CN104024042A - 具有自动化装置的儿童约束系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有自动化装置的儿童约束系统(CRS)，该自动化装置提供座椅安装角度的自动反馈和控制、安全带的锁扣和张紧以及正确安装的确认。CRS利用传感器监测CRS基座相对于水平面的角度、确认CRS正确地锁扣在其基座上然后锁扣在车辆座椅上并且确认将安全带张紧至耐撞所需的张力。可以借助于按钮或其它策略性输入进行安装过程的逐步操作和确认，并且借助于电子视觉显示器和/或听觉装置传达至用户。所有的操作都将被集成控制系统监视和处理，从而提供最少的用户决断或用户界面。本发明还提供了能够适于与现有CRS一起使用的智能锁扣装置。

Description

具有自动化装置的儿童约束系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年10月6日提交的美国临时申请No.61/543,938、2011年11月15日提交的美国临时申请No.61/559,949、2011年12月9日提交的美国专利申请No.13/315,867和2011年12月9日提交的美国专利申请No.13/315,900的优先权，这些美国申请的全部内容通过引用方式并入本文中。
技术领域
本发明一般地涉及在汽车中使用的儿童汽车座椅或儿童约束系统(CRS)，更具体地涉及CRS的自动调节和自动安装。
背景技术
众多行业和政府指导文件和标准对CRS的安装做出了严格意义上的限制。除了CRS制造商的数据表之外，在三个美国国家高速交通安全管理局(NHTSA)的报告(标题为“Driver mistakes wheninstalling child seats(安装儿童座椅时的驾驶员错误)”、“Misuse ofChild Restraints(儿童约束装置的错误使用)”、以及“Child RestraintUse Survey:LATCH Use and Misuse(儿童约束装置的使用调查：儿童使用的下扣件和拴带的使用和误用)”)中可以找到相关标准和指导的有关信息。此外，FMVSS213和225标准包括CRS的测试和耐撞性的要求。
另外，美国联邦机动车辆安全标准规定：在CRS经过冲击碰撞测试之后，CRS的儿童背部支撑面与竖直面之间的夹角不得超过70度。为了最大限度地减小冲击碰撞之后的这个运动角度并且防止儿童与CRS的分离，制造商规定：当CRS安装在面向后方的位置中时，儿童座椅应当从竖直面倾斜至少30度，并且当汽车停放在水平面上时，儿童座椅应当从竖直面倾斜达到45度。因为车辆座椅处于变化的角度，所以上述规定已经变为大多数儿童安全座椅制造商的标准，以提供一种装置来相对于车辆座椅角度调平儿童安全座椅，从而实现这种最佳的CRS座椅靠背角度范围。现有的调平装置包括机械支脚、螺旋机构、杠杆、垫片、平台和其它非自动化装置。所有这些装置都是手动启动的。目前人们对电动CRS躺椅做出了一些有限的尝试。在将座椅角度传送给用户方面，存在许多目前使用的机械装置，包括气泡浮子、转球和其它观察孔或钟摆指示器。目前还存在有一些机电式角度反馈指示器。
现代儿童约束系统可以通过车辆座椅安全带或通过儿童使用的下扣件和拴带(LATCH)与车辆连接，LATCH与CRS集成在一起，并且具有专用的连接器和安全带。LATCH系统的安全带或车辆座椅安全带必须与CRS连接的足够紧，以便CRS不会相对于其连接的车辆座椅左右摆动和前后摆动移动超过一英寸。许多制造商使用单一系带，而其它制造商依靠于曲柄和杠杆臂或其它机械装置来辅助用户的紧固操作。甚至还存在一些使用电动机启动机构来收紧安全带的装置。至于扭矩的确定，由上述机械装置进行，但只有一些机电装置能够实现反馈。
还公开了CRS婴儿承载架座椅的反馈传输到其基座然后传输到车辆的情况，但确定这种连接的方式并未在CRS闩锁本身中，而是在车辆或婴儿承载架座椅外壳中，并且还可能在车辆座椅安全带或闩锁固定点中。
标题为安装儿童座椅时驾驶员的错误(DOT HS811234)的2009NHTSA研究报告提到约73％的儿童安全座椅被错误地安装。报告还指出在这些安装的72％中，用户以为他们已经正确安装了CRS，而实际上这种安装是错误的。
因此，需要一种能够通过自动装置更有效地实现的CRS安装系统，以减少用户的错误/不便并且提高安全性。
发明内容
本发明提供了一种具有自动化装置的儿童约束系统(CRS)，该自动化装置提供座椅安装角度的自动反馈和控制、安全带的锁扣和张紧以及正确安装的确认。更具体地，本文所公开的CRS利用传感器监测CRS基座相对于水平面的角度、确认CRS正确地锁扣在其基座上然后锁扣在车辆座椅上并且确认安全带张紧至耐撞所需的张力。借助于按钮或其它策略性输入进行安装程序的逐步操作和确认，并且借助于电子视觉显示器和/或听觉装置传达至用户。所有的操作都将被集成控制系统监视和处理，从而提供最少的用户决断或用户界面。
更具体地，本发明提供了一种构造为固定在车辆的座椅上的儿童座椅。所述儿童座椅包括：座椅基座，其固定在车辆的座椅上；儿童接纳部，其由所述座椅基座支撑；安全带张紧系统，其包含在所述座椅基座中以接纳将所述座椅基座与所述车辆的所述座椅连接的安全带；调平系统，其包含在所述座椅基座中以将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平；以及控制器，其有效地与所述安全带张紧系统和所述调平系统连接。所述控制器启动所述安全带张紧系统和所述调平系统，以便使所述安全带张紧系统将所述安全带张紧至预定张力并且使所述调平系统将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平至预定角度。
控制器可以构造为以迭代方式(反复方式或循环方式)、同时或依次启动安全带张紧系统和调平系统。由安全带张紧系统接纳的安全带可以是车辆的座椅安全带或LATCH系统的安全带。儿童座椅可以选自包括下述座椅的群组：面向后方的婴儿承载架；面向前方和面向后方的可转换儿童座椅；以及具有束带的儿童加高座椅。
上述儿童座椅还可以包括：用于确定由安全带张紧系统接纳的安全带的张力的至少一个传感器；以及用于确定座椅基座相对于车辆的座椅的角度的至少一个传感器。用于确定张力的至少一个传感器和用于确定角度的至少一个传感器可以有效地与控制器连接。控制器可以启动安全带张紧系统和调平系统，以便基于来自用于确定张力的至少一个传感器和用于确定角度的至少一个传感器的反馈使安全带张紧系统将安全带张紧至预定张力并且使调平系统将座椅基座相对于车辆的座椅调平至预定角度。
用户界面可以定位在座椅基座和儿童接纳部中的至少一者上，以允许用户启动安全带张紧系统和调平系统。作为选择，用户界面可以是有线或无线地与儿童座椅的控制器通信的单独电子模块。用户界面可以向用户提供儿童座椅的状态的反馈。调平系统可以构造为升高和降低与座椅基座的底面连接的支脚。
另外，本发明提供了一种构造为固定在车辆的座椅上的儿童座椅。该儿童座椅包括：座椅基座，其固定在车辆的座椅上；儿童接纳部，其由座椅基座支撑；调平系统，其包含在座椅基座中以将座椅基座相对于车辆的座椅调平；以及控制器，其有效地与安全带张紧系统和调平系统连接。控制器从与儿童座椅的座椅基座相对于车辆的座椅的角度相关联的至少一个传感器接收反馈，并且向用户提供座椅基座相对于车辆的座椅的角度的指示。
该指示可以是在与座椅基座和儿童接纳部中的至少一者连接的显示器上提供的视觉指示。作为选择，该指示可以是座椅基座相对于车辆的座椅定位在可接受角度的视觉指示或听觉指示中的至少一种。控制器可以通过将由至少一个传感器确定的座椅基座相对于车辆的座椅的角度与预定角度比较来确定可接受角度。预定角度可以是出厂设定角度和通过相对于停放车辆的表面或车辆的表面校准汽车座椅而确定的角度中的至少一个。可以手动启动调平系统以将座椅基座调平至预定角度。作为选择，可以通过控制器启动调平系统以便基于来自至少一个传感器的反馈调平座椅基座。
上述儿童座椅还可以包括安全带张紧系统，该安全带张紧系统包含在座椅基座中以接纳将座椅基座与车辆的座椅连接的安全带。控制器可以构造为从与将座椅基座和车辆的座椅连接的安全带相关联的至少一个传感器接收反馈并且向用户提供安全带上的张力的指示。由安全带张紧系统接纳的安全带可以是车辆的座椅安全带或LATCH系统的安全带。可以手动启动安全带张紧系统以将安全带张紧至预定张力。可以通过控制器启动安全带张紧系统以便基于来自与安全带相关联的至少一个传感器的反馈将安全带张紧至预定张力。
本发明还提供了一种儿童汽车座椅，该儿童汽车座椅包括：座椅基座，其固定在车辆的座椅上；婴儿承载架，其可拆卸地与座椅基座连接；安全带张紧系统，其包含在座椅基座中以接纳将座椅基座与车辆的座椅连接的安全带；调平系统，其包含在座椅基座中以将座椅基座相对于车辆的座椅调平；以及控制器，其有效地与安全带张紧系统和调平系统连接。控制器启动安全带张紧系统和调平系统，以便安全带使张紧系统将安全带张紧至预定张力并且使调平系统将座椅基座相对于车辆的座椅调平至预定角度。
另外，本发明提供了一种儿童汽车座椅，该儿童汽车座椅包括：座椅基座，其固定在车辆的座椅上；婴儿承载架，其可拆卸地与座椅基座连接；以及界面装置，其与座椅基座和婴儿承载架中的至少一者连接并且构造为向用户提供座椅基座正确地固定在车辆的座椅上的指示。
界面装置可以构造为向用户提供婴儿承载架与座椅基座何时连接的指示。界面装置可以包括向用户提供座椅基座正确地固定在座椅上的视觉指示的显示器。上述儿童汽车座椅还可以包括多个传感器，该多个传感器与座椅基座和婴儿承载架中的至少一者相关联并且构造为确认下述情况：座椅基座是否处于正确的水平面、将座椅基座固定在车辆的座椅上的安全带是否处于正确的张力、婴儿承载架的把手是否处于正确的位置、将座椅基座固定在车辆的座椅的安全带是否未绞结、将儿童固定在婴儿承载架中的束带是否处于正确的张力和正确的高度或这些情况的任意组合。该儿童汽车座椅还可以包括控制器，该控制器有效地与多个传感器连接并且构造为向界面装置输出座椅基座正确地固定在车辆的座椅上的指示。座椅基座正确地固定在车辆的座椅的指示可以包括座椅基座处于正确的水平面的指示、将座椅基座固定在车辆的座椅的安全带处于正确的张力的指示、婴儿承载架的把手处于正确的位置的指示、将座椅基座固定在车辆的座椅的安全带未绞结的指示、将儿童固定在婴儿承载架中的束带处于正确的张力和正确的高度的指示或这些指示的任意组合。
上述儿童汽车座椅还可以包括：安全带张紧系统，其包含在座椅基座中以接纳将座椅基座与车辆的座椅连接的安全带；调平系统，其包含在座椅基座中以将座椅基座相对于车辆的座椅调平；以及控制器，其有效地与安全带张紧系统和调平系统连接。控制器可以构造为启动安全带张紧系统和调平系统，以便使安全带张紧系统将安全带张紧至预定张力并且使调平系统将座椅基座相对于车辆的座椅调平至预定角度。由安全带张紧系统接纳的安全带可以是车辆的座椅安全带和LATCH系统的安全带中的至少一种。
上述儿童汽车座椅还可以包括：用于确定由安全带张紧系统接纳的安全带的张力的至少一个传感器；以及用于确定座椅基座相对于车辆的座椅的角度的至少一个传感器。用于确定张力的至少一个传感器和用于确定角度的至少一个传感器可以有效地与控制器连接。控制器可以启动安全带张紧系统和调平系统，以便基于来自用于确定张力的至少一个传感器和用于确定角度的至少一个传感器的反馈使安全带张紧系统将安全带张紧至预定张力并且使调平系统将座椅基座相对于车辆的座椅调平至预定角度。
本发明还提供了一种儿童汽车座椅，该儿童汽车座椅包括：座椅基座，其固定在车辆的座椅上；儿童接纳部，其与座椅基座连接；至少一个传感器，其与儿童接纳部和座椅基座中的至少一者相关联并且构造为确认儿童接纳部中的对象的存在；以及界面装置，其与座椅基座和儿童接纳部中的至少一者连接并且构造为这样：当至少一个传感器提供对象存在于儿童接纳部中的指示时，该界面装置向用户提供座椅基座正确地固定在车辆的座椅上的指示。
儿童接纳部可以可拆卸地与座椅基座连接。与儿童接纳部和座椅基座中的至少一者相关联的至少一个传感器构造为确定儿童接纳部中的对象的高度和重量中的至少一者。如果至少一个传感器确认对象的高度和重量中的至少一者低于预定值，则可以在用户界面上提供儿童汽车座椅应当沿着面向后方的方向进行安装的指示。
另外，本发明提供了一种儿童汽车座椅，该儿童汽车座椅包括：座椅主体，其与车辆的座椅连接；多个传感器，其与座椅主体相关联；以及界面装置，其与座椅主体连接并且构造为这样：基于来自多个传感器的反馈，该界面装置向用户提供座椅主体正确地固定在车辆的座椅上的指示。
与座椅主体相关联的多个传感器可以构造为确认下述情况：座椅基座是否处于正确的水平面、将座椅基座固定在车辆的座椅上的安全带是否处于正确的张力、婴儿承载架的把手是否处于正确的位置、将座椅基座固定在车辆的座椅上的安全带是否未绞结、将儿童固定在婴儿承载架中的束带是否处于正确的张力和正确的高度或这些情况的任意组合。上述儿童汽车座椅还可以包括控制器，该控制器有效地与多个传感器连接并且构造为向界面装置输出座椅基座正确地固定在车辆的座椅上的指示。座椅基座正确地固定在车辆的座椅上的指示可以包括座椅基座处于正确的水平面的指示、将座椅基座固定在车辆的座椅上的安全带处于正确的张力的指示、婴儿承载架的把手处于正确的位置的指示、将座椅基座固定在车辆的座椅上的安全带未绞结的指示、将儿童固定在婴儿承载架中的束带处于正确的张力和正确的高度的指示或这些指示的任意组合。
通过参考附图阅读下面的描述和所附的权利要求书，将会更清楚本发明的这些和其它特征和特性，以及操作的方法、折叠式结构的相关元件和零件组合的功能、和制造的经济性，所有的附图、描述和权利要求书都构成了本说明书的一部分，并且在各个附图中相同的附图标记表示相应的零件。但是，应当明确地理解，附图仅仅用于说明和描述目的，而不应该被理解为对本发明的限制。除非存在明确的相反说明，否则在说明书和权利要求书中使用的单数形式也包括多个所指对象。
附图说明
为了便于对本发明的理解，在附图和说明书中阐明了本发明的优选实施例，从中可以理解并认识本发明、本发明的结构、构造和操作方法的各种实施例以及许多优点。
图1A至图1C提供了根据本发明的包括用于确认安全带锁扣的系统的LATCH装置的几个视图；
图2是根据本发明的体现CRS的各种特征的承载架基座和LATCH装置的透视图；
图3是具有可围绕中心枢转点旋转且处于伸展位置的升降支脚的图2所示承载架基座的侧视图；
图4是安装在车辆座椅中的具有处于伸展位置的升降支脚的图3所示承载架基座的侧视图；
图5是根据本发明的用于与CRS一起使用的调平机构的底侧透视图，该调平机构具有用于将升降支脚驱动到伸展位置的电动机和凸轮组件；
图6是根据本发明的另一个实施例的具有直线运动机构的调平支脚的透视图，该直线运动机构具有用于提供自动化调平和角度反馈的剪式机构；
图7是具有从安装在车辆座椅中的承载架基座延伸的支脚的直线运动调平机构的侧视图；
图8是安装在车辆座椅中的图2所示承载架基座的侧视图，为便于安装，该承载架基座具有与支脚连接的滚轮和安装在车辆座椅坐垫与靠背之间的唇边延伸部；
图9是具有用于将基座与车辆座椅连接的安全带和用于测量安全带上的张力的张力检测传感器的图2所示承载架基座的透视图；
图10是根据本发明的用于自动地增大安全带上的张力的张紧机构的顶侧透视图；
图11是图10所示张紧机构的底侧透视图，示出了缠绕在安全带张紧心轴上的安全带和由棘爪和棘轮组成的用于防止安全带的“反向驱动”的锁扣机构；
图12是图11所示棘爪和棘轮的侧视图；
图13是图2所示承载架基座的底部的透视图，其中调平机构的支脚处于打开位置以便张紧机构进入其中；
图14是具有改进的路径选择构造的安全带的承载架基座的另一实施例的透视图；
图15A是示出CRS的电子元件的框图，示出了元件与微控制器之间的关系；
图15B是描述用于校准根据本发明的CRS的算法的流程图；
图15C是描述由根据本发明的CRS使用的安装算法、调平算法和张紧算法的流程图；
图16是电池和自发电电源机构露出的图2所示承载架基座的透视图；
图17是图2所示承载架基座的侧视图，其中以放大方式示出了用户界面的控制中心；
图18是根据本发明的具有用于在基座和承载架之间传输电力和数据的电连接插座的基座和承载架的透视图；
图19是与婴儿承载架连接的图2所示承载架基座的侧视图，该侧视图具有用于将基座与承载架连接的闩锁机构的放大视图；
图20A和图20B提供了分别示出根据本发明的用于将CRS与基座连接的传感器构造的侧视图和透视图；
图21是根据本发明的具有束带张力传感器和收紧/松开束带的电动机构的婴儿承载架的正视图；
图22是具有用于调节束带的高度的电动机机构的图21所示承载架的背部的透视图；
图23是具有闩锁张紧器机构和用于与LATCH系统连接的连接器的智能锁扣装置的透视图；
图24是图23所示闩锁张紧器机构的透视图；
图25是图23所示闩锁张紧器机构的仰视图；
图26是图23所示闩锁张紧器机构的横截面视图，其中电动机、齿轮系和心轴是可见的；
图27是图23所示闩锁张紧器机构的分解视图；以及
图28是描述用于增大与图23所示智能锁扣装置一起使用的安全带的张力的处理的流程图。
具体实施方式
为了便于下文的描述，术语“上方”、“下方”、“右方”、“左方”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“横向”、“纵向”和它们的派生词是指本发明在附图中的取向。但是，应该理解，除了明确相反的表示以外，本发明可采用各种替代的变型。还应该理解，在附图中示出并在下面说明书中描述的具体装置仅仅是本发明的示例性实施例。因此，与本文中公开的这些实施例相关的具体尺寸和其它物理特征不应被理解为是限制性的。
在图1至图23中示出了具有体现本发明各个方面的自动化装置的CRS。对于本领域技术人员显而易见的是，图1至图23所示的CRS仅代表落入本发明范围内的儿童安全座椅的各种各样的结构、构造和操作模式中的一种。例如，这里讨论的本发明的各方面可以并入到面向后方的婴儿承载架、面向前方和面向后方的可转换儿童承载架以及具有束带并且与腰部/肩部安全带一起使用的儿童加高座椅中。
根据本发明的CRS通过安全带与车辆座椅牢固地连接。在一个实施例中，CRS构造为与儿童使用的下扣件和拴带(LATCH)系统一起使用，LATCH系统相当于欧洲的ISOFIX系统。参考图1A至图1C，图1A至图1C示出了适于与LATCH装置一起使用的连接器2。连接器2包括检测连接器2的接合爪8内的连接点(通常为金属棒6)的存在的传感器4。传感器4可以是光学中断开关、接触开关、小型化的金属检测电路或其它类似装置。引线10将信号从传感器4传送到设置在CRS上的控制器(未示出)，该信号表示连接器2已连接在LATCH系统的棒6上。作为选择，CRS可以通过例如座椅安全带等其它标准CRS车辆连接点与车辆座椅连接。
参考图2至图17，图2至图17示出了CRS的具有自动化装置的婴儿承载架基座。CRS的基座适于与车辆内部的座椅牢固地连接。基座12包括适于接纳和保持婴儿承载架(未示出)的摇篮状结构、用于将基座固定在车辆座椅上的安全带14以及将基座12相对于车辆座椅调平从而确保婴儿承载架保持在水平方向的调平机构20。
如图2所示，安全带14从位于CRS两侧的连接器2延伸穿过位于基座结构侧部的孔并且到达张紧机构60。调平机构20从基座12的下部延伸以抵消车辆座椅的倾斜角(θ)。支脚24位于调平机构20的基部。高度调节手动释放装置18从支脚的基部延伸从而允许用户手动调节高度。可选地，张紧机构60是用于自动地调节安全带14的张力的电动张紧装置。在自动张紧机构的情况下，基座12还可以包括从基座12延伸的手动释放装置62，从而允许用户从自动化机构中释放安全带14并且使用过过驱动曲柄78手动调节张力。基座12还包括具有例如用于为用户显示视觉数据的视觉显示器等控制中心90的用户界面。例如，相关数据包括告知用户座椅是否水平、基座是否通过连接器牢固地固定在车辆座椅上以及将儿童固定在婴儿承载架上的束带是否固定到位的指示灯。控制中心还可以包括输入装置，从而允许用户输入与待固定至CRS上的儿童有关的数据。
参考图3至图8，如上所述，本发明的CRS包括用于自动地调平CRS并向用户提供角度反馈的系统。根据图3至图5所示的自动调平系统的一个实施例，调平机构20包括从承载架基座12延伸的支脚24。支脚24沿着向下方向延伸从而绕着旋转接头22旋转。旋转接头22的优点在于：通过驱动机构的较小量运动能够实现支脚24的较大量运动。这样，能够有效地减少使支脚延伸超过座椅基座的高度的挑战。
如图3所示，支脚24从婴儿承载架基座12的下部延伸成可伸缩结构，在该可伸缩结构中，当支脚24处于闭合位置时，多个升降部26彼此嵌套。当支脚向下延伸(即绕着旋转接头22旋转)时，嵌套部分26彼此分离。图4示出了安装在车辆座椅16中的具有处于伸展位置的支脚24的基座12。可选地，如图5所示，调平机构20包括用于驱动可伸缩支脚24的伸展的电动机28。包括电动机的调平机构容纳在承载架基座12的内部中。
图5示出了具有用于自动调平的电动机的调平机构的一个实施例。该调平机构包括通过鼠牙盘联轴器32与凸轮30接合的电动机28。用于给凸轮30提供动力的电动机28可以是电气类型或例如液压等其它类型。鼠牙盘联轴器是用于将两段轴连接在一起的机械连接件，并且其特点是具有在每一半轴的端面上啮合在一起的齿。当电动机28驱动凸轮30时，凸轮30旋转从而将力施加在可伸缩的支脚24上，由此使支脚24伸展并且使支脚的嵌套部分26分离。除了凸轮机构之外，还可以使用螺旋千斤顶机构、齿轮齿条机构、剪式升降机构或其它类型的直线运动机构提供通过电动机经由旋转接头调平高度的装置。另外，还可以使用旋转运动机构调节高度。旋转运动机构包括齿轮机构、链轮链条机构、带轮皮带机构或使用旋转电动机直接驱动。
理想的是，在用户不能或不愿使用自动化系统的情况下，不用电动机同样可以调节婴儿承载架基座的高度。通过使凸轮与电动机分离的释放旋钮可以实现手动释放。如图5所示，调平机构20还包括手动释放旋钮34和手动过驱动旋钮36。手动释放旋钮34允许用户将电动机28与凸轮30分离从而防止电动机支撑凸轮30，由此使支脚24返回到缩回位置。一旦电动机28脱离接合，用户可以旋转手动过驱动旋钮36来手动操纵支脚24的高度。还可以利用滑动离合器机构或通过例如致动包括传动系的一部分的心轴的回转曲柄等其它机械机构来调节高度。
理想的是，高度调节系统不可反向驱动，以便在发生碰撞的情况下，力不会通过致动机构的传动系进行传递。鉴于这一方面的担心，调平机构20还包括锁定机构38，锁定机构38具有用于在达到所需高度时将凸轮30固定到位的棘轮和棘爪。
作为选择，如图6和图7所示，CRS可以包括直线伸展机构200以调节基座12的高度。直线伸展机构依赖于能够升高或降低的电动支脚来实现所需的最佳角度。如同旋转调节机构一样，可伸展的支脚由电动机驱动。用于给支脚提供动力的电动机可以是电气类型或例如液压等其它类型。电动支脚可以借助于螺旋千斤顶机构、剪式千斤顶、线缆和滑轮、链条、液压/气动活塞或其它类型的机械机构伸展和收缩。如图6所示，在具有直线延伸机构的自动调平系统的一个实施例中，使用剪式千斤顶机构。剪式千斤顶包括剪形支脚202、用于驱动支脚202的运动的电动机螺杆204、在相应的剪形支脚202之间延伸的稳定桥接件206以及与电动机接合的螺杆套圈208。CRS的内部基座通过安装导轨210安装在剪形支脚202上。图7是安装在车辆座椅216中的基座12的透视图。支脚224处于伸展位置。CRS通过与连接器带214连接的连接器211连接在车辆座椅216上。
对于直线运动调平机构或旋转调平机构而言，调节范围需要超过基座的高度。在这种情况下，需要可伸缩的覆盖物或嵌套的覆盖物来在整个伸展范围上覆盖机械构件。此外，上述旋转接头和直线升降装置不应被视为限制本发明，因为也可以使用其它机构来升降和调平CRS。
CRS的支脚和基座与车辆座椅之间的相互作用非常重要。为了防止CRS支脚或基座在安装过程中被卡住，CRS的与座椅相接的部分可以以便于CRS滑动到正确位置的方式成形。根据一个实施例，如图8所示，通过用于将基座滚动到车辆座椅16上的所需位置的轮44可以实现上述目的。唇边伸展机构46从支脚24延伸。在安装基座12时，唇边伸展机构46安装在车辆座椅坐垫和车辆座椅的靠背之间。唇边伸展机构46上的传感器48记录CRS是否处于正确的位置。作为选择，CRS底部上的滑板状塑料轮廓能够有效地使CRS滑动到所需位置。
除了与本文所述的完全一体化的CRS系统一起使用之外，自动调平系统和张紧机构也适用于各种形式的儿童约束系统。这些形式包括但不限于面向后方的婴儿承载架、面向前方和面向后方的可转换儿童承载架、具有束带的儿童加高座椅以及与车辆的腰部/肩部安全带一起使用的儿童加高座椅。这些儿童约束系统可以包含或不包含单独的基座部件。
本发明的自动CRS还包括用于自动地张紧连接器带的一体机构。图9至图14描述了用于CRS的这种张紧机构60。束带14从连接器2延伸至CRS。束带14通过张紧机构60缠绕和固定在适当位置。
如图9所示，张紧机构60包括一个或多个张力检测传感器64，张力检测传感器64位于承载架基座12的外部并用于测量束带14抵靠基座12的张力以确保基座牢固地与车辆座椅连接。束带14通过位于承载架基座12的外部的槽72进入张紧机构60。手动释放装置62也定位在基座12的顶部上。张力检测传感器是用于确定安全带张力反馈的机电装置。例如，为了测量与连接安全带的张力直接相关的力，可以将应变计或其它载荷传感器安装在CRS的各种支撑部件上。如图9所示，这些测量计或载荷传感器可以安装在安全带张紧结构的支撑结构上，以便这些部件上的应变或载荷可以与安全带的张力相关联。作为选择，测量计或载荷传感器还可以安装在安全带张紧电动机的轴上以使扭矩的变化与安全带张力相关。为了确定与安全带张力相关的力，作为选择，测量计或载荷传感器还可以安装在加高机构或支撑结构的“支脚”或其它承重区域中。来自这些扭矩传感器和/或张力传感器的反馈用于向CRS控制器表示何时安全带张紧电动机/机构因达到所需张力而需要停止。可以协同使用这些测量技术的任意组合，以更准确地或更有力地提供安全带张力反馈。
图10和图11是张紧机构的顶侧透视图和底侧透视图。该张紧机构位于承载架基座12的内部。张紧机构60包括使安全带张紧心轴68旋转的电动机66。电动机66通过鼠牙盘联轴器70与张紧心轴68以接合方式连接。在使用时，安全带14通过位于张紧机构60上方的基座12中的槽72进入张紧机构60。其中，电动机由与CRS的自动控制系统相接的驱动器控制，电动机控制构造为监测电流消耗。该测量也可以用于确定与安全带上的张力直接相关的电动机的扭矩。另外，该测量也可以用于检测电流消耗的增加，从而表示相关联的电动机机构受到阻碍。作为选择，张力传感器64可以用于监测安全带14的张力。
设计安全带张紧机构的一个挑战在于：在理想的情况下，张紧机构不需要经受碰撞力来达到适当的安全标准。考虑碰撞力将会大幅增加驱动系统设计的成本和复杂性。相反，将驱动系统构造为非反向驱动系统能够满足所需的安全水平，而不增加需要将该机构构造为经受碰撞力的复杂性。尽管存在许多这样的非反向驱动的驱动机构，然而根据本发明的优选实施例使用电动机66操作包括棘轮75和棘爪76的锁定机构74。作为选择，电动机可以拉动与本领域常见的现有安全带张紧机构相似的摩擦式机构。如图11所示，锁定机构74位于心轴68和手动过驱动曲柄78之间。图12示出了棘轮棘爪机构的更详细的视图，在棘轮棘爪机构中，安全带张紧棘轮75与弹簧加载棘爪76接触。棘爪76防止棘轮75沿着向后方向旋转。
当驱动结构是非反向驱动时，系统必须设计为允许以某种其它方式释放张力以便可以从车辆座椅中拆卸CRS。图10和图11中的安全带张紧机构可以手动脱离接合以允许用户拆卸CRS。尽管可以通过使驱动系统倒转以自动化方式进行上述脱离接合操作，然而出于安全的原因，优选手动方法。在本实施例中，手动安全带释放闩锁62位于张紧机构60的一端。一旦释放闩锁62接合，用户可以使用位于张紧机构的另一端的手动过驱动曲柄78手动调节张力。
如图13所示，电动安全带张紧机构60位于婴儿承载架基座12的内部中。当调平机构20的支脚24处于打开位置时，张紧机构可以进入其中。
图14示出了基座和安全带的另一个实施例，其中安全带314保持在“路径选择方向”中。该路径选择设计允许安全带314沿着向下和向后的方向施加力从而使基座312更牢固地与车辆座椅连接。如图14所示，安全带通过四个保持环320与承载架基座连接从而使安全带形成U形曲线。
驱动机构的设计中的另一挑战在于：将LATCH约束装置连接在CRS的左右两侧。例如，驱动与CRS固定连接的单根心轴不能保证所有车辆座椅的几何结构两侧中相等的张力。在某些情况下，上述设置是可接受的，特别是在连接固定点例如以ISOFIX标准严格限定的情况下。在另一个实施例中，每一侧可以单独进行电动化和张紧。本实施例非常适用于可以面向前方或面向后方安装的CRS系统，该CRS系统设计有独立可调的拴带。第三实施例使用未与CRS固定连接的单个驱动系统。相反，驱动系统以如下方式进行安装：驱动系统在一组端点之间自由地横向滑动或以使两侧之间的张力均衡的方式枢转。由于驱动系统可用的空间有限，因此可滑动机构是优选的。驱动系统应构造为不会改变儿童重心的位置，也不会侵占儿童的空间。
根据自动安装过程引导调平机构和张紧机构的运行。自动安装过程由包括微处理器和相关联的电子器件的CRS控制器控制。控制器可以集成到CRS中或自成一体，并且可以与CRS在外部连接。CRS控制器可以与所公开的各种传感器有线或无线相接。在可能的情况下，也可以使用分立模拟元件代替数字微控制器来实现一些或整个控制算法。
图15A是根据本发明的一个实施例的CRS的微控制器、传感器和附加电子元件的框图。如图15A所示，微控制器500接收来自闩锁传感器502、调平传感器504和张力传感器506的输入。还可以接收来自位于婴儿承载架上的儿童传感器508的其它数据，儿童传感器508包括儿童约束传感器510和位于整个CRS上的其它环境传感器512。控制器500接收来自例如电池516等电源系统514的电力。可选地，控制器500还可以接收来自响应车辆运动的发电机518的电力或者通过与车辆电源插座520连接的电源适配器接收来自车辆本身的电力。控制器500可以管理如何存储电源以及如何将电源分配至CRS的电子元件。类似地，微控制器500通过在适当时间关闭和打开传感器和电动机可以降低功耗。控制器500还与用户界面522连接。控制器500经由用户界面522接收来自用户的输入，例如儿童的体重和年龄。基于输入的数据，CRS的安装和监测功能可以适于更好地与待固定儿童的尺寸和年龄对应。CRS还可以依靠输入的数据向用户发出信号，告诉用户如何定位和固定CRS(例如，面向前方还是面向后方、使用LATCH系统还是座椅安全带进行固定)。类似地，控制器500可以管理何时在用户界面522上向用户显示什么数据。微控制器500还可以根据将在下文中详细描述的安装算法管理何时打开和关闭调平传感器28和张力传感器66。
在NHTSA的研究报告和制造商的文献中，建议在安装CRS之前将车辆停放在水平地面上。本发明的自动调平机构可以通过确定车辆的倾斜角度近似地将车辆停在水平地面上。该角度参考为已知的“水平”地面，其假设为与重力垂直的平面。由于可以确定该参考点，因此在安装过程中无需将车辆停放在水平面上，因为在调平控制过程中，控制算法通过包含实际调平角度将会补偿非水平地面。通过单个或多个轴线加速度计或具有表示其相对于地球重力的角度的能力的其它类似传感器可以实现CRS角度的反馈，从而提供渐变的电模拟信号或电数字信号。该信号具有足够的分辨率以报告与CRS角度的反馈相关的控制决定。在理想的情况下，当将CRS放置在面向后方的位置时，应当实现座椅靠背相对于水平地面在30度和45度之间的角度。
安装过程开始于校准循环。图15B是示出了适于与CRS承载架的一个实施例一起使用的校准循环的流程图。首先，指示用户沿着与车辆的主轴线平行的特定方向将CRS放置在地面上。由加速度计测量地面相对于重力的角度。
用于确定基座角度的第二选择在于具有基准圆盘，该圆盘可以独立于CRS而进行移动并且能够有线或无线地进行通信。在安装校准部分过程中，可以将该圆盘放置在例如地面或车辆底板等水平面上。圆盘应当以如下方式进行设计：在该校准过程中，圆盘的目标方向是显而易见的。
对圆盘做出的第三相关选择在于具有从CRS延伸且适于与车辆底板接合的支脚。车辆底板可以假定为与校准表面平齐。可以使用基座处的支脚之间的相对角度来确定基准角度。通过指示用户首先将汽车驾驶到水平垫上(这与现有的安装指令相似)，本文所述的调平和张紧算法还可以应用于没有校准机构的系统。
确定基座角度(θB)后，CRS将θB与最大角度(θMax)比较。最大角度是表示最大倾斜角的预设值，最大倾斜角是安装CRS变得不安全之前可以停放车辆的角度。如果最大角度太大，则CRS指示用户在安装CRS之前将车辆移动到更水平的地面。如果倾斜角不大于最大值(θB<θMax)，则记录基座角度(θB)以备在安装期间使用。然后，提示用户装置准备好进行安装了。在此时，用户将承载架基座放置在车辆座椅上、将连接安全带固定在LATCH系统或例如座椅安全带系统等其它连接机构上并且通过按压位于用户界面上的启动按钮来开始安装过程。
如图15C示意性所示，安装算法的一个实施例使用迭代处理，在迭代处理中，以较小的增量改变支脚的高度和张力以达到所需的角度和安全带张力水平。图15C是示出这个迭代处理的流程图。
如上所述，在开始安装过程之前，必须校准CRS以确定停放车辆的地面的角度(θB)。校准之后，读取多个系统传感器以确保CRS可以安全使用。自动安装过程中的这种独特特征能够防止CRS的不安全安装。例如，由于材料会随时间的推移而发生退化(例如聚合物的滞变现象)，因此在制造时每个CRS都被给定了有效期。如果当前的日期超过了有效期，则CRS控制器会根据预定义的规则组向用户发出警告或阻止安装。类似地，在CRS发生碰撞之后，即使外部没有可见的损伤，内部损伤也可能意味着座椅是不安全的。通过在X-Y平面中监测加速度计或者通过使用在经受超过预定量的力时发生永久变形的机械保险装置，CRS控制器能够确定何时应该不再使用座椅。在这种情况下，CRS向用户发出警告或完全阻止安装。类似地，CRS可以向用户发出警告：将车辆停放在这种陡坡(超过22度)上安装CRS将是不安全的。
可选地，在这时，通过从用户收集例如儿童年龄、身高或体重等元数据或者从安装有座椅的车辆收集面向前方或面向后方安装座椅的建议、肩带需要定位的位置或在车辆的这种模型中安装座椅的最安全的位置等元数据，CRS控制系统能够简化安装过程。作为选择，通过与汽车座椅相关联的传感器可以确定儿童的身高或体重。
如果传感器表示装置是安全的(Sn＝安全)，则自动系统向前转入下一个安装步骤。在这时，传感器读取角度θ。θ是装置相对于实际水平面(例如，与重力垂直的水平面)的角度。传感器优选为能够测量这种方向的三轴线加速度计。
如果θ小于计算的水平面角度并且调平电动机尚未接合，则向电动机发送信号使之启动。启动电动机增加支脚的高度从而增大θ。计算的水平面角度等于校准角度θB加预定过调值。过调值意味着电动机将会继续运行从而提升基座使之超过水平面位置。θ等于计算的水平面角度后，关闭调平电动机。
在关闭调平电动机后，通过张力传感器读取安全带的张力(FT)。可能的张力传感器包括应变计、压力计或其它机械传感器。在与调平电机的过程相似的反馈回路中，如果FT小于所需的张力，则电动机将继续运行直至达到所需的张力。由于张力机构为非反向驱动的机构，因此如果FT超过所需张力，则安装失败并且必须重新启动。在迭代处理中，在关闭张紧电动机后，需要再次测量调平角度θ。如果θ在预定范围内(优选地限定为在θB的5度范围内)并且FT未超过所需的张力，则系统将提示用户安装成功。如果θ高于范围的最大值，则启动调平电动机以稍微减小θ。在关闭调平电动机后，启动张紧电动机以将安全带上的张力增大至所需的水平。但是，如果θ低于所需范围的最小值，则系统将会提示用户安装失败。
上述迭代调平算法只不过是多种算法中的一种而已，在多种算法中，调平传感器和机构可以单独使用或者与张力传感器和机构组合使用以有效地自动调平CRS。例如，调平机构和传感器可以单独调平CRS。在这种情况下，将会采用更简单的调平算法，其中将会增大升降支脚的高度直至达到所需的预定角度。预定角度可以基于出厂设定值或使用上文所述在图15B中示出的校准过程而确定的角度。在出厂预设值的情况下，需要将车辆停放在相对水平的地面上。如上所述，即使地面不是水平的，也可以使用校准过程来安装座椅基座。
作为选择，调平传感器可以仅与张紧机构组合使用，从而持续增大安全带上的张力直到调平传感器确认CRS已经达到正确的角度。类似地，调平机构可以继续增大支脚的高度直至达到由张力传感器测量到的预定安全带张力。在那种情况下，仅响应来自张力传感器的输入调节调平机构。应理解的是，本发明可以与这些调平算法中的任意一种一起使用。
另一可能的自动安装算法独立地改变调平程度和张力，以将CRS放置成所需的取向。具体而言，在某些情况下，同时或依次改变支脚的高度和张力的安装过程可能特别有用。例如，与ISOFIX系统一起使用的CRS在固定框架的顶部上可以设计有旋转角度调节系统，以便可以首先将装置张紧然后独立地对装置调平。在这种情况下，旋转框架的位置不会对约束系统中的张力产生影响。因此，先张紧然后调节角度的更简单的安装算法就够用了。优选的是，以如下方式设计LATCH约束装置和支撑硬件：朝座椅坐垫向下并且朝座椅靠背向后引导力。
角度(θ)和安全带张力(FT)的阈值以推荐的NHTSA CRS安装标准或其它科学委员会的推荐标准为基础。例如，NHTSA建议每个LATCH安全带中的张力为53.5N－67N(12lbf－15lbf)。以微控制器实现的控制器可以是可重复编程的，因此在标准更新时控制器也是可更新的。另外，用户可以根据用户的经验使用CRS更新算法。控制器还可以构造为存储使用数据，并且具有下载数据并通过制造商离线分析数据的能力。
另一常见的CRS安装故障是用户错误地使LATCH约束装置的带状织物绞结同时将它们紧固在拴带上。当CRS控制器检测到这种状态时，CRS控制器能够警告用户并且阻止安装。检测约束装置发生绞结的一种选择是在带状织物中嵌入例如压电元件等线材。由于这种解决方案的成本较高并且比较复杂，因此优选的实施例是机械引导件和传感器的组合，机械引导件抑制LATCH约束装置的束带的绞结，传感器确定LATCH约束装置何时正确地定向在车辆的连接锚固点中。
还可以设想的是，CRS控制系统能够确定座椅中是否存在儿童。能够检测儿童的传感器包括一个或多个婴儿承载架中的重量传感器、用于确定束带是否扣住的传感器或用于直接检测儿童的热传感器、视觉传感器或应变计。因此，每当系统检测到有儿童在座椅中时，界面能够向看护人提供关于CRS的准备状态和安全性的反馈。这种反馈可以包括但不限于确认座椅处于正确的水平面、车辆式约束系统处于正确的张力、婴儿承载架把手处于正确的位置、LATCH约束装置未绞结、儿童约束装置处于正确的张力或儿童约束装置处于正确的高度。如果系统认为任一输入是不安全的，则系统可以向看护人发出警告或可选地进行调节。另外，如果车辆状况被认为是不安全的，则控制系统可以提供关于例如温度等车辆状况的反馈，并且可选地发出警告。只要检测到婴儿承载架已经与基座连接，面向后方的婴儿承载架就可能出现这个过程。
重要的是，由于在安装过程中检查过的各种状况可能会随时间的推移而发生变化，因此每当将儿童放置在座椅中时都会进行这种检查。例如，对于CRS而言，以下情况非常常见：安装有乘客座椅安全带系统的CRS在座椅安全带松开的情况下意外地分离。自动CRS可以构造有位于CRS基座上的座椅安全带张力传感器，以便在座椅安全带松开的情况下向用户发出警告。当正确安装时，座椅安全带越过座椅安全带张力传感器并且施加抵靠CRS基座的力。当安全带太松或完全松开时，抵靠CRS基座的张力减小。在这种情况下，CRS警告用户使用CRS是不安全的并且必须重新安装。座椅安全带张力传感器的布置与图9所示的自动张紧机构的布置相似。
另一常见问题是，车辆座椅泡沫的滞变现象随时间的推移而改变，从而引起LATCH安全带中的张力和CRS的角度发生变化。在这种情况下，CRS控制器可以向用户发出警告或者接合张紧驱动系统和调平驱动系统中的一个或多个来解决这个问题。
当检测到儿童而进行检查时，CRS控制系统能够基于元数据(即预定义的规则)向用户提出建议。例如，如果检测到儿童低于某一重量或某一高度，系统能够建议以面向后方的取向安装座椅。如果总重量超过LATCH的推荐重量限值，则CRS控制器能够建议使用车辆座椅安全带。如果当前日期超过在工厂编制的有效期，则能够发出警告。如果系统已经检测到可能已经对CRS造成损伤的与碰撞对应的力，则能够向看护人发出警告以便儿童不会被放置在不安全的座椅中。
CRS界面可以收集关于儿童目前的身高和体重的信息。不同高度处的光学传感器或接触传感器可以确定儿童肩部的高度，这可以用于在正确使用CRS方面向看护人传达反馈。可选地，在电动机构的帮助下，可以自动地调节或通过看护人调节约束装置的高度。由于系统的推荐高度不仅取决于儿童的高度还取决于CRS的取向，因此CRS可以配备有传感器以确定是面向前方进行安装还是面向后方进行安装，传感器包括但不限于加速度计或基座中一个或多个压力传感器。
使用电子器件设计出商业上可行的座椅的一个挑战在于：减少看护人保持足够的电池电量的负担。在图16中示出了CRS的电力供应元件。在最简单的构造中，CRS包括用于向电动机和多个传感器提供电力的电池98。电池98位于承载架基座12的内部。电池可以从基座上拆卸下来并且可以充电。另外，CRS可以构造为接收来自车辆电源出口(例如点烟器出口)的电力。在这种情况下，CRS基座将包括用于接纳电源适配器的插座。在安装或对电池充电的过程中，来自适配器的电力可以给CRS提供动力。根据图16所示的CRS的实施例，CRS基座还包括与电池98和多个CRS传感器连接的自发电电力产生机构96。由于CRS安装在移动平台(例如机动车)上，因此电力产生机构在车辆被驱动时会受到力。对于通过车辆的运动产生电能而言，直线发电机是非常简单的选择。CRS基座内部的磁铁可以穿过线圈，这将产生能够存储在电池中的电。作为选择，也可以使用例如摆锤或压电元件等用于发电的其它已知机构。
CRS可以构造有两级功耗系统。一级系统仅用于监测系统参数和控制用户界面。该系统设计为具有非常低的功率。第二级功耗系统用于在安装过程中驱动电动机并且由此使用更大量的能量。第一级系统的电源优选为电池。第二级系统的电源可以是单独的电池或者可以是来自车辆电源接口的输入。这种辅助或备用系统保证了留有用于用户界面的电力。
在一个实施例中，CRS控制器还包括用户界面以接收触发设置过程和安装过程的用户输入。如图17所示，用户界面部件被组装在代表“控制中心”的分散封装件中。控制中心90位于婴儿承载架基座12的侧面上。根据一个实施例，用户界面是包括用于启动和引导安装过程的安装控制按钮92的视觉显示器。可选地，界面还包括键盘、触控屏、语音识别、远程控制或其它输入。其它输入允许用户输入有关儿童的元数据，以便根据具体儿童的特性(例如，身高、体重、年龄)定制安装。CRS控制器可以通过有线连接或无线连接与移动媒体设备(例如，智能手机、笔记本电脑、平板电脑等)相接，以便进行控制和反馈。
CRS系统的一个独特特征在于：其能够持续地监测CRS并且实时地向用户提供关于CRS安全性的信息。为实现这个目的，控制中心90还包括安全指示器94。指示器向用户提供关于CRS安装的状态和CRS的基本安全性的反馈。该数据从位于整个CRS上的多个传感器传达至CRS控制器和控制中心。传达的信息可以包括对连接器正确地锁定在车辆座椅上的LATCH系统中的确认、与安全带上的张力和CRS调平有关的信息和/或对承载架正确地连接在基座上的确认。根据一个实施例，反馈是可视的并且可具有LED的任何形式。用户界面部件还可以分布在整个CRS的关键位置(即，表示安全带正确锁扣的LED放置在锁扣位置的附近)。可选的反馈指示器包括LCD显示器或听觉反馈装置或触觉反馈装置。
如果监测传感器表示安装不再是正确的(例如，基座不再是水平的或安全带已经松开)，则CRS控制器还可以引导CRS基座的重新安装。根据监测和重新安装的算法，从调平传感器获得数据。如果CRS不是水平的，则根据上述迭代处理调节支脚的高度和安全带的张力。
除了控制中心之外，CRS控制器可选地可以通过有线连接或无线连接与车载计算机通信，以将来自用户界面的数据集成到车辆控制系统中或者将数据提供至例如OnStar等外部系统。
根据CRS控制中心的另一实施例，出于提高用户便利性的目的，控制中心位于可拆卸的婴儿承载架上而非位于基座上。在这种情况下，可以借助于例如叉板式接头或接触板组等常见的盲配接头将电力和通信从基座传输到承载架。对于这种连接而言，关于承载架把手的位置的信息可以被感测并且包括在界面中，以便在未处于制造商推荐的使用位置的情况下可以向用户发出警告，或者该信息被向下传送至基座而由基座中的控制系统进行额外的处理。在图18中示出了电源接头的一个实施例。
CRS还包括适于与承载架基座连接的婴儿承载架。图19、图20A和图20B是用于将承载架100与基座12连接的锁扣机构的示意图。锁扣机构包括位于基座12上的适于围绕和保持承载架100的棒状件104的基座连接器齿102。图19是与基座连接的承载架的示意图，其中示出了锁扣机构的局部剖视图。图20A和图20B是从承载架和基座拆下的锁扣机构的示意图。如图20A和图20B所示，该闩锁还包括用于识别CRS连接器中的棒状件的存在的金属检测传感器106。基于闩锁传感器的数据，控制中心90向用户提示何时承载架100和基座12正确地连接在一起。可选地，承载架和基座还可以通过电源接头连接。如图18所示，基座12包括与婴儿承载架100上的电源接头112连接的电源插座110。该连接向传感器提供电力并且允许来自位于承载架上的传感器的数据传达到CRS控制器和用户界面。在图18所示的CRS的实施例中，控制中心120位于承载架100上。作为选择，控制中心可以是通过有线连接或无线连接与儿童座椅的控制器通信的单独电子模块。
参考图21，可选地包括在CRS中的另一附件是包括用于婴儿束带132的电动张紧器130的约束附件。电动张紧器130机构卷绕束带的带状织物132以张紧或松开束带132。束带132将儿童固定在婴儿承载架100中。束带上包括有测量施加在儿童身上的张力的束带张力传感器134。可以用于这种目的的传感器包括应变计、压力计或其它类型的机械传感器。
婴儿承载架可选地包括的另一特征是自动高度调节机构。图22是婴儿承载架100的背面的示意图，婴儿承载架100具有用于基于儿童的尺寸调节束带132的高度的高度调节机构。承载架包括与电动机机构142连接以调节高度的束带高度调节螺杆140。束带132通过连接在与电动机机构142连接的螺杆140上的束带引导件进行卷绕。螺杆140用于通过升高或降低束带引导件和束带132来调节束带的高度。在承载架100上包括有用于确定儿童的正确束带位置的传感器144，以测量儿童的高度并且基于该测量值确定束带的正确水平。
参考图23至图28，对全智能和自动化的CRS系统做出的变化在于能够适于与现有CRS400一起使用的智能锁扣装置。智能约束系统可以替代包含在儿童汽车座椅中的现有LATCH连接器或者可以设计为设置在现有CRS LATCH连接器和车辆安装锚固点之间。无论在哪种情况下，上述技术中的大部分仍然适用。张紧驱动器的优选实施例是具有用于释放带状织物(参见图14)上的张力的手动超越控制装置的棘轮棘爪系统。该系统包括安全带402，安全带402形成回路以与CRS400连接。电动闩锁张紧器安装件404增大安全带上的张力以将CRS保持在位。
更具体地，参考图24至图27，闩锁张紧器安装件404的一个实施例包括通过齿轮系418转动并且由电动机420驱动的心轴414。电动机420、齿轮系418和心轴414位于安装件404中，并且分别包封在电动机/心轴盖件412和齿轮系盖件419中。安全带402缠绕在心轴414上。位于电动机/心轴盖件412的外侧的束带引导件408引导安全带402从心轴414通过电动机/心轴盖件412的槽410回到心轴414。当心轴414卷绕时，安全带402上的张力增大。电动机420可以是电气类型或例如液压等其它类型。心轴端部416延伸超过电动机/心轴盖件412，并且可以被用户手动转动来调节安全带402的张力。
如图23所示，连接器406与电动闩锁张紧器安装件404连接。连接器406适于与CRS的LATCH系统连接。例如应变计等传感器可以确定位于CRS的两侧的连接器何时被张紧至正确的张力。左右两侧的连接器应当优选地以电子方式连接在一起，以便在安装过程中它们可以保持同步。可选地，可以存在用户界面以提供包括闩锁与车辆下扣件接合、安全带中的张力是正确的、电池电量等反馈。用户界面可选地还可以通过收集元数据和提供听觉或视觉指令来在安装过程中引导用户。与上述CRS的动力机构一样，锁扣装置可以通过由车辆的运动提供动力的发电机进行自供电。
图28是描述由用于增大安全带402的张力的智能锁扣装置遵循的步骤的流程图。与CRS所使用的其它算法一样，从多个传感器获取数据以确认CRS是否能够被安全地安装(例如，车辆处于可接受的水平范围内、CRS结构良好、以及连接器锁扣在LATCH系统或座椅安全带上)。如果CRS安全(SN＝安全)，则从安全带上的张力传感器获取读数。如果张力(FT)小于所需的张力(FSP)，则使张紧电动机转动。电动机保持运行状态直到FT等于FSP(或在可接受的范围内)。在此时，关闭张紧电动机，并且向用户提示安全带张力是正确的。
虽然出于说明的目的并基于目前被认为是最实用和最优选的实施例详细描述了本发明，但应理解的是，这样的细节仅仅是出于说明的目的并且本发明不限于所公开的实施例而相反地旨在覆盖变型和等同结构。例如，应理解的是，本发明设想在可能的范围内，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其它实施例的一个或多个特征相结合。

Claims (45)

1.一种构造为固定在车辆的座椅上的儿童座椅，所述儿童座椅包括：
座椅基座，其固定在所述车辆的所述座椅上；
儿童接纳部，其由所述座椅基座支撑；
安全带张紧系统，其包含在所述座椅基座中以接纳将所述座椅基座与所述车辆的所述座椅连接的安全带；
调平系统，其包含在所述座椅基座中以将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平；以及
控制器，其有效地与所述安全带张紧系统和所述调平系统连接，
其中，所述控制器启动所述安全带张紧系统和所述调平系统，以便使所述安全带张紧系统将所述安全带张紧至预定张力并且使所述调平系统将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平至预定角度。
2.根据权利要求1所述的儿童座椅，其中，所述控制器以迭代方式启动所述安全带张紧系统和所述调平系统。
3.根据权利要求1所述的儿童座椅，其中，所述控制器同时启动所述安全带张紧系统和所述调平系统。
4.根据权利要求1所述的儿童座椅，其中，所述控制器依次启动所述安全带张紧系统和所述调平系统。
5.根据权利要求1所述的儿童座椅，其中，由所述安全带张紧系统接纳的所述安全带是所述车辆的座椅安全带和LATCH系统的安全带中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的儿童座椅，其中，所述儿童座椅选自包括下述座椅的群组：面向后方的婴儿承载架；面向前方和面向后方的可转换儿童座椅；以及具有束带的儿童加高座椅。
7.根据权利要求1所述的儿童座椅，还包括：
用于确定由所述安全带张紧系统接收的所述安全带的张力的至少一个传感器；以及
用于确定所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅的角度的至少一个传感器。
8.根据权利要求7所述的儿童座椅，其中，用于确定张力的所述至少一个传感器和用于确定角度的所述至少一个传感器均有效地与所述控制器连接。
9.根据权利要求8所述的儿童座椅，其中，所述控制器启动所述安全带张紧系统和所述调平系统，以便基于来自用于确定张力的所述至少一个传感器和用于确定角度的所述至少一个传感器的反馈使所述安全带张紧系统将所述安全带张紧至预定张力并且使所述调平系统将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平至预定角度。
10.根据权利要求1所述的儿童座椅，还包括定位在所述座椅基座和所述儿童接纳部中的至少一者上的用户界面，以允许用户启动所述安全带张紧系统和所述调平系统。
11.根据权利要求10所述的儿童座椅，其中，所述用户界面向用户提供所述儿童座椅的状态的反馈。
12.根据权利要求1所述的儿童座椅，其中，所述调平系统构造为升高和降低与所述座椅基座的底面连接的支脚。
13.一种构造为固定在车辆的座椅上的儿童座椅，所述儿童座椅包括：
座椅基座，其固定在所述车辆的所述座椅上；
儿童接纳部，其由所述座椅基座支撑；
调平系统，其包含在所述座椅基座中以将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平；以及
控制器，其有效地与所述安全带张紧系统和所述调平系统连接，
其中，所述控制器从与所述儿童座椅的所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅的角度相关联的至少一个传感器接收反馈并且向用户提供所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅的角度的指示。
14.根据权利要求13所述的儿童座椅，其中，所述指示是在与所述座椅基座和所述儿童接纳部中的至少一者连接的显示器上提供的视觉指示。
15.根据权利要求13所述的儿童座椅，其中，所述指示是表示所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅定位在可接受角度的视觉指示和听觉指示中的至少一种。
16.根据权利要求15所述的儿童座椅，其中，所述控制器通过将由所述至少一个传感器确定的所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅的角度与预定角度比较来确定所述可接受角度。
17.根据权利要求16所述的儿童座椅，其中，所述预定角度是出厂设定角度、通过相对于停放所述车辆的表面校准所述车辆的所述座椅而确定的角度和通过相对于所述车辆的表面校准所述车辆的所述座椅而确定的角度中的至少一个。
18.根据权利要求13所述的儿童座椅，其中，所述调平系统被手动启动以将所述座椅基座调平至预定角度。
19.根据权利要求13所述的儿童座椅，其中，所述控制器启动所述调平系统以便基于来自所述至少一个传感器的反馈调平所述座椅基座。
20.根据权利要求13所述的儿童座椅，还包括：
安全带张紧系统，其包含在所述座椅基座中以接纳将所述座椅基座与所述车辆的所述座椅连接的安全带。
21.根据权利要求20所述的儿童座椅，其中，所述控制器从与将所述座椅基座和所述车辆的所述座椅连接的所述安全带相关联的至少一个传感器接收反馈并且向用户提供所述安全带上的张力的指示。
22.根据权利要求21所述的儿童座椅，其中，由所述安全带张紧系统接纳的所述安全带是所述车辆的座椅安全带和LATCH系统的安全带中的至少一种。
23.根据权利要求20所述的儿童座椅，其中，所述安全带张紧系统被手动启动以将所述安全带张紧至预定张力。
24.根据权利要求21所述的儿童座椅，其中，所述控制器启动所述安全带张紧系统以便基于来自所述至少一个传感器的反馈张紧所述安全带。
25.一种儿童汽车座椅，包括：
座椅基座，其固定在车辆的座椅上；
婴儿承载架，其可拆卸地与所述座椅基座连接；
安全带张紧系统，其包含在所述座椅基座中以接纳将所述座椅基座与所述车辆的所述座椅连接的安全带；
调平系统，其包含在所述座椅基座中以将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平；以及
控制器，其有效地与所述安全带张紧系统和所述调平系统连接，
其中，所述控制器启动所述安全带张紧系统和所述调平系统，以便使所述安全带张紧系统将所述安全带张紧至预定张力并且使所述调平系统将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平至预定角度。
26.一种儿童汽车座椅，包括：
座椅基座，其固定在车辆的座椅上；
婴儿承载架，其可拆卸地与所述座椅基座连接；以及
界面装置，其与所述座椅基座和所述婴儿承载架中的至少一者连接，并且所述界面装置构造为向用户提供所述座椅基座正确地固定在所述车辆的所述座椅上的指示。
27.根据权利要求26所述的儿童汽车座椅，其中，所述界面装置向用户提供所述婴儿承载架与所述座椅基座何时连接的指示。
28.根据权利要求26所述的儿童汽车座椅，其中，所述界面装置包括显示器，所述显示器向用户提供所述座椅基座正确地固定在所述座椅上的视觉指示。
29.根据权利要求26所述的儿童汽车座椅，还包括：
多个传感器，所述多个传感器与所述座椅基座和所述婴儿承载架中的至少一者相关联并且构造为确认下述情况：所述座椅基座是否处于正确的水平面、将所述座椅基座固定在所述车辆的所述座椅的安全带是否处于正确的张力、所述婴儿承载架的把手是否处于正确的位置、将所述座椅基座固定在所述车辆的所述座椅的所述安全带是否未绞结、将儿童固定在所述婴儿承载架中的束带是否处于正确的张力和正确的高度或这些情况的任意组合。
30.根据权利要求29所述的儿童汽车座椅，还包括：
控制器，所述控制器有效地与所述多个传感器连接并且构造为向所述界面装置输出所述座椅基座正确地固定在所述车辆的所述座椅上的指示。
31.根据权利要求30所述的儿童汽车座椅，其中，所述座椅基座正确地固定在所述车辆的所述座椅上的所述指示包括所述座椅基座处于正确的水平面的指示、将所述座椅基座固定在所述车辆的所述座椅的安全带处于正确的张力的指示、所述婴儿承载架的把手处于正确的位置的指示、将所述座椅基座固定在所述车辆的所述座椅的所述安全带未绞结的指示、将儿童固定在所述婴儿承载架中的束带处于正确的张力和正确的高度的指示或这些指示的任意组合。
32.根据权利要求26所述的儿童汽车座椅，还包括：
安全带张紧系统，其包含在所述座椅基座中以接纳将所述座椅基座与所述车辆的所述座椅连接的安全带；以及
调平系统，其包含在所述座椅基座中以将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平。
33.根据权利要求32所述的儿童汽车座椅，还包括：
控制器，其有效地与所述安全带张紧系统和所述调平系统连接，
其中，所述控制器启动所述安全带张紧系统和所述调平系统，以便使所述安全带张紧系统将所述安全带张紧至预定张力并且使所述调平系统将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平至预定角度。
34.根据权利要求32所述的儿童汽车座椅，其中，由所述安全带张紧系统接纳的所述安全带是所述车辆的座椅安全带和LATCH系统的安全带中的至少一种。
35.根据权利要求33所述的儿童汽车座椅，还包括：
用于确定由所述安全带张紧系统接纳的所述安全带的张力的至少一个传感器；以及
用于确定所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅的角度的至少一个传感器。
36.根据权利要求35所述的儿童座椅，其中，用于确定张力的所述至少一个传感器和用于确定角度的所述至少一个传感器均有效地与所述控制器连接。
37.根据权利要求36所述的儿童汽车座椅，其中，所述控制器启动所述安全带张紧系统和所述调平系统，以便基于来自用于确定张力的所述至少一个传感器和用于确定角度的所述至少一个传感器的反馈使所述安全带张紧系统将所述安全带张紧至预定张力并且使所述调平系统将所述座椅基座相对于所述车辆的所述座椅调平至预定角度。
38.一种儿童汽车座椅，包括：
座椅基座，其固定在车辆的座椅上；
儿童接纳部，其与所述座椅基座连接；
至少一个传感器，其与所述儿童接纳部和所述座椅基座中的至少一者相关联并且构造为确定所述儿童接纳部中的对象的存在；以及
界面装置，其与所述座椅基座和所述儿童接纳部中的至少一者连接并且构造为这样：当所述至少一个传感器提供所述对象存在于所述儿童接纳部中的指示时，所述界面装置向用户提供所述座椅基座正确地固定在所述车辆的所述座椅上的指示。
39.根据权利要求38所述的儿童汽车座椅，其中，所述儿童接纳部可拆卸地与所述座椅基座连接。
40.根据权利要求38所述的儿童汽车座椅，其中，与所述儿童接纳部和所述座椅基座中的至少一者相关联的所述至少一个传感器构造为确定所述儿童接纳部中的所述对象的高度和重量中的至少一者。
41.根据权利要求40所述的儿童汽车座椅，其中，如果所述至少一个传感器确认所述对象的高度和重量中的至少一者低于预定值，则在所述用户界面上提供所述儿童汽车座椅应当以面向后方的取向进行安装的指示。
42.一种儿童汽车座椅，包括：
座椅主体，其与车辆的座椅连接；
多个传感器，其与所述座椅主体相关联；以及
界面装置，其与所述座椅主体连接并且构造为这样：基于来自所述多个传感器的反馈，所述界面装置向用户提供所述座椅主体正确地固定在所述车辆的所述座椅上的指示。
43.根据权利要求42所述的儿童汽车座椅，其中，与所述座椅主体相关联的所述多个传感器构造为确认下述情况：所述座椅基座是否处于正确的水平面、将所述座椅基座固定在所述车辆的所述座椅的安全带是否处于正确的张力、所述婴儿承载架的把手是否处于正确的位置、将所述座椅基座固定在所述车辆的所述座椅的所述安全带是否未绞结、将儿童固定在所述婴儿承载架中的束带是否处于正确的张力和正确的高度或这些情况的任意组合。
44.根据权利要求43所述的儿童汽车座椅，还包括：
控制器，所述控制器有效地与所述多个传感器连接并且构造为向所述界面装置输出所述座椅基座正确地固定在所述车辆的所述座椅上的指示。
45.根据权利要求44所述的儿童汽车座椅，其中，所述座椅基座正确地固定在所述车辆的所述座椅上的所述指示包括所述座椅基座处于正确的水平面的指示、将所述座椅基座固定在所述车辆的所述座椅的安全带处于正确的张力的指示、所述婴儿承载架的把手处于正确的位置的指示、将所述座椅基座固定在所述车辆的所述座椅的所述安全带未绞结的指示、将儿童固定在所述婴儿承载架中的束带处于正确的张力和正确的高度的指示或这些指示的任意组合。
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