一种四点预紧式安全带控制系统及控制方法与流程

本发明属于安全乘车技术领域，尤其涉及一种四点预紧式安全带控制系统及控制方法。

背景技术：

目前，普通家用轿车安装的都是三点式安全带，安全带由肩部至腰部形成3个固定点，突发意外发生碰撞可以将乘坐人员稳住在座椅上，避免乘坐人员抛出车外或与车内方向盘、前挡玻璃发生激烈碰撞，大大降低车祸中的死亡率。但是三点式安全带只能前后方向固定，车辆发生侧面撞击或翻滚时难以起到保护乘员的作用。

四点式安全带能够更好地保护乘员安全：四点分别固定驾驶员的双肩和腰部两侧的位置，在腹部的位置有一个可以快速解锁的固定卡扣，将四条织带锁定，解开安全带时，只要将中央的锁扣打开，就能瞬间解开安全带。虽然有这些对四点式安全带的研究设计，但是仅仅是就四点式安全带而研究设计的，缺乏对四点式安全带预紧功能的研究设计。预紧器的作用是车辆在发生碰撞或倾斜时瞬间收紧织带的任何松弛部分，瞬间收紧织带的动力通常是预紧器的气体发生装置，目前气体发生装置内主要使用易爆材料，通过易爆材料的爆炸推动活塞杆运动；但是，易爆材料存在以下不足：①易爆材料不可重复使用，易爆材料爆炸后必须进行更换材料后才能供下次使用；②一旦在爆炸后泄露易爆材料，会使车内充满有毒化学物质，并消耗车内的氧气，驾驶员和乘员可能会呼吸有毒气体；③更换易爆材料的成本费用高，长期不用时，是否有效难以检测。

因此，基于这些问题，提供一种能检测车辆状态并根据车辆碰撞和倾斜信息控制相应方向的安全织带收紧，从而限制或减缓乘员因惯性发生的前冲和侧移，可对乘员进行有效的保护的四点预紧式安全带控制系统及控制方法，具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能检测车辆状态并根据车辆碰撞和倾斜信息控制相应方向的安全织带收紧，从而限制或减缓乘员因惯性发生的前冲和侧移，可对乘员进行有效的保护的四点预紧式安全带控制系统及控制方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种四点预紧式安全带控制系统，

包括检测模块、电子控制单元、左肩安全带模块、右肩安全带模块、左腰安全带模块、右腰安全带模块、四点式调节器，所述左肩安全带模块包括左肩机械控制模块、左肩气体发生装置、左肩卷收器、左肩织带；所述右肩安全带模块包括右肩机械控制模块、右肩气体发生装置、右肩卷收器、右肩织带；所述左腰安全带模块包括左腰机械控制模块、左腰气体发生装置、左腰卷收器、左腰织带；所述右腰安全带模块包括右腰机械控制模块、右腰气体发生装置、右腰卷收器、右腰织带；

所述左肩气体发生装置、右肩气体发生装置、左腰气体发生装置、右腰气体发生装置均包括壳体、活塞及一对齿条，所述壳体底部设有液氮入口，活塞位于壳体内并与壳体底面之间形成液氮储存空间，一对所述齿条的一端与活塞表面竖直固定连接，所述壳体上还设有一对可插拔插销，一对所述插销分别可限位一对所述齿条运动；所述左肩卷收器、右肩卷收器、左腰卷收器、右腰卷收器均包括卷轴、卷簧和一对齿轮，所述齿轮分别固定设在卷轴两端，且一对齿轮与一对齿条分别啮合，所述卷簧中心处与其中一个齿轮中心处固定连接，卷簧边缘处被固定在车架上；所述左肩织带、右肩织带、左腰织带、右腰织带的一端均可通过锁舌与四点式调节器可拆卸连接，另一端分别旋转缠绕在各自对应的卷轴上；

所述检测模块将检测的信号传递给电子控制单元，电子控制单元根据收到的信号驱动相应方向的机械控制模块工作，机械控制模块驱动相应的插销远离齿条，使得气体发生装置产生驱动力，并驱动相应的卷收器旋转工作从而带动相应的织带收缩；所述左肩卷收器、右肩卷收器、左腰卷收器、右腰卷收器上均设有锁定机构，所述锁定机构可阻止织带在卷轴上被快速拉出。

进一步的，所述检测模块包括雷达传感器、力敏传感器、超声波测距离传感器、重力感应传感器、重量传感器、红外线传感器、车速传感器、加速度传感器、侧倾角传感器。

进一步的，所述四点式调节器可以与任一锁舌固定一起，以便织带收起来后，四点式调节器跟随任一织带收回到适当位置。

进一步的，所述的左腰织带和右腰织带、左肩织带和右肩织带相对四点式调节器均轴对称设置。

进一步的，所述左肩织带、右肩织带、左腰织带、右腰织带的锁舌相对水平面的折弯角度为10°-30°。

一种四点预紧式安全带控制系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)、车辆碰撞时反应：

检测模块实时将检测的信号发送到电子控制单元，电子控制单元处理信号，当发现信号显示车辆发生碰撞时，对碰撞方向及碰撞强度进行判断：当碰撞强度低于规定最低阈值时，电子控制单元不启动任何方向的气体发生装置，但由于存在碰撞，在惯性作用下，织带会被人体迅速拉出，此时锁定机构阻止卷轴转动，使织带不能被拉出；碰撞强度在规定最低阈值和规定最高阙值范围之间时，电子控制单元根据碰撞的方向、强度信息，控制对应方向的安全带模块中的机械控制模块拔出壳体中的插销，启动气体发生装置，织带收紧，当织带收缩一定距离后，电子控制单元控制对应的安全带模块中的机械控制模块重新插入插销，停止织带收紧；当碰撞强度在规定最低阈值和规定最高阙值范围之间时，织带收缩距离随着碰撞强度的增加而增大；当碰撞强度高于规定最高阙值时，不再重新插入插销，此时收缩距离达到最大，并且为固定值；

(2)、车辆倾斜时反应：

检测模块实时将检测的信号发送到电子控制单元，电子控制单元处理信号，当发现信号显示车辆发生倾斜时，对倾斜方向及倾斜角度进行判断：当倾斜角度低于规定最低阈值时，电子控制单元不启动任何方向的气体发生装置；倾斜角度在规定最低阈值和规定最高阙值范围之间时，电子控制单元根据倾斜的方向、角度信息，控制对应方向的安全带模块中的机械控制模块拔出壳体中的插销，启动气体发生装置，织带收紧，当织带收缩一定距离后，电子控制单元控制对应的安全带模块中的机械控制模块重新插入插销，停止织带收紧；当倾斜角度在规定最低阈值和规定最高阙值范围之间时，织带收缩距离随着倾斜角度的增加而增大，当倾斜角度高于规定最高阙值时，不再重新插入插销，此时收缩距离达到最大，并且为固定值。

需要说明的是，所述步骤(1)中发生碰撞时，当车辆前方发生碰撞时，启动左肩气体发生装置和右肩气体发生装置；当车辆左侧发生碰撞时，启动右肩气体发生装置和右腰气体发生装置；当车辆右侧发生碰撞时，启动左肩气体发生装置和左腰气体发生装置；当车辆后侧发生碰撞时，不需要启动气体发生装置；当车辆其它方向发生碰撞时，电子控制单元分解力在车辆前后左右方向的强度，并根据方向及强度大小启动相应方向的气体发生装置，并且，车辆其它方向发生碰撞时根据发生碰撞时受力强度，可允许同时启动至少两个气体发生装置。

需要说明的是，所述步骤(2)中发生倾斜时，当车辆向前倾斜时，启动左肩气体发生装置和右肩气体发生装置；当车辆向左侧倾斜时，启动右肩气体发生装置和右腰气体发生装置；当车辆向右侧倾斜时，启动左肩气体发生装置和左腰气体发生装置；当车辆后侧发生倾斜时，不需要启动气体发生装置；当车辆向其它方向倾斜时，根据倾斜角度在车辆前后左右方向的分解，启动相应方向的气体发生装置，并且，车辆发生翻转时，可允许同时启动四个方向的气体发生装置。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明当车辆碰撞达到一定强度或倾斜大于一定角度，乘员尚未发生位移时，启动气体发生装置，使卷收器自动回卷，织带缩短一定距离，消除乘员与座椅、乘员与织带之间的间隙，将乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁定织带，从而限制或减缓乘员因惯性发生的前冲和侧移，可对乘员进行有效的保护；

2、本发明采用的气体发生装置使用液态压缩氮气作为动力气体，从而解决气体发生装置内主要使用易爆材料的不足，并且可通过液氮入口向液氮储存空间内注入液氮，便于多次使用。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统的电路连接示意图；

图2为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统的气体发生装置启动前的结构剖面图；

图3为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统的气体发生装置启动后的结构剖面图；

图4为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统的卷收器和锁定机构连接的结构示意图；

图5为图4中卷收器的右视图；

图6为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统中左腰织带、右腰织带、左肩织带、右肩织带通过锁舌与四点式调节器连接的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统中的锁定机构未开启锁定功能时的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统中的锁定机构在开启锁定功能过程中的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统中的锁定机构开启锁定功能后的结构示意图；

图中：

1、检测模块2、电子控制单元3、四点式调节器

4、左肩织带5、右肩织带6、左腰织带

7、右腰织带8、壳体9、活塞

10、齿条11、液氮入口12、插销

13、卷轴14、卷簧15、齿轮

16、锁舌17、锁定机构18、液氮储存空间

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1至图9来具体说明本发明。

实施例1

图1为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统的电路连接示意图；图2为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统的气体发生装置启动前的结构剖面图；图3为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统的气体发生装置启动后的结构剖面图；图4为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统的卷收器和锁定机构连接的结构示意图；图5为图4中卷收器的右视图；图6为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统中左腰织带、右腰织带、左肩织带、右肩织带通过锁舌与四点式调节器连接的结构示意图；图7为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统中的锁定机构未开启锁定功能时的结构示意图；图8为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统中的锁定机构在开启锁定功能过程中的结构示意图；图9为本发明实施例提供的四点预紧式安全带控制系统中的锁定机构开启锁定功能后的结构示意图；如图1～9所示，本实施例提供的一种四点预紧式安全带控制系统，包括检测模块1、电子控制单元2、左肩安全带模块、右肩安全带模块、左腰安全带模块、右腰安全带模块、四点式调节器3，所述左肩安全带模块包括左肩机械控制模块、左肩气体发生装置、左肩卷收器、左肩织带4；所述右肩安全带模块包括右肩机械控制模块、右肩气体发生装置、右肩卷收器、右肩织带5；所述左腰安全带模块包括左腰机械控制模块、左腰气体发生装置、左腰卷收器、左腰织带6；所述右腰安全带模块包括右腰机械控制模块、右腰气体发生装置、右腰卷收器、右腰织带7；

需要注意的是，左肩气体发生装置、右肩气体发生装置、左腰气体发生装置、右腰气体发生装置的结构均一致，均包括壳体8、活塞9及一对齿条10，所述壳体8底部设有液氮入口11，活塞9位于壳体8内并与壳体8底面之间形成液氮储存空间18，一对所述齿条10的一端与活塞9表面竖直固定连接，所述壳体8上还设有一对可插拔插销12，一对所述插销12分别可限位一对所述齿条10运动；

并且，所述左肩卷收器、右肩卷收器、左腰卷收器、右腰卷收器的结构也一致，均包括卷轴13、卷簧14和一对齿轮15，所述齿轮15分别固定设在卷轴13两端，且一对齿轮15与一对齿条10分别啮合，所述卷簧14中心处与其中一个齿轮15中心处固定连接，卷簧14边缘处被固定在车架上；此处的卷簧为卷轴提供扭矩，螺旋形的卷簧会旋转卷轴以使织带保持紧绷，以便卷起任何松弛的织带，具体过程为：当拉出织带时，卷轴将逆时针旋转，并使相连的卷簧也沿相同方向旋转，这样，旋转的卷轴就反扭了卷簧，因为卷簧想要恢复到原状，因此它会抗拒这一扭转运动，如果松开织带，卷簧将收紧，并顺时针旋转卷轴，直至使织带张紧；所述左肩织带4、右肩织带5、左腰织带6、右腰织带7的一端均可通过锁舌16与四点式调节器3可拆卸连接，另一端分别旋转缠绕在各自对应的卷轴13上，其中，四点式调节器3结构采用现有技术中产品，具体可参考专利申请号为201320153330.5的“四点式赛车安全带”中的锁扣总成结构；

所述检测模块1将检测的信号传递给电子控制单元2，电子控制单元2根据收到的信号驱动相应方向的机械控制模块工作，机械控制模块驱动相应的插销12远离齿条10，使得气体发生装置产生驱动力，并驱动相应的卷收器旋转工作从而带动相应的织带收缩，本实施例中的电子控制单元采用的处理器可为intel至强系列，如intel至强xeon，该处理器专门用于因特网以及大量的数据处理服务，可应用于工程、图像和多媒体等需要快速传送大量数据的领域；机械控制模块可以采用气缸，利用气缸控制插销12靠近或者远离齿条10；所述左肩卷收器、右肩卷收器、左腰卷收器、右腰卷收器上均设有锁定机构17，锁定机构17与卷收器的结构连接图如图4所示，所述锁定机构17可阻止织带在卷轴13上被迅速拉出，本实施例采用市面上常见的由安全带运动触发的锁定机构，所述锁定机构17对织带的锁定过程如图7、8、9，该锁定机构的核心元件是离心式离合器杆：安装在齿轮上的加重摆杆，当卷轴缓慢旋转时，离合器杆并不摆动，一个弹簧使它保持在原来的位置，但当猛拉织带时，卷轴将快速旋转，离心力驱使离合器杆的加重端向外摆动，伸长的离合器杆会推动凸轮，凸轮通过滑动销与一个枢转棘爪相连，当凸轮移动时，滑动销会沿棘爪的槽口移动，这会将棘爪拖入与卷轴相连的旋转棘轮，棘爪锁入轮齿中，卷轴停止旋转，从而起到阻止织带被快速拉出的作用。

所述检测模块2包括雷达传感器、力敏传感器、超声波测距离传感器、重力感应传感器、重量传感器、红外线传感器、车速传感器、加速度传感器、侧倾角传感器。

所述四点式调节器3可以与任一锁舌16固定一起，以便织带收起来后，四点式调节器3跟随织带收回到适当位置。

所述的左腰织带6和右腰织带7、左肩织带4和右肩织带5相对四点式调节器3均轴对称设置。

所述左肩织带4、右肩织带5、左腰织带6、右腰织带7的锁舌16相对水平面的折弯角度为10°-30°。

气体发生装置的壳体与活塞形成的空间内有压缩的液态氮气，电子控制单元处理检测模块检测的信号，当发生碰撞或者倾斜时，电子控制单元判断到碰撞或者倾斜高于规定最低阈值，电子控制单元驱动机械控制模块拔开插销，原本液态的氮气迅速膨胀，产生很大的外推力，该外推力推动活塞，使其高速向上运动，活塞的上端连接齿条，当活塞弹起时，齿条将与连接到卷收器卷轴的齿轮啮合，高速运动的齿条会快速旋转卷轴，从而卷起织带，气体发生装置底端有液氮入口，通过该液氮入口可用来检测活塞内压强，当活塞内压强不足时，可通过该液氮入口向内加入液态氮气，该处结构可参考zippo打火机底端入气口。

需要说明的是，本发明中的固定连接方式采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，在此不再赘述，但由于上述原因，不会影响本领域技术人员的重复再现。

一种四点预紧式安全带控制系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)、检测模块实时将检测的信号发送到电子控制单元，电子控制单元处理信号，当发现信号显示车辆发生碰撞时，对碰撞方向及碰撞强度进行判断：当碰撞强度低于规定最低阈值时，电子控制单元不启动任何方向的气体发生装置，但由于存在碰撞，在惯性作用下，织带会被人体迅速拉出，此时锁定机构阻止卷轴转动，使织带不能被拉出；碰撞强度在规定最低阈值和规定最高阙值范围之间时，电子控制单元根据碰撞的方向、强度信息，控制对应方向的安全带模块中的机械控制模块拔出壳体中的插销，启动气体发生装置，织带收紧，当织带收缩一定距离后，电子控制单元控制对应的安全带模块中的机械控制模块重新插入插销，停止织带收紧；当碰撞强度在规定最低阈值和规定最高阙值范围之间时，织带收缩距离随着碰撞强度的增加而增大，当碰撞强度高于规定最高阙值时，不再重新插入插销，此时收缩距离达到最大，并且为固定值；

(2)、当车辆发生倾斜时，检测模块实时将检测的信号发送到电子控制单元，电子控制单元处理信号，当发现信号显示车辆发生倾斜时，对倾斜方向及倾斜角度进行判断：当倾斜角度低于规定最低阈值时，电子控制单元不启动任何方向的气体发生装置；倾斜角度在规定最低阈值和规定最高阙值范围之间时，电子控制单元根据倾斜的方向、角度信息，控制对应方向的安全带模块中的机械控制模块拔出壳体中的插销，启动气体发生装置，织带收紧，当织带收缩一定距离后，电子控制单元控制对应的安全带模块中的机械控制模块重新插入插销，停止织带收紧；当倾斜角度在规定最低阈值和规定最高阙值范围之间时，织带收缩距离随着倾斜角度的增加而增大，当倾斜角度高于规定最高阙值时，不再重新插入插销，此时收缩距离达到最大，并且为固定值。

需要说明的是，所述步骤(1)中发生碰撞时，当车辆前方发生碰撞时，启动左肩气体发生装置和右肩气体发生装置；当车辆左侧发生碰撞时，启动右肩气体发生装置和右腰气体发生装置；当车辆右侧发生碰撞时，启动左肩气体发生装置和左腰气体发生装置；当车辆后侧发生碰撞时，不需要启动气体发生装置；当车辆其它方向发生碰撞时，电子控制单元分解力在车辆前后左右方向的强度，并根据方向及强度大小启动相应方向的气体发生装置，并且，车辆其它方向发生碰撞时根据发生碰撞时受力强度，可允许同时启动至少两个气体发生装置。

需要说明的是，所述步骤(2)中发生倾斜时，当车辆向前倾斜时，启动左肩气体发生装置和右肩气体发生装置；当车辆向左侧倾斜时，启动右肩气体发生装置和右腰气体发生装置；当车辆向右侧倾斜时，启动左肩气体发生装置和左腰气体发生装置；当车辆后侧发生倾斜时，不需要启动气体发生装置；当车辆向其它方向倾斜时，根据倾斜角度在车辆前后左右方向的分解，启动相应方向的气体发生装置，并且，车辆发生翻转时，可允许同时启动四个方向的气体发生装置。

另外，在发生碰撞或者倾斜，启动气体发生装置之后，为了在发生连环碰撞时保持收紧状态，可通过电子控制单元控制气体发生装置在一定时间内保持稳定状态，如保持60秒，当60秒后未检测到碰撞或者倾斜信息时，电子控制单元控制插销拔出，使用车辆的电能转化为机械能，压缩活塞杆到初始位置，并插上插销，恢复气体发生装置为平时状态。

综上所述，本发明可提供一种能检测车辆状态并根据车辆碰撞和倾斜信息控制相应方向的安全织带收紧，从而限制或减缓乘员因惯性发生的前冲和侧移，可对乘员进行有效的保护的四点预紧式安全带控制系统及控制方法。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。