CN101508257A - 汽车安全头枕装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽车主动式安全头枕装置，包括高度调节机构，具有水平支承杆和与水平支承杆固定的垂直支承杆和垂直高度调节杆，其旋转机构，安置在水平支承杆，可相对高度调节机构进行旋转；安全机构，安置在旋转机构上，可随旋转机构旋转，具有框架和安置在框架内的棘轮机构，棘轮机构包括支承在框架上的棘爪和与旋转机构固定的棘轮，棘爪上的棘爪齿和棘轮上的棘齿可相互啮合和脱开啮合。该装置能够在发生车祸时起到有效地保护头颈的作用，而且可以根据人体的需要将头枕调节到使乘坐人感觉舒适的位置。本头枕通过旋转机构和框架式安全机构，能确保乘客的头颈部和头枕零距离接触，并在汽车受撞击时对头颈部产生随动的托力，从而保护头枕不受伤害。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆乘客用装置，特别涉及一种适用于车辆座椅的头枕装置。
背景技术
众所周知，在汽车碰撞事故中极易造成司机和乘客的的头—颈部受伤，由于颈部强烈弯曲、拉扯使头部前后碰撞，造成的颈脊骨伤害和脑震荡。如果乘客的头部没有剧烈地从躯干上扭动，那么即使汽车受到严重冲撞，其颈部也不会受伤。因此，头部与躯干之间剧烈错位造成的颈部损伤是大多数头—颈部受伤的主要原因。
在美国，颈部扭伤是汽车保险索赔中出现频率最高的。据统计，1997年有66％的身体损害索赔和59％的保护方面索赔——两种最重要的保险索赔，都报告发现了轻微颈部损伤；42％的身体损害索赔者和36％的保护方面索赔者认为颈部扭伤和拉伤是最严重的受伤，索赔金额高达70亿美元。
头—颈部受伤会出现在各种汽车撞击中，在追尾事故中出现最频繁。1999年的一份调查发现，26％的追尾事故中的司机报告颈部损伤。当一辆车被追尾，它会加速向前，同时车座施压推动乘员的躯干往前，头部却因为惯性而滞后，这种滞后将持续到颈部被拉伸到极限为止，然后头部就像鞭稍一样被颈部加速甩向前方，“头—颈受伤”这个术语由此而来。
解决头颈部受伤的方案是依靠主动式安全头枕系统。头枕系统的优劣影响追尾事故中人们被保护的程度。美国有专门的汽车安全协会分析了5000多个保险索赔得出：在同等条件下，使用良好等级头枕的司机比使用劣质产品的在追尾事故中的颈部损伤概率降低24％。在纽约罗彻斯特，该协会测试了585位发生追尾事故的司机。测试进行的时候，司机坐在正常的位置上，但头枕则处于追尾时的位置。结果显示，放置在头部重心或者重心上部的保护装置能够降低追尾中颈部受伤的概率。正确使用该保护装置的司机比错误使用的司机发生疼痛的概率减少了40％。但目前大多数汽车头枕都不是专门为解决头颈部受伤而设计的。美国的资料表明①：到2007年时，在头枕安全抽样测试中，70％的汽车头枕不够安全。
现在汽车行业普遍认为：汽车受撞击特别是追尾时极易产生头-颈部受伤问题是目前汽车上采用的头枕无法解决的。现有的被动式头枕设计，会使头枕和驾车者的头部留有一段距离。结果在汽车追尾时，头部猛烈撞向头枕，而头枕固定不能移动，从而会产生脑震荡、颈椎受伤等伤害。例如，公开号CN2573315Y的中国专利申请中公开了一种适用于汽车、飞机等的座椅头枕，由弹性支撑架、海绵体、枕套组成，弹性支撑架的两侧形状为向内弯的拱状体，海绵体安装在弹性支撑架内，枕套包覆在弹性支撑架上，在海绵体和枕套上分别设有通气孔，在弹性支撑架下端还延伸有与座椅相连接的连接件；在弹性支撑架的两拱状体之间上插接有枕垫，在枕垫下端还接有护颈垫。这样的座椅头枕在汽车发生追尾或剧烈碰撞事故时存在不够安全的问题。
为此，科研人员进行了大量有关安全头枕装置的研发，开发出了各种在汽车追尾和其它交通事故中防止乘客头颈受损伤的安全头枕装置。例如，CN101121386A的中国专利申请中公开了一种“用于追尾碰撞颈部保护的主动头枕机构”，该机构包括控制模块、驱动电机和连杆驱动机构，控制模块和驱动电机通过信号线连接；所述的连杆驱动机构包括平行布置的上十字连杆机构、下十字连杆机构和与电机相连的驱动丝杠。本发明与主动安全系统相结合，根据汽车主动安全系统对于碰撞发生危险的判断，调整头枕和汽车乘员头部的距离，从而避免和减少在追尾碰撞下汽车乘员颈部的伤害。
又如，CN101318480A的中国专利申请中公开了一种“汽车安全头枕”，该汽车安全头枕具有一个安全机构——四连杆机构，四连杆机构由通过铰轴连接的上横杆、下横杆、前纵杆和后纵杆，该四连杆机构中安装有棘轮机构和使棘轮机构复位的弹簧，当汽车受到后向撞击时，乘员头部撞向头枕，使头枕内的安全机构吸收撞击力而发生头枕与坐椅靠背间的水平位移，容许乘员头部向后移动，当该力较大时，头枕向后移动一下后又向前产生一个回复力，既托住头部避免发生往复摆动而使颈椎损伤，复位弹簧对棘轮机构施加的作用力使棘轮机构的棘齿脱开，棘轮机构回复到初始状态以备下一次在受到后向撞击时产生安全作用。
以上两种装置共同的最大弊端是：正常使用时头枕前后无法移动调节并固定位置。按美国汽车碰撞研究结果：碰撞时，头枕和头部的距离应尽量小—最好零距离，且头枕高度应在乘客的耳上沿高低10毫米处，这才能最好地发挥主动式安全头枕的作用，有效避免追尾时的头—颈部伤害。此外，CN101121386A的装置高度不能调节，已经就有先天缺陷，且运作路径过长，涉及的部件多，响应速度和可靠性都不足；GN101318480A的四连杆机构结构过于复杂，5年前韩国轿车已采用类似结构，属于陈旧的技术，使用的安全性和可靠性较差，欧美日汽车公司已经都不采用这种结构。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的问题而提供一种汽车安全头枕装置，该装置能够在发生车祸时起到有效地保护头颈的作用，而且可以根据人体的需要将头枕调节到使乘坐人感觉舒适的位置。本头枕通过旋转机构和框架式安全机构，能确保乘客的头颈部和头枕零距离接触，并在汽车受撞击时对头颈部产生随动的托力，从而保护头枕不受伤害。
为实现本发明的目的，本发明的汽车安全头枕装置包括高度调节机构，具有水平支承杆和与水平支承杆固定的垂直支承杆和垂直高度调节杆，还包括：旋转机构，安置在水平支承杆上，可相对高度调节机构进行旋转；安全机构，安置在旋转机构上，可随旋转机构旋转，具有框架和安置在框架内的棘轮机构，棘轮机构包括支承在框架上的棘齿和与旋转机构固定的棘轮，棘爪的棘爪齿和棘轮的棘齿可相互啮合和脱开啮合。
其中，旋转机构包括一对固定座和由这对固定座支承的齿轮轴，其中一个固定座设内齿轮，另一个固定座设内孔，棘轮固定在齿轮轴上，齿轮轴上靠近一端有位置固定可与内齿轮啮合的齿轮，另一端支承在固定座的内孔中。齿轮轴的一端固定有限位片，限位片的径向尺寸大于内齿轮的径向尺寸，以便防止齿轮轴从内齿轮中脱出。特别是，另一个固定座设有与内孔同轴的凹槽，凹槽内的齿轮轴上套设有旋转机构的轴向复位弹簧，轴向复位弹簧的一端抵靠在凹槽，轴向复位弹簧的另一端抵靠在固定于齿轮轴上的复位弹簧限位片。
此外，安全机构还包括机构复位弹簧和棘爪复位弹簧，机构复位弹簧套设在齿轮轴上并位于框架内，其一端固定在框架上，其另一端固定在棘轮上；棘爪复位弹簧的一端固定在框架上，其另一端固定在棘爪上。
特别是，框架具有相互平行的左右侧板和连接左右侧板的连接板，为焊接整体式结构，左右侧板的下端设孔，齿轮轴穿过孔以便将框架安置在齿轮轴上。
此外，齿轮轴上齿轮和左侧板之间设限位片。
棘轮上设多个棘齿，棘齿的前端设前挡块，其后端设复位挡块；棘爪的端部设多个棘爪齿，棘齿的数量大于棘爪齿的数量，棘齿的个数多于棘爪齿的个数为至少三个。棘爪固定在支承于框架上的棘爪轴上。
本发明的优点是体现在以下方面：
1、本发明通过设置旋转机构和框架式安全机构，能可按乘客意愿自由调节以确保乘客的头颈部和头枕零距离接触，不仅满足乘客舒适性需要，减轻长途或长时间开车的头颈部疲劳，而且并在汽车受撞击时对头颈部产生随动的托力，从而保护头颈部不受伤害。
2、通过设置旋转机构和高度调节机构，确保头枕前后、高低可调节，从而使得头枕始终和乘客头部接触，且头枕高度应在乘客的耳部上边沿处；
3、本发明的汽车头枕安全装置具有复位功能，使得当汽车撞击停止后，头枕在外力消失后，会调节复位到初始状态，以接受下一次撞击。由于高速公路上出车祸时往往是连续撞车，产生二次甚至多次伤害，故此复位功能在高速公路上尤其重要。
4、本发明汽车头枕安全装置能够起到随动防护的作用，很多乘客驾车(或乘车)时，背部往往离开座椅靠背，特别是一些身材娇小的女性，在发生追尾时，即使乘客头部靠在头枕上，但背部撞向座椅时，如果头部不能随着往后移动，那一样会造成头颈部受伤。本头枕可以解决该问题：在头部撞向或往挤压头枕时，当头枕受力超过30牛顿时，头枕内的安全机构即发挥作用，带动头枕往后旋转，同时仍有往前的推力保证头枕和头部接触，一旦外力消失或低于30牛顿，头枕即保持瞬时位置不动。当乘客背部靠到座椅靠背时，头枕内的限位装置即发挥作用，使得头枕停止转动。
5、本发明采用的安全机构为整体焊接的框架式结构，相比现有的四连杆式安全机构，具有结构精巧、占用空间小的优点，可靠性、实用性极好。
附图说明
图1是本发明汽车安全头枕装置安装在高度调节机构上的正视图；
图1a是沿图1中线A—A的剖视图，所示的安全头枕装置处于初始状态；
图1b是沿图1中线B—B的剖视图；
图2是本发明汽车安全头枕装置处于可旋转状态的透视图；
图3是本发明汽车安全头枕装置的安全机构工作状态的透视图；
图4是本发明汽车安全头枕装置的安全机构复位状态的放大侧视图；
图5是表示发生追尾事故时本发明安全头枕装置作用过程的示意图。
附图标记说明：1、框架；1a、左侧板；1b、右侧板；1c连接板；2、棘爪；2a、棘爪齿；3、棘爪轴；4、棘轮；4a、前挡块；4b、复位挡块；4c、棘齿；5、齿轮轴；5a、弹簧限位片；6、机构复位弹簧；7、框架轴向复位弹簧；8、棘爪复位弹簧；9、齿轮；10a、左固定座；10b、右固定座；11、内齿轮；12、限位片；13、水平支撑杆；14a、垂直高度调节管；14b；垂直支撑管；15、凹槽
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的具体实施例方式。
如图1所示，本发明的汽车头枕安全装置包括高度调节机构、固定在高度调节机构上的旋转机构和安置在旋转机构上的框架式安全机构。
其中，旋转机构包括可旋转的齿轮轴5和支承齿轮轴5的左右固定座10a、10b。左固定座10a内具有内齿轮11(如图1b所示)，右固定座10b具有轴孔，齿轮轴5的右端插入轴孔内。齿轮轴5的左端设限位片12，齿轮轴5上靠近限位片12的位置设置齿轮9，如图1b所示，当该齿轮9与内齿轮11啮合时，即处于图1和1b所示的位置时，齿轮轴5受内齿轮11限制而不能旋转，限位片12与齿轮9之间具有一定间距，该间距大于齿轮9的轴向宽度，当该齿轮9与内齿轮11脱开啮合时，齿轮轴5不受内齿轮限制，可以进行旋转，从而带动头枕旋转。
再如图1和1a所示，框架式安全机构包括框架1、安置在框架1内的棘轮机构和使棘轮机构复位的复位弹簧6，其中框架1由相互平行的左侧板1a、右侧板1b和连接左右侧板的连接板1c焊接而成一体，具有很强的刚性，其俯视横截面大致呈倒U形，通过使齿轮轴5穿过左右侧板1a、1b的下端设置的孔，将框架式安全机构安置在齿轮轴5上，右侧板1b与右固定座10b之间设置框架轴向复位弹簧7，框架轴向复位弹簧7为压缩弹簧，框架轴向复位弹簧7的一端抵靠在固定于齿轮轴5上的弹簧限位片5a，另一端抵靠在固定座10b的圆形凹槽15内，圆形凹槽15与固定座10b内支承齿轮轴5的内孔同轴。棘轮机构包括安置在棘爪轴3上的棘爪2和固定在齿轮轴5上的棘轮4，棘爪2下端具有多个棘爪齿2a，棘爪轴3支承在框架1的左右侧板1a、1b上；棘轮4具有一个前挡块4a、可与多个棘爪齿2a啮合的多个棘齿4和一个复位挡块4c。此外，还设有棘爪复位弹簧8和机构复位弹簧6，其中，棘爪复位弹簧8为卡簧，其一端固定在左侧板1a上，另一端固定在棘爪2上；机构复位弹簧6为螺旋弹簧，将其套装在齿轮轴5上，其一端固定于棘轮4上，另一端固定于框架1的右侧板1b上。
本发明的高度调节机构包括水平的支承杆13和竖直的调节管14a和支撑管14b，竖直的调节管14a和支撑管14b的上端固定在支承杆13两端，下端插入座椅靠背，可以上下移动，从而起到高低调节作用。调节管14a上的凹槽和座椅中的弹性档位块配合，控制上下位置。
参见图1a和图2说明本发明汽车头枕的旋转过程。如图1a所示，框架式安全机构处于初始状态，框架1直立，旋转机构处于零位，即使得齿轮9与内齿轮11处于图1b所示的相互啮合状态的位置，框架轴向复位弹簧7处于放松状态，安全机构的棘轮4和棘爪3处于第一位置的状态。再如图2所示，在沿轴向向右施加的外力F(电机驱动或手动力)驱动下，使旋转机构中的齿轮轴5向右横向移动，通过限位片5a推压框架轴向复位弹簧7而使其压缩，直至齿轮轴5上的齿轮9与内齿轮11脱离啮合，此时齿轮轴5可旋转并带动整个安全机构旋转。当安全机构旋转到选定的位置后，去除外力F，在框架轴向复位弹簧7的回复力作用下，推动齿轮轴5向左沿轴向回移而使齿轮9重新与内齿轮11啮合，从而固定旋转机构。齿轮轴5轴向向左的移动的距离可由齿轮轴5左端的限位片12控制，因此应使限位片12的半径尺寸大于内齿轮11齿顶的半径(即齿顶距轴心的距离)，以便通过左固定座10a止挡限位片12，从而防止齿轮轴5从左固定座10a中脱出。。旋转机构的旋转带动整个头枕以齿轮轴5为中心旋转。
下面参照图3、4和5说明安全机构的工作过程。
本发明的汽车头枕安全装置是汽车头枕内部的核心机构，其外部可依次包覆塑料外壳、发泡、真皮蒙皮等。
平时，本发明汽车头枕安全装置处于图1a所示的位置，即处于初始状态，棘爪齿2a与靠近前挡块4a的棘齿啮合，使得框架式安全机构能够承受人头部靠在头枕上(如图5(b)所示)时所施加的力而保持固定不动。需要说明的是，在初始状态时，复位弹簧6将框架1通过棘爪3紧压在棘轮4上，棘轮—棘爪中间有自锁性，使框架1保持自立不动。初始状态的位置可以通过旋转机构调节，乘客可以按自己的舒适度来调节头枕位置。
当发生追尾事故时，乘客头部压向头枕，头枕内的框架式安全机构在头部压力或冲力作用下，会绕齿轮轴5步进式转动，在棘轮4控制下会有如图5(c)、(d)、(e)所示的三个位置，即向后分别倾斜10°、20°和30°的位置，各个位置的支撑力逐渐变大以抵消外力，从而保护头部。图3为图5(e)所示的第三个位置时安全机构中棘轮机构所处状态的放大视图，此时，棘轮4的靠近复位挡块4c的棘齿4b与棘爪2的棘爪齿2a啮合。
随后，如图4所示，在外力作用下头枕进一步旋转，则安全机构进入复位状态。此时，棘轮上的复位挡块4c将棘爪2撞开，棘轮4和棘爪2脱离啮合。在机构复位弹簧6回复力作用下，带动框架1绕齿轮轴5回转到初始位置，棘爪2则在棘爪复位弹簧8的作用下会恢复和棘轮4的啮合，使整个安全机构复位。此时安全机构恢复到图1a所示的初始状态。
Claims (10)
1、一种主动式汽车安全头枕装置，包括高度调节机构，具有水平支承杆(13)和与水平支承杆(13)固定的垂直支承杆(14b)和垂直高度调节杆(14a)，其特征在于还包括：
旋转机构，安置在水平支承杆(13)上，可相对高度调节机构进行旋转；
安全机构，安置在旋转机构上，可随旋转机构旋转，具有框架(1)和安置在框架(1)内的棘轮机构，棘轮机构包括支承在框架上的棘爪(2)和与旋转机构固定的棘轮(4)，棘爪(2)上的棘爪齿(2a)和棘轮(4)上的棘齿(4b)可相互啮合和脱开啮合。
2、如权利要求1所述的汽车主动式安全头枕装置，其特征在于：所述旋转机构包括一对固定座(10a、10b)和由这对固定座支承的齿轮轴(5)，其中一个固定座(10a)具有内齿轮(11)，另一个固定座(10b)设内孔，所述棘轮(4)固定在齿轮轴(5)上，所述齿轮轴(5)上靠近固定座(10a)一端的齿轮(9)可与内齿轮(11)啮合，另一端支承在固定座的内孔中。
3、如权利要求2所述的汽车主动式安全头枕装置，其特征在于：所述齿轮轴(5)的所述一端固定有限位片(12)，所述限位片(12)的径向尺寸大于内齿轮(11)的径向尺寸，以便防止齿轮轴(5)从内齿轮(11)中脱出。
4、如权利要求2所述的汽车主动式安全头枕装置，其特征在于：所述另一个固定座(10b)设有与所述内孔同轴的凹槽(15)，所述齿轮轴(5)的另一端上套设有框架轴向复位弹簧(7)，所述框架轴向复位弹簧(7)的一端抵靠在凹槽(15)，所述框架轴向复位弹簧的另一端抵靠在固定于齿轮轴(5)上的复位弹簧限位片(5b)。
5、如权利要求1至4任一所述的汽车主动式安全头枕装置，其特征在于：所述安全机构还包括机构复位弹簧(6)和棘爪复位弹簧(8)，所述机构复位弹簧(6)套设在齿轮轴(5)上并位于框架(1)内，其一端固定在框架(1)上，其另一端固定在棘轮(4)上；所述棘爪复位弹簧(8)的一端固定在框架(1)上，其另一端固定在棘爪(2)上。
6、如权利要求5所述的主动式汽车安全头枕装置，其特征在于所述框架具有相互平行的左右侧板(1a、1b)和连接左右侧板(1a、1b)的连接板(1c)，所述左右侧板(1a、1b)的下端设孔，所述齿轮轴(5)穿过所述孔以便将框架(1)安置在所述齿轮轴(5)上。
7、如权利要求6所述的汽车主动式安全头枕装置，其特征在于：所述齿轮轴(5)上齿轮(9)和左侧板(1a)之间设限位片(5a)。
8、如权利要求1至4任一所述的汽车主动式安全头枕装置，其特征在于：所述棘轮(4)上设多个所述棘齿(4c)，所述棘齿(4c)的前端设前挡块(4a)，其后端设复位挡块(4b)；所述棘爪(2)的端部设多个所述棘爪齿(2a)，所述棘齿(4b)的数量大于棘爪齿(2a)的数量。
9、如权利要求8所述的汽车安全头枕装置，其特征在于：所述棘齿(4c)的个数大于棘爪齿(2a)的个数的数量至少为三个。
10、如权利要求1至4任一所述的汽车安全头枕装置，其特征在于：所述棘爪固定在支承于框架(1)上的棘爪轴(3)上。
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