CN101683838B - 基于活性材料的安全带织带拉出装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于活性材料的安全带织带拉出装置。一种具有活性材料致动器的安全带织带拉出装置，配置成选择性地切换织带接合机构以在展开状态和收回状态之间移动，当处于展开状态时，该接合机构接合安全带织带，将织带移动至一个更容易固定的位置。

Description

基于活性材料的安全带织带拉出装置

相关申请

本申请要求2008年09月16日申请的，序列号为NO.61/097,501，发明名称为“SAFETY BELT WEBBING PRESENTMENT UTILIZING ACTIVEMATERIAL ACTUATION(利用活性材料激活的安全带织带拉出装置)”的美国临时申请的优先权和权益，并且该申请作为参考合并在此。

技术领域

本发明涉及一种安全带，特别是基于活性材料的安全带拉出装置。

背景技术

安全带作为例如用于汽车上的安全系统的一部分使用已久。这样的系统一般具有包括织带的安全带。安全带从座椅侧面拉出，沿汽车占用者的膝部或胸部延伸，并由带扣扣紧。这就在例如汽车急刹车时，形成环绕保护占用者的连续限制。然而，这些系统通常是固定配置的，代表了一种折衷的办法。也就是说，安全带要么易于接近但一直曝露在外，要么难于接近但是处于更隐蔽的地方。

近来，为了使织带的至少一部分能从隐蔽位置选择性地移动到更易于接近且可见的位置，已经出现了机械或机电驱动的拉出装置。但是，这些系统在本领域中经常存在问题，包括例如：需要使用一些笨重嘈杂的机械致动器(如马达)和螺线管，螺线管会在拥挤的座椅附近占用包装空间。另外，传统的安全带拉出装置需要单独的闩锁机构来保持织带处于展开或收回状态。

发明内容

基于以上及其它考虑，本发明描述一种基于活性材料的安全带织带拉出装置，所述安全带织带拉出装置配置成有选择地切换织带的拉出和收回状态。同时，本发明在其它方面也是有益的，如在更有效地帮助身体不便占用者(如残疾、老年人、儿童等)固定他们的安全带，还可以提醒所有占用者并为所有占用者提供便利。与传统的安全带拉出装置相比，使用活性材料可以有效地减小致动器所需的安装空间，具有更少的零件，在运行期间具有较少的运行噪声(声的和关于EMF的)。

本发明主要涉及一种自动安全带织带拉出装置，适用于如汽车座椅的结构。拉出装置包括含有至少一个活性材料元件的致动器，当对活性材料元件暴露于激活信号或切断激活信号时，所述至少一个活性材料元可操作以经受某个基本性质的可逆改变。致动器驱动地连接于拉出装置和固定结构，并可操作在产生变化时移动拉出装置。进一步，本发明包括信号源和至少一个传感器，所述信号源可操作产生信号，从而使所述元件暴露于所述信号，所述传感器配置成检测状态，并与致动器和信号源通讯连接。传感器和信号源共同配置成仅当检测到所述状态时产生信号。

本还公开了发明的其它特点和优点，包括使用了拉出臂，形状记忆合金金属丝致动器，闩锁构件、能夹紧的指形物、滑块，和多个不同的基于活性材料的拉出装置的配置。通过参考本发明的各个特征的具体实施方式和其中包含的实施例，本发明将更容易被理解。

附图说明

下面将参照具有示例性比例的如下附图来详细描述本发明的一个或多个优选实施例，其中：

图1所示的为根据本发明的一个优选实施例的具有安全带系统的汽车座椅透视图，该安全带系统包括包括旋转衬套的活性材料致动的织带拉出装置；

图1a所示的为根据本发明的一个优选实施例的具有座椅和安全带拉出装置的车辆的侧视图；

图2所示的为根据本发明的一个优选实施例的座椅和安全带织物拉出装置的侧视图，其包括滑块、导轨、摆臂和指形物；

图2a为图2所示的指形物的截面图，其示出了指形物在活性材料元件激活时处于打开状态；

图2b为图2所示的指形物的截面图，其示出了指形物在活性材料元件未激活时处于正常夹紧状态；

图3所示为根据本发明的一个优选实施例的座椅安全带织带拉出装置的简图，其包括齿轮/滑轮、形状记忆束致动器、应变消除系统、回复弹簧以及功率源；

图4为根据本发明的一个优选实施例的具有可枢转的指形物和形状记忆金属丝元件的座椅安全带织带拉出装置的简图，其中形状记忆金属丝元件以夹紧状态(实线所示)和打开状态驱动连接到指形物；

图5a为根据本发明的一个优选实施例的以收回状态示出的座椅安全带织带拉出装置的侧视图，其包括与织带接合的可枢转的锚接件或搭接预拉紧器衬套和形状记忆金属丝致动器和闩锁；

图5b为图5a所示的拉出装置的侧视图，其中致动器被激活，闩锁接合，且使得衬套实现展开状态；

图6a为根据本发明的一个优选实施例的以收回状态示出的座椅安全带织带拉出装置的侧视图，其包括在与织带接合的可弯曲的锚接件或搭接预拉紧器衬套，以及与衬套共延地连接的形状记忆杆致动器和弯曲构件；

图6b为图6a所示的拉出装置的侧视图，其中致动器被激活，使得衬套实现展开状态。

具体实施方式

本发明涉及一种自动安全带织带拉出装置10，和利用活性材料致动可选择地展开(如拉出)安全带织带12并收回安全带织带12的方法。如附图1-6b所示，拉出装置10适用于一种座椅安全带系统14，例如可应用在汽车和/或飞机中。系统14包括带扣(未示出)、安全带织带12、预张紧的衬套16和耐久紧固件(如带扣舌片)20，衬套16环绕在织带12的一端，并连接安全带至固定结构(如相关占用者座椅的框架构件，或车辆底板等)18，耐久紧固件20与织带12连接且设置为可以插入带扣从而形成紧固连接。在紧固后，张紧器(未示出)使织带12形成一个环绕占用者的环绕限制。尽管本发明都是针对占用者座椅22来进行描述，但应当理解的是，本发明的拉出装置10可以适用于任何想要使安全带系统使用更便利的地方。

I.活性材料的描述和功能

本发明中使用的术语“活性材料”应既包括本领域技术人员对它的常规理解，还包括当其暴露于外部信号源时某些基本性质(如化学性质、固有的物理性质)能实现可逆改变的任何材料或合成物。因此，活性材料应当包括那些响应激活信号，从而能够在硬度、形状和/或尺寸产生改变的成分，对于不同的活性材料，激活信号可以采用电的、磁的、热的以及其它类似场的类型。

适用于本发明使用的活性材料包括但不限于：形状记忆材料，如形状记忆合金(SMA)，电活性聚合物(EAP)，铁磁形状记忆合金，电致伸缩体，磁致伸缩体，压电聚合物，压电陶瓷，以及上述材料的不同结合体及其类似物。形状记忆材料一般指的是能够记忆它们初始的至少一个属性(如形状)的材料和成分，这个属性可以以后在外界激励作用下重新恢复到初始的状态。这样，初始形状的变形是暂时的状态。通过这种方式，形状记忆材料可以响应于激活信号从而变成训练形状。在上述合适的材料中，以下将进一步描述形状记忆合金和电活性聚合物。

形状记忆合金(SMA’s)一般指的是是一组金属材料，其在经受合适的温度激励时能够恢复某些之前设定好的形状或尺寸。形状记忆合金能发生相变，其中它们的屈服强度、硬度、尺寸和/或形状也将会随温度而改变。其中“屈服强度”指的是使材料展现距应力和应变比发生特定偏离时的应力。一般来说，在低温或在马氏体相时，形状记忆合金能够发生塑性变形，且在收到一定高温时将改变成奥氏体相，或母相，从而回到其变形前的形状。

形状记忆合金存在几个与温度相关的不同相。这些相中最常用到的就是前面提到的所谓马氏体相和奥氏体相。在以下的描述中，马氏体相一般指的是更易发生变形的低温相，而奥氏体相一般指的是更刚硬的高温相。当形状记忆合金处于马氏体相并被加热，其开始改变成奥氏体相。这种现象开始发生时的温度通常称为奥氏体起始温度(A_S)，这种现象结束时的温度则称为奥氏体完成温度(A_f)。

当形状记忆合金处于奥氏体相并被冷却时，其开始改变成马氏体相，这种现象开始发生时的温度通常称为马氏体起始温度(M_S)。奥氏体完成改变成马氏体时的温度则称为马氏体完成温度(M_f)。一般来说，形状记忆合金在马氏体相较软、较容易发生变形，而在奥氏体相较硬、更刚性且更刚硬。由上可知，适合用于形状记忆合金的激励信号是具有使其在马氏体和奥氏体之间改变的大小的热激励信号。

取决于合金成分和加工过程，形状记忆合金具有单向形状记忆功能、内在的双向形状记忆功能、或外在的双向形状记忆功能。退火处理的形状记忆合金一般只具有单向的形状记忆功能。对低温变形之后的形状记忆合金进行充分加热将导致马氏体向奥氏体的相变，而材料将恢复到初始的退火后的形状。然而，单向的形状记忆功能只能在加热时看到。包括具有单向形状记忆功能的形状记忆合金成分的活性材料无法自动重新成形，可能需要外部的机械力来使其重新形成形状。

内在的双向形状记忆材料和外在的双向形状记忆材料的特征在于，既可以在从马氏体相加热为奥氏体相时发生形状改变，同时也可以在从奥氏体相冷却回到马氏体相时发生附加形状改变。具有内在的形状记忆功能的活性材料是由会使此活性材料由于上述提及的相变而自动重新成形的形状记忆合金成分制成。内在的双向形状记忆特性必须通过加工过程引入形状记忆合金。这些加工过程包括在马氏体相的材料极限变形，约束和载荷条件下的加热冷却处理，激光退火、抛光或喷丸加工等表面改性。一旦材料被训练具有了双向形状记忆功能，那么这种高低温状态下的形状变化通常是可逆的并且一般在经过很多个热循环后仍然能保持有效。相比而言，具有外在的双向形状记忆功能的活性材料是将具有单向记忆功能的形状记忆合金成分，以及另一种提供回复力以恢复初始形状的成分组合而成的复合物或多成分材料。

形状记忆合金被加热到某一温度时会记忆其高温状态的形状，而此温度可以通过合金成分和热处理过程的细微改变进行调整。例如，镍钛形状记忆合金中，上述温度可以从高于约100℃调整至低于约-100℃。形状恢复过程只在几摄氏度的范围内发生，而且根据应用的需要以及合金的成分，可以控制此改变过程的开始和结束的温度变化只在1或2度范围之内。在形状记忆合金发生改变的温度范围内，其机械性能会发生巨大的变化，通常为系统提供形状记忆功能、超弹性效应和高阻尼容量。

合适的形状记忆合金包括，但并不限于此，镍钛基合金、铟钛基合金、镍铝基合金、镍镓基合金、铜基合金(如铜锌合金、铜铝合金、铜金合金和铜锡合金)、金镉基合金、银镉基合金、铟镉基合金、锰铜基合金、铁铂基合金、铁钯基合金及其它类似物。这些合金可以是二元的、三元的或其它任何更高元的，只要合金成分在例如初始外形、阻尼容量等属性上具有形状记忆功能即可。

因此，为了实现本发明，应当理解的是，当加热至高于SMA的马氏体-奥氏体相变温度时，SMA具有2.5倍的模量增加和高达8％的尺寸变化最(取决于预应变量)。应当理解的是，热诱导的SMA相变是单向的，这样就需要设置一个偏压力回复机构(如弹簧)来在一旦去除所施加的场时恢复SMA至初始配置。使用焦耳加热能使整个系统可电子控制。但是，应力诱导的SMA相变本身是双向的。当SMA处于奥氏体相时，施加足够的应力会使其改变成模量更低的马氏体相，此时其展现高达8％的“超弹性”变形。所施加的应力的移除会导致SMA改变回奥氏体相，从而恢复其初始形状和较高模量。

铁磁SMA(FSMA)是SMA的子类，且同样可以应用于本发明。这种材料跟常规的SMA材料一样，具有应力和热诱导的在马氏体和奥氏体之间的相变。另外，FSMA是铁磁体的，具有很强的磁晶各向异性，其允许磁对齐的马氏体变体的定位和比例。当磁场移除后，材料可能会出现完全双向记忆、部分双向记忆或单向记忆。对于部分双向记忆或单向记忆，外部激励、温度、磁场或应力可允许材料恢复初始状态。完全双向记忆可能可用于施加连续功率时进行比例控制。对于轨道填充来说，单向形状记忆功能是最有效的。在汽车应用中，外部磁场一般通过软磁芯的电磁体产生，但是为了快速反应也可利用一对亥姆霍兹(Helmholtz)线圈。

合适的压电材料包括但不打算限于：无机化合物、有机化合物和金属。对于有机化合物来说，所有具有非中心对称结构和在分子主链上、或侧链上或同时在主侧链上具有大偶极距基团的聚合材料，都可以作为压电膜的合适候选。示例性的聚合物例如包括但不限于，聚(4-苯乙烯磺酸钠)，聚(聚(乙烯胺)骨架偶氮色基)以及它们的衍生物；聚碳氟化合物，包括聚偏氟乙烯，其共聚物偏氟乙烯(“VDF”)，氯三氟乙烯共聚物以及它们的衍生物；聚氯烃，包括聚(氯乙烯)，聚偏二氯乙烯以及它们的衍生物；聚丙烯腈及其衍生物；聚碳酸酯酸(polycarbo46lic acid)，包括聚(异丁烯酸)以及它们的衍生物；聚脲及其衍生物；生物分子如聚左旋乳酸(L-LA)及其衍生物，细胞膜蛋白，生物分子磷酸盐(如磷酸脂类)；聚苯胺及其衍生物；四胺的所有衍生物；聚酰胺，包括芳香族聚酰胺和芳香族聚胺，如聚酰亚胺(Kapton)和聚醚酰亚胺，以及它们的衍生物；所有的膜聚合物；N-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)均聚物及其衍生物；随机聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与醋酸乙烯酯共聚物；所有在主链上、或侧链上或同时在主侧链上具有大偶极距基团的芳香族聚合物，以及它们的混合物。

压电材料还可以包括选自以下组的金属：铅、锑、锰、钽、锆、铌、镧、铂、钯、镍、钨、铝、锶、钛、钡、钙、铬、银、铁、硅、铜，以及包含上述金属中至少一种的合金和氧化物。合适的金属氧化物包括SiO₂，Al₂O₃，ZrO₂，TiO₂，SrTiO₃，PbTiO₃，BaTiO₃，FeO₃，Fe₃O₄，ZnO，以及上述物质的混合物，还包括VIA族和IIB族化合物，如CdSe，CdS，G68s，AgCaSe₂，ZnSe，GaP，InP，ZnS，以及上述物质的混合物。优选的是，压电材料选自包括以下的组：聚偏二氟乙烯、锆钛酸铅、钛酸钡及上述物质的混合物。

适合用作电活性聚合物的材料可包括，任何基本绝缘的聚合物或橡胶(或它们的组合)，它们响应于静电力发生变形，或者说其变形导致电场的变化。适合于用作预应变聚合物的典型材料包括硅化橡胶，腈纶橡胶，聚氨酯，热塑性橡胶，包含PVDF的共聚物，压敏粘接剂、氟化橡胶，包含硅和丙烯酸基的聚合物，及类似物。例如，包含硅和丙烯酸基的聚合物可以有包含硅、丙烯酸基的共聚物，包含硅化橡胶和丙烯酸基橡胶的共混聚合物。

可基于一个或多个材料属性来选择用作电活性聚合物的材料，所述材料属性例如：高的击穿电场强度，低的弹性模量(对于大或小的变形)，高的介电常数等。在一个实施例中，选择聚合物使得其弹性模量最多约为100MPa。在另一实施例中，选择聚合物使得其最大致动压强为约0.05～约10MPa之间，优选为约0.3～约3MPa之间。在又另一实施例中，选择聚合物使得其介电常数为约2～约20，优选是约2.5～约12。本发明并不限于这些范围。理想地，如果材料既有高的介电常数又有高的介电强度的话，那么将期望具有比上述给出的范围更高的介电常数的材料。在许多情况下，电活性聚合物会以薄膜的形式进行制作和实施。

由于电活性聚合物在高应变下会发生偏转，在不损害其机械或电性能的前提下，连接在聚合物上电极也会偏转。一般来说，适合使用的电极可以是任何形状和材料，只要它们能给电活性聚合物提供一个合适的电压，或从电活性聚合物接收一个合适的电压。电压可以是常量，或者可随时间变化。在一个实施例中，电极粘附在聚合物的表面上。粘附在聚合物的电极优选顺从并与聚合物的变形相符。相应地，本发明可包括和与其附连的电活性聚合物的形状相符的顺从电极。电极可能仅应用于电活性材料的其中一部分，并由其几何形状确定一个活性区域。适合与本发明一起使用的几种类型的电极包括：包含微量金属和电荷分布层的结构化电极；变化的脱离平面尺寸的纹理电极；导电油脂，如碳润滑脂或银油脂；胶态悬浮体；高纵横比的导电油脂，如碳纤维和碳纳米管；以及离子键导电材料的混合物。

适用于本发明中所述的电极的材料很多。适用于电极的材料可包括石墨、碳黑、胶态悬浮体、包括金和银的薄金属、填银和填碳的胶体和聚合物、以及离子键或电子导电聚合物。可以理解，某些电极材料可能适用于某种特殊的聚合物，但对别的聚合物并不适用。例如，碳纤维适用于丙烯酸基橡胶，但对硅聚物并不适用。

II.典型的结构，方法和应用

转到本发明的结构构造，附图1-6b分别介绍了活性安全带织带拉出装置10的不同实施例。在所述的实施例中，拉出装置10包括织带接合机构24，织带接合机构24可移动地连接至固定结构18，以便其能相对于固定结构18实现展开和收回状态。这就是说，机构24可枢转地、可弯曲地或可滑动地附连到结构18或通过可重构的装置、主体或配件连接到结构18，以使在机构24与结构18不分离的情况下即可调整机构24的空间位置。因而，短语“可移动的”应该被认为包括可枢转地、可旋转地、可伸缩地、可滑动地、可重构地以及其它动态动作。接合机构24可以是系统14之外的部分(如附图2中的摆臂结构)，也可以是系统14的组成部分(如附图1，5-6中的可重构衬套)。本发明中不同的实施例可以单独使用，也可以与其它的实施例组合而成，以下便不一一介绍了。

拉出装置10包括致动器26，其利用由第I部分大体描述的活性材料构成的至少个元件28。当材料被激活或去激励时(如，热激活材料被暴露于改变的热能量或通过电流进行焦耳加热，磁致伸缩体被暴露于磁场中，或应力激活元件被暴露于改变力)，致动器26配置成产生驱动力。致动器与接合机构24连接，以便所述力可操作使得机构24移动、重构或以其它方式切换为展开或收回状态。

如附图3和5所示，拉出装置10优选包括应变消除机构30，应变消除机构30配置成在接合机构24的展开被锁定时，消除元件28内的应力/应变。所述的应变消除机构30操作地连接在元件28和固定结构18之间，用于提供第二工作输出通道，以便消除元件28过量的应力和应变。更特别的是，在所述实施例中，应变消除弹簧32与元件28机械地串联连接，并提供足够的弹簧刚度常数以保证接合机构24解锁时的正常致动和操作，但当致动力超过一个预定的大于正常值的阈值时(当机构24无法移动时会发生)，应变消除弹簧32也可以被元件28拉伸。也可以设置一个杠杆(未示出)来增加弹簧32的机械优势和/或方便包装。

优选的，拉出装置10还包括闩锁机构34，如电磁闩锁，永磁闩锁，基于磁共振(MR)的闩锁，活性材料致动弹簧销闩锁或其它合适的闩锁。例如，如附图5所示，销34a可以连接在衬套16上，并可在展开状态下(见附图5b)与掣子34b接合。可选择的，应当理解的是，棘爪和齿条或齿轮可连接到机构24和结构18，且配置成有选择地限制至少一个方向上的运动。

在提供单向致动的情形下，至少一个回复弹簧36与致动器26反作用连接，并可操作在元件28被去激励时(见附图2，3和5a)使机构24恢复到初始状态。最后，应当理解的是，可包括附加的弹簧和/或减震器(未示出)，以提高所述织带拉出的平稳性。

如附图2所示的第一实施例结构，接合机构24包括可移动的臂38，臂38由形状记忆金属丝元件28驱动；但是，当然要理解的是，在该配置及本发明中描述的多个实施例中，使用“金属丝”形式只是示例的，这样的元件28还可以为其它合适的几何形状/结构，包括例如，弹簧、带、缆线和轧制板。臂38在近端38a上可枢转地连接到沿着导轨42滑动的滑块40。导轨42固定连接到固定结构18上。在臂38的远端38b安装了至少一个，优选是多个的指形物44，指形物44配置成夹持安全带织带12。更优选的是，致动器26驱动连接到滑块40和臂38上，以便在激活时能使滑块40移动且使臂38枢转至展开状态。可选择的是，应当理解，激活可设置成使臂38和/或滑块40实现收回状态。另外，应当理解，压缩和扭力回复弹簧36可分别被驱动地连接到臂38和滑块40。最后，应当理解的是，本实施例可以在没有滑块40的情况下实施，但是将臂38铰接在固定结构18上。

更优选的是，在该结构中，当元件28激活后，基本属性的改变致使滑块40沿着导轨42向前滑动，臂38朝向占用者向前枢转，指形物44分离成打开状态。在激活信号结束后，回复弹簧36起作用，使滑块40和臂38往回移动到收回状态，且使指形物44移动成夹紧状态。因此，应当理解的是，可使用单个元件28来致动滑块40、臂38和指形物44。

在附图2a和2b中，独立元件28a设置为使指形物44实现打开和夹紧状态。这里，弯曲部分46连接于或者限定指形物44，并在夹紧状态下为零应力(见附图2b)。元件28a连接到弯曲部分46的外部，以便在激活后使弯曲部分46“折曲”并打开，如附图2a所示。应当理解的是，在此状态下，指形物44能更容易与织带12接合；这样使激活优选刚好在致动主致动器26之前。当激活信号结束时，弯曲部分46往回恢复到如图2b所示的零应力状态。在该配置中，应当理解的是，指形物44能更好地存储。

在如附图3所示的优选实施例中，臂38驱动地连接至致动器26，致动器26包括优选处于协同作用的缆线或束配置的多个SMA金属丝48和放大机构50。放大机构50包括至少一个杠杆(未示出)、连杆(也未示出)、齿轮52和/或滑轮54，且可操作根据可获取的激活行程来放大位移或力。可选择的实施例也可以利用其它等价的位移装置在致动器26激活时来实现大的位移。回复弹簧36将拉出装置的臂38与结构18连接在一起，且用于使臂38恢复至收回状态。当SMA金属丝束48被充分冷却时，回复弹簧36使拉出装置的臂38实现收回状态，从而允许织带12退回至隐蔽位置。当SMA金属丝束48被加热至高于改变温度的温度时，其收缩，从而使拉出指形物44使得织带12移动至拉出状态。如前所述，应变消除机构30可连接在SMA金属丝48和结构18之间，以保护金属丝48不受到过大的应力或应变。

可选择的是，应当理解的是，为了产生推力，可以使用一个形状记忆弹簧来代替SMA束48，此形状记忆弹簧的弹性常量在马氏体相时比回复弹簧36的弹性常量小，而在奥氏体相时比回复弹簧的弹性常量大。这里，回复弹簧36优选地为压缩弹簧，可以对机构24向展开状态施加一个偏压力，且SMA弹簧和回复弹簧之间的连接是刚性的。最后，如前所述，可以包括闩锁34，以在用于加热SMA金属丝48的功率源/信号源56关断时保持接合机构24处于展开状态。

在附图4中，拉出装置的臂38确定与车辆横向方向(未示出)平行的旋转轴p。与附图2-2b类似，在臂38的远端38b或靠近远端38b，设置有一对协同作用的可枢转的指形物44。更特别的是，指形物44在实线所示的夹紧状态和打开状态之间枢转，在夹紧状态时，指形物44限定基本垂直于臂38的纵向轴线的纵向轴线，在打开状态时，轴线基本上平行于臂38的纵向轴线。在夹紧状态时，织带12由指形物44接合。

在该构造中，形状记忆元件28进一步优选地驱动连接到每个指形物44的由此限定的枢转轴线的相对侧(见附图4)，以便在收缩时，使得上部指形物向下摆动而下部指形物向上摆动，如图所示。这也就是说，单根SMA金属丝28可操作地与指形物44及臂38连接，并配置成在使得臂38移动时使指形物44朝夹紧状态枢转。更优选地，在臂38转动之前金属丝28的激活转动指形物44。可选择地，应当理解的是，激活害可用于使得指形物44朝收回状态枢转，例如，通过颠倒指形物44的旋转轴，其中回复/偏压弹簧(未示出)反向作用驱动指形物44朝夹紧状态枢转，并且被选择性地松开。

如附图5a、5b所示的实施例，接合机构24包括可枢转地连接到固定结构18或前述的滑块40上的安全带织带衬套16。叉58固定连接在衬套16上，并与枢转轴p垂直相交。致动器26一般包括至少一个形状记忆金属丝28，形状记忆金属丝28连接到叉58的远端且另一端连接到固定结构18上。可选择地，致动器26也可以不需要叉58而直接连接在衬套16上。应当理解的是，不是将致动器26直接连接在衬套上，致动器26可连接在拉出臂上，该拉出臂配置成在激活时使得织带12和/衬套16从收回状态移动至拉出状态。致动器26也可以通过连杆、杠杆、齿轮和/或滑轮连接到衬套或拉出臂上。在该优选实施例中，元件28可包括至少一个、优选为多个的SMA金属丝28，以提供冗余和附加功能。当由于热激活信号接触时，金属丝28在叉58的连接点处施加线性力，所述线性力产生绕枢转轴的力矩。如图所示(见附图5)，应变消除弹簧32可连接在金属丝28和结构18的中间。应当理解的是，也可以使用其它能量存储/耗散元件来代替弹簧36，或作为弹簧36的附加元件，如弹性材料带，或由安全带张紧器(未示出)来产生的安全带回缩力。

在另一实施例中，衬套16可与固定结构18固定连接，但具有可弯曲的、可折叠的、可伸缩的或类似结构，使织带12可移动地连接在固定结构18上。例如，在附图6中，衬套16是由一层或多层具有延展性的(如易弯曲的等)材料60形成，该材料可以是天然或机织纤维、皮革、薄布或鞘套。衬套16包括内部可弯曲构件64，内部可弯曲构件64在纵向上与层60共同延伸，并将衬套16朝收回(见附图6a)和展开状态之一偏压。元件28优选地包括反抗性可弯曲的形状记忆(例如，SMA)杆62，该杆连接在固定结构18上，且配置成实现激活和去激励形状，进而改变衬套16的形状。更特别地，在附图6a中，可弯曲构件64和杆62都处于去激励的正常弯曲状态；在激活后，杆收缩从而变直(见附图6b)，进而使构件64和衬套16变直，织带12回位。可选择地，应当理解的是，外部SMA金属丝28可以与杆62互连，且代替杆62或作为杆62的附加结构使用，用以使其它反抗性可弯曲结构(如可弯曲构件64)有选择地弯曲(如附图6a中虚线所示)。

在汽车应用的一个优选模式中，信号源56(见附图1和1a)可以是车辆66的充电系统，且能操作产生和传递足以激活材料的信号给元件28。应当理解的是，根据使用的具体活性材料，该信号可以为电的，热的，应力相关的，化学的，磁的等等。在所示实施例中，元件28与信号源56通过硬件或无线技术连接。控制器68连接在信号源56和元件28之间，且可编程地配置成选择性地使得元件28暴露于信号。例如，控制器68可以配置成在接收到输入信号后在一段预定时间内(如10秒)激活元件28，其中输入信号可以来自例如启动车辆66。当使用多根金属丝48时，控制器68优选可与每根金属丝都分别相连，以单独控制每根金属丝。这样产生了改变激活力和周期的能力。

更优选地，可操作检测感兴趣的状况的至少一个传感器70通信地连接到控制器68，并配置成在检测到所述状况时发送输入信号至控制器68。更特别地，在检测到所述状况时，或者通过进一步与预定状况阈值比较确定不顺从状况时，控制器68和传感器70共同配置成确定何时安全带应处于拉出状态。当检测到这种发生时，元件28被暴露于信号，直至被激活，从而拉出织带12。可选择地，也可以反过来用来收回安全带，其中激活闩锁释放件来实现选择性展开。

触发状况可以是如下动作：车门72的开启或关闭、乘客座椅22的占用、带扣的扣紧或松开、点火开关74的接通或关闭、将车辆档位76换档止停车档或空档、将档位76从停车档或空档换档、车辆66的停止，车辆66的运动、或以上动作的任何组合(见附图1a)。一旦元件28被激活，优选地，控制器68配置成在一段预定时间(如10s)后切断信号，以便占用者有足够的时间来系紧他/她的安全带。可选择地，应当理解的是，在使用热激活元件28时，通过使元件28隔热来降低冷却速率，可实现回复延迟，从而得到相等的展开周期。

本发明公开的数值范围是包括式的，并可以相互组合(如，数值范围“高达约25wt％或更具体地约5wt％至约20wt％”包括端点值和范围约5wt％至约25wt％之间的所有中间值)。“组合物”包括掺合物、混合物、合金、反应产物等等。此外，短语“第一”、“第二”等等在此并不代表任何顺序，数量或重要性，只是用来相互区分，本文的数字“一个”也并不代表对数量的限制，而是代表所述对象具有至少一个。修饰词“约”在与数字连用时包括所述数值以及依环境而定的含义(如，包括与特定数值测量相关的误差程度)。本文使用的后缀“s”旨在包括其修饰的对象可以是单数或复数，因此包括一个或多个该物品(如着色剂包括一个或多个)。说明书中的“一个实施例”、“另一实施例”“一实施例”等，意味实施例中此特定的内容(如，特征，结构和/或特性)可以应用于此处至少一个的实施例，也可以或者可以不存在于其它实施例中。另外，应当理解的是，所述内容可以以任何合适的方式在不同的实施例中进行组合。

本领域技术人员能够根据本发明公开的内容可想到合适的算法、程序以及传感器输入。本发明已经参考示例性实施例进行描述；本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以作出不同变化且等价物可替换其中部件。另外，为使得本发明的教导适应特定的情况或材料而作出的许多变形均不能认为其偏离本发明的实质范围。因此，本发明的内容不仅限于作为实现本发明最佳方式公开的优选实施例，本发明将包括落在权利要求书范围内的所有实施例。

附图标记

10拉出装置

12安全带织带

14座椅安全带系统

16预拉紧衬套

18结构(如座椅)

20耐久结构(带扣舌片)

22座椅

24接合机构

26致动器

28活性材料元件

30应变消除机构

32应变消除弹簧

34闩锁机构

34a销

34b掣子

36回复弹簧

38可移动的臂

38a近端

38b远端

40滑块

42导轨

44指形物

46弯曲部分

48SMA金属丝/束

50放大机构

52齿轮

54滑轮

56功率源

58叉

60鞘套

62内部可弯曲构件

64SMA杆

66车辆

68控制器

70传感器

72车门

74点火开关

Claims (22)

1.一种自动安全带织带拉出装置，适合用于固定结构和安全带织带，所述拉出装置包括：

接合机构，所述接合机构驱动连接到安全带织带上，且相对于所述固定结构可移动，以便实现展开和收回状态，其中所述织带也相应地实现展开和收回状态；

致动器，所述致动器包括至少一个第一活性材料元件，所述第一活性材料元件可操作当所述第一活性材料元件暴露于激活信号或切断激活信号时使其经受基本性质的可逆的改变以便相应地激活或去激励，并且驱动地连接于接合机构，使得该接合机构由于这种改变而移动至展开状态和收回状态之一；

源，所述源可操作产生信号，从而使得所述第一活性材料元件暴露于信号，

其中，所述致动器进一步包括可操作地连接于第一活性材料元件上的应变消除机构，所述应变消除机构配置成在接合机构的展开被锁定时消除第一活性材料元件内的应变。

2.如权利要求1所述的拉出装置，其中所述接合机构可枢转地连接在所述固定结构上，从而限定旋转轴，致动器可操作产生绕该旋转轴的力矩，且所述接合机构由刚性材料制成，使得所述力矩能使所述接合机构绕旋转轴枢转。

3.如权利要求1所述的拉出装置，其中所述接合机构固定连接在所述固定结构上，所述接合机构包括可弯曲构件并限定自由接合端部，第一活性材料元件驱动地连接至该可弯曲构件，因此，所述第一活性材料元件的激活能导致所述接合机构弯曲，所述端部发生移动，所述织带实现展开状态和收回状态之一。

4.如权利要求1所述的拉出装置，其中所述接合机构为锚接件或搭接预拉紧衬套。

5.如权利要求1所述的拉出装置，其中第一活性材料元件为形状记忆合金弹簧，其在去激励时具有第一弹性常量，在激活时具有比第一弹性常量更大的第二弹性常量。

6.如权利要求1所述的拉出装置，其中所述第一活性材料元件是热激活并且被绝热，这样在激活信号停止后，所述第一活性材料元件在一段预定时间内保持激活。

7.如权利要求1所述的拉出装置，进一步包括：

至少一个齿轮、滑轮、连杆或杠杆，其连接在所述接合机构和所述致动器之间，其中所述改变对所述接合机构施加力，且该力使所述接合机构位移，所述齿轮、滑轮、连杆或杠杆配置成传递或放大所述力或位移。

8.如权利要求1所述的拉出装置，其中所述至少一个第一活性材料元件的几何形状从包括金属丝、弹簧、带、缆线和轧制板的组中选择。

9.如权利要求1所述的拉出装置，其中所述第一活性材料元件由选自包括以下材料的组的活性材料形成：形状记忆合金、电活性聚合物、压电陶瓷、压电聚合物、电致伸缩体、磁致伸缩体。

10.如权利要求1所述的拉出装置，进一步包括：

闩锁，其配置成当所述改变颠倒时可选择地与所述接合机构接合，以便保持接合机构在所述展开状态和收回状态之一。

11.如权利要求10所述的拉出装置，其中所述闩锁从包括电磁闩锁、永磁闩锁、基于磁共振(MR)的闩锁、活性材料致动弹簧销闩锁的组中选择。

12.如权利要求1所述的拉出装置，进一步包括：

至少一个传感器，其配置成检测车辆状况，并与致动器和源通讯连接，所述传感器和源共同配置成仅当检测到所述状况时才产生信号。

13.如权利要求12所述的拉出装置，其中传感器可操作检测的状况是座椅的占用、开门、关门、点火、熄火、车辆档位处于停车档或空档、车辆档位不处于停车档或空档、车辆静止、车辆运动、安全带扣紧或松开事件、或上述的任何组合。

14.如权利要求1所述的拉出装置，其中所述接合机构包括：

可移动的臂，所述臂限定远端，驱动连接在所述第一活性材料元件上，且在远端具有多个指形物，其中所述指形物配置成在臂移动时夹持织带，以使其实现展开状态和收回状态之一。

15.如权利要求14所述的拉出装置，其中所述接合机构包括：

固定连接在所述固定结构上的导轨；

能沿导轨移动的滑块，滑块连接在臂上，当所述滑块移动时，使臂和指形物移动；

所述第一活性材料元件驱动连接在滑块上，以便所述改变能使滑块沿着导轨移动，并使指形物实现所述展开状态和收回状态之一。

16.如权利要求14所述的拉出装置，其中指形物能在打开和夹紧状态间切换，至少一个指形物驱动连接到第二活性材料元件，当所述第二活性材料元件暴露于激活信号或切断激活信号时，所述第二活性材料元件可操作经受基本性质的可逆的第二改变，所述第二改变使得指形物切换至打开和夹紧状态之一。

17.如权利要求16所述的拉出装置，其中第一和第二指形物可枢转地连接至拉出装置的臂上，由于所述第二改变，使所述第一和第二指形物向内旋转并协作地实现夹紧状态。

18.如权利要求16所述的拉出装置，其中指形物驱动连接于回复单元，所述回复单元在所述第二改变颠倒时，对第二活性材料元件产生反作用并使指形物切换到打开和夹紧状态中的另一个状态。

19.如权利要求16所述的拉出装置，其中第一和第二活性材料元件整体形成，以便单个活性材料元件可操作移动指形物并移动臂。

20.如权利要求1所述的拉出装置，进一步包括：

回复单元，其驱动连接在接合机构上并对致动器产生反作用，所述回复单元在所述改变颠倒时对接合机构施加偏压力，所述偏压力可操作使得所述接合机构移动到展开状态和收回状态中的另一个状态。

21.如权利要求20所述的拉出装置，其中回复单元从包括织带的预拉紧、弹簧和弯曲构件的组中选择。

22.一种可选择地拉出安全带织带以便于应用安全带系统的方法，所述方法包括：

a.将可移动的接合机构相对于织带固定，这样所述接合机构可操作使织带实现展开和收回状态；

b.检测状况；

c.在一段预定时间内激活活性材料元件，使得活性材料元件的基本性质发生可逆的改变；

d.由于活性材料元件激活，移动接合机构并使织带实现展开状态；

e.在接合机构的展开被锁定时，消除活性材料元件内的应变；以及

f.在展开状态下拉出织带，以便占用者更便利地接近和操作。

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