CN112918426A - 一种三点式自适应安全带和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三点式自适应安全带和方法，包括控制装置、重力传感器、接触传感器、拉力传感器、驱动电机和卷收器芯轴；重力传感器设置在安全带座椅上，重力传感器的输出端连接控制装置的输入端；接触传感器设置在安全带锁扣上，接触传感器的输出端连接控制装置的输入端；拉力传感器设置在安全带锁扣上，拉力传感器的输出端连接控制装置的输入端；驱动电机通过齿轮传动装置与卷收器芯轴传动连接，卷收器芯轴上缠绕安全带的织带，控制装置控制驱动电机带动卷收器芯轴转动，伸出和收回安全带的织带。控制装置依据拉力传感器的检测数据控制驱动电机转动，带动卷收器芯轴伸出和收回安全带的织带，提高乘客佩戴安全带的舒适度。

Description

一种三点式自适应安全带和方法
技术领域
本发明属于客车被动安全技术领域，具体属于一种用于客车座椅的三点式自适应安全带。
背景技术
当前，许多客车座椅已配备了两点式汽车安全带，但这些安全带往往被座椅罩等物品遮盖 而无法正常使用；其次，两点式安全带虽然使用方便，容易解脱，但是也正因为这个原因导致 安全功能的局限性较大，乘员上半身容易前倾，前座乘员头部会撞到仪表板或挡风玻璃上。两 点式安全带最大的威胁就是来自前方的座椅，高速情况下一旦急刹车，前方的座椅靠背像一堵 墙，撞上去，轻则破相，重则脖子折断。两点式安全带唯一的作用就是人不至于甩出车外，安 全性和舒适性有待提高。
对于一些比较智能化的安全带如预紧限力式安全带、预警式安全带等，虽然能够提高一定 的安全性，但是价格过于昂贵，对于低端系列客车不具有普适性，且对于现成的客车来说不易 进行加装或改装。其次，预警式安全带没有在乘客佩戴的舒适性方面有很大改善，仅通过报警 措施强制乘客进行佩戴，没有从根本上提高乘客自主佩戴的意愿，起不到更好的效果。并且现 在客车上所装的两点式安全带安全效能不高，织带拉出困难，且织带较紧，舒适性低以及客车 上所装的三点式安全带造价过高等问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于客车座椅的三点式自适应安全带， 结构简单，舒适性高，使用方便，成本较低。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种三点式自适应安全带，包括控制装置、重力传感器、接触传感器、拉力传感器、驱动 电机和卷收器芯轴；
所述重力传感器设置在安全带座椅上，重力传感器的输出端连接控制装置的输入端；
所述接触传感器设置在安全带锁扣上，接触传感器的输出端连接控制装置的输入端；
所述拉力传感器设置在安全带锁扣上，拉力传感器的输出端连接控制装置的输入端；
所述驱动电机通过齿轮传动装置与卷收器芯轴传动连接，卷收器芯轴上缠绕安全带的织带， 控制装置控制驱动电机带动卷收器芯轴转动，伸出和收回安全带的织带。
优选的，还包括蜂鸣器，所述控制装置的输出端连接蜂鸣器的输入端。
优选的，所述齿轮传动装置包括一级齿轮传动主动齿轮，一级齿轮传动从动齿轮，二级齿 轮传动主动齿轮和二级齿轮传动从动齿轮；所述一级齿轮传动主动齿轮设置在驱动电机的输出 轴上，一级齿轮传动从动齿轮和二级齿轮传动主动齿轮同轴设置，二级齿轮传动从动齿轮与卷 收器芯轴同轴设置；一级齿轮传动主动齿轮与一级齿轮传动从动齿轮相啮合，二级齿轮传动主 动齿轮与二级齿轮传动从动齿轮相啮合进行传动。
优选的，所述拉力传感器包括锁扣连接件、弹簧和座椅连接件，所述锁扣连接件用于连接 安全带锁扣，座椅连接件连接座椅，所述座椅连接件上设置有滑槽，滑槽内部设置有弹簧，所 述弹簧的两端分别连接锁扣连接件和座椅连接件，电流仪检测弹簧两端的电流，电流仪的输出 端连接控制装置的输入端。
一种三点式自适应安全带的方法，包括以下步骤，
步骤1，重力传感器测量乘客重量输出重量信号；
步骤2，控制装置控制驱动电机转动，带动卷收器芯轴伸出安全带织带；
步骤3，接触传感器检测锁舌状态，当接触传感器检测锁舌插入锁扣时，执行步骤，当接 触传感器检测锁舌未插入锁扣时，控制装置发出警报；
步骤4，拉力传感器检测安全带受力，当安全带受力小于安全受力值时，收入安全带织带， 然后执行步骤，当安全带受力不小于安全受力值时，直接执行步骤；
步骤5，拉力传感器检测安全带受力，当安全带受力大于受力舒适值时，控制装置控制驱 动电机转动，带动卷收器芯轴伸出安全带织带，拉力传感器继续检测受力，直至安全带受力不 大于受力舒适值；
当安全带受力不大于受力舒适值时，安全带已经系好。
优选的，步骤1中，所述重力传感器的测量范围为40KG-100KG。
优选的，步骤2中，安全带时织带伸出的距离不小于100mm。
优选的，步骤3中，接触传感器1min内未检测到锁舌插入锁扣，控制装置通过蜂鸣器进 行警报。
优选的，步骤4中，安全受力值的范围为10-20N。
优选的，步骤5中，所述受力舒适值为人机工程学第95百分位的人胸腹部受力舒适值， 所述受力舒适值的范围为60-70N。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种三点式自适应安全带，通过设置重力传感器测量乘客重量，检测是否有人乘坐， 通过控制装置根据重力传感器的测量数据，接触传感器检测安全带连接状态，通过拉力传感器 检测安全带的受力情况，控制装置依据拉力传感器的检测数据控制驱动电机转动，带动卷收器 芯轴伸出和收回安全带的织带，提高乘客佩戴安全带的舒适度，并且保护乘客的安全，结构简 单，舒适性高，使用方便，成本较低。
进一步的，通过设置蜂鸣器进行提醒乘客未系安全带，减少事故发生。
本发明一种三点式自适应安全带的方法，首先通过重力传感器测量乘客重量输出重量信号， 控制装置根据重力传感器的测量数据控制驱动电机转动，带动卷收器芯轴伸出安全带织带，拉 力传感器检测安全带受力，通过受力数据控制卷收器芯轴伸出和收回安全带织带，使得安全带 处于舒适的受力范围，简化乘员操作流程，对于体型不一的乘员都可以满足乘员舒适度，使用 已经成熟的卷收器的紧急锁止功能，保证了足够的安全性，设置安全带自动伸出功能，提高乘 客上车即带安全带的意识。
附图说明
图1是本发明实施例三点式自适应安全带整体控制结构图；
图2是本发明实施例三点式自适应安全带具体实施流程图；
图3是本发明实施例自适应实现结构图；
图4是本发明实施例测力机构结构图；
图5是本发明实施例测力机构简化原理图；
图6是本发明实施例测力机构工作原理图；
附图中：3-1为一级齿轮传动主动齿轮；3-2为一级齿轮传动从动齿轮；3-3为二级齿轮传 动主动齿轮；3-4为二级齿轮传动从动齿轮；3-5为驱动电机；3-6为卷收器芯轴；4-1为锁扣 连接件；4-2为弹簧；4-3为固定件；4-4为螺栓；4-5为座椅连接件。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种三点式自适应安全带，包括自适应机构和测力机构。自适应机构为驱动电机 3-5控制卷收器芯轴3-6伸缩织带进而实现自适应功能。测力机构可以为拉力传感器，测得安 全带受力。也可以通过原理为一滑动变阻器的弹簧4-2，将力的大小转化成电流的大小的，进 而测得安全带受力。
一种三点式自适应安全带，包括控制装置、重力传感器、接触传感器、拉力传感器、驱动 电机3-5和卷收器芯轴3-6；重力传感器设置在安全带座椅上，重力传感器的输出端连接控制 装置的输入端；接触传感器设置在安全带锁扣上，接触传感器的输出端连接控制装置的输入端； 拉力传感器设置在安全带锁扣上，拉力传感器的输出端连接控制装置的输入端；驱动电机3-5 通过齿轮传动装置与卷收器芯轴3-6传动连接，卷收器芯轴3-6上缠绕安全带的织带，控制装 置控制驱动电机3-5带动卷收器芯轴3-6转动，伸出和收回安全带的织带。
一种三点式自适应安全带的方法，包括以下步骤，
步骤1，重力传感器测量乘客重量输出重量信号；
步骤2，控制装置控制驱动电机3-5转动，带动卷收器芯轴3-6伸出安全带织带；
步骤3，接触传感器检测锁舌状态，当接触传感器检测锁舌插入锁扣时，执行步骤4，当 接触传感器检测锁舌未插入锁扣时，控制装置发出警报；
步骤4，拉力传感器检测安全带受力，当安全带受力小于安全受力值时，收入安全带织带， 然后执行步骤5，当安全带受力不小于安全受力值时，直接执行步骤5；
步骤5，拉力传感器检测安全带受力，当安全带受力大于受力舒适值时，控制装置控制驱 动电机3-5转动，带动卷收器芯轴3-6伸出安全带织带，拉力传感器继续检测受力，直至安全 带受力不大于受力舒适值；
当安全带受力不大于受力舒适值时，安全带已经系好。
实施例
如图1所示，安全带座椅有一重力传感器测量区间为40KG-100KG可测得座椅上是否有 乘员。当重力传感器获得信号后，CPU命令驱动电机3-5输出一固定值为安全带正确佩带的合 适长度。之后通过接触传感器判断安全带锁舌是否插入锁扣。若未插入则报警，若插入则将信 号传给CPU。之后通过测力机构测得安全带上的力，判断受力是否位于95％的舒适区间中， 若不处于舒适区间中，则继续通过驱动电机3-5控制卷收器芯轴3-6收缩织带直到受力位于舒 适区间，在这种情况下则说明安全带正确佩带且可保证舒适性。当安全带佩带好之后，若车辆 发生碰撞，则卷收器起作用进行紧急锁止，进而保证乘客的安全。
如图3所示，是通过电机实现自适应部分的结构原理图。自适应机构包括一级齿轮传动主 动齿轮3-1、一级齿轮传动从动齿轮3-2、二级齿轮传动主动齿轮3-3、二级齿轮传动从动齿轮 3-4、驱动电机3-5和卷收器芯轴3-6。一级齿轮传动主动齿轮3-1设置在驱动电机3-5的输出 轴上，一级齿轮传动从动齿轮3-2和二级齿轮传动主动齿轮3-3同轴设置，二级齿轮传动从动 齿轮3-4与卷收器芯轴3-6同轴设置；一级齿轮传动主动齿轮3-1与一级齿轮传动从动齿轮3-2 相啮合，二级齿轮传动主动齿轮3-3与二级齿轮传动从动齿轮3-4相啮合进行传动。其中，卷 收器芯轴3-6的转动由驱动电机3-5驱动，电机正转织带伸出，电机反转织带收入。由于正确 佩带安全带时伸出的织带较长，所以电机与芯轴之间通过两级齿轮传动增加传动比。
如图2所示，一种三点式自适应安全带的方法，包括以下过程，座椅上有一重力传感器， 该重力传感器测量区间为40KG-100KG。当重力传感器测得信号后将信号传到汽车中央控制器， 本实施例采用CPU，CPU命令驱动电机3-5输出一固定值a，a为正确佩带安全带时织带伸出 的合适距离，本实施例中优选为100mm。在安全带锁舌锁扣之间有一接触传感器，若1min内 未检测到锁舌插入锁扣，则设置一蜂鸣器进行警报；若锁舌插入锁扣，该传感器将信号传给 CPU后，第二部分测力机构测得安全带上的力，判断受力是否小于b值，b值为安全受力值， 保证安全性的最小受力值，安全受力值的范围为10-20N，本实施例中优选15N。，若该值大于 或等于b值，说明安全带的松紧度能够保证足够的安全性不至于太松散，若小于b值，说明织 带伸出过长，则不能够保证必要时的安全性，此时电机控制安全带回收一定的距离，收回织带 后判断受力是否大于c值，c值为受力舒适值，即人机工程学第95百分位的人的胸腹部受力 舒适值。大于c值时放出织带继续判断；当首次判断受力大于b值后也需判断其受力是否大于 c值从而判断舒适度是否合适。若小于c值，说明安全带正确佩带且可保证舒适性。当安全带 佩带好之后，若车辆发生碰撞，卷收器起作用进行紧急锁止，进而保证乘客的安全。
如图4和图5所示，表示了测力机构的结构图以及原理图。测力机构包括与锁扣连接件4-1，弹簧4-2，固定件4-3，螺栓4-4，与座椅连接件4-5。与锁扣连接件4-1装于与座椅连接 件4-5中，通过固定件4-3与螺栓4-4控制与锁扣连接件4-1不让其脱离与座椅连接件4-5。弹 簧4-2固接于与锁扣连接件4-1和与座椅连接件4-5上。当安全带正确佩带时，与锁扣连接件 4-1和与座椅连接件4-5之间接触面由于拉力分开，使弹簧4-2受到压缩。
由于图4中固定件4-3覆盖了与锁扣连接件4-1和与座椅连接件4-5的连接情况，所以附 加图5和图6作为测力机构的原理图来说明其测力原理。在图5中测力机构主要依靠于变阻器 的工作原理。图6中横向为其滑块，纵向为其电阻丝。通过拉动与锁扣连接件4-1向上移动， 将弹簧4-2的拉力大小转化为电阻丝接入电路中电流的大小。通过电流仪测得电流值得大小， 将电流值传送给CPU。通过电流大小知和受力大小的转化关系得到安全带的受力情况，进而 通过CPU进行判断并对电机做出控制。

Claims (10)

1.一种三点式自适应安全带，其特征在于，包括控制装置、重力传感器、接触传感器、拉力传感器、驱动电机(3-5)和卷收器芯轴(3-6)；
所述重力传感器设置在安全带座椅上，重力传感器的输出端连接控制装置的输入端；
所述接触传感器设置在安全带锁扣上，接触传感器的输出端连接控制装置的输入端；
所述拉力传感器设置在安全带锁扣上，拉力传感器的输出端连接控制装置的输入端；
所述驱动电机(3-5)通过齿轮传动装置与卷收器芯轴(3-6)传动连接，卷收器芯轴(3-6)上缠绕安全带的织带，控制装置控制驱动电机(3-5)带动卷收器芯轴(3-6)转动，伸出和收回安全带的织带。
2.根据权利要求1所述的一种三点式自适应安全带，其特征在于，还包括蜂鸣器，所述控制装置的输出端连接蜂鸣器的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种三点式自适应安全带，其特征在于，所述齿轮传动装置包括一级齿轮传动主动齿轮(3-1)，一级齿轮传动从动齿轮(3-2)，二级齿轮传动主动齿轮(3-3)和二级齿轮传动从动齿轮(3-4)；所述一级齿轮传动主动齿轮(3-1)设置在驱动电机(3-5)的输出轴上，一级齿轮传动从动齿轮(3-2)和二级齿轮传动主动齿轮(3-3)同轴设置，二级齿轮传动从动齿轮(3-4)与卷收器芯轴(3-6)同轴设置；一级齿轮传动主动齿轮(3-1)与一级齿轮传动从动齿轮(3-2)相啮合，二级齿轮传动主动齿轮(3-3)与二级齿轮传动从动齿轮(3-4)相啮合进行传动。
4.根据权利要求1所述的一种三点式自适应安全带，其特征在于，所述拉力传感器包括锁扣连接件(4-1)、弹簧(4-2)和座椅连接件(4-5)，所述锁扣连接件(4-1)用于连接安全带锁扣，座椅连接件(4-5)连接座椅，所述座椅连接件(4-5)上设置有滑槽，滑槽内部设置有弹簧(4-2)，所述弹簧(4-2)的两端分别连接锁扣连接件(4-1)和座椅连接件(4-5)，电流仪检测弹簧(4-2)两端的电流，电流仪的输出端连接控制装置的输入端。
5.一种三点式自适应安全带的方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，重力传感器测量乘客重量输出重量信号；
步骤2，控制装置控制驱动电机(3-5)转动，带动卷收器芯轴(3-6)伸出安全带织带；
步骤3，接触传感器检测锁舌状态，当接触传感器检测锁舌插入锁扣时，执行步骤(4)，当接触传感器检测锁舌未插入锁扣时，控制装置发出警报；
步骤4，拉力传感器检测安全带受力，当安全带受力小于安全受力值时，收入安全带织带，然后执行步骤(5)，当安全带受力不小于安全受力值时，直接执行步骤(5)；
步骤5，拉力传感器检测安全带受力，当安全带受力大于受力舒适值时，控制装置控制驱动电机(3-5)转动，带动卷收器芯轴(3-6)伸出安全带织带，拉力传感器继续检测受力，直至安全带受力不大于受力舒适值；
当安全带受力不大于受力舒适值时，安全带已经系好。
6.根据权利要求5所述的一种三点式自适应安全带的方法，其特征在于，步骤1中，所述重力传感器的测量范围为40KG-100KG。
7.根据权利要求5所述的一种三点式自适应安全带的方法，其特征在于，步骤2中，安全带时织带伸出的距离不小于100mm。
8.根据权利要求5所述的一种三点式自适应安全带的方法，其特征在于，步骤3中，接触传感器1min内未检测到锁舌插入锁扣，控制装置通过蜂鸣器进行警报。
9.根据权利要求5所述的一种三点式自适应安全带的方法，其特征在于，步骤4中，安全受力值的范围为10-20N。
10.根据权利要求5所述的一种三点式自适应安全带的方法，其特征在于，步骤5中，所述受力舒适值为人机工程学第95百分位的人胸腹部受力舒适值，所述受力舒适值的范围为60-70N。
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