CN102139678A - 具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统 - Google Patents

Abstract

具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，属于汽车主被动安全技术领域。为了在驾驶人疲劳驾驶、违规操作等不良驾驶行为的情况下对驾驶人进行提醒，减少或避免交通事故的发生，本发明采用机电结合的方法，设计了一种集可逆预警、电动预紧、限力保护等三项功能于一体的汽车座椅安全带系统。该可逆预警安全带系统主要包括安全带织带、安全带卷轴、驱动电机、离心离合装置、带传动装置、限力扭杆和电机控制电路。当汽车正常驾驶时，该可逆预警安全带系统与传统被动安全带功能相同。当驾驶人出现不良驾驶行为时，该可逆预警安全带系统接收预警监测系统提供的信号，驱动电机动作，通过张紧的安全带织带作用在驾驶人身上的张紧力对驾驶人进行提醒。

Description

具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统

技术领域

本发明涉及一种汽车座椅安全带系统，尤其涉及一种具有预警监测功能的汽车座椅安全带系统，属于汽车驾驶安全技术领域。

背景技术

国内外多项研究表明，驾驶人的疲劳驾驶、注意力分散等异常驾驶状态，以及跟车过近、违规操作等不良驾驶行为是导致交通事故的主要原因，占到事故总数的70％以上。通过对驾驶人的状态与行为进行监测并及时向驾驶人提醒，可有效地改善驾驶人的交通行为，大幅度减少交通事故的发生。预警监测系统发出危险信号后，预警执行系统可以通过多种方案对驾驶人给予提醒。其中，通过张紧的安全带对驾驶人提醒不仅起到警示作用，还起到碰撞发生前对驾驶人预紧的作用，增强了汽车的被动安全性。

传统的汽车座椅安全带都属于汽车被动安全领域，当碰撞发生后，安全带织带限制驾驶人由于惯性作用产生的前倾，从而保护驾驶人的生命安全。目前，市场上具有火药预紧器的汽车座椅安全带也是从汽车被动安全领域考虑，当碰撞发生后快速张紧安全带织带，起到减少碰撞对驾驶人造成伤害的作用。但是，这种火药预紧器不具有可逆性，使用一次后需要更换。以上汽车座椅安全带都是在碰撞发生后起到保护作用，降低事故造成的损失，不能起到预警从而避免或减少交通事故的发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，该安全带系统从汽车主动安全技术出发，在交通事故发生前通过预警监测系统提供的信号，控制安全带织带卷收实现对驾驶人不良驾驶行为的提醒，起到对驾驶人预警和预紧的作用，从而避免或减少交通事故的发生和事故发生后对驾驶人造成的伤害；且当碰撞发生后，该系统具有限力保护功能。

本发明的技术方案如下：

本发明为一种有可逆预具警功能的汽车座椅安全带系统，该系统含有驱动装置、带传动装置、回复卷簧装置、限力装置和锁止装置，其特征在于：该系统还包括离心离合装置以及控制模块；所述的驱动装置包括带有减速器的驱动电机和电机连接轮；所述的离心离合装置包括带单齿的离心块、带单齿的右离心块、左连接弹簧、右连接弹簧以及主动带轮，带单齿的左离心块和带单齿的右离心块分别通过转动副和电机连接轮连接；左连接弹簧的一端与电机连接轮相连，另一端与带单齿的左离心块相连；右连接弹簧的一端与电机连接轮相连，另一端与带单齿的右离心块相连；所述的主动带轮内孔沿轴线分为两段，其中一段带有内齿，用于在工作状态下与带单齿的左离心块和带单齿右离心块啮合；所述的带传动装置包括传动带和从动带轮，所述的传动带分别与从动带轮和主动带轮的外齿相啮合，从动带轮通过花键轴分别与回复卷簧装置和限力装置中的限力扭杆相连；所述的控制模块包括含有控制程序的单片机、电机驱动模块、采样反馈模块以及电源，所述的含有控制程序的单片机通过串口接口与车载ECU进行通讯，接收预警或预紧信号后运行内部程序，所述的采样反馈模块采集驱动电机的电流信号，反馈给单片机进行PI控制，所述的电机驱动模块根据单片机输出的PWM波控制驱动电机，驱动电机带动电机连接轮使离心离合装置的带单齿的左离心块和带单齿的右离心块分别与主动带轮的内齿啮合或脱开，使安全带拉紧或放松。

本发明所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，其特征在于：所述的电机连接轮由实心圆盘和分别与圆盘两端面相连的同轴粗轴和细轴组成，实心圆盘、粗轴和细轴三者同轴，粗轴与驱动电机输出轴相连接，实心圆盘上设有用于带单齿的左离心块和带单齿的右离心块的导向和限位的蘑菇状凸台。

本发明所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，其特征在于：所述的汽车座椅安全带系统还包括支承装置，所述的支承装置包括带有通孔的支承轴和滚动轴承；支承轴的通孔与电机连接轮的细轴配合，小端面与电机连接轮凸台表面配合，限制离心块脱落，大端面与电机架侧面贴合，实现机构轴向固定。滚动轴承内圈与支承轴中段配合，外圈与主动带轮内圈光滑表面配合。

本发明所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，其特征在于：所述的回复卷簧装置内有蛇形卷起的卷簧，卷簧中心与花键轴小端固连。

本发明所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，其特征在于：所述的限力装置采用金属限力扭杆、连接轮和缠有安全带织带的卷轴。限力扭杆一端与连接轮大端内圈固连，另一端与锁止装置固连。卷轴小端内圈与连接轮大端外圈固连，卷轴大端处于自由状态。

本发明与现有汽车座椅安全带技术相比，具有以下优点：①具有主动安全功能，可以在事故发生前对驾驶人预警，从而避免或减少事故发生。②保持传统汽车被动安全带的保护功能，并具有电动预紧功能。③预警和预紧均具有可逆性，当危险信号解除后，该预警系统恢复到正常状态。④具有限力保护功能的金属扭杆，集成可逆预警、电动预紧、限力保护三种功能于一体。该预警系统通过控制驱动电机(2)主动卷收安全带织带对驾驶人预警，同时，张紧的安全带织带可以起到预紧的作用，增强了在碰撞事故发生后对驾驶人的保护作用。

附图说明

图1为具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统总体示意图。

图2为具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统结构分解示意图。

图3为具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统中离心离合装置示意图。

图4为具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统控制系统框图。

图5为具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统控制软件流程图

图中：1-控制模块；2-驱动电机；3-电机连接轮；4-带单齿的左离心块；5-带单齿的右离心块；6-左连接弹簧；7-右连接弹簧；8-主动带轮；9-滚动轴承；10-支承轴；11-回复卷簧装置；12-传动带；13-花键轴；14-从动带轮；15-限力扭杆；16-卷轴架；17-卷轴；18-锁止装置；19-电机架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、具体结构和工作过程作进一步地说明。

图1是本发明所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带总体示意图。从总体示意图看，该预警安全带系统可以分为两部分，上面一部分是具有被动安全功能的安全带卷收器，主要包括缠有安全带织带的卷轴17、锁止装置18和回复卷簧装置11；下面一部分是具有主动安全功能的预警装置，主要包括驱动电机2、离心离合装置和控制模块1，其中驱动电机2和离心离合装置分别固定在卷轴架16和电机架19上，卷轴架16和电机架19通过螺栓一起固定在汽车B柱内；上下两部分通过张紧的传动带12连接在一起。

图2是本发明所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带结构分解示意图，该系统含有驱动装置、带传动装置、回复卷簧装置11、限力装置、锁止装置18、离心离合装置和控制模块1；驱动装置包括带有减速器的驱动电机2和电机连接轮3；离心离合装置包括带单齿的左离心块4、带单齿的右离心块5、左连接弹簧6、右连接弹簧7以及主动带轮8，带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5分别通过转动副和电机连接轮3连接；左连接弹簧6的一端与电机连接轮3相连，另一端与带单齿的左离心块4相连；右连接弹簧7的一端与电机连接轮3相连，另一端与带单齿的右离心块5相连；所述的主动带轮8内孔沿轴线分为两段，其中一段带有内齿，用于在工作状态下与带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5啮合；所述的带传动装置包括传动带12和从动带轮14，所述的传动带12分别与从动带轮14和主动带轮8的外齿相啮合，从动带轮14通过花键轴13分别与回复卷簧装置11和限力装置中的限力扭杆15相连；所述的控制模块包括含有控制程序的单片机、电机驱动模块以及采样反馈模块，所述的含有控制程序的单片机通过串口接口与车载ECU进行通讯，接收车载ECU发出的预警或预紧信号后运行内部程序，输出PWM波，所述的采样反馈模块采集驱动电机2的电流信号，反馈给单片机进行PI控制，所述的电机驱动模块根据单片机输出的PWM波控制驱动电机2，驱动电机带动电机连接轮使离心离合装置的带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5分别与主动带轮8的内齿啮合或脱开，使安全带拉紧或放松。

图3本发明所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带离心离合装置示意图，离心离合装置中的带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5分别通过转动副与电机连接轮3的实心圆盘相连；左连接弹簧6和右连接弹簧7的一端分别与带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5相连，另一端都与电机连接轮3的实心圆盘相连；左连接弹簧6和右连接弹簧7能够在带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5离开静止位置时产生拉伸变形，提供回复力，当电机连接轮3旋转时，在离心力的作用下，带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5向外转出，当转动达到一定角度后与主动带轮8的内齿啮合，将驱动电机2与主动带轮8连接起来，进而可以将驱动电机2产生的转矩和转速传递到安全带的卷轴17上，使安全带按照一定的速度和力度拉紧；驱动电机停转后，带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5在左连接弹簧6和右连接弹簧7的作用下回到静止位置，与主动带轮8解除啮合，安全带拉动从动带轮14的转动就不能传递到去驱动电机2处，具有被动安全功能的安全带卷收器独立工作，完成一般安全带所具有的锁止和限力等功能。

图4为具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统控制系统框图。在汽车正常行驶时，由于驱动电机2不转动，离心离合装置的带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5未与主动带轮8相啮合，本发明所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带具有普通被动安全带的基本功能；控制模块1中单片机通过串行接口，接受到来自车载ECU的预警或预紧信号之后，根据其中包含的工作模式信息，经过控制运算，输出对应于不同的预警或预紧信号的PWM波，通过驱动模块控制电机的转动，完成安全带的拉紧和放松，不同的拉紧力、拉紧持续时间、放松持续时间和拉紧次数的搭配可以实现不同的预警或预紧模式。安全带拉紧力大小的控制是通过用负反馈调节的方式控制驱动电机电流实现的，拉紧的持续时间和放松的持续时间分别是通过两个状态的延时长短控制的，电机的目标电流、拉紧状态延时、放松状态延时和拉紧次数的信息包含在单片机从车载ECU所接受的预警或预紧信号所包含的工作模式信息中。

图5为具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统控制软件流程图。当单片机接收到来自车载ECU的预警或预紧信号后，单片机根据工作模式信息判断出控制程序中的主要参数，包括驱动电机的目标电流、拉紧状态延时、放松状态延时和拉紧次数，然后驱动电机2工作，离心离合装置的带单齿的左离心块4和带单齿的右离心块5与主动带轮8啮合，驱动电机2的转速和转矩可以通过带传动装置传递到安全带卷轴17上，使安全带按照一定的拉紧力拉紧，并通过电流负反馈调节控制恒拉紧力，拉紧状态延时之后驱动电机2停止转动，离心离合装置解除啮合，安全带放松，放松状态延时之后判断是否达到了拉紧次数，没有达到次数

就重复之前的拉紧放松过程，否则就结束控制，等待下一次的ECU工作模式信号。

Claims (5)

1.一种具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，该系统含有驱动装置、带传动装置、回复卷簧装置、限力装置和锁止装置，其特征在于：所述系统还包括离心离合装置以及控制模块；所述的驱动装置包括带有减速器的驱动电机(2)和电机连接轮(3)；所述的离心离合装置包括带单齿的左离心块(4)、带单齿的右离心块(5)、左连接弹簧(6)、右连接弹簧(7)以及主动带轮(8)，带单齿的左离心块(4)和带单齿的右离心块(5)分别通过转动副和电机连接轮(3)连接；左连接弹簧(6)的一端与电机连接轮(3)相连，另一端与带单齿的左离心块(4)相连；右连接弹簧(7)的一端与电机连接轮(3)相连，另一端与带单齿的右离心块(5)相连；所述的主动带轮(8)内孔沿轴线分为两段，其中一段带有内齿，用于在工作状态下与带单齿的左离心块(4)和带单齿的右离心块(5)啮合；所述的带传动装置包括传动带(12)和从动带轮(14)，所述的传动带(12)分别与从动带轮(14)和主动带轮(8)的外齿相啮合，从动带轮(14)通过花键轴(13)分别与回复卷簧装置(11)和限力装置中的限力扭杆(15)相连；所述的控制模块包括含有控制程序的单片机、电机驱动模块以及采样反馈模块，所述的含有控制程序的单片机通过串口接口与车载ECU进行通讯，接收车载ECU发出的预警或预紧信号后运行内部程序，输出PWM波，所述的采样反馈模块采集驱动电机(2)的电流信号，反馈给单片机进行PI控制，所述的电机驱动模块根据单片机输出的PWM波控制驱动电机(2)，驱动电机带动电机连接轮使离心离合装置的带单齿的左离心块(4)和带单齿的右离心块(5)分别与主动带轮(8)的内齿啮合或脱开，使安全带拉紧或放松。

2.按照权利要求1所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，其特征在于：所述的电机连接轮(3)由实心圆盘和分别与实心圆盘两端面相连的粗轴和细轴组成，实心圆盘、粗轴和细轴三者同轴，粗轴与驱动电机(2)输出轴相连接，实心圆盘上设有用于带单齿的左离心块和带单齿的右离心块的导向和限位的蘑菇状凸台。

3.按照权利要求2所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，其特征在于：所述的汽车座椅安全带系统还包括支承装置，所述的支承装置包括带有通孔的支承轴(10)、滚动轴承(9)和电机架(19)；支承轴(10)的通孔与电机连接轮(3)的细轴配合，支承轴(10)一端与蘑菇状凸台表面配合，限制带单齿的左离心块(4)和带单齿的右离心块(5)脱落，另一端与电机架(19)侧面连接；滚动轴承(9)内圈与支承轴(10)中段配合，外圈与主动带轮(8)内圈光滑表面配合。

4.按照权利要求1所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，其特征在于：所述的回复卷簧装置(11)通过内部蛇形卷簧与花键轴(13)连接。

5.按照权利要求1所述的具有可逆预警功能的汽车座椅安全带系统，其特征在于：所述的限力装置包括金属限力扭杆(15)、花键轴(13)和缠有安全带织带的卷轴(17)；限力扭杆(15)一端与花键轴(13)内圈连接，另一端与锁止装置(18)连接；卷轴(17)一端内圈与花键轴(13)外圈连接，卷轴(17)另一端处于自由状态。

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