CN102066162B - 采用活性材料致动的安全带卷收器 - Google Patents

Abstract

一种座椅安全带卷收器，使用活性材料激活来选择性地改变座椅安全带中的张力。

Description

采用活性材料致动的安全带卷收器

技术领域

本发明总体上涉及座椅安全带卷收装置，且更具体地涉及具有张紧机构的座椅安全带卷收器，所述张紧机构使用活性材料致动来改变安全带中的张力。

背景技术

座椅安全带和座椅安全带卷收机构是本领域已知的，尤其是关于机动车应用。这些机构通常依赖于机械、机电或气动器件来在作为约束应用时存储能量和张紧安全带。然而，令人担心的是，这些机构通常在安全带内提供恒定的张力幅值，而与当前事件或设计偏好无关。

例如，在碰撞事件期间，常规卷收器导致峰值力传输给乘员。在这方面，图1示出了可能施加在系戴配备有标准卷收器的座椅安全带的乘员上的力的示例性负载对比放出(即，分配安全带织带的速率)曲线图。因而，已经开发负载限制卷收器来限制可实现的峰值力。然而，令人担心的是，这些卷收器也出现本领域的各种问题。例如，如图2所示，一旦触发，常规负载限制装置产生恒定的受限负载，通常采用复杂机电致动器，从而遭受增加的操作能量消耗和修理/维护成本。

发明内容

本发明通过提出使用活性材料致动来改变约束安全带中的张力的座椅安全带卷收器来解决这些问题。本发明的卷收器用于提供有利地在发生预定条件或事件时调节安全带中的张力的手段。例如，本发明用于在碰撞事件期间释放安全带中的张力，从而调节在该事件期间可能施加到乘员上的力。此外，优选卷收器能够基于乘员的人体测定参数和碰撞性质(G-水平)来改变安全带内的力水平或张力。除了限制峰值力水平之外，本发明还用于定制力以实现枝节(digressive)负载限制。

因而，本发明的第一方面通常公开适合用于座椅安全带的座椅安全带卷收器，所述座椅安全带呈现第一张力负载。所述卷收器包括张紧机构，所述张紧机构被联接到安全带且包括活性材料元件，所述活性材料元件配置成在被激活和/或去激活时将安全带中的张力选择性地调节为第二张力负载。除了其它之外，诸如形状记忆合金、压电材料、磁流变聚合物、电活性聚合物、磁致收缩材料、电致收缩材料等的活性材料适合于本文使用。使用活性材料致动器取代机械致动器(例如，螺线管、伺服马达等)最小化复杂性和所需包装空间，且减少操作期间的重量和噪音(声音且相对于电磁场(EMF)输出)。

本发明通过参考本发明的各个特征的以下详细说明和本文包括的示例更容易理解。

附图说明

本发明的优选实施例在下文参考示例性比例的附图详细描述，在附图中：

图1是示出常规无限制卷收器的负载对比放出的线图；

图2是示出常规负载限制卷收器的负载对比放出的线图；

图3是根据本发明优选实施例的机动车座椅的透视图，包括具有织带和活性负载限制卷收器的座椅安全带；

图3a是示出根据本发明优选实施例的枝节负载限制卷收器的负载对比放出的线图；

图4是根据本发明优选实施例的座椅安全带和包括第一和第二同心管的卷收器的正视图；

图4a是图4所示的卷收器的截面图，具体地示出了接合销和SMA线致动器；

图5是根据本发明优选实施例的座椅安全带和包括形状记忆合金扭杆的卷收器的正视图；

图5a是根据本发明优选实施例的具有非活性芯和径向外部SMA部段的扭杆的截面图；

图5b是根据本发明优选实施例的具有替代SMA和非活性盘部段的扭杆的截面图；

图6是根据本发明优选实施例的包括内管和多个活性材料接合项圈的卷收器的正视图；

图6a是图6所示的卷收器的截面图，具体地示出了项圈和包围项圈的形状记忆线；

图7是根据本发明优选实施例的包括内管和外管以及用于选择性地接合所述管的多个膨胀离合器/制动器的扭杆的正视图；

图7a是根据本发明优选实施例的图7的替代扭杆的正视图，还示出了第三管，其中，项圈用于选择性地分离将两个外部管互相接合的齿轮传动装置；

图8是根据本发明优选实施例的包括由多个间隔弹簧隔开的多个盘部段和将所述部段和弹簧互连和压缩的形状记忆线的扭杆的正视图；

图9是根据本发明优选实施例的包括限定径向活性材料齿的内部轴和限定与所述齿互相啮合的内齿轮的外部管的扭杆的截面图；

图10是根据本发明优选实施例的安全带织带和包括第一和第二部分以及将所述部分的多个形状记忆线的卷收器的正视图，所述第一和第二部分具有从相对表面延伸的多个突起；

图10a是图10所示的织带和卷收器的正视图，其中，所述线被激活从而使得突起向内移动并接合织带；

图11是根据本发明优选实施例的座椅安全带织带、线轴和卷收器的正视图，卷收器包括枢转地联接到链轮且输送织带的框架、与框架和轮互连的扭簧、以及具有活性材料释放件的闩锁机构；

图12是根据本发明优选实施例的卷收器的截面图，卷收器包括连接到缆线的内部轴、与所述轴同心且限定径向凹槽的可变形外部管、以及可操作使管和凹槽变形的活性材料元件，缆线接收在凹槽中；

图13是根据本发明优选实施例的活性材料凸缘的正视图，限定砂漏槽和联接到织带的螺栓；

图14是根据本发明优选实施例的安全带织带和卷收器的正视图，卷收器包括容纳在腔内的活塞、流体地联接到腔的限流孔、和侵占所述限流孔的磁流变限制器，所述腔填充有流体；和

图15是根据本发明优选实施例的扭杆的截面图，扭矩包括内部轴、外部管、将轴和管相互接合的多个球形物、以及活性材料致动器，所述活性材料致动器包括形状记忆线和配置成引起轴和管之间的相对移动的复位弹簧。

具体实施方式

本发明涉及适合用于处于第一张力负载下的构件12(如，安全带、链、皮带、缆线等)的卷收器10。本发明在本文参考车辆座椅安全带12描述和示出，例如图3所示的肩部卷收器；然而，在其它负载限制装置中使用卷收器10也在本发明的范围内，例如关于飞机座椅安全带、货物运输、起重机等。

卷收器10包括张紧机构(即，张紧器)11，其驱动地联接到安全带12且包括配置成调节安全带12经历的张力负载的活性材料元件14。因而，本发明允许安全带12选择性地(例如，根据需要或自动地)呈现第二张力负载，同时保持其作为约束的功能。应当理解的是，在第二张力负载小于第一张力负载时，安全带12可以被致使在乘员(未示出)或货物的负载下有利地“让步”。更具体地，本发明的卷收器10可操作以枝节负载限制的方式定制负载(图3a)。

I.活性材料的描述和功能

本文使用的术语“活性材料”总体上指的是在施加或去除激活信号时展现基本属性的可逆变化的材料，如尺寸、形状、取向、剪切力或弯曲模量。适用于本发明使用的活性材料包括但不限于：形状记忆合金(SMA)、铁磁形状记忆合金、电活性聚合物(EAP)、压电材料、磁流变弹性体、电流变弹性体等。

取决于具体的活性材料，激活信号可以采用(但不限于)电流、电场(电压)、温度变化、磁场、机械负载或应力等的形式。例如，可施加磁场，以改变由磁致收缩材料制成的活性材料的属性。可施加热信号以改变热激活的活性材料的属性，如SMA。可施加电信号，以改变由电活性材料、压电材料和/或离聚物金属复合材料制成的活性材料的属性。

期望地，活性材料属性的变化在施加激活信号时段内保持。在一个实施例中，在断开激活信号时，活性材料的属性通常恢复至无动力形式且大致恢复其初始属性。如本文使用的，术语“复位机构”总体上指的是能够提供与活性材料提供的力相反的力的任何部件，包括但不限于弹簧、弹性体、附加活性材料等。

本发明可包括在围绕其周边的多个点处的多个基于活性材料的致动器。多个致动器可提供增加的稳定性、增加的抗扭刚度等。活性材料的细分和/或组合可以提供附加的期望装置益处，例如改进包装尺寸、降低重量、增加设计缩放性、更大的角位移或扭矩、数字或阶梯状致动、堆叠或交错的致动以改进可控分辨率、主动复位弹簧、或者经由对抗线配置的不同致动。活性材料细分可配置成串联或并联地电连接或机械连接，且以伸缩、堆叠或交错的配置机械连接。电气配置可以在操作期间通过软件定时、电路定时和外部或致动引发的电接触来改变。

SMA以多个不同的与温度相关的相存在。这些相中最常用到的就是所谓的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时，其开始改变成奥氏体相。这种现象开始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，这种现象开始时的温度称为马氏体起始温度(M_S)。奥氏体完成转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，SMA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/或更刚硬。关于前述属性，形状记忆合金的膨胀优选处于或低于奥氏体转换温度(处于或低于A_S)。随后加热高于奥氏体转换温度使得膨胀的形状记忆材料合金往回逆变至其永久形状。因而，用于SMA的合适的激活输入是热激活信号，所述热激活信号具有的幅值引起马氏体相和奥氏体相之间的转变。

SMA被加热时会记忆其高温形式的温度可以通过合金成分的细微改变和通过热处理进行调整。例如，在镍钛形状记忆合金中，上述温度可以从高于约100℃变至低于约-100℃。形状恢复过程只在仅仅几度的范围内发生，根据期望应用以及合金的成分，可以将此转变过程的开始或结束控制在1度或2度之内。在跨过形状记忆合金发生转变的温度范围内，其机械属性会发生巨大的变化，通常提供形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼容量。

示例性的形状记忆合金材料包括，但并不限于，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、铁钯基合金等。这些合金可以是二元的、三元的或任何更高元的，只要合金成分展现形状记忆效应即可，例如形状取向的变化、屈服强度的变化、弯曲模量属性、阻尼容量、超弹性等。合适的形状记忆合金成分的选择取决于部件操作的温度范围。

铁磁形状记忆合金(FSMA)是SMA的子类。FSMA可以跟常规的SMA材料一样，具有应力或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，其允许外部磁场影响场对齐的马氏体变体的取向/比例。当磁场移除后，材料可能会出现完全双向、部分双向或单向形状记忆。对于部分或单向形状记忆，外部激励、温度、磁场或应力可允许材料恢复初始状态。完全双向形状记忆可用于在供应连续功率时进行比例控制。对于闩锁类型应用来说，单向形状记忆效应是最有用的，其中，延迟的回复激励允许闩锁功能。在汽车应用中，外部磁场一般通过软磁芯电磁体产生，但是为了快速响应也可利用一对亥姆霍兹线圈。

示例性铁磁形状记忆合金是镍锰镓基合金、铁铂基合金、铁钯基合金、钴镍铝基合金、钴镍镓基合金。类似于SMA，这些合金可以是二元的、三元的或任何更高元的，只要合金成分展现形状记忆效应即可，例如形状、取向、屈服强度、弯曲模量属性、阻尼容量、超弹性和/或类似属性的变化。合适的形状记忆合金成分的选择部分地取决于预期应用的温度范围和响应类型。

FSMA通常是由Ni-Mn-Ga构成的合金，由于磁场引起的应变而改变形状。FSMA具有带有不同磁性和晶体取向的内在变体。在磁场中，这些变体的一部分变化，导致材料的总体形状变化。FSMA致动器通常需要FSMA材料放置在电磁体线圈之间。经过线圈的电流通过FSMA材料感应磁场，从而引起形状的变化。

电活性聚合物包括展现出响应于电或机械场的压电、热电或电致伸缩属性的聚合物材料。示例为具有压电聚(偏氟乙烯三氟)共聚物的电致伸缩接枝弹性体。该组合物能够产生各种数量的铁电-电致伸缩分子复合系统。这些可以操作为压电传感器或甚至电致伸缩致动器。

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(或其组合)，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示例性材料包括硅化弹性体、腈纶弹性体、聚氨酯、热塑性弹性体、包含PVDF的共聚物、压敏粘接剂、氟化弹性体、包含硅和丙烯酸基的聚合物等。例如，包含硅和丙烯酸基的聚合物可包括包含硅和丙烯酸基的共聚物、包含硅化弹性体和丙烯酸基弹性体的共混聚合物。

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(例如，对于大或小的变形)，高的介电常数等。在一个实施例中，选择聚合物使得其具有约100MPa的最大弹性模量。在另一实施例中，选择聚合物使得其最大激活压力在约0.05MPa至约10MPa之间，或优选地在约0.3MPa至约3MPa之间。在另一实施例中，选择聚合物使得其介电常数在约2至约20之间，或优选地在约2.5至约12之间。本发明并不旨在限于这些范围。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文给出的范围更高的介电常数的材料。在许多情况下，电活性聚合物能以薄膜的形式进行制作和实施。适合于这些薄膜的厚度可低于50微米。

由于电活性聚合物在高应变下会偏转，在不损害其机械或电性能的前提下，附连在聚合物上的电极也应当偏转。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合适的电压或从电活性聚合物接收合适的电压即可。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是顺从性的并与聚合物的变化形状相符。相应地，本发明可包括与所附连的电活性聚合物的形状相符的柔顺电极。电极可能仅应用于电活性聚合物的一部分，并根据其几何形状限定活性区域。适合于本发明的各种类型的电极包括：包含金属迹线和电荷分配层的结构化电极；包含变化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；高纵横比的导电材料(如碳纤维和碳纳米管)；以及离子传导材料的混合物。

用于本发明的电极材料可以变化。适合用于电极的材料可包括：石墨、碳黑、胶态悬浮体、薄金属(包括金和银)、填银和填碳的胶体和聚合物、离子传导或电子传导聚合物。可以理解，某些电极材料可能适用于特定聚合物，但对其它聚合物可能不适用。例如，碳纤维适用于丙烯酸基弹性体聚合物，但对硅聚物并不适用。

合适的压电材料包括但不旨在限于：无机化合物、有机化合物和金属。关于有机材料，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矩基团的聚合材料，都可以用作压电膜的合适候选。例如，示例性聚合物包括但不限于，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；多聚羧酸(polycarboxylicacid)，包括聚(异丁烯酸)以及它们的衍生物；聚脲及其衍生物；聚氨酯及其衍生物；生物分子，如聚左旋乳酸及其衍生物，以及膜蛋白，以及生物分子磷酸酯，如phosphodilipids；聚苯胺及其衍生物，以及四胺的所有衍生物；聚酰胺，包括芳香族聚酰胺和聚酰亚胺，包括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)均聚物及其衍生物以及随机PVP-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矩基团的芳香族聚合物；及其混合物。

压电材料也可以包括选自由以下材料构成的组的金属：铅、锑、锰、钽、锆、铌、镧、铂、钯、镍、钨、铝、锶、钛、钡、钙、铬、银、铁、硅、铜、包含上述金属中至少一种的合金、以及包含上述金属中至少一种的氧化物。合适的金属氧化物包括SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SrTiO₃、PbTiO₃、BaTiO₃、FeO₃、Fe₃O₄、ZnO及其混合物；VIA族和IIB族化合物，如CdSe、CdS、GaAs、AgCaSe₂、ZnSe、GaP、InP、ZnS、及其混合物。优选地，压电材料选自包括以下材料的组：聚偏二氟乙烯、锆钛酸铅、钛酸钡及其混合物。

合适的MR弹性体材料包括但不旨在限于含有铁磁或顺磁颗粒悬浮物的弹性聚合物基体，其中，颗粒如上所述。合适的聚合物基体包括但不限于聚a烯烃、天然橡胶、硅酮、聚丁二烯、聚乙烯、聚异戊二烯等。磁致收缩是常见的活性材料，而磁致收缩效应的相对幅值在各种集总到该类中的材料内范围巨大，例如，展现巨大磁致收缩效应的“Terfinol”(SP)和展现“大”磁致收缩效应的“Galfenol”(Sp)。

II.示例性活性卷收器及使用方法

卷收器10的各个实施例在图3-16中示例性地示出且在下文描述，要理解的是，可以采用其它等价配置和活性材料，而不偏离本发明的范围。

在图4和4a中，安全带12的第一端锚定到附连圆柱体16且围绕附连圆柱体16缠绕，附连圆柱体16操作性地连接到可重构扭杆18。扭杆包括两个同心且隔开的圆柱形管20、22。同心管20、22使用至少一个销24选择性地联接，使得杆18的有效刚度在互相联接时是两个同心管20、22的组合抗扭刚度，且在分离时仅仅是外部管22的刚度。销24由至少一个且更优选地多个冗余SMA线14驱动，其中，术语“线”以非限制性的涵义使用，且包括其它类似几何形状，例如编织物、缆线、织物、束等，且操作性地连接在销和内部管之间。

替代地，扭杆18的至少一部分18a可以由超弹性SMA制成，例如图5-5b所示。在该配置中，杆18可以呈现SMA的实心体或者不同地由SMA的分开部分和至少一种其它材料(例如，刚性金属等)构成的复合结构。例如，如图5a所示，杆18由弹性钢的实芯26以及外部超弹性SMA纵向层18构成，从而形成芯26的上覆层。图5b示出了另一个示例，其中，多个弹性钢盘部段28由截面全等的SMA盘部段18b隔开。部段18b、28彼此永久性地粘结或以其它方式相对固定，从而在不滑移的情况下将预期扭力传递通过杆18的长度。最后，应当理解的是，在示例性实施例中，棘齿29可以设置在杆18(或复合圆柱体)的远端。从而允许在第一方向的负载限制且在另一方向呈现保持。

在碰撞或其它状况/事件期间，SMA的超弹性属性用于实现在应变增加时安全带12中的张力减少。即，杆18中经受的应变用于将SMA过渡回到马氏体相，从而减少杆18的抗拉力。最后，在该配置中，应当理解的是，部分18a也可以由形状记忆聚合物、磁流变(MR)和电流变(ER)流体(可控剪切强度)、以及MR弹性体(可控刚度变化，一个示例是同心凸角形配置)构成。

在图6所示的实施例中，分段中空扭转圆柱体30取代杆18。多个开口项圈32包围中空扭转圆柱体30。每个项圈32具有围绕其缠绕的至少一个形状记忆(例如，SMA)线14且配置成使得在项圈32和圆柱体30之间的接触力可通过控制SMA线14的长度和张力来控制。因而，圆柱体30的有效抗扭刚度被控制，且调节中空圆柱体30将皱折的扭矩水平。

在图7所示的实施例中，附连圆柱体16操作性地连接到复合扭转圆柱体34的一端，复合扭转圆柱体34包括内部和外部(例如，第一和第二)同心圆柱形构件36、38。构件36、38在一端连接到固定结构40，且仅仅内部圆柱形构件(例如，轴)36在另一端连接到附连圆柱体16。活性材料致动的膨胀离合器/制动器(例如，基于DEA的、SMA调节的波形弹簧等)42设置在两个同心圆柱形构件36、38之间，使得圆柱体34的有效长度和抗扭刚度可以通过控制它们之间的摩擦力来调节。

在碰撞事件期间，例如，该能力可以用于调节安全带12中的张力，以实现枝节负载限制卷收器10。多个SMA线14(或PZT复合物等)可以使用，具有可以致动不同数量的线14的能力，以拉离不同数量的摩擦/制动垫、或棘齿。如图7a所示，通过增加第三圆柱形构件44，可以实现附加灵活性，第三圆柱形构件44与前两个构件36、38同心且在构件36、38外部。第三构件44通过传输装置39选择性地联接到第二构件38，传输装置39如所示的齿轮/链轮联接装置(主动驱动)。在所示实施例中，第三构件44通过至少一个活性材料项圈30选择性地释放，项圈30包围第二构件38且可通过如前文所述的激励使得径向收缩，从而将第二圆柱形构件38向内挤压。

在图8所示的实施例中，扭转圆柱体46包括由至少一个可压缩元件(例如，间隔弹簧)50隔开的多个盘部段48。部段48和弹簧50通过活性材料元件14(如所示的SMA线)固定地紧固和压缩。线14反抗间隔弹簧50工作，使得扭转圆柱体46的有效刚度从而能通过相对于弹簧50的组合力控制线14的张力而控制。这允许安全带12中的张力被选择性地调节。

在图9中，示出了包括内部和外部同心圆柱形构件54、56的复合扭转圆柱体52的另一个示例。在此，构件54、56中的一个在一端连接到固定结构40，且另一个连接到圆柱形构件16。两个同心圆柱形构件54、56通过内部传输装置58互相接合，内部传输装置58配置成将扭矩从一个构件可变地传输给另一个。传输装置的至少一部分由超弹性SMA材料形成，使得在高扭力下，将使得传输装置由于应力引发的奥氏体-马氏体转变而滑移。

例如，更具体地如图9所示，传输装置58可以是具有多个正常奥氏体SMA齿轮齿的齿轮传动件，所述齿轮齿固定地附连到内部构件(例如，轴)54。外部圆柱形构件56具有与所述齿互相啮合的内齿。应当理解的是，该效应将限制扭转圆柱体52的峰值扭矩且因而限制在动态事件期间安全带12中的张力。替代地，应当理解的是，如果设置热装置，也可以使用形状记忆聚合物和正常马氏体的形状记忆合金。

此外，齿轮传输装置58可以由MR弹性体形成，其中，轴54或管56优选为固定的，从而它们之间的相对旋转仅通过MR弹性体材料的变形允许。圆柱体52保持的扭矩取决于MR弹性体材料的刚度，且更具体地取决于由此施加的运动阻力。该刚度或阻力通过引起和/或改变暴露于MR弹性体的磁场来控制，继而控制安全带12中的张力。

图10-10a示出了另一个示例，其中枝节负载限制通过使得织带12a穿过可调节迷宫60实现。迷宫60由协作限定间隙的第一和第二相对表面62a、62b形成。表面62a、62b具有从其延伸的多个间歇性圆柱形(或其它形式)突起64，突起64在间隙内向内突出。突起64可以对齐从而夹持织带12a，或者不对齐从而互相啮合(图10-10a)。安全带的织带12a优选设置在从表面62a、62b等距的间隙中。

表面62a、62b和/或突起64通过至少一个活性材料元件14驱动地联接，活性材料元件14可操作一致地或独立地移动突起64，从而接合织带12a。突起64(单独)或表面62a、62b可移动。更具体地，当使得向内移动时，突起64在织带12a(图10a)上增加地施加保持力，从而去除其中的松弛并增加张力。如图10-10a所示，元件14可具有与表面62a、62b正交地互连的SMA线环。

在图11中，安全带12通过矩形框架66输送，框架66连接到扭簧68的一端且旋转地联接到(例如，链轮、摩擦轮等)轮70。弹簧68在相对端锚定到轮70。闩锁机构72定位且配置成选择性地接合轮70，从而防止其旋转，且包括活性材料释放元件14。如图11所示，机构72可包括朝延伸位置弹簧偏压的销74和将销74和固定结构40互连的SMA线14。

在被激活时，线14克服偏压力且使得销74与轮70分离。当轮70未被闩锁时，扭簧68自由地旋转且并不存储能量。当轮70通过元件14的作用闩锁到固定结构40且通过向前拉安全带12而使得框架66旋转时，扭簧68从织带12a吸收能量，从而改变安全带12中的张力。最后，应当理解的是，负载和织带拉出之间的关系可通过改变矩形框架66的宽度调整。

替代地，应当理解的是，扭转能量的存储可以从源于线轴76(图11)的轴实现，从而拉出和延伸安全带12使得线轴76经受可操作存储更多能量的多转，其中，收回的安全带12围绕线轴76缠绕。在另一个替代方案中，应当理解的是，SMA致动的棘齿机构(未示出)可取代轮70和销74。在此，SMA可用于转动棘齿以旋转框架66并改变织带路径，以实现拉出或“卷收”织带。

在图12中，示出了另一个示例，其中扭杆78位于固定圆柱体80内，固定圆柱体80的截面限定圆形凹槽80a。缆线82在一端附连到扭杆78且螺纹地穿过凹槽80a。圆柱体80和缆线82协作地配置成使得它们之间的摩擦抵抗扭杆78引起的旋转。因而，缆线82优选具有促进摩擦的螺旋形配置和/或外部处理/护套(未示出)。圆柱体80是可变形的，且与活性材料元件14互相接合，活性材料元件14可操作使得凹槽80a塌陷和/或以其它方式变形，从而调节凹槽80a和缆线82之间的摩擦阻力。因而，在动态事件期间，由扭杆78传输的扭矩可以通过改变移动缆线82的阻力而调节，从而实现枝节负载限制。

替代地，缆线82可以由SMA形成，从而缆线82的刚度和因而拉过力可以通过激活SMA来改变；或者相反地，在SMA是正常奥氏体时，应当理解的是，从应力引发的转变为马氏体相将发生负载限制，考虑与其相关的超弹性和滞后。

图13示出了使用超弹性SMA凸缘84的设置，凸缘84限定砂漏槽86，砂漏槽86具有由更窄宽度通道90互连的远端正常宽度部分88。凸缘84优选紧固到固定结构40。安全带12固定地联接到螺栓92，螺栓92具有比正常宽度小但是比窄宽度大的直径，从而接收在一个部分88中。螺栓92和安全带12协作地配置，使得在正常操作状况时螺栓92由凸缘84接收。卷收器10以其它方式配置，从而织带12a中的张力使得螺栓92试图沿槽86的纵向轴线移动。窄通道90提供螺栓92移动的初始阻力，直到实现足够的应力，使得相邻材料转变为马氏体状态。在该状态，施加的张力使得安全带92被强制通过较软通道90，从而限制张力。

应当理解的是，织带12a中的张力根据螺栓92遇到的阻力而变，阻力继而取决于槽86的几何形状和SMA凸缘84的超弹性属性。更具体地，第二或下游部分88可以比正常宽度稍微更小，一旦螺栓92完成通道90，就提供对螺栓移动的低-中等阻力。因而，在动态情况下自主地实现枝节负载限制。

在图14所示的另一个实施例中，安全带12操作性地连接到设置在腔96中的活塞94，腔96填充有流体(例如，空气、液压流体等)98。流体98通过再循环管道100从活塞94的一侧再循环到另一侧。流率通过使用MR限制器组件104由管道100限定的限流孔/阀102控制。如图14所示，限制器组件104还包括可移动的楔块106，从而可变地侵占限流孔102，藉此阻塞流体流。楔块106通过压缩弹簧108朝延伸位置偏压，其中，侵占和阻塞最大化。前和后O形环密封件110、112在移动期间接合楔块，且与管道100协作形成受限空间。MR流体114设置在该空间内，从而摩擦地接合楔块106。最后，电流变线圈116环绕所述空间且可操作产生磁性激活信号，使得流体114的粘度和剪切强度增加。这导致沿楔块106的摩擦增加，且对楔块移动、流体流和因而活塞移动更大的阻力。

因而，限流孔尺寸通过改变施加在MR流体114上的磁场而控制。安全带12中的张力根据活塞94运动的阻力而定。替代地，应当理解的是，腔96也可以填充有MR流体。在此，对活塞运动的阻力可类似地通过用磁场改变MR流体的屈服应力来控制。

在又一个示例中，安全带12可以附连到扭杆118且围绕扭杆118缠绕，扭杆118包括内部轴120和与轴120(图15)同心地对齐的外部管122。优选由处于正常超弹性或奥氏体状态的SMA形成的多个球形物124设置在轴120和管122之间。优选球形物124附连到内部轴120且优选轴向地骑在由外部管122限定的凹槽(未示出)内。当使得轴120或管122旋转时，扭矩在内部轴120和外部管122之间通过球形物124传递。

例如，在图15中，内部轴120是旋转固定的且附连到活性材料元件14(例如，SMA线)。元件14可操作使得内部轴120相对于外部管122轴向移动。复位弹簧126附连到轴120的相对端且将轴120朝正常位置偏压，其中，轴120完全凹入。当内部轴120和外部管122之间的重叠增加/减少时，更多或更少的球形物124被接合，使得扭杆118的有效刚度增加/减少。因而，扭杆118中的扭矩和从而安全带12中的张力通过激活和去激活元件14从而引起轴120和管122之间的相对移动来控制。

最后，如图3进一步所示，本发明的优选实施例包括可操作检测某一状况或事件(例如，动态或碰撞事件)的至少一个传感器130。传感器130通信地联接到元件14且配置成在检测到时致使其激活。更具体地，控制器132在元件14、传感器130和信号源(例如，车辆充电系统)134之间通信地联接。控制器132可操作仅在检测到所述状况或事件时使得元件14暴露于激活信号或者被遮挡激活信号。例如，控制器132和传感器130可以协作地配置成确定乘员的人体测定参数和/或位置、预碰撞状况或碰撞事件。关于后者，控制器132和传感器130还可以配置成进一步检测碰撞特性，例如，车辆接近速度、车辆碰撞脉冲和碰撞物体的类型，且相应地定制响应。

该书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，且也使得本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求限定，且可以包括本领域技术人员可以想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的文字语言并无不同的结构元件或者如果它们包括与权利要求的文字语言并无实质差别的等价结构元件，那么它们旨在处于权利要求的范围内。

同样，如本文使用的，措词“第一”、“第二”等并不表示任何顺序或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件进行区分，措词“该”、“一”并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用项。此外，涉及相同数量的给定部件或测量值的所有范围包括端点且可以独立地组合。

Claims (6)

1.一种适合用于座椅安全带的座椅安全带卷收器，所述座椅安全带具有第一张力负载，所述卷收器包括：

张紧机构，所述张紧机构被联接到安全带且包括活性材料元件，所述活性材料元件能操作在暴露于激活信号或者被遮挡激活信号时经受基本属性的可逆变化，

所述机构配置成由于所述变化而将安全带中的张力选择性地调节为第二张力负载，

所述机构包括具有相应抗扭强度的同心内部和外部管，外部管具有包括径向内齿的内齿轮，所述元件具有固定地紧固到内部管的多个外齿轮齿，所述内齿和外齿互相啮合。

2.根据权利要求1所述的卷收器，其中，所述机构还配置成逐渐调节张力，从而具有渐进负载限制。

3.根据权利要求1所述的卷收器，还包括：

通信地联接到所述机构的控制器；和

至少一个传感器，所述至少一个传感器通信地联接到所述控制器且能操作检测某一状况或事件，

所述控制器和传感器协作地配置成在检测到所述事件时使得所述元件暴露于信号或者被遮挡信号。

4.根据权利要求3所述的卷收器，其中，所述至少一个传感器能操作确定乘员的人体测定参数和位置。

5.根据权利要求3所述的卷收器，其中，所述至少一个传感器包括预碰撞传感器或碰撞传感器。

6.根据权利要求5所述的卷收器，其中，所述至少一个传感器能操作确定碰撞特性，所述碰撞特性选自主要包括接近速度、车辆碰撞脉冲和碰撞物体类型的组。

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