭转管固定至扭转轴上的位置的相对侧；以及拉动装置，其配置为拉动所述牵引线以使所述扭转轴转动。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方案，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
附图说明
图1显示了根据本发明的示例性实施方案的具有预紧器的安全带组件；
图2为根据本发明的示例性实施方案的预紧器的结构；
图3为从图2中箭头的方向看过去的预紧器的侧视图；
图4为沿图2中线iv-iv获得的预紧器的截面图；
图5为根据本发明的示例性实施方案的用于控制预紧器的操作的方框图；
图6显示了根据本发明的示例性实施方案的预紧器在低速碰撞时的工作机制；以及
图7和图8显示了根据本发明的示例性实施方案的预紧器在高速碰撞时的工作机制。
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
现在将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1显示了根据本发明的示例性实施方案的具有预紧器的安全带组件。参照图1，安全带组件可以包括：安全带20、卷收器30、预紧器100以及舌板60；安全带20用于牢固地保持坐在座椅10上的乘客；卷收器30附接到车辆上，用于缠绕和解缠绕安全带20一个端部；预紧器100用于固定安全带20另一个端部并在事故时通过拉动安全带20以施加拉力；舌板60固定至带扣50并且在安全带20的中部是可以移动的，带扣50布置在预紧器100的相对侧。
通过在碰撞开始时预紧器100的操作，可以立即拉动乘客腹部周围的安全带20，使得安全带组件可以增加安全带20的拉力。因此，安全带组件可以在碰撞开始时防止安全带20松懈，稳定地把乘客牢固地保持在座位10上。
尽管图1显示了预紧器100布置在安全带20的固定的端部，但是预紧器100也可以取代在相对侧上的带扣50的固定器51。在本申请中，预紧器100可以通过在发生碰撞时以拉紧带扣50的方式向安全带20施加拉力以拉紧安全带20的松弛。
预紧器100不一定只配置成在事故开始时拉动安全带20以施加拉力，还可以配置成载荷限制器，以在安全带20上的拉力迅速增加时把安全带20上的拉力保持在极限载荷之下从而保护乘客的身体。预紧器100也可以根据车辆碰撞的情况以有区别地调整安全带20上的拉力。现在详细描述预紧器100的结构和操作。
图2描述的是根据本发明的示例性实施方案的预紧器的结构。图3为从图2中箭头的方向看过去的预紧器的侧视图，而图4为沿图2中线iv-iv得到的预紧器的截面图。
参照图2至图4，预紧器100可以包括：基座构件110、扭转轴120、扭转管130、牵引线140、拉动装置150以及转动限制装置170；基座构件110固定至车辆；扭转轴120可转动地支撑在基座构件110上；扭转管130布置在扭转轴120的外侧且安全带20缠绕在其外表面；牵引线140缠绕在扭转轴120的端部；拉动装置150配置为用于拉动牵引线140以使扭转轴120转动；转动限制装置170布置在扭转轴120的与牵引线140的缠绕位置处于相对侧的端部处。
基座构件110可以用钢以成形，并且可以通过如紧固螺栓的方式固定至车身。基座构件110在两侧包括轴支撑部111和112，以便可转动地支持扭转轴120的两端部。
扭转轴120形成为比基座构件110的两个轴支撑部111和112之间的距离要长，并且以扭转轴120的两个端部各自从轴支撑部111和112处向外突出的形式可转动地支撑在轴支撑部111和112的轴支撑滚珠111a和112a上。
扭转管130形成为比基座构件110的两个轴支撑部111和112之间的距离要短，并且在两个轴支撑部111和112之间布置在扭转轴120的外侧。如图4所示，安全带20在扭转管130的外表面上缠绕数次，并且安全带20的端部固定至扭转管130。
如图2所示，扭转管130的一个端部通过固定构件131固定至扭转轴120的外表面，而另一个端部通过轴承132可转动地支撑在扭转轴120的外表面上。固定构件131可以通过例如焊接的方式固定至扭转管130的端部和扭转轴120的外表面。因此，当扭转轴120固定时安全带20被拉动的时候，扭转管130可以发生扭转，导致安全带20的一部分被拉出。
牵引线140以与安全带20缠绕方向相反的方向缠绕在扭转轴120的与扭转管130的固定位置处于相对侧的端部上，即，与固定构件131处于相对侧的端部上。用于缠绕牵引线140的线轴141可以布置在扭转轴120的端部上。牵引线140的一个端部固定至线轴141并绕线轴141缠绕数次，而另一个端部连接到拉动装置150。因此，当拉动装置150拉动牵引线140时，扭转管130可以随着扭转轴120一起转动，并且同时拉动缠绕在扭转管130的外表面上的安全带20。
拉动装置150可以包括：气缸151、活塞152、气体发生器153以及单向限制装置154；气缸151固定至基座构件110；活塞152布置在气缸151内并配置成在气缸151中向前和向后移动，且活塞152连接到牵引线140的端部；气体发生器153用于向气缸151中供应气体以使活塞152沿拉动牵引线140的方向移动；单向限制装置154布置在活塞152中以限制活塞的向后移动。
气缸151可以包括弯曲部分155，牵引线140在弯曲部分155的侧部进入，而气体发生器153可以布置在弯曲部分155的端部以向气缸151中的活塞152供应气体。牵引线140进入弯曲部分155的内侧并且在被弯曲的线支撑部156支撑的同时连接到活塞152。因此，气体发生器153供应的气体可以移动活塞152，活塞152反过来拉动牵引线140导致扭转轴120转动。图2中附图标记157表示弯曲部分155中形成的多个气体通道。
尽管在本实施方案中气缸151具有弯曲部分155，但是气缸151的形状或配置方向并不局限于此。气缸151可以具有直线的形式也可以布置成与牵引线140拽动的方向平行。尽管没有显示出来，但是可以在气缸151的一侧布置滚轴以平稳地拽动牵引线140。
单向限制装置154可以包括一个或更多个斜槽154a和限制构件154b；一个或更多个斜槽154a形成在面对于气缸151的内表面的活塞152的外表面上，其深度梯度在拽动牵引线140时活塞152移动的方向上更窄；限制构件154b形如球状或滚轴，布置在所述一个或更多个斜槽154a中。
如图7所示，当活塞152沿着拉动牵引线140的方向移动时，由于限制构件154b位于斜槽154a中相对较宽的部分，单向限制装置154允许活塞152相对于气缸151移动。
然而，如图8所示，当活塞152要向后移动时，限制构件154b移动到斜槽154a中相对较窄的部分并且卡在活塞152和气缸151的内壁之间，使得活塞152被限制在气缸151中。亦即，单向限制装置154限制活塞152的向后移动。
参照图2，在初始状态下活塞152位于弯曲部分155的靠近气体发生器153的一侧，并且由于被气缸151内部的卡合突出部158所卡合，使得其向弯曲部分155方向的移动受到限制。而且，由于缠绕在扭转轴120上的牵引线140连接到活塞152并同时在初始状态下保持了一定拉力，所以扭转轴120在安全带20的解缠绕方向上的转动受到限制。因此，初始状态下，扭转轴120的缠绕有牵引线14的端部保持固定不动。
在初始状态下，扭转轴120的位于牵引线140相对侧的另一端部可以转动。因此，如图6所示，当扭转管130由于安全带20的拉力转动时，扭转轴120可以发生扭转，从而使得安全带20的一部分解缠绕。对于上述工作体制，扭转轴120的扭转应力可以设置为低于扭转管130的扭转应力。
参照图2和图3，转动限制装置170可以包括棘轮171、棘爪172、壳体173以及气体供应管174：棘轮171固定在扭转轴120的位于牵引线140缠绕位置的相对侧的端部；棘爪172配置为通过向前和向后运动以及在安全带20的解缠绕方向上限制棘轮171的转动以卡合和限制棘轮171；壳体173具有一个闭合隔室173a用于容纳棘爪172的一部分使得其能够向前和向后移动；气体供应管174连接壳体173和气缸151。
如图3所示，当棘爪172上升并且被棘轮171的边缘部分形成的齿171a卡住时，即使由于安全带20的拉力，棘轮171也会被限制为不能顺时针(安全带解缠绕的方向)转动。相反，如图7所示，当通过气体发生器150的操作使牵引线140被拉动而扭转轴120沿安全带20的缠绕方向转动时，棘轮171可以随着扭转轴120一起转动。棘轮171可以使安全带20围绕扭转轴130缠绕，并且因此使安全带20受到拉动。换言之，即使棘爪172由于通过气体供应管174供应入壳体173的气体的压力而处于上升的状态，棘轮171也可以沿安全带20缠绕的方向转动。
图5为根据本发明的示例性实施方案的用于控制预紧器的操作的方框图。参照图5，控制器180可以基于从布置于车辆的碰撞传感器181和车速传感器182得到的信息以检测车辆是否发生碰撞。控制器180可以通过比较实际车速和预定车速信息以判断车辆的碰撞是低速碰撞还是高速碰撞。当判断车辆发生高速碰撞时，控制器180启动气体发生器153以操作拉动装置150。当判断车辆发生低速碰撞时，控制器180不操作拉动装置150。
接下来，现在配合图6至图8以描述根据本发明的示例性实施方案的预紧器的操作。图6显示了根据本发明的示例性实施方案的预紧器在低速碰撞时的工作机制，而图7和图8显示了根据本发明的示例性实施方案的预紧器在高速碰撞时的工作机制。
如图6所示，当车辆发生低速碰撞时拉动装置150不启动。在本申请中，扭转轴120的缠绕有牵引线140的端部保持固定而另一个端部处于可转动状态。因此，当扭转管130在安全带20的拉力作用下转动时，扭转轴120可以发生扭转，从而使得安全带20的一部分解缠绕。本申请可以减轻施加向乘客躯体的力从而保护乘客躯体不受到伤害。
如图7所示，当车辆发生高速碰撞时，气体发生器153根据控制器180的指示而启动，激活拉动装置150。在本申请中，气缸151中的活塞152在气体压力的作用下移动，从而拉动牵引线140并且使得扭转轴120沿安全带的缠绕方向转动，同时缠绕于扭转轴120的牵引线140进行解缠绕。
一旦扭转轴120通过拉动装置150的激活而发生转动，扭转管130也发生转动，由此使安全带20缠绕在扭转管130的外表面上，从而在碰撞开始时增加安全带20上的拉力。在本申请中，启动拉动装置150，气缸151内部的气体通过气体供应管174供应入转动限制装置170的壳体173，使得棘爪172将棘轮171限制为使棘轮171不能沿某一方向转动。具体来讲，转动限制装置170允许扭转轴120只能沿安全带20的缠绕方向转动，而限制其反向转动。
如图7所示，在高速碰撞的情况下，通过拉动装置150的启动，扭转轴120和扭转管130沿安全带20的缠绕方向转动，从而拉紧安全带并且把乘客牢固地保持在座位10上。
同时，在高速碰撞的情况下，如图8所示，当安全带20上的拉力增长到超过极限载荷时，通过位于扭转轴120的一个端部的牵引线140和另一个端部的转动限制装置170来限制扭转轴120不能沿安全带20的解缠绕方向转动。本申请可以使扭转管130发生扭转，并且安全带20的一部分解缠绕。换言之，当安全带20的拉力增长到超过扭转管130的扭转应力时，扭转管130可以发生扭转，并且使得安全带20解缠绕以保持施加到安全带20的载荷低于极限载荷，从而保护乘客。
如上所述，根据本发明的实施方案的预紧器100可以在低速碰撞时将安全带20的拉力保持为等于扭转轴120的扭转应力的力，并且在高速碰撞时将安全带20的拉力保持为等于扭转管130的扭转应力的力。换言之，由于扭转管130的扭转应力高于扭转轴120的扭转应力，安全带20的拉力可以在高速碰撞中保持为比低速碰撞中更高。
尽管本实施方案建议转动限制装置170将扭转轴120限制为不能在某一方向转动，从而使得扭转管130的扭转应力充当在之前提及的实施方案里的高速碰撞中安全带20的拉力，但也可以在其它的实施方案中排除转动限制装置170。目前看来，在高速碰撞和低速碰撞两种情况下，安全带20的拉力都可以保持为等于扭转轴120的扭转应力。
根据本发明的各种实施方案，预紧器可以配置为载荷限制器，用于保持安全带的拉力低于极限载荷；当安全带的拉力由于碰撞增加时，扭转轴(或扭转管)发生扭转而安全带沿解缠绕方向被拉出。
而且，根据本发明的各种实施方案的预紧器可以在以下情况下操作：由于拉动装置在低速碰撞中不启动，扭转轴的扭转应力充当安全带的拉力；以及由于拉动装置在高速碰撞中启动，具有相对大的扭转应力的扭转管的扭转应力充当安全带的拉力。亦即，安全带上的拉力可以根据车辆碰撞的情况以进行不同的调整。
为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“向上”、“向下”、“向上地”、“向下地”、“前”、“后”、“背面”、“内侧”、“外侧”、“向内地”、“向外地”、“内部”、“外部”、“向前”以及“向后”用于参考在图中所示的示例性实施方案的特征的位置来对这些特征进行描述。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。