CN112297977A - 一种扶手重力自锁机构及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车座椅技术领域，更具体的说，涉及一种扶手重力自锁机构及其设计方法。本发明提出的扶手重力自锁机构，包括锁止片和扶手锁止轴：所述锁止片，通过锁止片旋转轴安装在扶手支架上；所述扶手锁止轴，安装在扶手上；正常状态下，锁止片在重力作用下与扶手锁止轴不接触，锁止片处于解锁位置，扶手自由打开至最大角度；碰撞状态下，锁止片在惯性作用下沿锁止片旋转轴旋转，超过设定加速度时，锁止片锁止端与扶手锁止轴碰撞锁紧，锁止片处于锁止位置，限制扶手的打开角度。本发明既保证正常使用情况扶手的功能和使用便利，不影响客户使用感受，又保证碰撞状态下的锁止，保护乘客的安全，结构空间小、易于布置、价格便宜、成本低。

Description

一种扶手重力自锁机构及其设计方法

技术领域

本发明涉及汽车座椅技术领域，更具体的说，涉及一种扶手重力自锁机构及其设计方法。

背景技术

汽车后排座椅一般有三个座位,中间座位一般比两侧窄,会布置一个扶手在中间座位处,在中间座位不坐人的情况下，供两侧乘客放手或者放置水杯等其他物品。当扶手关闭状态,中间座椅还可以坐人。

目前，有的扶手会设置专门的复杂锁止机构，但是该扶手一般结构复杂、重量较重，比如大众辉昂的后排中央扶手，奥迪A6L的后排中央扶手。

图1a揭示了现有技术的具有复杂锁止机构的扶手示意图，如图1a所示的扶手，中间座椅坐人时，扶手的锁止机构处于锁止状态，中间座椅不做人而使用扶手时，拉动解锁手柄101，锁止机构解锁将扶手放下。

对于功能简单重量轻的扶手，由于空间和成本考虑，一般不会设置专门锁止机构。

图1b揭示了现有技术的无锁止机构的普通扶手示意图，如图1b所示的普通扶手，没有设置专门的锁止机构，通过扶手与座椅之间的摩擦力来实现扶手的打开与关闭。

但是，这种无锁止机构的普通扶手在使用时有以下安全隐患。

图2a揭示了现有技术的普通扶手中间坐人时的正常状态的示意图，如图2a所示，在正常状态下，当乘客坐在后排中间位置，扶手关闭。

图2b揭示了现有技术的普通扶手中间坐人时的碰撞状态的示意图，如图2b所示，在碰撞状态下，由于没有专门锁止机构，当发生前碰的时候，会产生较大的前向加速度，导致扶手会打开到水平位置，此时乘客身体会先往前移动，然后被返回座椅。当乘客返回座椅的时候，处于水平位置的扶手正好垂直角度在靠背后面，人的背直接撞在水平打开的扶手上，这样极限状况下可能会造成对乘客背部的伤害。

综上所述，现有技术的结构复杂扶手的锁止机构，虽然安全可靠，但是费用贵，操作不是很方便。而结构简单的扶手，操作方便，价格便宜，但是碰撞状况下可能会对中间乘客造成一定伤害。

发明内容

本发明的目的是提供一种扶手重力自锁机构及其设计方法，解决现有技术的扶手在碰撞时处于水平打开位置造成的完全性问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种扶手重力自锁机构，包括锁止片和扶手锁止轴：

所述锁止片，通过锁止片旋转轴安装在扶手支架上；

所述扶手锁止轴，安装在扶手上；

正常状态下，锁止片在重力作用下与扶手锁止轴不接触，锁止片处于解锁位置，扶手自由打开至最大角度；

碰撞状态下，锁止片在惯性作用下沿锁止片旋转轴旋转，超过设定加速度时，锁止片锁止端与扶手锁止轴碰撞锁紧，锁止片处于锁止位置，限制扶手的打开角度。

在一实施例中，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的同一侧：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’的公式表达式如下：

其中，a为触发锁止生效的最低加速度，Δt为触发锁止生效的作用时间，g为重力加速度，θ为锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的初始角度，γ为碰撞过程中锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

在一实施例中，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的同一侧：

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l的公式表达式如下，

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、za,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为碰撞过程中扶手锁止角度，γ为碰撞过程中锁止片锁止角度。

在一实施例中，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的两侧：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’的公式表达式如下，

其中，a为触发锁止生效的最低加速度，Δt为触发锁止生效的作用时间，g为重力加速度，θ为锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的初始角度。

在一实施例中，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的两侧：

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l的公式表达式如下，

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、za,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为扶手碰撞过程中扶手锁止角度，γ'为碰撞过程中锁止片锁止端和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

在一实施例中，还包括约束弹簧和塑料支撑件：

所述约束弹簧，一端连接锁止片，另一端连接塑料支撑件，提供锁止片恢复至解锁位置的作用力；

所述塑料支撑件，安装在扶手支架上，为锁止片在解锁位置的提供支撑受力。

在一实施例中，还包括垫片和铆钉，作为锁止片旋转轴，将锁止片安装在扶手支架上。

为了实现上述目的，本发明提供了

在一实施例中，一种扶手重力自锁机构的设计方法，包括以下步骤：

S1、建立扶手旋转和锁止片旋转的简化模型；

S2、以根据扶手结构和工作条件得到的角度为输入，计算得到锁止片重心和锁止点的关键参数，从而使得锁止片满足以下条件，

在正常状态下，锁止片在重力作用下与扶手锁止轴不接触，锁止片处于解锁位置，扶手自由打开至最大角度；

碰撞状态下，锁止片在惯性作用下沿锁止片旋转轴旋转，超过设定加速度时，锁止片锁止端与扶手锁止轴碰撞锁紧，锁止片处于锁止位置，限制扶手的打开角度；

S3、根据关键参数建立机构三维数据；

S4、通过计算机辅助工程分析方法优化机构的形状和尺寸。

在一实施例中，所述锁止片重心和锁止点的关键参数，包括：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’；

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l。

在一实施例中，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的同一侧：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’的公式表达式如下，

其中，a为触发锁止生效的最低加速度，Δt为触发锁止生效的作用时间，g为重力加速度，θ为锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的初始角度，γ为碰撞过程中锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

在一实施例中，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的同一侧：

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l的公式表达式如下，

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、za,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为碰撞过程中扶手锁止角度，γ为碰撞过程中锁止片锁止角度。

在一实施例中，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的两侧：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’的公式表达式如下，

其中，a为触发锁止生效的最低加速度，Δt为触发锁止生效的作用时间，g为重力加速度，θ为锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的初始角度。

在一实施例中，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的两侧：

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l的公式表达式如下，

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、za,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为扶手碰撞过程中扶手锁止角度，γ'为碰撞过程中锁止片锁止端和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

在一实施例中，所述步骤S3中，进一步包括：

设计辅助零件，所述辅助零件包括约束弹簧和塑料支撑件，所述约束弹簧，一端连接锁止片，另一端连接塑料支撑件，提供锁止片恢复至解锁位置的作用力；

所述塑料支撑件，安装在扶手支架上，为锁止片在解锁位置的提供支撑受力。

在一实施例中，所述步骤S3中，进一步包括：

设计辅助零件，所述辅助零件包括垫片和铆钉，作为锁止片旋转轴，将锁止片安装在扶手支架上。

本发明提供的一种扶手重力自锁机构及其设计方法，解决碰撞时处于水平打开位置的扶手对乘客背部造成伤害的问题，既保证正常使用情况扶手的功能和使用便利，不影响客户使用感受，又保证碰撞状态下的锁止，保护乘客的安全，结构空间小、易于布置、价格便宜、成本低。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1a揭示了现有技术的具有复杂锁止机构的扶手示意图；

图1b揭示了现有技术的无锁止机构的普通扶手示意图；

图2a揭示了现有技术的普通扶手中间坐人时的正常状态的示意图；

图2b揭示了现有技术的普通扶手中间坐人时的碰撞状态的示意图；

图3a揭示了根据本发明一实施例的扶手重力自锁机构的正常状态的示意图；

图3b揭示了根据本发明一实施例的扶手重力自锁机构的正常状态的局部放大图；

图4a揭示了根据本发明一实施例的扶手重力自锁机构的碰撞状态的示意图；

图4b揭示了根据本发明一实施例的扶手重力自锁机构的碰撞状态的局部放大图；

图4c揭示了根据本发明一实施例的锁止片与扶手锁止轴在碰撞状态的关系示意图；

图5揭示了根据本发明第一实施例的扶手旋转和锁止片旋转的简化模型示意图；

图6揭示了根据本发明第一实施例的扶手重力自锁机构的零件爆炸图；

图7a揭示了根据本发明第一实施例的扶手重力自锁机构的正常状态的示意图；

图7b揭示了根据本发明第一实施例的扶手重力自锁机构的碰撞状态的示意图；

图8揭示了根据本发明第二实施例的扶手旋转和锁止片旋转的简化模型示意图；

图9揭示了根据本发明第二实施例的扶手重力自锁机构的零件爆炸图；

图10a揭示了根据本发明第二实施例的扶手重力自锁机构的正常状态的示意图；

图10b揭示了根据本发明第二实施例的扶手重力自锁机构的碰撞状态的示意图。

图中各附图标记的含义如下：

101 解锁手柄；

201 锁止片；

202 锁止片旋转轴；

203 扶手锁止轴；

204 扶手旋转轴；

205 扶手；

301 锁止片；

302 锁止片旋转轴；

303 扶手锁止轴；

304 扶手旋转轴；

305 扶手；

306 扶手支架；

307 弹簧；

308 垫片；

309 铆钉；

310 塑料支撑件；

401 锁止片；

402 锁止片旋转轴；

403 扶手锁止轴；

404 扶手旋转轴；

405 扶手；

406 扶手支架；

407 弹簧；

408 垫片；

409 铆钉；

410 塑料支撑件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。

为达到此目的，本发明提供的一种扶手重力自锁机构及其设计方法，正常行驶状态下，扶手重力自锁机构不工作，只在碰撞时才利用重力起作用自锁，限制碰撞状态下扶手的打开角度，从而保护乘客背部不受扶手伤害。

本发明首先设计了此种利用惯性的自锁机构的设计方法，并根据此方法设计了两种类型的扶手自锁系统。本发明公开了一种碰撞时扶手重力自锁机构及其设计方法，包括机构设计方法和设计的两种扶手重力自锁机构。

图3a和图3b分别揭示了根据本发明一实施例的扶手重力自锁机构的正常状态的示意图和局部放大图，本发明公开的重力扶手自锁机构包括锁止片201、锁止片旋转轴202和扶手锁止轴203。

车辆在正常状态下，锁止片201处于解锁位置，在重力作用下不与扶手锁止轴203接触，扶手重力自锁机构不工作，扶手205可以以扶手旋转轴204为轴正常自由翻转打开。

图4a和图4b揭示了根据本发明一实施例的扶手重力自锁机构的碰撞状态的示意图和局部放大图，图4c揭示了根据本发明一实施例的锁止片与扶手锁止轴在碰撞状态的关系示意图，如图4a-图4c所示，车辆在碰撞状态下，锁止片201在惯性作用下沿锁止片旋转轴202旋转，扶手205沿扶手旋转轴204旋转，当超过设定加速度时，锁止片201的锁止端与扶手锁止轴203碰撞，锁止片201处于锁止位置，扶手重力自锁机构工作，限制碰撞瞬间扶手以扶手旋转轴204为轴翻转的角度。等到碰撞加速度消失，锁止片201回位，扶手可以正常翻折打开。

本发明提出的一种扶手重力自锁机构设计方法，具体包括以下步骤：

S101、建立扶手旋转和锁止片旋转的简化模型，并根据设计的物理状态建立数学公式。

S102、以根据扶手结构和工作条件得到的角度为输入，通过简化模型，计算得到锁止片重心和锁止点的关键参数，从而使得锁止片满足以下条件：

在正常状态下，锁止片在重力作用下与扶手锁止轴不接触，锁止片处于解锁位置，扶手自由打开至最大角度；

碰撞状态下，锁止片在惯性作用下沿锁止片旋转轴旋转，超过设定加速度时，锁止片锁止端与扶手锁止轴碰撞锁紧，锁止片处于锁止位置，限制扶手的打开角度。

S103、根据关键参数建立机构3D数据，同时设计辅助零件来增强系统可靠性。

在一实施例中，扶手重力自锁机构包括锁止片，铆钉，垫片，弹簧，塑料支撑件。

S104、通过常规的CAE(计算机辅助工程)分析方法优化机构的形状和尺寸。

本发明提出发明的设计方法，根据锁止片重心和锁止端在锁止片旋转中心的同一侧或者分居两侧，设计了两种扶手重力自锁机构。以下作为第一实施例和第二实施例进行详细说明。

第一实施例的扶手重力自锁机构，是锁止片重心和锁止片锁止端在锁止片旋转中心(锁止片旋转轴)同一侧。

扶手旋转轴和锁止片旋转中心距离远，占用空间相对较大。

在扶手空间足够的情况，可以选择第一实施例。

本发明中提出的第一实施例的设计方法，具体包括如下步骤：

S201、建立扶手旋转和锁止片旋转的简化模型。

图5揭示了根据本发明第一实施例的扶手旋转和锁止片旋转的简化模型示意图，如图5所示，此简化模型中，锁止片重心c和锁止片锁止端b在锁止片旋转中心a的同一侧。

A为扶手旋转中心(扶手旋转轴)，B为扶手锁止轴，a为锁止片旋转中心(锁止片旋转轴)，b为锁止片锁止端。

AB间距为L，ab间距为l，锁止片重心c与a的距离为l'。

扶手正常关闭时，扶手锁止轴B和扶手旋转轴A连线跟铅垂线角度为α，扶手碰撞过程中扶手锁止角度β，锁止片重心c和锁止片旋转轴a的连线与铅垂线的初始角度为θ，碰撞过程中锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度为γ。

上述4个角度值输入参数都可以根据座椅总体布置和功能需求自主定义。在一实施例中，α＝4°，β＝10°，θ＝25°，γ＝80°。

S202、根据扶手结构和尺寸，确定扶手在正常关闭状态到锁止过程中扶手锁止轴B的运动轨迹S1。

锁止片从解锁位置到锁止位置的运动轨迹S2，实线为解锁位置，虚线为锁止位置。

达到触发的设定碰撞加速度时，扶手角度为β，锁止片角度为γ，扶手锁止轴和锁止片锁止端正好接触上，实现瞬时锁止。

S203、设计锁止片重心和旋转轴的距离尺寸l’：

第一实施例中，锁止片重心和锁止片锁止端在锁止片旋转中心的同一侧。

根据简化模型，假设锁止片在受到触发加速度碰撞情况下，在锁止位置的运动速度刚好为0。

根据碰撞曲线可以获取并定义触发锁止生效的最低加速度a和作用时间Δt。

建立以下公式：

ma·Δt＝mv；

mg(l'cosθ+l'cosγ)＝(1/2)mv²；

得到，锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离

其中，a为触发锁止生效的最低加速度，Δt为触发锁止生效的作用时间，g为重力加速度，θ为锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的初始角度，γ为碰撞过程中锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

在一实施例中，最低加速度a＝4g m/s^2和作用时间Δt＝12ms＝0.012s，得到锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离l’＝10mm。

S204、根据扶手支架空间和扶手旋转轴位置，布置锁止片旋转中心，设计锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l：

根据扶手支架空间和扶手旋转轴位置，布置扶手旋转中心A和锁止片旋转中心a的相对位置。

定义扶手旋转中心A为原点x_A＝0，z_A＝0，锁止片旋转中心a的坐标为x_a，z_a,。

下面公式取其绝对值，其值可根据扶手结构作为输入参数。

扶手锁止轴B到扶手旋转中心A的距离L，其值可根据扶手结构定义为输入参数。

x_a＝Lsinβ+lsinγ；

z_a＝Lcosβ+lcosγ；

得到

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、za,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为碰撞过程中扶手锁止角度，γ为碰撞过程中锁止片锁止角度，即锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

在一实施例中，x_a＝30mm，z_a＝36mm，L＝30mm，l＝27mm。

S205、根据l'和l的参数值，可知锁止片形状是一个扇形，在简化模型S1和S2的轨迹约束下，可以设计锁止片的结构和尺寸。

S206、确定锁止片的结构和尺寸后，需要设计辅助零件来增强扶手重力自锁机构的可靠性。

图6揭示了根据本发明第一实施例的扶手重力自锁机构的零件爆炸图，如图6所示的扶手重力自锁机构，包括锁止片301，铆钉309，垫片308，弹簧307，塑料支撑件310。

所述锁止片301，通过锁止片旋转轴302安装在扶手支架306上；

所述扶手锁止轴303，安装在扶手305上；

增加解锁位置的支撑塑料件310，让锁止片301在解锁位置受力平衡，为锁止片301在解锁位置的提供支撑受力。

约束弹簧307，一端连接锁止片301，另一端连接塑料支撑件310，对锁止片301施加一个拉向解锁位置的作用力，来调整系统的稳定性，当解除碰撞状态时，锁止片301通过约束弹簧307的作用力回到解锁位置。

铆钉轴、铆钉309和垫片308作为锁止片旋转轴302，将锁止片301安装在扶手支架306上。

图7a揭示了根据本发明第一实施例的扶手重力自锁机构的正常状态的示意图，如图7a所示的正常状态下，锁止片301在重力作用下与扶手锁止轴303不接触，锁止片301处于解锁位置，扶手305可以以扶手旋转轴304为轴自由打开至最大角度。

图7b揭示了根据本发明第一实施例的扶手重力自锁机构的碰撞状态的示意图，如图7b所示的碰撞状态下，锁止片301在惯性作用下沿锁止片旋转轴302旋转，超过设定加速度时，锁止片锁止端与扶手锁止轴303碰撞锁紧，锁止片301处于锁止位置，限制扶手305的打开角度。

S207、根据3D结构数据，建立FEA(Finite Element Analysis，有限元分析)模型，进行碰撞工况分析，校核扶手自锁机构的强度。

根据CAE结果优化锁止片形状和尺寸，确保极限工况下强度不失效。

此步骤是常规的优化设计方法，不是本发明特殊的发明内容。

第二实施例的扶手重力自锁机构，是锁止片重心和锁止片锁止端在锁止片旋转中心(锁止片旋转轴)的两侧。

扶手旋转轴和锁止片旋转中心距离近，布局需要空间小。

第二实施例的锁止片狭长，锁止接触区域没有第一实施例的多，为了防止碰撞时扶手反弹锁不住，可以在两侧各设计一个扶手重力自锁机构，并且两侧锁止片尺寸长度有点差异，实现碰撞状态下的可靠锁止。

如果锁止片重心和锁止片锁止端分布在锁止片旋转轴的两侧，建立扶手旋转和锁止片旋转的简化模型，此模型的锁止片会是一个狭长结构，锁止片旋转轴和扶手旋转轴距离近，可在小空间内布置扶手重力自锁机构。

本发明中提出的第二实施例的设计方法，具体包括如下步骤：

S301、建立扶手旋转和锁止片旋转的简化模型。

图8揭示了根据本发明第二实施例的扶手旋转和锁止片旋转的简化模型示意图，如图8所示，此简化模型中，锁止片重心c和锁止片锁止端b分居在锁止片旋转中心a的两侧。

A为扶手旋转中心(扶手旋转轴)，B为扶手锁止轴，a为锁止片旋转中心(锁止片旋转轴)，b为锁止片锁止端。

AB间距为L，ab间距为l，锁止片重心c与a的距离为l'。

扶手正常关闭时，扶手锁止轴B和扶手旋转轴A连线跟铅垂线角度为α，扶手碰撞过程中扶手锁止角度β，锁止片重心c和锁止片旋转轴a连线跟铅垂线初始角度为θ，碰撞过程中锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度为γ。

锁止片锁止端b和锁止片旋转轴a的连线与铅垂线的初始角度为θ’，碰撞过程中锁止片锁止端和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度为γ'。

上述5个角度(γ除外)输入参数都可以根据座椅总体布置和功能需求自主定义。建立角度关系γ＝θ'-θ-γ'。在一实施例中，α＝9°，β＝22°，θ＝46°，θ’＝70°，γ'＝12°，γ＝12°。

S302、根据扶手结构和尺寸，确定扶手在正常关闭状态到锁止过程中扶手锁止轴B的运动轨迹S1。

锁止片从解锁位置到锁止位置的运动轨迹S2，实线为解锁位置，虚线为锁止位置。

达到触发的设定碰撞加速度时，扶手角度为β，锁止片角度为γ，扶手锁止轴和锁止片锁止端正好接触上，实现瞬时锁止。

S303、设计锁止片重心和旋转轴的距离尺寸l’：

第二实施例中，锁止片重心和锁止片锁止端在锁止片旋转中心的两侧。

根据简化模型，假设锁止片在受到触发加速度碰撞情况下，锁止片会越过竖直线，最高点时速度不为0。

根据碰撞曲线可以获取并定义触发锁止生效的最低加速度a和作用时间Δt。

建立以下公式：

ma·Δt＝mv；

得到，锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离

实际l'取值可根据计算结果取小值，建议取计算值的一半。

在一实施例中，l'＜＝36mm，取l'＝18mm。

S304、根据扶手支架空间和扶手旋转轴位置，布置锁止片旋转中心，设计锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l。

根据扶手支架空间和扶手旋转轴位置，布置锁止片旋转中心A和锁止片旋转中心a的相对位置。

假设扶手旋转中心A为原点x_A＝0，z_A＝0，锁止片旋转中心a的坐标为x_a，z_a,。

下面公式取其绝对值，其值可根据扶手结构作为输入参数。

扶手锁止轴B到扶手旋转中心A的距离L，其值可根据扶手结构定义为输入参数。

x_a＝Lsinβ+lsinγ'；

z_a＝Lcosβ-lcosγ'；

得到

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、za,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为扶手碰撞过程中扶手锁止角度，γ'为碰撞过程中锁止片锁止端和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

在一实施例中，x_a＝16mm，z_a＝3mm，L＝30mm，l＝17mm。

S305、根据l'和l的关键参数值，锁止片形状式一个狭长片，在简化模型S1和S2的轨迹约束下，可以设计锁止片的结构和尺寸。

由于设计的锁止片狭长，锁止接触区域没有方案一多，为了防止碰撞时扶手反弹锁不住，可以在两侧各设计一个扶手重力自锁机构，并且两侧锁止片尺寸长度稍微不一样，比如一长一短，实现碰撞状态下的可靠锁止。

在一实施例中，取一侧l＝17mm，另一侧l＝16mm。

S306、确定锁止片的结构和尺寸后，需要设计辅助零件来增强系统可靠性。

图9揭示了根据本发明第二实施例的扶手重力自锁机构的零件爆炸图，如图9所示扶手重力自锁机构，包括锁止片401，铆钉409，垫片408，弹簧407，塑料支撑件410。

所述锁止片401，通过锁止片旋转轴402安装在扶手支架406上；

所述扶手锁止轴403，安装在扶手405上；

增加解锁位置的支撑塑料件410，让锁止片401在解锁位置受力平衡，为锁止片401在解锁位置的提供支撑受力。

约束弹簧407，一端连接锁止片401，另一端连接塑料支撑件410，对锁止片401施加一个拉向解锁位置的作用力，来调整系统的稳定性，当解除碰撞状态时，锁止片401通过约束弹簧407的作用力回到解锁位置。

铆钉轴、铆钉409和垫片408作为锁止片旋转轴402，将锁止片401安装在扶手支架406上。

图10a揭示了根据本发明第二实施例的扶手重力自锁机构的正常状态的示意图，如图10a所示的正常状态下，锁止片401在重力作用下与扶手锁止轴403不接触，锁止片401处于解锁位置，扶手405可以以扶手旋转轴404为轴自由打开至最大角度。

图10b揭示了根据本发明第二实施例的扶手重力自锁机构的碰撞状态的示意图，如图10b所示的碰撞状态下，锁止片401在惯性作用下沿锁止片旋转轴402旋转，超过设定加速度时，锁止片锁止端与扶手锁止轴403碰撞锁紧，锁止片401处于锁止位置，限制扶手405的打开角度。

S305、根据3D结构数据，建立FEA模型，进行碰撞工况分析，校核扶手自锁机构的强度。

根据CAE结果优化锁止片形状和尺寸，确保极限工况下强度不失效。

此步骤是常规的设计方法，不是本发明特殊的发明内容。

本发明提供的一种扶手重力自锁机构及其设计方法，解决碰撞时处于水平打开位置的扶手对乘客背部造成伤害的问题，既保证正常使用情况扶手的功能和使用便利，不影响客户使用感受，又保证碰撞状态下的锁止，保护乘客的安全，结构空间小，易于布置，价格便宜、成本低。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (15)

1.一种扶手重力自锁机构，其特征在于，包括锁止片和扶手锁止轴：

所述锁止片，通过锁止片旋转轴安装在扶手支架上；

所述扶手锁止轴，安装在扶手上；

正常状态下，锁止片在重力作用下与扶手锁止轴不接触，锁止片处于解锁位置，扶手自由打开至最大角度；

碰撞状态下，锁止片在惯性作用下沿锁止片旋转轴旋转，超过设定加速度时，锁止片锁止端与扶手锁止轴碰撞锁紧，锁止片处于锁止位置，限制扶手的打开角度。

2.根据权利要求1所述的扶手重力自锁机构，其特征在于，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的同一侧：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’的公式表达式如下：

其中，a为触发锁止生效的最低加速度，Δt为触发锁止生效的作用时间，g为重力加速度，θ为锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的初始角度，γ为碰撞过程中锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

3.根据权利要求1所述的扶手重力自锁机构，其特征在于，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的同一侧：

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l的公式表达式如下，

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、z_a,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为碰撞过程中扶手锁止角度，γ为碰撞过程中锁止片锁止角度。

4.根据权利要求1所述的扶手重力自锁机构，其特征在于，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的两侧：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’的公式表达式如下，

其中，a为触发锁止生效的最低加速度，Δt为触发锁止生效的作用时间，g为重力加速度，θ为锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的初始角度。

5.根据权利要求1所述的扶手重力自锁机构，其特征在于，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的两侧：

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l的公式表达式如下，

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、z_a,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为扶手碰撞过程中扶手锁止角度，γ'为碰撞过程中锁止片锁止端和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

6.根据权利要求1所述的扶手重力自锁机构，其特征在于，还包括约束弹簧和塑料支撑件：

所述约束弹簧，一端连接锁止片，另一端连接塑料支撑件，提供锁止片恢复至解锁位置的作用力；

所述塑料支撑件，安装在扶手支架上，为锁止片在解锁位置的提供支撑受力。

7.根据权利要求1所述的扶手重力自锁机构，其特征在于，还包括垫片和铆钉，作为锁止片旋转轴，将锁止片安装在扶手支架上。

8.一种扶手重力自锁机构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立扶手旋转和锁止片旋转的简化模型；

S2、以根据扶手结构和工作条件得到的角度为输入，计算得到锁止片重心和锁止点的关键参数，从而使得锁止片满足以下条件，

在正常状态下，锁止片在重力作用下与扶手锁止轴不接触，锁止片处于解锁位置，扶手自由打开至最大角度；

碰撞状态下，锁止片在惯性作用下沿锁止片旋转轴旋转，超过设定加速度时，锁止片锁止端与扶手锁止轴碰撞锁紧，锁止片处于锁止位置，限制扶手的打开角度；

S3、根据关键参数建立三维结构数据；

S4、通过计算机辅助工程分析方法优化机构的形状和尺寸。

9.根据权利要求8所述的扶手重力自锁机构的设计方法，其特征在于，所述锁止片重心和锁止点的关键参数，包括：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’；

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l。

10.根据权利要求9所述的扶手重力自锁机构的设计方法，其特征在于，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的同一侧：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’的公式表达式如下，

其中，a为触发锁止生效的最低加速度，Δt为触发锁止生效的作用时间，g为重力加速度，θ为锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的初始角度，γ为碰撞过程中锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

11.根据权利要求9所述的扶手重力自锁机构的设计方法，其特征在于，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的同一侧：

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l的公式表达式如下，

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、z_a,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为碰撞过程中扶手锁止角度，γ为碰撞过程中锁止片锁止角度。

12.根据权利要求9所述的扶手重力自锁机构的设计方法，其特征在于，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的两侧：

锁止片的重心和锁止片旋转轴的距离尺寸l’的公式表达式如下，

其中，a为触发锁止生效的最低加速度，Δt为触发锁止生效的作用时间，g为重力加速度，θ为锁止片重心和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的初始角度。

13.根据权利要求9所述的扶手重力自锁机构的设计方法，其特征在于，所述锁止片的重心与锁止端在锁止片旋转轴的两侧：

锁止片的锁止端和锁止片旋转轴的距离尺寸l的公式表达式如下，

其中，扶手旋转中心为原点，x_a、z_a,为锁止片旋转轴中心的坐标，L为扶手锁止轴和扶手旋转轴的距离，β为扶手碰撞过程中扶手锁止角度，γ'为碰撞过程中锁止片锁止端和锁止片旋转轴的连线与铅垂线的锁止角度。

14.根据权利要求9所述的扶手重力自锁机构的设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，进一步包括：

设计辅助零件，所述辅助零件包括约束弹簧和塑料支撑件，所述约束弹簧，一端连接锁止片，另一端连接塑料支撑件，提供锁止片恢复至解锁位置的作用力；

所述塑料支撑件，安装在扶手支架上，为锁止片在解锁位置的提供支撑受力。

15.根据权利要求9所述的扶手重力自锁机构的设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，进一步包括：

设计辅助零件，所述辅助零件包括垫片和铆钉，作为锁止片旋转轴，将锁止片安装在扶手支架上。

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