CN105774743B - 一种车用安全带控制系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用安全带及其控制系统和控制方法，具体包括安装在汽车座椅底部两侧的侧锁扣座以及两端分别设有左、右腰带扣的腰带，腰带中间设有前束带扣座，安装在汽车座椅上端两侧的左、右卷收器，左、右卷收器内均设有前束带，前束带前端设有前束带插扣，前束带插扣上设有卷收器复位电机传感器和线束，卷收器包括固定在车体上的步进电机，步进电机通过联轴器与安装有安全带带轮的传动轴一端连接，前束带的一端固定在安全带带轮上；采用分开式的束带，能够有效的增大乘客的受力面积，防止乘客在遭受突然减速而造成的舒服伤害，选择性佩戴的腰带设计，只需去带腰带，便成为传统的三点式安全带，结构简单，可以给乘客不同的佩戴体验。

Description

一种车用安全带控制系统的控制方法

技术领域

本发明属于汽车被动安全技术领域，特别是在涉及一种在交通事故中保护女士乘客的一种车用安全带控制系统及其控制方法。

背景技术

当汽车发生碰撞或遇到意外紧急制动时，巨大的惯性作用力会使驾乘人员与车内的方向盘、挡风玻璃、座椅靠背等物体发生二次碰撞，甚至将驾乘者抛离座位或车外，造成严重伤害。此时，汽车配备的安全带则能将驾乘人员牢牢固定在座位上，防止二次碰撞。它的缓冲作用能吸收大量动能，减轻驾乘人员的伤害程度。

在2004年5月，国家道路交通安全法规已经强制要求驾驶员和前排乘客必须佩戴安全带，这就以法规的形式强调了佩戴安全带的重要性。随着安全带技术的发展和相关国家法规的不断完善，安全带在安全性方面已经比较成熟，能够在碰撞中对乘员提供可靠的保护。

随着汽车安全知识的普及，使用安全带的重要性已经为人们熟知，但是实际使用的比例不高。2009年安全巡展的调查结果显示，只有21.2％的人上车始终会佩戴安全带。美国国家高速公路交通管理局曾对不佩戴安全带的原因做过调查，结果显示超过1/3的驾驶员由于不舒适等原因讨厌佩戴，而女性驾驶员讨厌佩戴安全带的比例超过40％。美国人对舒适性的追求也是美国没有强制要求佩戴安全带的原因。有研究表明安全带舒适性的改进会提高配戴率，从而挽救生命。

本发明基于如何提高佩戴安全带舒适性的角度出发，涉及了一款更加舒适性的安全带，特别是一款女士安全带，断开式的前束带设计、充气式的带体和双电机驱动式卷收器设计，通过采集车速、减速度、电机轴扭矩、安全带复位信号，配合PWM电机控制策略，在汽车行驶的过程中有效的减少了前束带上的预紧力，提高了女性乘客的佩戴舒适性，在制动的过程中，步进电机提供适当大小的阻尼力，减小制动时安全带对乘客的压迫感，同时，选择性佩戴的腰带设计，只需去带腰带，便成为传统的两点式安全带，结构简单，无需做较大的改变,可以给乘客不同的佩戴体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车用安全带控制系统及其控制方法，本发明能够有效的提高乘客佩戴安全带的舒适性，提高佩戴率,提高汽车的被动安全性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种车用安全带，包括安装在汽车座椅底部两侧的侧锁扣座以及两端分别设有左、右腰带扣的腰带，腰带中间设有前束带扣座，还包括安装在汽车座椅上端两侧的左、右卷收器，左、右卷收器内均设有前束带，前束带前端设有前束带插扣，前束带插扣上设有卷收器复位电机传感器和线束，

其中卷收器包括固定在车体上的步进电机，步进电机通过联轴器与安装有安全带带轮的传动轴一端连接，前束带的一端固定在安全带带轮上。

进一步的，前束带扣座与腰带之间的距离可调。

进一步的，其中前束带中设有气囊。

进一步的，气囊中预先充有适当的空气，前束带两端设有气孔，可以通过前束带两端的气孔进行充放气。

进一步的，安全带带轮外侧设有壳体。

进一步的，传动轴两端通过轴承座固定安装。

进一步的，其中联轴器上安装有扭矩传感器和切断销。

一种车用安全带的控制系统，包括汽车车速传感器、减速度传感器、扭矩传感器、复位电机传感器以及基于CAN总线的步进电机PWM扭矩控制器，汽车车速传感器、减速度传感器以及扭矩传感器的一端与汽车CAN总线连接，另一端连接于PWM扭矩控制器，复位电机传感器连接于PWM扭矩控制器，汽车车速传感器、减速度传感器、扭矩传感器、复位电机传感器分别用于采集当前汽车行驶车速、制动时的制动减速度，以及卷收器复位电机传感器电平状态和电机轴部扭矩传感器的电机扭矩信号。

一种车用安全带控制系统的控制方法，包括以下步骤：

1)、首先，PWM扭矩控制器通过检测复位电机传感器状态，乘客是否佩戴安全带，如果没有，则发出预警，提示乘客佩戴安全带；

2)、当乘客佩戴上安全带后，传感器电平状态发生改变，步进电机开始工作，处于小阻尼待机状态；

3)、PWM扭矩控制器通过CAN总线检测汽车当前运行状态，通过采集到的车速、汽车减速度，以及电机扭矩传感器的信号；

4)、当汽车发生紧急制动制动或者碰撞时，由PWM扭矩控制器通过CAN 总线检测到汽车行驶车速，控制步进电机处于大阻尼状态，从而将乘客通过安全带固定在座椅上；

5)、当乘客解除安全带时，步进电机工作，使前束带自动复位。

进一步的，步骤3)中通过检测扭矩传感器的扭力值，当电机的转矩超过安全值后，切断销在剪切力的作用被切断，从而断开步进电机和安全带带轮的连接，保护乘客的安全，防止控制策略错误而造成乘客的受伤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种车用安全带，包括安装在汽车座椅底部两侧的侧锁扣座以及两端分别设有左、右腰带扣的腰带，腰带中间设有前束带扣座，还包括安装在汽车座椅上端两侧的左、右卷收器，左、右卷收器内均设有前束带，前束带前端设有前束带插扣，前束带插扣上设有卷收器复位电机传感器和线束，其中卷收器包括固定在车体上的步进电机，步进电机通过联轴器与安装有安全带带轮的传动轴一端连接，前束带的一端固定在安全带带轮上；采用分开式的束带，能够有效的增大乘客的受力面积，防止乘客在遭受突然减速而造成的舒服伤害，同时，选择性佩戴的腰带设计，只需去带腰带，便成为传统的三点式安全带，结构简单，无需做较大的改变，可以给乘客不同的佩戴体验，分开式的安全带设计，代替了传统的三点式设计，不仅佩戴方便，而且通过步进电机控制安全带的伸缩，可以在汽车没有采取制动的时候，安全带处于松弛状态，有效的提高乘客佩戴的舒适性。

进一步的，前束带中设有气囊，可以通过带体两端的气孔进行充放气，调整带体的充气量来改变舒适性。

一种车用安全带的控制系统及控制方法，利用CAN总线采集分析当前汽车的行驶数据，通过分析汽车当前的速度、加速度分析，控制步进电机的阻尼状态，使安全带中的预紧力在合适的范围内，减轻在制动的过程中，安全带对乘客的压迫感，在步进电机轴的联轴器出，安装有扭矩传感器用来检测扭矩大小，防止扭矩过大或者系统逻辑判断错误时，产生多大的预紧力对人体的伤害，当系统控制发生严重的错误时，步进电机产生的预紧力过大时，超过了安全范围，切断销在剪切力的作用下发生断裂，切断阻止转矩的传递，从而保护乘客不受伤害。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明卷收器结构示意图。

图3为本发明控制系统图。

图4为前束带结构示意图。

图5为本发明第二种实施方式结构示意图。

其中，1、侧锁扣座；2、腰带；2-1、左腰带扣；2-2、右腰带扣；3-1、前束带插扣；4、左卷收器；4-2、步进电机；4-3、联轴器；4-4、轴承座； 4-5、安全带带轮；4-6、壳体；4-7、切断销；4-8、扭矩传感器；5、右卷收器；6、前束带；6-3、复位电机传感器；6-4、气孔；6-6、气囊。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1、图4所示，一种车用安全带，包括安装在汽车座椅底部两侧的侧锁扣座1以及两端分别设有左、右腰带扣2-1、2-2的腰带2，腰带2中间设有前束带扣座7，前束带扣座7与腰带2之间的距离可调，还包括分别安装在汽车座椅上端两侧的左、右卷收器4、5，左、右卷收器4、5均设有前束带6，前束带6前端设有前束带插扣3-1，其中前束带6采用充气式的带体，在前束带6中设有气囊6-6，气囊6-6中预先充有适当的空气，前束带6两端设有气孔6-4，可以通过前束带6两端的气孔6-4进行充放气，调整带体的充气量来改变舒适性，前束带插扣3-1上设有卷收器复位电机传感器6-3 和线束6-5，通过采集卷收器复位电机传感器6-3的电平状态，可以判断当前前束带6的佩戴状态，以及停车时复位安全带。

其中卷收器包括固定在车体上的步进电机4-2，步进电机4-2通过联轴器4-3与传动轴一端连接，传动轴上安装有安全带带轮4-5，安全带带轮4-5 外侧设有壳体4-6，壳体4-6固定在车体上，传动轴两端通过轴承座4-4固定安装，其中联轴器4-3上安装有扭矩传感器4-8和切断销4-7，前束带6 的一端固定在安全带带轮4-5上。

一种基于上述女士安全带的控制系统，包括汽车车速传感器、减速度传感器、扭矩传感器4-8、复位电机传感器6-3以及基于CAN总线的步进电机 PWM扭矩控制器，汽车车速传感器、减速度传感器以及扭矩传感器4-8的一端与汽车CAN总线连接，另一端连接于PWM扭矩控制器，复位电机传感器6-3 连接于PWM扭矩控制器，汽车车速传感器、减速度传感器、扭矩传感器4-8、复位电机传感器6-3分别用于采集当前汽车行驶车速、制动时的制动减速度，以及卷收器复位电机传感器6-3电平状态和电机轴部扭矩传感器4-8的电机扭矩信号；当乘客佩戴上安全带后，复位电机传感器6-3电平状态发生改变， PWM扭矩控制器控制步进电机开始工作，在PWM扭矩控制器内的逻辑单元的控制下，使不同的减速度对应不同的阻力矩值，当乘客解除安全带时，传感器6-3电平发生改变，在电机的控制下使前束带6自动复位。

下面结合附图对本发明的结构原理和使用步骤作进一步说明：

如图1、图4所示，佩戴时，首先佩戴好腰带2，将左、右腰带扣2-1、 2-2分别插入汽车座椅底部两侧的侧锁扣座1中，调节前束带扣座7的束带长度至合适的位置，然后将左、右卷收器4、5中的前束带6拉出，将前束带插扣3-1插入前束带扣座7插口中，当完成佩戴后，可以适当的调节安全带的松紧状态到合适的位置，消除安全带对身体的压迫感。

如图2所示，安全带带轮4-5安装在左右对称布置的轴承座4-4上，安全带带轮4-5的传动轴通过联轴器4-3连接到步进电机4-2上，通过电机的转动控制带动前束带6的伸缩，在汽车的运动过程中，步进电机4-2处于待机状态，提供很小的阻力矩，当汽车发生紧急制动制动或者碰撞时，由步进电机PWM扭矩控制器通过CAN总线检测到汽车行驶车速，控制步进电机处于大阻尼状态，吸收由于惯性运动人体作用在安全带上的力，从而将乘客固定在座椅上，有效的阻止乘客的二次碰撞；通过检测扭矩传感器4-8的扭力值以控制在制动过程中安全带中力值的大小，同时当控制错误的情况下兼过载保护作用，当控制系统严重错误的情况下，即电机的转矩超过安全值后，切断销在剪切的力的作用被切断，从而断开步进电机4-2和安全带带轮4-5的连接，保护乘客的安全，防止控制策略错误而造成乘客的受伤。

如图3所示，当汽车工作时，PWM扭矩控制器采集汽车CAN总线中有关车速、汽车减速度、以及复位电机传感器6-3电平状态和电机轴部扭矩传感器4-8的电机扭矩信号，当乘客佩戴上安全带后，传感器6-3电平状态发生改变，步进电机开始工作，处于小阻尼，待机状态，通过采集到的车速、汽车减速度，以及电机扭矩传感器的信号，在逻辑单元的控制下，使不同的减速度对应不同的阻力矩值，对电机的阻力矩进行时时的PWM闭环控制，当乘客解除安全带时，步进电机工作，使前束带6自动复位。

如图5所示，卷收器的安装位置和两点式安全带的佩戴方式，去掉腰带 2，将一侧的前束带插扣3-1插入另一侧的侧锁扣座1中，将便成为传统的两点式安全带，可以根据不同乘客的舒适程度随意调换左右前束带6的佩戴方式，结构简单，无需做较大的改变,可以给乘客不同的佩戴体验。

Claims (7)

1.一种车用安全带控制系统的控制方法，其特征在于，其中安全带包括安装在汽车座椅底部两侧的侧锁扣座(1)以及两端分别设有左、右腰带扣(2-1、2-2)的腰带(2)，腰带(2)中间设有前束带扣座(7)，还包括安装在汽车座椅上端两侧的左、右卷收器(4、5)，左、右卷收器(4、5)内均设有前束带(6)，前束带(6)前端设有前束带插扣(3-1)，前束带插扣(3-1)上设有卷收器复位电机传感器(6-3)和线束(6-5)，其中卷收器包括固定在车体上的步进电机(4-2)，步进电机(4-2)通过联轴器(4-3)与安装有安全带带轮(4-5)的传动轴一端连接，前束带(6)的一端固定在安全带带轮(4-5)上；

其中控制系统包括：包括汽车车速传感器、减速度传感器、扭矩传感器(4-8)、复位电机传感器(6-3)以及基于CAN总线的步进电机PWM扭矩控制器，汽车车速传感器、减速度传感器以及扭矩传感器(4-8)的一端与汽车CAN总线连接，另一端连接于PWM扭矩控制器，复位电机传感器(6-3)连接于PWM扭矩控制器，汽车车速传感器、减速度传感器、扭矩传感器(4-8)、复位电机传感器(6-3)分别用于采集当前汽车行驶车速、制动时的制动减速度，以及卷收器复位电机传感器(6-3)电平状态和电机轴部扭矩传感器(4-8)的电机扭矩信号；

具体包括以下步骤：

1)、首先，PWM扭矩控制器通过检测复位电机传感器(6-3)状态，乘客是否佩戴安全带，如果没有，则发出预警，提示乘客佩戴安全带；

2)、当乘客佩戴上安全带后，传感器(6-3)电平状态发生改变，步进电机(4-2)开始工作，处于小阻尼待机状态；

3)、PWM扭矩控制器通过CAN总线检测汽车当前运行状态，通过采集到的车速、汽车减速度，以及电机扭矩传感器的信号；通过检测扭矩传感器(4-8)的扭力值，当电机的转矩超过安全值后，切断销(4-7)在剪切力的作用被切断，从而断开步进电机(4-2)和安全带带轮(4-5)的连接，保护乘客的安全，防止控制策略错误而造成乘客的受伤；

4)、当汽车发生紧急制动制动或者碰撞时，由PWM扭矩控制器通过CAN总线检测到汽车行驶车速，控制步进电机处于大阻尼状态，从而将乘客通过安全带固定在座椅上；

5)、当乘客解除安全带时，步进电机(4-2)工作，使前束带(6)自动复位。

2.根据权利要求1所述的一种车用安全带控制系统的控制方法，其特征在于，前束带扣座(7)与腰带(2)之间的距离可调。

3.根据权利要求1所述的一种车用安全带控制系统的控制方法，其特征在于，其中前束带(6)中设有气囊(6-6)。

4.根据权利要求3所述的一种车用安全带控制系统的控制方法，其特征在于，气囊(6-6)中预先充有适当的空气，前束带(6)两端设有气孔(6-4)，可以通过前束带(6)两端的气孔(6-4)进行充放气。

5.根据权利要求1所述的一种车用安全带控制系统的控制方法，其特征在于，安全带带轮(4-5)外侧设有壳体(4-6)。

6.根据权利要求1所述的一种车用安全带控制系统的控制方法，其特征在于，传动轴两端通过轴承座(4-4)固定安装。

7.根据权利要求1所述的一种车用安全带控制系统的控制方法，其特征在于，其中联轴器(4-3)上安装有扭矩传感器(4-8)和切断销(4-7)。