CN103921758A - 一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器 - Google Patents

Abstract

一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，包括安全带织带、织带卷轴和织带卷轴支架。安全带织带上装有织带张力传感器，织带卷轴通过传动机构和连接轴与带有减速机的微型电机连接；所述带有减速机的微型电机的输入端与电子控制单元的输出端连接，电子控制单元的输入端接收预警传感器系统中的各传感器的信号；所述织带张力传感器的信号反馈至电子控制单元。该预紧器结构合理且预警效果良好，使安全带具有主动保护功能，可有效地改善汽车在不稳定工况或碰撞、追尾、侧滑、急转、侧翻等事故中安全带对乘员的保护作用，从而降低事故发生时对乘员的伤害。

Description

一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器

技术领域

本发明涉及一种汽车用安全装置，特别涉及一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器。

背景技术

汽车的安全性能由两部分组成，一部分是预知和规避危险、并防止事故于未然的汽车主动安全；另一部分则是当事故发生时防范驾乘人员受到伤害的被动安全。安全带作为乘员约束系统，主要用来防止当汽车遇到意外情况紧急制动时，将驾驶员和乘客束缚在座椅上，从而保护驾驶员和乘客免受二次冲撞造成伤害。

据交通事故调查资料显示，在发生车祸的时候，从汽车内抛出的司机和副驾乘客，有75%的人会因伤势过重而死亡，而安全带是有效防止车内人员在事故中被抛出的最好保护装置。研究表明，在一次可能导致死亡的车祸中，系好安全带能使车内人员生还的几率提高60%；在发生正面撞车时，如果系了安全带，可使死亡率减少57%，侧面撞车时可减少44%，翻车时可减少80%。以上数据说明，汽车安全带技术研究对保障乘客安全具有重要意义，但目前普通的汽车安全带无法在车辆发生危险状况而又未发生碰撞时进行安全带预警。

到目前为止，各国关于碰撞中乘员保护的法规，都规定了对50th%ile（50百分位值）男性假人正常乘坐位置在一种碰撞强度下的保护标准。但是，由于实际碰撞事故的复杂多样性（包括不同的碰撞形态和不同的受害对象），无论是安全带还是安全气囊，其保护作用都有其局限性，而且如果使用或设计不当还会带来较大的负面影响。

对于一个成年人来讲，安全带大约有120mm的松弛量，这些松弛量将增加20%的伤害值。美国联邦机动车安全标准FMVSS208法规为改善对不同身材、佩带和不佩带安全带的乘员的保护以及为降低对婴儿、儿童和其他乘员由安全气囊引发的伤亡事故的危险提出了更多的技术要求。

目前一些高档轿车上配置有一种预紧式安全带，其主要特点是当汽车发生碰撞的瞬间，乘员尚未向前移动时它会首先拉紧织带，立即将乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁止织带防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同，除了普通卷收器的收放织带功能外，还具有当车速发生急剧变化时，能够在几十毫秒内产生对乘员的约束力，因此它还有控制装置和预拉紧装置。控制装置分两种形式：一种是电子式控制装置，另一种是机械式控制装置。常见的预拉紧装置是一种爆燃式的，由气体引发剂、气体发生剂、导管、活塞、绳索和驱动轮组成。当汽车受到碰撞时预拉紧装置受到激发后，密封导管内底部的气体引发剂立即自燃，引爆同一密封导管内的气体发生剂，气体发生剂立即产生大量气体膨胀，迫使活塞向上移动拉动绳索，绳索带动驱动轮旋转使卷收器卷筒转动，织带被卷在卷筒上，使织带被往回拉。之后，卷收器会紧急锁止织带，固定乘员身体，防止身体前倾避免与方向盘、仪表板和玻璃窗相碰撞。待冲击力峰值过去，或人已能受到气囊的保护时，适当放松安全带，避免因拉力过大而使人肋骨受伤。这种普通碰撞预紧式安全带虽能在碰撞时为驾乘人员提供有效保护，然而在出现车身不稳、急速横摆、急刹车、侧滑、即将追尾而又未追尾等不稳定状况时，该系统并无有效动作来提醒驾乘人员或保护驾乘人员；此外，这种预紧式安全带由于采用引爆气体发生剂来驱动织带回卷，因此并不能重复使用，也造成了其使用中的局限性。

要克服上述缺陷就必须采取新技术，开发新一代的、可反复起作用的智能化乘员约束系统，以有效动作来提醒驾乘人员或保护驾乘人员，防止碰撞可能带来的对人体冲击伤害。

发明内容

本发明所要解决的问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，该预紧器结构合理且预警效果良好，使安全带具有主动保护功能，可有效地改善汽车在不稳定工况或碰撞、追尾、侧滑、急转、侧翻等事故中安全带对乘员的保护作用，从而降低事故发生时对乘员的伤害。

如上构思，本发明的技术方案是：一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，包括安全带织带、织带卷轴和织带卷轴支架，其特征在于：安全带织带上装有织带张力传感器，织带卷轴通过传动机构和连接轴与带有减速机的微型电机连接；所述带有减速机的微型电机的输入端与电子控制单元的输出端连接，电子控制单元的输入端接收预警传感器系统中的各传感器的信号；所述传动机构由主动带轮、从动带轮、同步带和单向离合器组成，主动带轮套装在连接轴上，从动带轮套装在织带卷轴上，主动带轮和从动带轮之间通过同步带连接，单向离合器安装在织带卷轴和从动带轮之间；所述织带张力传感器的信号反馈至电子控制单元。

上述预警传感器系统包括汽车纵向、横向加速度传感器、前、后向防撞雷达传感器、汽车横摆角速度传感器、方向盘转角传感器。

上述主动带轮、从动带轮采用主动齿轮和从动齿轮，同步带采用齿形带。

上述连接轴与主动带轮采用平键连接。

上述单向离合器外圈与从动带轮内圈采用平键连接或过盈配合，内圈与织带卷轴亦采用平键连接或过盈配合。

上述电子控制单元采用芯片M9S12DP256B。

本发明具有如下的优点和积极效果：

1、本发明具有智能预警与预紧功能。本发明包括的预警传感器系统可以采集多种车辆状态信号，包括车辆纵向减速度、横向加速度、横摆角速度、与前车相对距离等，通过电子控制单元对这些被采集信号的综合判断可以精确判定车辆的运行状态。当车辆即将发生碰撞、追尾或侧滑、侧翻等危险事故时，电子控制单元在接收到预警传感器的检测信号后，并对信号经过逻辑判断后将会发出控制信号，驱动电机以一定转矩与转速旋转，电机的旋转运动通过传动机构的传递，最终可驱动织带卷轴回卷，使安全带在事故发生前能够提前预紧，消除乘员与织带间的余隙，将乘员拉回，减小事故发生时由于乘员位移而造成的伤害。

2、本发明具有织带张紧力反馈功能。本发明在安全带织带上装有织带张力传感器，在安全带预紧过程中，织带张力传感器能够感知织带中预紧力的大小并将其信号反馈至电子控制单元，当织带预紧力超过规定限值时，电子控制单元将发出指令，减小驱动电机输出转矩，以避免过大预紧力对乘员造成伤害。

3、本发明结构紧凑合理，传动可靠。本发明采用带减速器的微型电机作为动力源，使得预紧器整体尺寸较小，对安装空间需求不大，且齿形带传递动力有效避免了打滑造成的功率损失。

4、本发明可重复使用，反复预紧。本发明采用智能控制、电机驱动预紧方式，避免了气体爆燃式预紧器不能重复使用的缺陷。

附图说明

图1为本发明各部件装配后的结构简图。

图2为本发明电子控制单元的控制原理图。

图3为本发明以相对安装位置排列的各部件结构示意图。

图4为本发明所涉及到的单向离合器结构简图。

附图标记说明:

1—预警传感器系统；2—电子控制单元；3—微型驱动电机；4—减速器；5—连接轴；6—同步齿形带；7—主动齿轮；8—从动齿轮；9—单向离合器；10—织带卷轴；11—安全带织带；12—织带张力传感器；13—织带卷轴支架;14—单向离合器外圈;15—单向离合器内圈;16—织带卷收转动方向。

具体实施方式

如图所示：一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，安全带织带（11）上装有织带张力传感器（12），织带卷轴（10）通过传动机构和连接轴（5）与带有减速机（4）的微型驱动电机（3）连接；所述带有减速机的微型电机的输入端与电子控制单元（2）的输出端连接，电子控制单元（2）的输入端接收预警传感器系统（1）中的各传感器的信号；所述传动机构由主动齿轮（7）、从动齿轮（8）、同步齿形带（6）和单向离合器(9)组成，主动齿轮套装在连接轴上，从动齿轮套装在织带卷轴上，主动齿轮和从动齿轮带轮之间通过同步齿形带连接，单向离合器安装在织带卷轴和从动齿轮之间；所述织带张力传感器的信号反馈至电子控制单元。

在本实施例中，预警传感器系统（1）包括汽车纵向、横向加速度传感器，前、后向防撞雷达传感器，汽车横摆角速度传感器，方向盘转角传感器等。其中汽车纵向加速度信号可用来判别汽车急刹车、急加速工况；横向加速度与横摆角速度信号可用来判别汽车弯道行驶的稳定性情况（如是否有急转、侧滑和侧翻趋势等）；前、后向防撞雷达传感器可用来判别车辆与前后车之间间距；方向盘转角传感器一方面可辅助电控单元识别驾驶员转向意图，另一方面根据方向盘转动角速度的变化也能反映驾驶员是否正在规避风险，因此结合横摆角速度信号还可判定汽车的转弯行驶是否由不稳定工况引起。

当车辆即将发生碰撞、追尾或侧滑、侧翻等危险事故时，电子控制单元在接收到预警传感器的检测信号后，并对信号经过逻辑判断后将会发出控制信号。如果认为车辆处于危险工况，则会根据危险等级发出相应的控制指令，驱动电机以一定转矩与转速旋转，电机的旋转运动通过传动机构的传递，最终可驱动织带卷轴回卷，以使织带达到不同预紧力的控制效果，

使织带在事故发生前能够提前预紧，消除乘员与织带间的余隙，将乘员拉回，减小事故发生时由于乘员位移而造成的伤害。

该电子控制单元（2）采用飞思卡尔（Freescale）的单片机，芯片型号为M9S12DP256B。

当微型驱动电机（3）开始转动后（按织带卷收方向旋转），经过减速器（4）、连接轴（5）、主动齿轮（7）、同步齿形带（6）的运动传递，最终将带动从动齿轮（8）转动。由于从动齿轮（8）与图4所示的单向离合器（9）外圈是平键连接或过盈配合，则单向离合器（9）外圈被从动带轮（8）带动旋转。单向离合器（9）的特点是仅能单向传递运动，在本发明中被设计为当其外圈（14）按织带卷收方向转动时可带动其内圈一起同方向转动。单向离合器（9）的内圈（15）与织带卷轴（10）采用平键连接或过盈配合形式，则在单向离合器（9）的内圈的带动下，织带卷轴沿织带回收方向转动，织带被收紧，减小了安全带与乘员身体之间的余隙。如果微型驱动电机（2）沿织带拉出方向旋转，根据本发明中单向离合器（9）的布置特点，则单向离合器（9）的内圈不会跟随其外圈转动，因此织带卷轴也保持不动。当乘员调整拉伸织带时，鉴于本发明中单向离合器（9）的布置特点，乘员要克服传动系统的内摩擦阻力，因此对于乘员拉伸力的要求会适当增大。

Claims (6)

1.一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，包括安全带织带、织带卷轴和织带卷轴支架，其特征在于：安全带织带上装有织带张力传感器，织带卷轴通过传动机构和连接轴与带有减速机的微型电机连接；所述带有减速机的微型电机的输入端与电子控制单元的输出端连接，电子控制单元的输入端接收预警传感器系统中的各传感器的信号；所述传动机构由主动带轮、从动带轮、同步带和单向离合器组成，主动带轮套装在连接轴上，从动带轮套装在织带卷轴上，主动带轮和从动带轮之间通过同步带连接，单向离合器安装在织带卷轴和从动带轮之间；所述织带张力传感器的信号反馈至电子控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，其特征在于：上述预警传感器系统包括汽车纵向、横向加速度传感器、前、后向防撞雷达传感器、汽车横摆角速度传感器、方向盘转角传感器。

3.根据权利要求1所述的一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，其特征在于：上述主动带轮、从动带轮采用主动齿轮和从动齿轮，同步带采用齿形带。

4.根据权利要求1所述的一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，其特征在于：上述连接轴与主动带轮采用平键连接。

5.根据权利要求1所述的一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，其特征在于：上述单向离合器外圈与从动带轮内圈采用平键连接或过盈配合，内圈与织带卷轴亦采用平键连接或过盈配合。

6.根据权利要求1所述的一种主动预紧型安全带电机驱动式预紧器，其特征在于：上述电子控制单元采用芯片M9S12DP256B。