CN104908704A - 安全带装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安全带装置，包括：卷收器、传导机构、蓄力机构以及切换机构；所述传导机构与所述卷收器的转轴连接，用于在第一状态下将用户拉安全带所作用在所述转轴上的力传导至所述蓄力机构使其转化为势能储存，以及在第二状态下将所述蓄力机构转化所储存的势能所产生的力传导给所述转轴以收紧所述安全带；以及所述切换机构用于控制所述安全带装置在第一状态与第二状态之间切换。所述安全带可重复收紧，且价格低廉。

Description

安全带装置

技术领域

本发明涉及汽车安全领域，特别涉及一种安全带装置。

背景技术

现如今，汽车上都会装配有安全带，从而在汽车发生碰撞或翻滚时固定车上人员，以减少事故对车上人员的伤害。然而，传统的安全带装置所能提供的收紧安全带的拉力仅来源于安全带卷收器。为了避免在正常行驶过程中对车上人员施加太强的约束力而造成体感不适，卷收器所能提供的拉力不会太强。因此，在紧急状态发生时，传统的安全带装置并不能很好地固定车上人员。

一些较为先进的汽车安全带装置能够在特定状态下收紧安全带，从而对人体施加比正常状态时更大的约束力，进一步减少伤害。目前，具有收紧功能的安全带装置通常装配有火药气体发生器，以提供比常规的卷收器更大的收紧力。然而，这样的安全带只能提供一次性的、在严重碰撞事故发生后很短时间内产生的迅速收紧，以约束乘员位置，减少伤害。而一些增加了直流电机及其控制器的安全带，在车上其他控制系统的配合下（如先进驾驶辅助系统，提供碰撞预警、车道偏离报警等功能），可以提供额外的、可重复的、在危险发生前产生的收紧，以提醒驾驶员主动采取措施减缓甚至避免危险。然而，这种安全带结构复杂，成本高。

因此，需要一种可重复收紧的、价格低廉的安全带装置。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种可重复收紧的、价格低廉的安全带装置。

为解决上述问题，本发明提供一种安全带装置，包括：

卷收器、传导机构、蓄力机构以及切换机构；

所述传导机构与所述卷收器的转轴连接，用于在第一状态下将用户拉安全带所作用在所述转轴上的力传导至所述蓄力机构使其转化为势能储存，以及在第二状态下将所述蓄力机构转化所储存的势能所产生的力传导给所述转轴以收紧所述安全带；以及

所述切换机构用于控制所述安全带装置在第一状态与第二状态之间切换。

可选地，所述蓄力机构包括弹性部件与固定部件，在第一状态下，所述弹性部件在所述传导机构传导的力的作用下储存弹性势能，所述固定部件限制所述弹性部件释放所储存的弹性势能，在第二状态下，所述弹性部件至少部分释放所储存的弹性势能，产生作用于所述传导机构的力。

可选地，所述弹性部件包括卷簧轴与缠绕在所述卷簧轴上的卷簧本体。

可选地，所述固定部件为单向轴承，在第一状态下，所述单向轴承与所述卷簧轴连接，在第二状态下，所述单向轴承与所述卷簧轴不连接。

可选地，所述传导机构包括导杆，所述导杆的一端与所述转轴固定连接，另一端与所述卷簧轴连接。

可选地，所述导杆包括第一导杆和第二导杆，所述第一导杆的第一端与所述转轴固定连接，所述第二导杆的第一端与所述卷簧轴连接，所述第一导杆和所述第二导杆通过齿轮传动。

可选地，所述第二导杆的第一端具有第一棘爪结构，所述卷簧轴与所述第二导杆连接的一端具有与所述第二棘爪结构对应的第二棘爪结构。

可选地，所述第一导杆上设置有第一齿轮与第二齿轮，所述第二导杆上设置有第三齿轮与第四齿轮，在第一状态下，仅有所述第一齿轮与所述第三齿轮啮合，在第二状态下，仅有所述第二齿轮与所述第四齿轮啮合，所述第一齿轮的齿数小于所述第三齿轮的齿数，所述第二齿轮的齿数大于所述第四齿轮的齿数。

可选地，所述第一齿轮与所述第三齿轮的齿数比范围是1:3至1:5，所述第二齿轮与所述第四齿轮的齿数比范围是3:1至5:1。

所述切换机构在第一状态下产生第一作用力，使得所述卷簧轴的一端置于所述单向轴承中，所述切换机构在第二状态下产生第二作用力，使得所述卷簧轴从所述单向轴承中脱落。

所述切换机构包括弹簧以及电磁铁，在第一状态下，所述电磁铁断电，所述弹簧产生第一作用力使所述卷簧轴的一端置于所述单向轴承中，在第二状态下，所述电磁铁通电，产生磁力，使得所述卷簧轴从所述单向轴承中脱落。

在需要额外施加收紧安全带的力的情况下，所述切换机构控制切换至第二状态，在正常行驶时，所述切换机构控制切换至第一状态。

所述切换机构受其他车载设备产生的信号控制，从而实现第一状态和第二状态之间的切换。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过传导机构和蓄力机构，利用用户拉安全带的力储存势能，在需要时，由所述蓄力机构依靠所储存的势能产生收紧安全带的力，无需使用电能或化学能，节约了能源，节省了成本。

进一步地，转化、储存、释放势能的元件采用弹性部件，与火药气体部件和电机部件相比，更具有成本优势。

附图说明

图1示出了本发明实施例的一种安全带装置100的模块示意图。

图2示出了本发明实施例的安全带装置200的立体装配示意图。

图3示出了所述安全带装置200在第一状态下的立体示意图。

图4示出了所述安全带装置200中的棘爪结构示意图。

图5示出了所述安全带装置200在第二状态下的立体示意图。

具体实施方式

发明人发现，通过一定的机械机构，能够将用户拉安全带所产生的动能转化为其他形式的能量储存，在需要时，释放所储存的能量以产生收紧安全带的力，能够节约能源，从而节省使用成本。而且，上述机械结构的制造成本通常也较低。

图1示出了本发明实施例的一种安全带装置100的模块示意图。参考图1，所述安全带装置100包括卷收器101、传导机构103、蓄力机构105以及切换机构107。

本领域技术人员熟知，卷收器的转轴上缠绕着安全带。当用户拉安全带时，安全带会带动转轴旋转，当用户松开安全带时，转轴会产生一定的扭矩收紧安全带，从而将用户约束在特定位置上。具体地，所述传导机构103与所述卷收器101相连，当用户拉动缠绕于所述卷收器101上的安全带时，所述传导机构103随着所述卷收器101转轴的旋转做特定的运动，从而将一定的力传导至所述蓄力机构105使其储存能量。而当所述蓄力机构105释放所储存的能量时，所述传导机构103又能将所述蓄力机构105所产生的力反作用于所述卷收器101，从而提供除所述卷收器101提供的力以外额外的力，以收紧缠绕在所述卷收器101上的安全带。

本领域具有很多结构能够实现所述卷收器101与所述蓄力机构105之间力的传导。例如，在一些实施例中，所述传导机构103的第一端与所述卷收器101的转轴相连，第二端与所述蓄力机构105相连。在一些实施例中，所述传导机构103可以包括齿轮与齿条的组合，将所述转轴的扭矩转化为在第二端处直线方向上的力，对所述蓄力机构105在直线方向上做功。或者，在一些实施例中，所述传导机构103可以包括导杆，所述导杆的第一端与所述转轴相连，第二端与所述蓄力机构105相连，从而将所述转轴产生的扭矩传导至导杆的第二端，进而对所述蓄力机构105做功。又或者，在一些实施例中，所述传导机构103可以包括齿轮组，以实现力的放大、缩小等功效。在一些实施例中，所述传导机构103还可以包括减速齿轮组，从而使得用户能够用更小的力拉动安全带和/或所述蓄力机构105释放能量时能够对安全带产生更大的收紧力。

所述传导机构103具有多种形式，不应限定本发明的范围。

所述蓄力机构105与所述传导机构103配合连接，用于将所述传导机构103对其所做的功转化为特定的能量进行储存，并在需要时释放所储存的能量以产生作用于所述传导机构103的力，进而收紧安全带。所述特定的能量可以具有势能、电磁能等多种形式。由于弹性结构具有成本优势，因此，在一些实施例中，所述蓄力机构105能够将所述传导机构103对其所做的功转化为弹性势能储存，并在需要时释放所储存的弹性势能。

具体地，在一些实施例中，所述蓄力机构105包括弹性部件。所述弹性部件的型号、位置等可以根据所述传导机构103对其做功的方式进行配置。例如，在一些实施例中，所述传导机构103对所述弹性部件做直线方向的功，相应地，所述弹性部件可以选用弹簧。在用户拉安全带时，所产生的力通过所述传导机构103的传导，对所述弹簧进行挤压或拉伸，由此，所述弹簧储存弹性势能。当所述弹簧释放所储存的弹性势能时，所产生的力经过所述传导机构103的传导，能够对安全带产生与用户拉安全带方向相反的力，从而收紧安全带。又例如，在一些实施例中，所述传导机构103对所述弹性部件产生扭矩，相应地，所述弹性部件可以选用卷簧。在用户拉安全带时，所产生的力通过所述传导机构103的传导，对所述卷簧产生第一方向的扭矩，由此，所述卷簧储存弹性势能。当所述卷簧释放所储存的弹性势能时，会产生与第一方向具有相反方向的扭矩，该扭矩经过所述传导机构103的传导，能够对安全带产生与用户拉安全带方向相反的力，从而收紧安全带。

所述弹性部件的弹性系数可以根据所述传导机构103的具体构成以及实际需要设置。在一些实施例中，所述弹性系数可以按如下原则设置：在储能阶段，所述弹性系数与所述传导机构103的减速齿轮组相配合，使得用户拉动安全带所需要的力在正常人感到合适的范围内；在释放能量阶段，所述弹性系数与所述传导机构103的减速齿轮组相配合，使得收紧的安全带对用户产生较大的束缚以增强安全性，但又不至于过紧而影响人体健康。

此外，所述蓄力机构105还包括固定部件，用于在正常使用状态下，即没有进一步收紧安全带的需求时，限制所述弹性部件释放所储存的弹性势能。由于弹性部件的弹性势能大小取决于其变形情况，所述固定部件的功能即阻止所述弹性部件在变形储能的状态下恢复原本形状。可以采用本领域常用的限位装置或限制单向运动装置来实现该功能。例如，在一些实施例中，所述弹性部件采用卷簧，相应地，所述固定部件可以采用单向轴承。所述卷簧的卷簧轴与所述单向轴承的内圈配合连接。在储能阶段时，所述传导机构103带动所述卷簧轴沿第一方向转动。在所述卷簧轴的另一端，所述卷簧轴也带动所述内圈沿第一方向转动。由于所述第一方向为所述单向轴承允许转动的方向，因此，所述卷簧可以被上紧，从而实现储能。当用户松开安全带时，所述传导机构103停止向所述卷簧轴提供第一方向的扭矩。在自身弹力的作用下，所述卷簧有恢复原状的趋势，向所述卷簧轴施加第二方向（与第一方向相反）的扭矩。然而，因为所述卷簧轴置于所述内圈中，而所述第二方向是所述单向轴承限制转动的方向，因此，所述卷簧不会恢复原状，而是依然保持储能的状态。所述固定部件可以根据所述弹性部件的类型具体设置，在此不做限制。

所述切换机构107用于使所述传导机构103以及所述蓄力机构105在第一状态（无需额外施加收紧安全带的力）与第二状态（需要额外施加收紧安全带的力）之间切换。在一些实施例中，所述切换机构107在第一状态下产生第一作用力，在第二状态下产生第二作用力。所述第一作用力使得所述蓄力机构105的弹性部件置于所述固定部件的控制之下，从而所述弹性部件只能储存弹性势能而不能释放。所述第二作用力使得所述弹性部件脱落所述固定部件的限制，从而所述弹性部件可以释放所储存的弹性势能。在一些实施例中，所述第一作用力和所述第二作用力还可以改变所述传导机构103中齿轮组的配合关系，从而实现更省力地拉动安全带，以及安全带提供更强约束力的效果。

所述切换机构107可以由触发信号所控制。例如，正常行驶状态下，所述切换机构107产生所述第一作用力，而当收到特定的触发信号时，所述切换机构107产生所述第二作用力。所述触发信号可以由其他车载设备发出。例如，车辆的疲劳检测系统检测到驾驶员昏昏欲睡时，可以发出触发信号，从而使得所述切换机构107将所述安全带装置切换到第二状态，收紧安全带以提醒驾驶员。又例如，检测到与前车距离较小时，也可以发出触发信号，从而收紧安全带，提醒驾驶员，也为可能发生的碰撞提前做好准备。

为进一步说明本发明的目的、特征、优点，下面结合具体实施例与附图进行详细说明。需要说明的是，下面公开的具体实施例并不限制本发明的保护范围。

图2示出了本发明实施例的安全带装置200的立体装配示意图。如图2所示，所述安全带装置200包括：卷收器210、第一齿轮组231、第二齿轮组233、弹簧251、电磁铁（未图示）、卷簧座271以及单向轴承273。

所述卷收器210为常用的安全带设备中的卷收器，包括转轴211，所述转轴211上缠绕有安全带213。所述转轴211提供轻微的扭矩已将所述安全带213收紧。

所述第一齿轮组231以及所述第二齿轮组233共同构成传导机构。所述第一齿轮组231包括第一齿轮2311和第二齿轮2313，套接在第一导杆2315上。所述第二齿轮组233包括第三齿轮2331和第四齿轮2333，套接在第二导杆2335上。

所述卷簧座271包括壳体以及置于所述壳体中的卷簧。所述卷簧包括卷簧轴2711，在其一端设有与所述单向轴承273内圈配合的纹路。

所述弹簧251与所述电磁铁构成切换机构，用于改变上述部件的相互配合关系，从而使所述安全带装置200工作在第一状态和第二状态。所述弹簧251的一端固定，另一端与所述第二导杆2335连接，从而对所述第二导杆2335施加弹力。所述电磁铁未图示，可以装配在所述第三齿轮2331与所述卷簧座271之间。下面分别说明在第一状态和第二状态下，所述安全带装置200各部件的配合关系。

图3示出了所述安全带装置200在第一状态下的立体示意图。

如图3所示，所述转轴211与所述第一导杆2315连接。事实上，无论在第一状态还是第二状态，所述转轴211与所述第一导杆2315均需要共同运转，因此，在一些实施例中，所述转轴211与所述第一导杆2315固定连接，例如，可以焊接在一起。

在一些实施例中，所述弹簧251可以处于压缩状态。在第一状态下，所述电磁铁断电，不产生电磁吸引力。因此，所述第二导杆2335在所述弹簧251的弹力作用下朝图示右向运动，从而与所述卷簧轴2711的一端连接，并进一步将所述卷簧轴2711的另一端推入所述单向轴承273中。同时，在所述弹簧251的推动下，所述第二导杆2335处于第一位置，使得所述第一齿轮2311与所述第三齿轮2331啮合，而其他齿轮相互脱离。

在第一状态下，若用户拉动安全带，则在所述卷收器210的转轴211上产生第一扭矩，所述第一扭矩具有第一方向。所述第一扭矩经过所述传导机构的传导，带动所述卷簧轴2711转动，从而上紧所述卷簧。当用户松开安全带时，上紧卷簧的扭矩消失，但在所述单向轴承273的作用下，所述卷簧依旧保持上紧的状态。

为了保证安全带能够收回，即使得所述转轴211可以依靠其自带的扭力向与第一方向相反的方向（下述为第二方向）旋转，在一些实施例中，所述第二导杆2335与所述卷簧轴2711的连接方式采用棘爪结构连接。需要收回安全带的情况包括用户拉长安全带，佩戴好之后，所述卷收器收回部分安全带以贴合用户的身体，以及用户停止使用安全带。

图4示出了所述第二导杆2335与所述卷簧轴2711在连接端的棘爪结构示意图。在所述弹簧的推动下（推动方向如图中箭头所示），所述第二导杆2335的棘爪结构与所述卷簧轴2711的第二棘爪结构相互连接。当用户拉安全带时，所述第二导杆2335带动所述卷簧轴2711正向旋转（指沿着所述单向轴承273允许的方向旋转），从而实现储能效果。当安全带需要收回时，例如用户松开安全带时，在所述卷收器的作用下，所述第二导杆2335拟带动所述卷簧轴2711反向旋转。然而，在所述单向轴承273的限制作用下，所述卷簧轴2711无法反向旋转。在此情况下，若所述第二导杆2335反向旋转的扭力够大，原本相连的棘爪结构就会脱落，从而使得所述第二导杆2335能够顺利地反向旋转，进而使得所述转轴211能够收回安全带。作用在所述第二导杆2335上的反向旋转扭矩的大小与所述转轴211收回安全带的扭力大小，以及所述第一齿轮2311与所述第三齿轮2335的齿数比有关。然而，使得棘爪脱落所需要克服的阻碍主要来自于所述弹簧251推压所述第二导杆2335的力。因此，通过设置上述部件的具体参数，可以实现上述效果，设置方便，成本低廉。

而且，由于安全带能够收回，在用户下一次拉动安全带时，能够进一步上紧所述卷簧，使其储存更多的弹性势能。当所述卷簧被完全上紧时，用户拉动安全带的力经过传导，又会使得所述棘爪结构打滑脱落。因此，用户对安全带的正常使用不会受到影响。

需要说明的是，上述利用棘爪结构、弹簧、导杆以及齿轮的技术方案只是本发明的实施例。本领域技术人员能够在不脱离本发明精神的基础上做出修改。例如，棘爪结构采用的具体位置可以改变，也可以采用其他机械结构实现上述技术效果，在此不再赘述。

在一些实施例中，所述第一齿轮2311的齿数小于所述第三齿轮2331的齿数，例如，齿数比可以在1:3至1:5之间，从而使得上紧所述卷簧所需的力不会太大。例如，设所述卷簧输出的力矩为8牛·米，所述第一齿轮2311的齿数与所述第三齿轮2331的齿数比为1:4，所述转轴211的半径为50毫米，可知上紧所述卷簧需要额外施加40牛的力。

图5示出了所述安全带装置200在第二状态下的立体示意图。如图5所示，在第二状态下，所述电磁铁通电，产生电磁吸引力（方向如图中箭头所示）吸引所述卷簧，从而将所述卷簧轴2711从所述单向轴承273中拉出，所述卷簧能够释放所储存的弹性势能，带动所述卷簧轴2711反向旋转。而且，在电磁吸引力的作用下，所述卷簧轴2711与所述第二导杆2335更紧密地结合，棘爪结构牢固地结合在一起，避免在较大扭力作用下脱落。进一步地，在电磁吸引力的作用下，所述第二导杆2335克服所述弹簧251的弹力移动到第二位置，使得所述第四齿轮2333与所述第二齿轮2313啮合，而其余齿轮脱落。在一些实施例中，所述第二齿轮2313的齿数大于所述第四齿轮2333的齿数，例如，齿数比可以在3:1至5:1之间，从而产生较大的收紧安全带的扭力。例如，设所述卷簧输出的力矩为8牛·米，所述第四齿轮2333的齿数与所述第二齿轮2313的齿数比为1:4，所述转轴211的半径为50毫米，可知在第二状态卷簧释放弹性势能时，可以提供的收紧安全带的力为640牛。

需要说明的是，上述导杆、齿轮组的实施例也可以被其他机械力传导机构所替代，例如，简单的一根导杆，分别连接所述转轴211和所述卷簧轴2711，亦可实现本发明的目的。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种安全带装置，其特征在于，包括：

卷收器、传导机构、蓄力机构以及切换机构；

所述传导机构与所述卷收器的转轴连接，用于在第一状态下将用户拉安全带所作用在所述转轴上的力传导至所述蓄力机构使其转化为势能储存，以及在第二状态下将所述蓄力机构转化所储存的势能所产生的力传导给所述转轴以收紧所述安全带；以及

所述切换机构用于控制所述安全带装置在第一状态与第二状态之间切换。

2.如权利要求1所述的安全带装置，其特征在于，所述蓄力机构包括弹性部件与固定部件，在第一状态下，所述弹性部件在所述传导机构传导的力的作用下储存弹性势能，所述固定部件限制所述弹性部件释放所储存的弹性势能，在第二状态下，所述弹性部件至少部分释放所储存的弹性势能，产生作用于所述传导机构的力。

3.如权利要求2所述的安全带装置，其特征在于，所述弹性部件包括卷簧轴与缠绕在所述卷簧轴上的卷簧本体。

4.如权利要求3所述的安全带装置，其特征在于，所述固定部件为单向轴承，在第一状态下，所述单向轴承与所述卷簧轴连接，在第二状态下，所述单向轴承与所述卷簧轴不连接。

5.如权利要求3所述的安全带装置，其特征在于，所述传导机构包括导杆，所述导杆的一端与所述转轴固定连接，另一端与所述卷簧轴连接。

6.如权利要求5所述的安全带装置，其特征在于，所述导杆包括第一导杆和第二导杆，所述第一导杆的第一端与所述转轴固定连接，所述第二导杆的第一端与所述卷簧轴连接，所述第一导杆和所述第二导杆通过齿轮传动。

7.如权利要求6所述的安全带装置，其特征在于，所述第二导杆的第一端具有第一棘爪结构，所述卷簧轴与所述第二导杆连接的一端具有与所述第二棘爪结构对应的第二棘爪结构。

8.如权利要求6所述的安全带装置，其特征在于，所述第一导杆上设置有第一齿轮与第二齿轮，所述第二导杆上设置有第三齿轮与第四齿轮，在第一状态下，仅有所述第一齿轮与所述第三齿轮啮合，在第二状态下，仅有所述第二齿轮与所述第四齿轮啮合，所述第一齿轮的齿数小于所述第三齿轮的齿数，所述第二齿轮的齿数大于所述第四齿轮的齿数。

9.如权利要求8所述的安全带装置，其特征在于，所述第一齿轮与所述第三齿轮的齿数比范围是1:3至1:5，所述第二齿轮与所述第四齿轮的齿数比范围是3:1至5:1。

10.如权利要求4所述的安全带装置，其特征在于，所述切换机构在第一状态下产生第一作用力，使得所述卷簧轴的一端置于所述单向轴承中，所述切换机构在第二状态下产生第二作用力，使得所述卷簧轴从所述单向轴承中脱落。

11.如权利要求4所述的安全带装置，其特征在于，所述切换机构包括弹簧以及电磁铁，在第一状态下，所述电磁铁断电，所述弹簧产生第一作用力使所述卷簧轴的一端置于所述单向轴承中，在第二状态下，所述电磁铁通电，产生磁力，使得所述卷簧轴从所述单向轴承中脱落。

12.如权利要求4所述的安全带装置，其特征在于，在需要额外施加收紧安全带的力的情况下，所述切换机构控制切换至第二状态，在正常行驶时，所述切换机构控制切换至第一状态。

13.如权利要求12所述的安全带装置，其特征在于，所述切换机构受其他车载设备产生的信号控制，从而实现第一状态和第二状态之间的切换。