CN109606306A - 一种可变宽式汽车安全带及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变宽式汽车安全带及其控制方法，包括安全带织带、弹簧、弹簧触发装置、弹簧触发线、安全带折叠固定线、安全带展开触发器、监测装置和控制单元；所述弹簧位于安全带织带内部，所述弹簧两端设有小孔，所述弹簧触发装置通过两端的小孔能够将弹簧收紧；所述弹簧触发装置与所述弹簧触发线固定连接，所述弹簧触发线与所述安全带展开触发器相连，在启动安全带展开触发器时，能够带动弹簧触发线和弹簧触发装置移动进而使得弹簧触发装置脱离弹簧两端的小孔，使得弹簧弹开将安全带织带撑开展宽；控制单元根据监测装置的车速、加速度以及与前方障碍物的距离信息，综合判定后发出是否展开安全带的指令给安全带展开触发器。

Description

一种可变宽式汽车安全带及其控制方法

技术领域

本发明属于车辆行驶安全技术领域，具体涉及一种可变宽式汽车安全带及其控制方法。

背景技术

近年来，随着汽车的逐渐普及，汽车驾驶员以及乘员的安全问题也日益得到重视。安全带已经成为现代汽车上的必不可少的一部分。当汽车发生碰撞时，安全带能够对驾驶员和乘员形成约束，同时吸收掉部分驾驶员和乘员在碰撞过程中的能量，从而降低驾驶员及乘员在碰撞中的伤害。随着科学技术的不断提升，安全带也不断的被改善，除了传统的安全带，也出现了预紧式安全带和气囊式安全带等新型安全带。然而，由于材料特性的限制，在汽车发生碰撞，安全带发挥作用的同时，安全带会因为拉伸而使自身宽度变窄，继而使碰撞中乘员与安全带之间的压强变大，从而使安全带的保护效果被减弱。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可变宽度的安全带及其控制方法。在汽车碰撞过程中，通过使折叠的安全带展开增加与乘员的接触面积，降低乘员受到的由安全带作用的压强。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种可变宽式的汽车安全带，包含安全带织带，弹簧，弹簧触发装置，弹簧触发线，安全带折叠固定线，安全带展开触发器，监测装置，和电子控制单元。

所述安全带未触发时所述安全带织带处于折叠状态，由所述安全带折叠固定线串联折叠状态的安全带织带两端，用于保持安全带织带的折叠状态。当所述安全带被触发后，所述安全带织带被展开，增大安全带与驾驶员以及乘员的接触面积。

所述弹簧固定于所述的安全带织带上，当被触发后能够撑开被折叠的安全带织带。所述弹簧触发装置与弯曲待触发状态的弹簧两端相连，用于保持所述弹簧的弯曲状态及触发弹簧作用。所述弹簧触发线与弹簧触发装置相连，弹簧触发线能够带动弹簧触发装置移动，使弹簧触发装置4脱离与弹簧的连接，从而触发弹簧作用。

所述监测装置包含距离传感器，速度传感器，加速度传感器；上述传感器均装在本发明应用的车体上。

所述电子控制单元ECU包括输入模块，处理模块，输出模块；输入模块与所述监测装置相连，用于接收距离传感器监测的汽车与障碍物的实时距离信号，速度传感器的实时车速信号，加速度传感器的车辆加速度信号。所述处理模块对收到的监测信号进行处理，综合分析判断车辆的安全状态，且生成安全带的展开指令，并发送给输出模块。所述的输出模块与所述安全带展开触发器连接，用于将处理模块的展开指令传输至安全带展开触发器。

所述安全带展开触发器与卷收弹簧触发线和安全带折叠固定线相连，安装于所述安全带的下固定点。当安全带展开触发器接收到展开指令后，在极短的时间内卷收弹簧触发线和安全带折叠固定线。

进一步，所述安全带折叠固定线以及弹簧触发线在近安全带上固定点部位附近进行弱化处理，在安全带展开触发器工作时能够在使安全带折叠固定线和弹簧触发线在弱化点处断开，加速两条线的卷收。

进一步，所述弹簧包含有若干个弹簧，其分布安装固定于安全带织带内部。

一种根据所述可变宽式安全带的控制方法，包括以下步骤：

S1，在汽车行驶过程中，通过距离传感器监测与前方车辆或障碍物的距离信号，通过速度传感器以及加速度传感器监测汽车的速度及加速度信号，并将收集到的信号传送到电子控制单元的输入模块，再由输入模块传输至处理模块。

S2，处理模块根据检测到的与前方障碍物的实时距离信号，计算出当前车辆与前方障碍物或车辆的实时相对速度，然后根据加速度传感器测得的汽车加速度信号，结合实时距离信号以及实时相对速度信号，综合判断汽车的安全状态，且以此判断是否生成安全带展开指令。

S3，所述安全带展开触发机构根据是否收到电子控制单元的展开信号控制所述安全带的展开。

上述方案中，所述第S2步中汽车安全状态的判定方法具体为：

汽车安全状态的判定分为三步，第一步为汽车安全状态初步判定，对汽车的安全状态进行初步判定，根据判定结果决定是否进行第二步判定；第二步为碰撞发生风险判定，判定汽车是否会与前方障碍物发生碰撞，根据判定结果决定是否进行第三步判定；第三步为碰撞程度判定，预估汽车与前方障碍物发生碰撞时的相对速度，判定碰撞程度，根据判定结果决定是否生成安全带展开信号。

上述判定方案，每一步具体的判定条件如下：

第一步，汽车安全状态初步判定：

[1]若汽车与前方障碍物的距离S＞S_sa，则判断汽车处于安全状态，不进行碰撞发生风险判定。

[2]若汽车与前方障碍物的距离0<S<＝S_sa，则判断汽车处于可能碰撞状态，继续进行碰撞发生风险判定。

第二步，碰撞发生风险判定：

[1]若预估汽车碰撞时刻T_C<0s，则判定汽车处于安全状态，不进行碰撞程度判定。

[2]若预估汽车碰撞时刻0s<T_C<3s，则判定汽车处于即将碰撞状态，进行碰撞程度判定。

第三步，碰撞程度判定：

[1]若预估汽车与前方障碍物的相对碰撞速度V_pr<30km/h，则判定碰撞为低速碰撞，不生成安全带展开信号,由未展开的安全带对驾驶员及乘员进行保护。

[2]若预估汽车与前方障碍物的相对碰撞速度V_pr＞＝30km/h，则判定为高速碰撞，将向安全带展开触发器安全带发出展开信号。

除上述判定方式外，当汽车受到非来自前方的突发撞击时，使用另一种判定方式，该种判定方式具体如下：

当传感器监测到的汽车加速度a_v大于汽车加速度危险值a_D，则立即判断汽车受到高速撞击，处于危险状态，继而发出安全带展开信号。

附图说明

图1为一种实施方案的结构，结构示意图为本发明局部示意图。

图2为本发明安全带织带展开原理示意图。

图3为本发明整体电子控制方案示意图。

图4为本发明安全带织带1处于折叠状态时的横截面示意图。

图5为本发明安全带织带内部弹簧机构示意图。

图1：1、安全带织带；2、安全带折叠固定线；3、弹簧触发线；4、弹簧触发装置；5、弹簧；6、安全带展开触发器；

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同或相似的部分。附图仅用于说明本发明，不代表本发明的实际结构和真实比例。

图1所示为本发明所述可变宽式汽车安全带的一种实施方式，所述可变宽式汽车安全带包含安全带织带1，安全带折叠固定线2，弹簧触发线3，弹簧触发装置4，弹簧5，安全带展开触发器6，监测装置，和电子控制单元。

所述安全带未触发时所述安全带织带1处于折叠状态。在折叠状态时，安全带织带1左右两边被向内折叠至织带的纵向中心线，并由所述安全带折叠固定线2从安全带上固定点开始沿安全带纵向中心线方向将折叠至织带纵向中心线的安全带织带1的左右两边进行串联固定，用于保持安全带织带1的折叠状态。当所述安全带被触发后，所述安全带织带1被展开，增大安全带与驾驶员以及乘员的接触面积。

所述弹簧5包含有若干个弹簧，其分别安装固定于安全带织带1内部，当被触发后能够撑开被折叠的安全带织带1使得织带展宽。所述弹簧触发装置4与弯曲待触发状态的弹簧5两端的小孔相连，用于保持所述弹簧5的弯曲状态及触发弹簧5作用。所述弹簧触发线3与弹簧触发装置4相连，弹簧触发线3能够带动弹簧触发装置4向下移动，在弹簧触发装置4向下移动时，使得弹簧触发装置4两端脱离与弹簧5两端的小孔，从而触发弹簧5向外弹开。

所述监测装置包含距离传感器，速度传感器，加速度传感器；上述传感器均装在本发明应用的车体上。

所述电子控制单元包括输入模块，处理模块，输出模块；输入模块与所述监测装置相连，用于接收距离传感器监测的汽车与障碍物的实时距离信号，速度传感器的实时车速信号，加速度传感器的车辆加速度信号。所述处理模块对收到的监测信号进行处理，综合分析判断车辆的安全状态，且生成安全带的展开指令，并发送给输出模块。所述的输出模块与所述安全带展开触发器6连接，用于将处理模块的展开指令传输至安全带展开触发器6。安全带展开触发器6由电机实现。

所述安全带展开触发器6与弹簧触发线3和安全带折叠固定线2相连，安装于所述安全带的下固定点。当安全带展开触发器6接收到展开指令后，迅速拉动卷收弹簧触发线3和安全带折叠固定线2，使得所述安全带织带1由折叠状态进入自由待展开状态，所述弹簧触发线3带动弹簧触发装置4向下移动，使其脱离与所述弹簧5两端小孔的连接，使所述的弹簧5迅速弹开从而撑开待展开状态的安全带织带1，从而增大安全带与乘员的接触面积，降低乘员在碰撞中受到的伤害。

所述安全带折叠固定线2以及弹簧触发线3在近安全带上固定点部位附近进行弱化处理，在安全带展开触发器6工作时能够在使安全带折叠固定线2和弹簧触发线3在弱化点处断开，加速两条线的卷收。

当电子控制单元根据来自传感器的信号并判定汽车处于危险状态时，产生安全带展开信号并发送至安全带展开触发器6，安全带展开触发器6接收到安全带展开信号后，迅速启动转动，进而拉动卷收安全带折叠固定线2和弹簧触发线3，由于在安全带折叠固定线2和弹簧触发线3上提前设置弱化点，安全带折叠固定线2和弹簧触发线3在被安全带展开触发器6卷收时会在弱化点断开，迅速卷收抽离。安全带折叠固定线2被卷收抽离使得安全带处于可被展开状态，弹簧触发线3被卷收抽离，激活弹簧触发装置4，使得弹簧5弹开，从而带动安全带织带1被展开，从而增大安全带与乘员的接触面积。当电子控制单元根据来自传感器的信号并判定汽车处于安全状态时，则不产生安全带展开信号。

一种根据所述可变宽式安全带的控制方法，包括以下步骤：

S1，在汽车行驶过程中，通过距离传感器监测与前方车辆或障碍物的距离信号，通过速度传感器以及加速度传感器监测汽车的速度及加速度信号，并将收集到的信号传送到电子控制单元的输入模块，再由输入模块传输至处理模块。

S2，处理模块根据检测到的与前方障碍物的实时距离信号，计算出当前车辆与前方障碍物或车辆的实时相对速度，然后根据加速度传感器测得的汽车加速度信号，结合实时距离信号以及实时相对速度信号，综合判断汽车的安全状态，且以此判断是否生成安全带展开指令。

S3，所述安全带展开触发机构根据是否收到电子控制单元的展开信号控制所述安全带的展开。

上述方案中，所述第S2步中汽车安全状态的判定方法具体为：

距离传感器、速度传感器、加速度传感器以一定的采样频率监测汽车当前的状态，并传送至电子控制单元，然后电子控制单元根据这些信号对汽车的安全状态进行判定。汽车安全状态的判定分为三步，第一步为汽车安全状态初步判定，对汽车的安全状态进行初步判定，根据判定结果决定是否进行第二步判定；第二步为碰撞发生风险判定，判定汽车是否会与前方障碍物发生碰撞，根据判定结果决定是否进行第三步判定；第三步为碰撞程度判定，预估汽车与前方障碍物发生碰撞时的相对速度，判定碰撞程度，根据判定结果决定是否生成安全带展开信号。

上述判定方案，每一步具体的判定条件如下：

第一步，汽车安全状态初步判定：

[1]若汽车与前方障碍物的距离S＞S_sa，则判断汽车处于安全状态，不进行碰撞发生风险判定。

[2]若汽车与前方障碍物的距离0<S<＝S_sa，则判断汽车处于可能碰撞状态，继续进行碰撞发生风险判定。

第二步，碰撞发生风险判定：

[1]若预估汽车碰撞时刻T_C<0s，则判定汽车处于安全状态，不进行碰撞程度判定。

[2]若预估汽车碰撞时刻0s<T_C<3s，则判定汽车处于即将碰撞状态，进行碰撞程度判定。

第三步，碰撞程度判定：

[1]若预估汽车与前方障碍物的相对碰撞速度V_pr<30km/h，则判定碰撞为低速碰撞，不生成安全带展开信号,由未展开的安全带对驾驶员及乘员进行保护。

[2]若预估汽车与前方障碍物的相对碰撞速度V_pr＞＝30km/h，则判定为高速碰撞，将向安全带展开触发器安全带发出展开信号。

除上述判定方式外，当汽车受到非来自前方的突发撞击时，使用另一种判定方式，该种判定方式具体如下：

当传感器监测到的汽车加速度a_v大于汽车加速度危险值a_D，则立即判断汽车受到高速撞击，处于危险状态，继而发出安全带展开信号。

上述方案中的汽车与前方障碍物的相对速度v_r本例通过以下方式计算：

上式中S_t1和S_t2分别为t₁、t₂时刻汽车的距离传感器监测到的汽车与前方障碍物实时距离。

上述方案中的安全距离S_sa由汽车与前方障碍物的相对速度v_r确定，在本实施例中取S_sa＝5v_r。

本方案中预估汽车碰撞时刻T_C是指以当前时刻为零时刻，当汽车碰撞发生时的时刻即为预估汽车碰撞时刻T_C。T_C通过以当前时刻的汽车与前方障碍物而的相对速度v_r和相对加速度a_r为基础计算在汽车在零时刻后一段时间内的汽车以前方障碍物为参照物时的前进距离S_f，并根据当前时刻汽车与前方障碍物的距离S_r预测在后续一段时间内汽车与前方障碍物是否会发生碰撞。S_f通过下式计算：

以当前时刻为零时刻，则在T_C时刻汽车与前方障碍物碰撞时：

S_r-S_f＝0

即

对上式求解，则得预估汽车碰撞时刻T_C为：

当T_C存在且大于0时说明在零时刻后面的一段时间内汽车会与前方障碍物发生碰撞。上式中a_r为汽车与前方障碍物的相对加速度：

v_r1、v_r2为t₁、t₂时刻汽车与前方障碍物的相对速度。

如果存在T_C，且T_C＞0,则根据预估汽车碰撞时刻T_C及汽车相对加速度a_r计算预估汽车相对碰撞速度V_pr:

V_pr＝v_r+a_rT_C

当0s<T_C<3s时，判定汽车马上可能即将与前方障碍物发生碰撞，处于危险状态，进而根据预估汽车相对碰撞速度V_pr对进行碰撞程度进行预测。当V_pr＞＝30km/h时，判定汽车将发生高速碰撞，当V_pr<30km/h时，判定汽车将发生低速碰撞。

当判定汽车即将发生高速碰撞，且当T_C＝1.5s，电子控制单元产生安全带展开信号。

当汽车受到非来自前方的突发撞击时，使用另一种判定方式，该种判定方式具体如下：

当传感器监测到的汽车加速度a_v大于汽车加速度危险值a_D，则立即判断汽车受到高速撞击，处于危险状态，继而发出安全带展开信号。

汽车加速度危险值a_D取决于驾驶员和乘员所能承受的最大加速度，超过加速度危险值a_D将可能会造成对驾驶员和乘员极大伤害，甚至死亡，本发明预设的加速度危险值a_D小于500g，根据本发明应用的不同的车型，加速度危险值a_D取值在300g-450g之间。

对于本例中安全带是否展开的条件的总结具体如下表所示：

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可变宽式汽车安全带，其特征在于，包括安全带织带(1)、弹簧(5)、弹簧触发装置(4)、弹簧触发线(3)、安全带折叠固定线(2)、安全带展开触发器(6)；

所述弹簧(5)位于安全带织带内部，所述弹簧两端设有小孔，所述弹簧触发装置(4)通过两端的小孔能够将弹簧收紧；所述弹簧触发装置与所述弹簧触发线(3)固定连接，所述弹簧触发线与所述安全带展开触发器相连，在启动安全带展开触发器时，能够带动弹簧触发线和弹簧触发装置移动进而使得弹簧触发装置脱离弹簧两端的小孔，使得弹簧弹开将安全带织带撑开展宽；

所述安全带织带(1)在撑开展宽之前由安全带折叠固定线固定折叠；所述安全带在折叠状态时，安全带织带(1)左右两边被向内折叠至织带的纵向中心线，并由所述安全带折叠固定线(2)从安全带上固定点开始沿安全带纵向中心线方向将折叠至织带纵向中心线的安全带织带(1)的左右两边进行串联固定，用于保持安全带织带(1)的折叠状态。

2.根据权利要求1所述的一种可变宽式汽车安全带，其特征在于，所述安全带织带内部的弹簧(5)为近似半环形，数量为若干个，沿安全带织带内部分布。

3.根据权利要求1所述的一种可变宽式汽车安全带，其特征在于，所述弹簧触发线为一根，沿安全带织带(1)内部延申。

4.根据权利要求1或3所述的一种可变宽式汽车安全带，其特征在于，所述弹簧触发线(3)、安全带折叠固定线(2)在安全带织带上固定点附近设置弱化点，使得在安全带展开触发器工作时能够使安全带折叠固定线和弹簧触发线在弱化点处断开。

5.根据权利要求1所述的一种可变宽式汽车安全带，其特征在于，还包括监测装置和电子控制单元；

所述监测装置包含距离传感器，速度传感器，加速度传感器；

所述电子控制单元ECU包括输入模块，处理模块，输出模块；输入模块与所述监测装置相连，用于接收距离传感器监测的汽车与障碍物的实时距离信号，速度传感器的实时车速信号，加速度传感器的车辆加速度信号。所述处理模块对收到的监测信号进行处理，综合分析判断车辆的安全状态，且生成安全带的展开指令，并发送给输出模块。所述的输出模块与所述安全带展开触发器连接，用于将处理模块的展开指令传输至安全带展开触发器，使得安全带展开触发器启动工作。

6.根据权利要求5所述的一种可变宽式汽车安全带，其特征在于，安全带展开触发器由电机实现。

7.一种可变宽式汽车安全带的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，汽车行驶过程中，通过距离传感器监测与前方车辆或障碍物的距离信号，通过速度传感器以及加速度传感器监测汽车的速度及加速度信号，并将收集到的信号传送到电子控制单元的输入模块，再由输入模块传输至处理模块；

S2，处理模块根据检测到的与前方障碍物的实时距离信号，计算出当前车辆与前方障碍物或车辆的实时相对速度，然后根据加速度传感器测得的汽车加速度信号，结合实时距离信号以及实时相对速度信号，综合判断汽车的安全状态，且以此判断是否生成安全带展开指令；

S3，安全带展开触发机构根据是否收到电子控制单元的展开信号控制所述安全带的展开。

8.根据权利要求7所述的一种可变宽式汽车安全带的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，汽车安全状态的判定方法具体为：

距离传感器、速度传感器、加速度传感器以一定的采样频率监测汽车当前的状态，并传送至电子控制单元，然后电子控制单元根据这些信号对汽车的安全状态进行判定；汽车安全状态的判定分为三步，第一步为汽车安全状态初步判定，对汽车的安全状态进行初步判定，根据判定结果决定是否进行第二步判定；第二步为碰撞发生风险判定，判定汽车是否会与前方障碍物发生碰撞，根据判定结果决定是否进行第三步判定；第三步为碰撞程度判定，预估汽车与前方障碍物发生碰撞时的相对速度，判定碰撞程度，根据判定结果决定是否生成安全带展开信号。

9.根据权利要求8所述的一种可变宽式汽车安全带的控制方法，其特征在于，第一步的汽车安全状态初步判定方法：

[1]若汽车与前方障碍物的距离S＞S_sa，则判断汽车处于安全状态，不进行碰撞发生风险判定。

[2]若汽车与前方障碍物的距离0<S<＝S_sa，则判断汽车处于可能碰撞状态，继续进行碰撞发生风险判定；

第二步，碰撞发生风险判定：

[1]若预估汽车碰撞时刻T_C<0s，则判定汽车处于安全状态，不进行碰撞程度判定。

[2]若预估汽车碰撞时刻0s<T_C<3s，则判定汽车处于即将碰撞状态，进行碰撞程度判定。

第三步，碰撞程度判定：

[1]若预估汽车与前方障碍物的碰撞相对速度V_pr<30km/h，则判定碰撞为低速碰撞，不生成安全带展开信号,由未展开的安全带对驾驶员及乘员进行保护。

[2]若预估汽车与前方障碍物的碰撞相对速度V_pr＞＝30km/h，则判定为高速碰撞，将向安全带展开触发器安全带发出展开信号。

10.根据权利要求9所述的一种可变宽式汽车安全带的控制方法，其特征在于，

设汽车与前方障碍物的相对速度v_r，通过以下方式计算：

其中S_t1和S_t2分别为t₁、t₂时刻汽车的距离传感器监测到的汽车与前方障碍物实时距离；

则所述安全距离S_sa取决汽车与前方障碍物的相对速度v_r确定，取S_sa＝5v_r；

设预估汽车碰撞时刻T_C是指以当前时刻为零时刻，当汽车碰撞发生时的时刻即为预估汽车碰撞时刻T_C，T_C通过以当前时刻的汽车与前方障碍物而的相对速度v_r和相对加速度a_r为基础计算在汽车在零时刻后一段时间内的汽车以前方障碍物为参照物时的前进距离S_f，并根据当前时刻汽车与前方障碍物的距S_r离预测在后续一段时间内汽车与前方障碍物是否会发生碰撞。S_f通过下式计算：

以当前时刻为零时刻，则在T_C时刻汽车与前方障碍物碰撞时：

S_r-S_f＝0

即

对上式求解，则得预估汽车碰撞时刻T_C为：

当T_C存在且大于0时说明在零时刻后面的一段时间内汽车会与前方障碍物发生碰撞；上式中a_r为汽车与前方障碍物的相对加速度：

v_r1、v_r2为t₁、t₂时刻汽车与前方障碍物的相对速度；

如果存在T_C，且T_C＞0,则根据预估汽车碰撞时刻T_C及汽车相对加速度a_r，计算预估汽车相对碰撞速度V_pr:

V_pr＝v_r+a_rT_C

当0s<T_C<3s时，判定汽车马上即将与前方障碍物发生碰撞，处于危险状态，进而根据预估汽车相对碰撞速度V_pr对进行碰撞程度进行预测；当V_pr＞＝30km/h时，判定汽车将发生高速碰撞，当V_pr<30km/h时，判定汽车将发生低速碰撞；

当判定汽车即将发生高速碰撞，且当T_C＝1.5s，电子控制单元产生安全带展开信号；

当汽车受到非来自前方的突发撞击时，此时判定方式具体如下：

当传感器监测到的汽车加速度a_v大于汽车加速度危险值a_D，则立即判断汽车受到高速撞击，处于危险状态，继而发出安全带展开信号；

所述汽车加速度危险值a_D取决于驾驶员和乘员所能承受的最大加速度。