本发明属于机动车被动安全领域，涉及汽车上装有安全气囊的前排座椅，以保护汽车后排乘员的安全。
背景技术：
被动安全是汽车安全性的重要环节之一，在汽车事故无法避免时，被动安全性能的好坏直接影响着乘员的生命安全。在汽车正面碰撞中，前排乘员由于使用先进的约束系统如安全气囊，伤害风险有所降低，而后排乘员约束系统未得到相应的加强，伤害风险明显增大，后排乘员的主要伤害是胸部及颈部。研究表明，降低安全带的限力等级可以有效降低乘员的胸部及颈部伤害，因此，若能在后排乘员约束系统中添加安全气囊，配合安全带，可以降低安全带限力能级的同时避免发生二次碰撞，能有效降低后排乘员的伤害指标。
目前后排乘员约束系统主要是三点式安全带，当车辆发生正面碰撞时，即使在有安全带的约束下，由于巨大的惯性，后排乘员会继续向前运动，很有可能与前排座椅发生二次碰撞，造成严重伤害。为了降低发生二次碰撞的概率，安全带的限力等级一般较高，较高的限力等级会增加乘员的胸部及颈部的伤害。因此，若能在后排乘员约束系统中引入安全气囊，气囊正面展开，配合安全带，在完全避免二次碰撞的发生同时也可降低安全带的限力等级，降低乘员的胸部及颈部的伤害。在中国专利申请号为cn201710036783.2的文献中公开了一种安装在前排座椅后侧的安全气囊装置，该装置主要由齿轮系、齿条、连杆、导轨和反应板组成，后排安全气囊系统安装在前排座椅的反应板上，当调节前排座椅靠背时，通过齿轮系将运动由齿条传递给连杆，再通过连杆使得反应板在导轨上移动的同时发生角度的改变，实现反应板的位置调节；该装置虽能在一定程度上实现气囊展开的方向固定，但该装置的执行机构组成较为复杂，有过多的齿轮、连杆机构，使得该装置的可靠性降低，而且，该装置的设计只能让前排座椅靠背在0~20°内转动，角度的调节范围较小。又如中国专利申请号为cn201420134229.x的文献中提出了一种汽车后排安全保护装置，是在汽车的b柱、后门内饰板前端或顶衬位置安装安全气囊，当车辆发生正面碰撞时，后排安全气囊的展开方向垂直于汽车的碰撞方向，在后排乘员与前排座椅之间形成气垫，缓冲吸收碰撞中的巨大能量来保护后排乘员安全，该装置未能考虑到前排座椅移动及靠背调节的问题，固定的安装与展开方向会与前排座椅发生干涉，起不到保护后排乘员的作用，也会造成对前排乘员的安全隐患。
技术实现要素：
本发明的目的是针对以上问题，提出一种结构简单的装有安全气囊的前排座椅，安全气囊的展开方向不受前排座椅靠背调节角度的影响，始终正对着后排乘员展开，为后排成员提供最佳的保护效果。
本发明所述的一种装有安全气囊的前排座椅采用以下技术方案：前排座椅靠背中间段固定装有水平的横梁，靠背底部左右端各通过转动轴可旋转地与座椅底座后部左右端相连接，前排座椅底面板上表面固定连接侧面板，侧面板上穿有一根左右水平的锥齿轮轴，锥齿轮轴左右两端与靠背底部的转动轴同轴固定连接，锥齿轮轴左端同轴套有大锥齿轮，靠背内侧装有传动轴，传动轴下端同轴套有与大锥齿轮相啮合的小锥齿轮，传动轴上端向上穿过横梁且同轴固定连接丝杆，在靠背左侧框架和右侧框架的内侧面上各设有一个上下布置的u型滑槽，左滑块和右滑块能沿着左右侧的对应的u型滑槽上下滑动，左滑块下端与丝杆相配合，左滑块和右滑块之间固定连接左右水平的能旋转的转轴，转轴中间固定连接反应板下端，反应板上端与弧型面板底壁之间滑动式连接，弧型面板固定式横跨在左滑块和右滑块上端之间，转轴右段上同轴套有与齿条相啮合的直齿轮，齿条固定连接横梁，安全气囊固定连接反应板。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过改进前排座椅靠背的方式，将安全气囊安装在前排座椅靠背内，通过对前排座椅结构设计，从正面保护后排乘员。再配合安全带，能降低安全带限力等级，减轻后排乘员胸部及颈部伤害的同时避免二次碰撞发生。
2、本发明采用机械结构，不附加任何驱动装置，无需人为调节及任何额外控制，前排座椅靠背的角度可以在与水平线夹角为90-120°范围内调节，安全气囊的展开方向垂直于反应板。当调节前排座椅靠背的角度时，通过相啮合的锥齿轮及传动轴将运动传递给滑块，实现反应板的移动，再通过直齿轮与齿条的啮合实现反应板随着前排座椅靠背的转动而相对的转动，使得前排座椅靠背的角度变化时，反应板与水平夹角保持不变，始终保持安全气囊的展开方向不受前排座椅靠背调节角度的影响，保持安全气囊始终正对着后排乘员展开。当汽车发生正面碰撞时，能够使安全气囊的展开方向固定，从正面展开保护后排乘员，不会因气囊的展开方向不固定造成对乘员的附加伤害，保护效果好，执行机构简单且稳定，操作方便。
附图说明
图1为本发明一种装有安全气囊的前排座椅的前视轴测图；
图2为图1上半部分的后视轴测图；
图3为图2所示结构与传动轴、锥齿轮轴等部件的装配结构图；
图4为本发明在座椅靠背与水平线的夹角为90°时的工作效果示意图；
图5为本发明在座椅靠背与水平线的夹角为105°时的工作效果示意图；
图6为本发明在座椅靠背与水平线的夹角为120°时的工作效果示意图；
图中：1.大锥齿轮；2.小锥齿轮；3.传动轴；4.凸台；5.套筒；6.靠背；7.靠背横梁；8.左滑块；9.丝杆；10.u型滑槽；11.限位块；12.弧型面板；13.反应板；14.齿条；15.右滑块；16.直齿轮；17.转轴；18.固定扣；19.锥齿轮轴；20a.侧面板；20b.底面板；20.底座；21.安全气囊；22.乘员；23.后排座椅。
具体实施方式
参见图1、图2、图3，汽车车厢内的前排座椅本身具有底座20、底面板20b、靠背6和靠背横梁7，最底部是底座20，底面板20b水平布置，固定安装在底座20的后下方。靠背6是方形框架结构，靠背6底部左右端各通过一根转动轴可旋转地与底座20后部的左右端相连接，靠背6顶部向上延伸一定高度。在靠背6的中间段位置固定安装一根水平的横梁7，横梁7左右横跨在靠背6内部，横梁7的左右端分别固定连接靠背6的左右侧的框架上。
底面板20b上表面固定连接一块垂直于底面板20b的侧面板20a，侧面板20a上穿有一根左右水平的锥齿轮轴19，锥齿轮轴19的左右两端与靠背6底部的转动轴同轴固定安装，锥齿轮轴19的左端同轴固定套有大锥齿轮1，锥齿轮轴19与大锥齿轮1都是固定安装，不发生转动。在靠背6的内侧安装一根传动轴3，传动轴3与锥齿轮轴19相垂直，传动轴3的下端同轴固定套有小锥齿轮2，该小锥齿轮2与锥齿轮轴19上的大锥齿轮1相啮合，小锥齿轮2能绕着大锥齿轮1转动。
传动轴3外部同轴心地套有套筒5，传动轴3通过轴承套在套筒5内部，使传动轴3可以在套筒5内转动。套筒5底端固定在凸台4上，凸台4同时固定在靠背6上，套筒5顶端向上延伸并且固定在横梁7上。
当转动靠背6的转动轴，将靠背6向后调节角度时，靠背6带动与其刚性连接的凸台4、套筒5、传动轴3同时向后转动，从而使小锥齿轮2绕着大锥齿轮1转动，小锥齿轮2产生自转，带动与小锥齿轮2相连的传动轴3也跟着转动，这样，传动轴3在向后转动的同时也在自转。传动轴3的上端向上穿过横梁7，并且同轴固定连接丝杆9，通过传动轴3将转动传递给丝杆9。
在靠背6的左侧框架和右侧框架的内侧面上各设有一个u型滑槽10，两个u型滑槽10均沿上下布置并且左右对称，左侧的u型滑槽10上安装左滑块8，右侧的u型滑槽10上安装右滑块15。左滑块8能沿着左侧的u型滑槽10上下滑动，右滑块15能沿的u型滑槽10上下滑动。
左滑块8下端设有内螺纹与丝杆9相配合，丝杆9带动左滑块8上下移动，将丝杆9转动转化为左滑块8的上下移动。u型滑槽10的上端布置限位块11，限制左滑块8向上移动的最大位移。在左滑块8和右滑块15的中间各开有一个u型口。左滑块8和右滑块15之间固定连接一个左右水平的转轴17，转轴17的左右端分别通过轴承安装在左滑块8和右滑块15的底部，转轴17能绕其自身中心旋转。转轴17的中间通过两个固定扣18固定安装一块反应板13，反应板13与转轴17的运动保持一致，反应板13下端连接转轴17，上端上方是弧型面板12。转轴17的右段上同轴套了有直齿轮16，直齿轮16与上下设置的齿条14相啮合，齿条14的底部固定且垂直于安装在横梁7上。当左滑块8和右滑块15沿着u型滑槽10上下移动时，转轴17、反应板13及直齿轮16都随着左滑块8和右滑块15一起上下移动，此时，直齿轮16会在与它相啮合的齿条14上滚动，直齿轮16产生自转，同时带动转轴17及反应板13一起绕转轴17的中心前后转动。实现了反应板13的角度及位置的调节。
在左滑块8和右滑块15上端之间安装弧型面板12，弧型面板12横跨在左滑块8和右滑块15上端之间，随着左滑块8和右滑块15一起移动。弧型面板12左右对称，弧型面板12中间段是弧型部分，弧型部分的外轮廓前后呈现弧形，圆弧型的开口朝下，弧型部分朝向前排乘员方向突出。弧型面板12罩在反应板13的上方，与反应板13上端之间滑动式连接，弧型面板12的弧型底壁上布置了滑槽，反应板13上端位于滑槽上，当反应板13前后转动时，沿弧型面板12的滑槽前后滑动。
参见图4-6，安全气囊21固定安装在反应板13上，安全气囊21能向后方展开。当汽车后排座椅23上有乘员22时，在初始位置，前排座椅靠背6与水平线的夹角约90°，反应板13与后方水平线的夹角a约92°，反应板13略向前倾。此时，安全气囊21设置开启状态，为了不影响前排座椅的位置移动且不影响后排乘员，座椅靠背6与水平线的夹角可以90-120°内调节，并且靠背6在该夹角90-120°内调节时，安全气囊21展开的方向不变，始终正对着后排乘员的胸部及面部位置。当调节前排座椅靠背6的角度时，小锥齿轮2会随着座椅靠背6一起绕着锥齿轮轴19转动，小锥齿轮2与大锥齿轮1相啮合，因此，小锥齿轮2会产生自转。安装小锥齿轮2的传动轴3与小锥齿轮2一起转动。通过传动轴3上端的丝杆9与左滑块8下端的内螺纹配合，将转动转化为左滑块8的上下滑动。因左滑块8和右滑块15通过转轴17连接，因此左滑块8和右滑块15运动保持一致。转轴17上安装的直齿轮16与固定安装在横梁7上的齿条14啮合，当左滑块8和右滑块15上下移动时，16直齿轮便会在齿条14上滚动，使得转轴17发生转动。此时，安装了安全气囊21的反应板13就会与转轴17一起转动，安全气囊21垂直于反应板13展开，最终实现安全气囊21在展开方向固定，不受座椅靠背6的角度调节的影响。在整个过程中，前排座椅靠背6的角度在0~30°内调节，反应板13上下移动的距离为9mm，保持安全气囊21展开时的高度几乎不变，反应板13与座椅靠背6转动的方向相反，转动的角度大小一致。由于汽车后排空间位置较大，因此水平方向上的位移影响较小可忽略不计，使得安全气囊21的展开方向始终正对着后排乘员22。
参见图4，当前排乘员向后调节座椅靠背6时，靠背6向后转动，同时安装在靠背6的所有部件都会随着靠背6一起转动，此时小锥齿轮2绕着大锥齿轮1转动，同时产生自转，传动轴3产生转动，丝杆9将转动转化为左滑块8沿着左侧的u型滑槽10向上运动。左滑块8和右滑块15向上运动带动转轴17、反应板13及直齿轮16一起向上移动。同时，直齿轮16与安装在横梁7上的齿条14啮合，直齿轮16向上运动时，安装了安全气囊21的反应板13就会与转轴17一起转动，安全气囊21垂直于反应板13展开，最终实现安全气囊的展开方向固定，不受座椅靠背6角度调节的影响。
如图5，当前排座椅靠背6向后调节了15°时，此时前排座椅靠背6与正前方的水平线夹角为105°，反应板13与后方的水平线的夹角保持在92°左右，安全气囊21展开正对着后排乘员。
如图6，前排座椅靠背6向后调节角度达到了30°时，前排座椅靠背6与正前方的水平线夹角为120°，反应板13的角度依然保持在92°左右，且竖直方向上的高度没发生太大变化，安全气囊21正对着后排乘员展开。
当靠背6从任一角度向初始位置调节时，装置的运动原理相同，运动方向相反。
当汽车后排没有乘员时，将安全气囊21设置为关闭状态，前排座椅靠背6的角度转动不受影响。