CN103386943A - 主动预紧式安全带装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动预紧式安全带装置，属于汽车碰撞事故乘员损伤防护技术领域。包括直流电机、传动系统、卷收器、织带套件，所述直流电机与传动系统连接，响应事故预紧装置的控制信号而工作，直流电机的输出轴连接传动系统的行星轮系，行星轮系通过中间惰齿轮将动力传递给单向器的外齿轮。单向器设计成棘轮机构，棘轮与卷收器芯轴之间安装有安全联轴套，实现将动力传递给卷收器。卷收器框架的一端装有紧急锁止器，对安全带放置角度及织带拉出加速度敏感，实现主动式安全带的紧急锁止。本发明能在碰撞事故发生前完成安全带预紧，消除安全织带的佩带间隙，从而在碰撞事故中增加安全带有效约束乘员性能，显著降低乘员的碰撞损伤。

Description

主动预紧式安全带装置

技术领域

本发明涉及一种安全带装置，特别是涉及一种具有主动预紧功能的安全带装置，属于汽车碰撞事故乘员损伤防护技术领域。

背景技术

安全带是不可缺少的乘员约束系统配件。我国汽车碰撞安全法规规定所有汽车均必须装配安全带。相关的实验研究也表明，使用安全带是乘员约束系统中对减轻或避免损伤最有效的方式。

一般地，为了乘员的舒适，安全带的预紧力不能太大，安全带与人体之间总有一定的间隙，当乘员衣服较厚时，此间隙会较大。在碰撞时，此间隙将减小安全带的有效作用范围，降低安全带的效能。普通预紧式安全带采用爆燃式预紧装置，在碰撞达到一定强度时，起爆气体发生器，启动预紧器，带动锁扣回缩或卷收器回转，使得安全带回收一定距离，有效消除间隙，提高安全带的保护作用。这种预紧方式发生在碰撞后，预紧时间短（20ms~30ms）、预紧长度短（40mm~80mm）、预紧力大（≈2000N），对乘员损伤防护有一定的效果，但并不明显；而且普通爆炸式安全带预紧装置在碰撞发生瞬间拉紧安全带可能对乘员造成的伤害。主动预紧式安全带能够在汽车碰撞事故发生前就开始预紧安全带，预紧时间长（350~500mm/s）、预紧力适中（≈400N）。同时，主动预紧式安全带预紧装置采用电机预紧方式，使得装置可以重复使用，避免了爆燃式预紧装置只能使用一次的缺点。

主动预紧式安全带是现代先进汽车安全技术中自适应乘员约束系统的重要组成部分，能显著减少乘员在碰撞事故前的身体位移量，使乘员身体姿态尽量保持在正常坐姿位置，最大程度地发挥乘员约束系统的性能，有效降低头部、胸部、大腿的碰撞损伤，并可与智能安全气囊、安全座椅组合成自适应乘员约束系统。所以主动预紧式安全带必将替代现有的普通安全带，成为将来汽车安全系统的必需部分。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种主动预紧式安全带装置，能够在汽车碰撞前预紧安全带，显著减少乘员在碰撞事故前的身体位移量，使乘员身体姿态尽量保持在正常坐姿位置，最大程度地发挥乘员约束系统的性能，有效降低头部、胸部、大腿的碰撞损伤。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种主动预紧式安全带装置，包括直流电机、传动系统、卷收器、织带套件；所述直流电机通过安装板与铝外壳固定，所述直流电机与传动系统连接，响应事故预警装置的控制信号而工作，正向旋转则预紧回收安全织带，反向旋转则释放预紧的安全织带；所述传动系统包括行星轮系、中间惰齿轮、单向器、安全联轴套；所述行星轮系与直流电机连接，通过中间惰齿轮将经过减速后的电机动力传输至单向器；所述单向器通过安全联轴套能且仅能将直流电机的正向旋转动力传递给卷收器；所述卷收器接收传动系统传输过来的电机正向旋转动力，从而对所述织带套件中的织带进行预紧，且当直流电机反转，单向器分离对安全联轴套和卷收器的动力传输时，所述卷收器能使织带回归至初始佩带状态；所述安全联轴套采用可破损材质，当织带预紧后车辆发生碰撞且强度很大时，安全联轴套在卷收器和单向器的牵拉下发生断裂破碎，卷收器与单向器之间连接完全脱离，卷收器逐渐放松织带，从而防止织带拉力过大对乘员身体造成伤害。

进一步的，所述行星轮系包括中心轴位置的外太阳齿轮、内太阳齿轮、中太阳齿轮、三个均布固定轴齿轮、三个对称布置行星轮、行星架、固定板、微型轴承、外齿圈、齿轮轴、减磨铜套、减磨小铜套；所述内太阳齿轮的两端伸出轴分别与微型轴承配合，一端的轴承安装在铝外壳上，另一端安装固定板上，固定板安装在铝外壳上；所述直流电机动力输出轴与固定板一侧内太阳齿轮伸出轴连接，由于采用了齿轮轴结构形式的内太阳齿轮，直流电机与其为型面连接，保证连接可靠，动力传递直接，效率高；所述三个均布固定轴齿轮与内太阳齿轮啮合同时，还分别与外齿圈啮合，且经减磨小铜套与齿轮轴配合，齿轮轴过盈配合在固定板上，既能起到减速作用，也起到均匀传递动力、承受载荷的作用；所述中太阳齿轮与内太阳齿轮同轴连接，三个对称布置的行星轮与中太阳齿轮啮合，且其经减磨小铜套与齿轮轴配合，齿轮轴过盈配合在行星架上。行星架套在内太阳齿轮的轴上，中间经减磨铜套配合，行星架与外太阳齿轮为型面连接配合，外太阳齿轮与中间惰齿轮啮合；中太阳齿轮齿数大于内太阳齿轮齿数，中太阳齿轮与外齿圈转向相反，与三个对称布置行星轮及行星架组成一双输入-单输出复合行星轮系。三个对称布置的行星轮具有均载作用，并且经过配齿设计的中太阳齿轮与三个行星轮，能达到更大的传动比。

进一步的，所述单向器包括拨盘、转缩齿轮、拔杆、棘爪、棘爪轴、棘轮、盖板、压杆、弹簧；所述拔盘上设有三条滑槽，分别与三个棘爪的拔杆配合，拨杆能够在滑槽内移动；所述棘爪分别均布安装于在转缩齿轮内的三个槽内，棘爪轴与转缩齿轮的安装孔配合，棘轮、盖板、拨盘依次同心安装于转缩齿轮上，其中棘轮安装于转缩齿轮的内槽上，盖板将棘轮与棘爪封装在转缩齿轮的内槽中；所述压杆安装在铝外壳上，弹簧使压杆作用力在拔盘上，使拨盘旋转滞后于转缩齿轮，从而拨杆在滑槽内滑动，实现棘轮与棘爪的啮合与分离；所述转缩齿轮与中间惰齿轮啮合；所述棘轮与安全联轴套通过花键相连。

进一步的，所述卷收器包括框架、芯轴、锁止器、回卷涡簧和限力器；所述芯轴安装在卷收器框架内，与安全联轴套通过花键相连；所述锁止器通过芯轴安装在卷收器框架的一端，实现主动预紧式安全带的紧急锁止，锁止器对本发明所述装置放置角度、织带拉出加速度敏感，一旦放置角度偏离了正常位置，或是织带拉出加速度过大，卷收器芯轴上的伸缩棘爪伸出，与框架固定棘轮啮合，约束芯轴旋转自由度；所述限力器安装在芯轴内部；所述回卷涡簧安装在铝外壳上，与卷收器芯轴用方孔套结构连接，卷收器芯轴的旋转能预紧回卷涡簧，同时，回卷涡簧储存的弹性势能也能使卷收器芯轴反向旋转回收贮存织带。

进一步的，所述安全联轴套为ABS工程塑料材质，当碰撞车速较高、强度很大时，织带的张力使卷收器芯轴反向旋转，相对于单向器产生相对转动，从而剪切破坏安全联轴套内花键，安全联轴套内花键凸起材料部分，受剪切破坏后被挤入安全联轴套收纳槽内，使芯轴与单向器棘轮之间的联接断开。此时，限力器扭杆开始产生扭转变形，芯轴逐渐旋转并放松织带，防止织带拉力过大对乘员身体造成伤害。

由以上可知，本发明所采用的技术方案具有如下优点：

1、本发明集成了爆燃预紧式安全带、紧急锁止式安全带和限力式安全带的优点，具有提前预紧、紧急锁止和织带限力的功能，通过汽车事故预警装置与主动预紧式安全带结构部分的集成协作，能有效、合理、准确地实现安全带预紧，从而有效降低碰撞中的乘员损伤。并且通过增加汽车事故预警装置的控制功能，可以让本发明装置小幅度、轻柔地抽动安全带数次，实现危急提醒功能。

2、本发明采用电机驱动预紧方式，使得装置可重复使用，具有经济实用的优点。

3、本发明的主动预紧式安全带结构部分利用行星轮系与棘轮机构来实现动力传递的单向性，棘轮棘爪的安装设计巧妙，结构紧凑。

附图说明

图1是本发明的控制流程示意图；

图2和图3是本发明主动预紧式安全带装置结构示意图；

图4是本发明传动系统装配关系示意图；

图5和图6是本发明行星轮系整体剖视图；

图7和图8是本发明行星轮系内部结构示意图；

图9和图10是本发明单向器的装配位置结构示意图；

图11是本发明单向器剖视图；

图12是本发明安全联轴套与芯轴和棘轮的装配结构示意图；

图13是本发明卷收器的装配结构示意图；

在附图中：

1、汽车事故预警装置2、主动预紧式安全带装置

3、铝外壳4、安装板

5、织带套件6、直流电机

7、卷收器8、传动系统

51、锚点52、带扣插片

53、上挂点54、织带

61、直流电机动力输出轴71、芯轴

72、卷收器框架73、限力器

74、回卷涡簧75、锁止器

81、行星轮系8101、行星轮

8102、微型轴承8103、外太阳齿轮

8104、行星架8105、固定板

8106、固定轴齿轮8107、内太阳齿轮

8108、中太阳齿轮8109、外齿圈

8110、齿轮轴8111、减摩铜套

8112、减摩小铜套82、中间惰齿轮

83、单向器8301、拨盘

8302、拨杆8303、压杆

8304、弹簧8305、转缩齿轮

8306、棘爪8307、棘爪轴

8308、棘轮8309、盖板

83011、滑槽84、安全连轴套

8401、安全联轴套内花键8402、安全联轴套外花键

8403、安全联轴套收纳槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。

参照附图1所示，汽车事故预警装置1获取当前行车环境的危险程度、车辆的异常动力学响应、驾驶员的激烈操纵行为信息后，完成潜在危险分析，并发送相应指令至安全带结构部分的直流电机，包括“提前预紧”、“危急提醒”、“解除预紧”三种控制指令。详细说明了各种传感器在汽车事故预警装置中的作用，以及ECU对各种信息的综合处理与分析。汽车事故预警装置1的各种传感器让汽车具备了图像处理目标识别与感知自车与周围目标物之间距离的功能，同时还能感受自身运动状态与驾驶员操纵状态，如汽车侧滑、紧急制动、倾斜、紧急转向等汽车运动响应。事故预警装置1的ECU能够融合分析各种传感器信号，判断潜在事故发生的可能性，决定是否需要启动主动预紧式安全带装置2预紧回收织带54。

如图2-3所示，铝外壳3与卷收器框架72组成安全带结构部分各部件的安装定位基体。铝外壳3在与卷收器框架72的结合面处有两处定位凸台，保证二者的基准轴线重合度。直流电机6通过安装板4与铝外壳3铆接固定，安装板4内嵌在铝外壳3内，起定位作用。织带套件5包括织带54，上挂点53，带扣插片52，锚点51四部分，所述织带54缠绕在卷收器芯轴71上，上挂点用螺栓紧固在车内B柱上端位置；带扣插片52与带扣配合，实现佩带或释放安全带；锚点51用螺栓紧固在车内B柱下端位置。

如图4所示，传动系统8安装在铝外壳3内。中间惰齿轮82连接行星轮系81与单向器83。直流电机6的输出轴61与传动系统8的行星轮系81连接，当汽车事故预警装置1判断安全带需要预紧时，控制系统启动直流电机6，动力从输出轴61传递给传动系统8的行星轮系81。

如图5-8所示，内太阳齿轮8107的两端伸出轴分别与微型轴承8102配合，一端的轴承安装在铝外壳3上，另一端安装固定板8105上，固定板8105安装在铝外壳3上，所述直流电机动力输出轴61与固定板8105一侧内太阳齿轮8107伸出轴连接；三个均布固定轴齿轮8106与内太阳齿轮8107啮合同时，还分别与外齿圈8109啮合，且经减磨小铜套8112与齿轮轴8110配合，齿轮轴8110过盈配合在固定板8105上；中太阳齿轮8108与内太阳齿轮8107同轴连接，三个对称布置的行星轮8101与中太阳齿轮8108啮合，且其经减磨小铜套8112与齿轮轴8110配合，齿轮轴8110过盈配合在行星架8104上，行星架8104套在内太阳齿轮8107的轴上，中间经减磨铜套8111配合，行星架8104与外太阳齿轮8103为型面连接配合，外太阳齿轮8103与中间惰齿轮82啮合。

如图9-11所示，拔盘8301上设有三条滑槽83011，分别与三个棘爪8306的拔杆8302配合，滑槽83011的一端远离拔盘8301轴心，另一端则靠近轴心。直流电机6正向或反向旋转，驱动转缩齿轮8305也正向或反向旋转，而拔盘8301在压杆8303的作用力下，其旋转滞后于转缩齿轮8305，使得拔盘8301与转缩齿轮8305产生相对转角，这个相对转角既能使拔杆8302在滑槽83011内的滑动，实现棘爪8306与棘轮8308的啮合与分离，又能使直流电机6空载地旋转一段时间。电机6利用这段时间完成了从静止至额定转速的加速旋转过程，为电机6最大效率地发挥功率提供了基础运行条件。

如图12所示，安全联轴套84分别通过内花键8401和外花键8402与芯轴71和棘轮8308完成连接。当碰撞车速较高、强度很大时，织带的张力使卷收器芯轴反向旋转，相对于单向器产生相对转动，限力器73发挥作用。安全联轴套内花键8401凸起材料部分，受剪切破坏后被挤入安全联轴套收纳槽8403内，使芯轴71与单向器棘轮8308之间的联接断开。

如图13所示，芯轴71安装在卷收器框架72内，限力器73安装在芯轴71内，回卷涡簧74安装在铝外壳3上，与卷收器芯轴71用方孔套连接。锁止器75安装在卷收器框架72的另一侧。

主动预紧式安全带装置的具体工作过程如下：

一、安全行车状态下正常佩带安全带

安全行车状态下，汽车事故预警装置1获取的当前行车环境的危险程度、车辆的异常动力学响应、驾驶员的激烈操纵行为信息，经ECU分析后得出汽车当前行车状态为“安全”级别，不发送“启动预紧”或“解除预紧”指令至直流电机6，直流电机6处于未启动激活状态。传动系统6中单向器83的棘爪8306、拔杆8302在拔盘8301滑槽83011的远离轴心端，棘爪8306与棘轮8308分离，棘轮8308连同卷收器芯轴71能自由双向旋转。乘员可以自由拉出织带54，将带扣插片52与带扣配合，完成佩带安全带。乘员释放带扣插片52与带扣配合后，回卷涡簧74储存的弹性势能将卷收器芯轴71反向旋转回收贮存织带。在此情况下，本发明与普通安全带的使用没有区别。

二、危险行车状态下预紧安全带

危险行车状态下，汽车事故预警装置1获取的当前行车环境的危险程度、车辆的异常动力学响应、驾驶员的激烈操纵行为信息，经ECU分析后得出汽车当前行车状态为“危险”级别，发送“启动预紧”指令至直流电机6。

直流电机6开始正向旋转，直接带动内太阳齿轮8107与中太阳齿轮8108旋转。内太阳齿轮8107通过与三个固定轴齿轮8106的啮合，将旋转运动传递至外齿圈8109。外齿圈8109与中太阳齿轮8108旋向相反，各分度圆的线速度不相等。三个行星齿轮8101在此作用下，绕内太阳齿轮8107轴线产生公转运动，进而驱动行星架8104旋转，旋向与内太阳齿轮8107旋向相同。即形成了由外齿圈8109与中太阳齿轮8108的双输入与行星架8104单输出的复合行星轮系81。行星架8104的旋转运动直接传递给外太阳齿轮8103，进一步经中间惰齿轮82传递给单向器83的转缩齿轮8305。

所述的转缩齿轮8305的旋向与外太阳齿轮8103相同，三个棘爪8306随转缩齿轮8305绕中心轴线旋转；而拔盘8301在压杆8303的作用力下，滞后于转缩齿轮8305旋转，使得拔盘8301与转缩齿轮8305产生相对转角；拔杆8302在拔盘8301滑槽滑移至靠近轴心端，棘爪8306与棘轮8308结合，驱动卷收器芯轴71旋转预紧安全织带5。

若汽车碰撞事故最终未发生，汽车事故预警装置1发送 “解除预紧”指令至直流电机6，电机启动反向旋转，单向器83转缩齿轮8305也反向旋转，同样使得拔盘8301与转缩齿轮8305产生相对转角，拔杆8302在拔盘8301滑槽内滑移至远离轴心端，棘爪8306与棘轮8308分离。单向器83的转缩齿轮8305空转，不会将直流电机6的运动传递至卷收器芯轴71。织带54自动放松，回归至初始佩带状态，主动预紧式安全带装置2完成了一次预紧，并随时准备下一轮预紧。

若汽车碰撞事故最终发生，乘员因为汽车碰撞加速度而承受巨大的惯性力，此惯性力使乘员身体向前移动并快速拉出织带54。锁止器75对织带54拉出加速度和角度敏感，与卷收器芯轴71一端销连接的锁止器75伸缩棘爪伸出，与框架72固定棘轮啮合，约束芯轴71的旋转自由度。当碰撞车速较高、强度较大时，连接锁止器75和芯轴71的销断裂，与芯轴71一端外花键相连的安全联轴套内花键8401被破坏，从而使芯轴71与单向器83的棘轮8308之间的连接断开，限力器73一端与锁止器75花键连接而固定，另一端随芯轴71一定角度转动产生扭转变形，其扭矩使织带54平缓放松，防止织带54拉力过大对乘员身体造成伤害。

上述各功能仅用于说明本发明，其中各功能的具体实现可以在本发明技术方案的基础上进行等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种主动预紧式安全带装置，包括直流电机（6）、传动系统（8）、卷收器（7）、织带套件（5），其特征在于：

所述直流电机（6）通过安装板（4）与铝外壳（3）固定，所述直流电机（6）与传动系统（8）连接，响应事故预紧装置（1）的控制信号而工作；

所述传动系统（8）包括行星轮系（81）、中间惰齿轮（82）、单向器（83）、安全联轴套（84）；

所述行星轮系（81）与直流电机（6）连接，通过中间惰齿轮（82）将经过减速后的电机动力传输至单向器（83）；

所述单向器（83）通过安全联轴套（84）能且仅能将直流电机（6）的正向旋转动力传递给卷收器（7）；

所述卷收器（7）接收传动系统（8）传输过来的电机正向旋转动力，从而对所述织带套件（5）中的织带（54）进行预紧，且当直流电机（6）反转，单向器（83）脱离对安全联轴套（84）和卷收器（7）的控制时，所述卷收器（7）能使织带（54）回归至初始佩带状态；

所述安全联轴套（84）采用可破损材质，当织带（54）预紧后车辆发生碰撞且强度很大时，安全联轴套（84）在卷收器（7）和单向器（83）的牵拉下发生断裂破碎，卷收器（7）与单向器（83）之间连接完全脱离，卷收器（7）逐渐放松织带（54），从而防止织带（54）拉力过大对乘员身体造成伤害。

2.根据权利要求1所述的一种主动预紧式安全带装置，其特征在于，所述行星轮系（81）包括中心轴位置的外太阳齿轮（8103）、内太阳齿轮（8107）、中太阳齿轮（8108）、三个均布固定轴齿轮（8106）、三个对称布置行星轮（8101）、行星架（8104）、固定板（8105）、微型轴承（8102）、外齿圈（8109）、齿轮轴（8110）、减磨铜套（8111）、减磨小铜套（8112）；

所述内太阳齿轮（8107）的两端伸出轴分别与微型轴承（8102）配合，一端的轴承安装在铝外壳（3）上，另一端安装固定板（8105）上，固定板（8105）安装在铝外壳（3）上，所述直流电机动力输出轴（61）与固定板（8105）一侧内太阳齿轮（8107）伸出轴连接；

所述三个均布固定轴齿轮（8106）与内太阳齿轮（8107）啮合同时，还分别与外齿圈（8109）啮合，且经减磨小铜套（8112）与齿轮轴（8110）配合，齿轮轴（8110）过盈配合在固定板（8105）上；

所述中太阳齿轮（8108）与内太阳齿轮（8107）同轴连接，三个对称布置的行星轮（8101）与中太阳齿轮（8108）啮合，且其经减磨小铜套（8112）与齿轮轴（8110）配合，齿轮轴（8110）过盈配合在行星架（8104）上，行星架（8104）套在内太阳齿轮（8107）的轴上，中间经减磨铜套（8111）配合，行星架（8104）与外太阳齿轮（8103）为型面连接配合，外太阳齿轮（8103）与中间惰齿轮（82）啮合。

3.根据权利要求2所述的一种主动预紧式安全带装置，其特征在于，所述中太阳齿轮（8108）齿数大于内太阳齿轮（8107）齿数。

4.根据权利要求1所述的一种主动预紧式安全带装置，其特征在于，所述单向器（83）包括拨盘（8301）、转缩齿轮（8305）、拔杆（8302）、棘爪（8306）、棘爪轴（8307）、棘轮（8308）、盖板（8309）、压杆（8303）、弹簧（8304）；

所述拔盘（8301）上设有三条滑槽（83011），分别与三个棘爪（8306）的拔杆（8302）配合，拨杆（8302）能够在直线滑槽内移动；

所述棘爪（8306）分别均布安装于在转缩齿轮（8305）内的三个槽内，棘爪轴（8307）与转缩齿轮的安装孔配合，棘轮（8308）、盖板（8309）、拨盘（8301）依次同心安装于转缩齿轮（8305）上，其中棘轮（8308）安装于转缩齿轮（8305）的内槽上，盖板（8309）将棘轮（8308）与棘爪（8306）封装在转缩齿轮（8305）的内槽中；

所述压杆（8303）安装在铝外壳（3）上，弹簧（8304）使压杆作用力在拔盘（8301）上，使拨盘（8301）旋转滞后于转缩齿轮（8305），从而拨杆（8302）在滑槽内滑动，实现棘轮（8308）与棘爪（8306）的啮合与分离；

所述转缩齿轮（8305）与中间惰齿轮（82）啮合；

所述棘轮（8308）与安全联轴套（84）通过花键相连。

5.根据权利要求1所述的一种主动预紧式安全带装置，其特征在于，所述织带（54）缠绕在芯轴（71）上，所述芯轴（71）安装在卷收器框架（72）内，与安全联轴套（84）通过花键相连。

6.根据权利要求1所述的一种主动预紧式安全带装置，其特征在于，所述安全联轴套（84）设置有收纳槽（8403）。

7.根据权利要求1所述的一种主动预紧式安全带装置，其特征在于，所述安全联轴套（84）材质为ABS工程塑料。

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