CN113155342B - 一种安全带织带拉出及卷收力的测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种安全带织带拉出及卷收力的测量装置和测量方法，包括安装板、设于安装板上的导向组件、感应组件及拉卷组件，织带受到拉卷组件的牵引在导向组件的导向作用下与感应组件紧密接触，感应组件用于感应织带在运动过程中对感应组件施加的作用力。本发明所述的测量装置和测量方法通过对安全带在佩戴条件下拉出力及卷收力的准确测量和评价，能够消除各检测机构及生产使用企业测量结果的显著差异，同时能够为安全带对乘员乘坐舒适性的影响提供直观的参考，为安全带企业的产品提升提供准确的依据。

Description

一种安全带织带拉出及卷收力的测量装置和测量方法

技术领域

本发明属于汽车安全监测领域，尤其是涉及一种安全带织带拉出及卷收力的测量装置和测量方法。

背景技术

随着消费者对汽车乘坐舒适性要求的不断提高，汽车安全带的卷收力和拉出力开始引起各整车企业以及安全带生产企业的重视。安全带的卷收力通过织带作用在人体胸部及肩部，过大的卷收力使得乘员在长时间佩戴安全带后感到不适。而安全带需有足够大的卷收力才能在佩戴后自动收紧织带以减少与乘员之间的松弛，减少碰撞事故中乘员身体的移动，并能够在解锁安全带后自主而快速的复位。确定合适的安全带卷收力和拉出力是目前行业研究的方向之一，而这方面的研究离不开对佩戴过程中安全带织带拉出及卷收力的准确测量。

目前我国针对汽车安全带的强制性标准GB14166-2013《机动车乘员用安全带、约束系统、儿童约束系统和ISOFIX儿童约束系统》中5.6.4.2条要求“将安全带总成安装到进行5.7规定的动态试验的假人上，当织带以约 10mm/s的速率回卷时，在最接近与假人接触处测量织带卷收力”，其中 4.2.5.3.4条规定对于紧急锁止式卷收器“如果卷收器是腰带的一部分，当按照5.6.4在假人和卷收器之间自由长度上测量时，织带的卷收力不应小于 7N；如果卷收器是肩带的一部分时，进行类似测量时，织带的卷收力应不小于lN且不大于7N，装有减力装置时除外。这种情况下，只有当减力装置处于运行模式时，卷收力可减小至0.5N。如果织带通过导向装置或导向轮，应在假人与导向装置或导向轮之间的自由长度上测量卷收力”，而欧洲针对汽车安全带的标准ECE R16中同样要求在假人佩戴的状态下测量安全带的卷收力。

经调研，行业内多采用台架安装的方式测量安全带的卷收力，该方法参照美国对汽车安全带的标准FMVSS 209，由于不是在佩戴的状态下测量，对类似于后排中间或后排外侧的安全带，不能很好的模拟安全带织带与车内其它部件的接触以及拉出的角度，卷收力的测量结果与乘员实际佩戴时存在较大差异；而目前安全带在佩戴状态下测量卷收力均采用手动方式测量，由于无法保证恒定的织带回卷速度，加之织带与假人或乘员之间的摩擦，以及受力角度的变化，在实际操作中各企业及检测机构的测试结果会出现较大偏差，无法为安全带舒适性提升的研究提供准确依据。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种安全带织带拉出及卷收力的测量装置和测量方法，以避免台架安装的方式测量安全带卷收力不符合现行国标及欧标的规定，及其测量结果与实际佩戴过程出现明显偏差的情况，以及为避免在安全带佩戴状态下手动测量织带拉出及卷收力因人为因素造成结果较大差异的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种安全带织带拉出及卷收力的测量装置，包括安装板、设于安装板上的导向组件、感应组件及拉卷组件，

织带受到拉卷组件的牵引在导向组件的导向作用下与感应组件紧密接触，感应组件用于感应织带在运动过程中对感应组件施加的作用力。

优选的，所述感应组件包括感应轮、轮轴、力臂调节组件及压力传感器，所述感应轮与轮轴同轴设置且感应轮与轮轴转动连接，感应轮两端设有限位凸缘，所述力臂调节组件的固定端与安装板固接，活动端套设于轮轴上且可沿轮轴长度方向滑动，所述压力传感器的固定端与力臂调节组件固接，感应端与轮轴相抵。

优选的，所述安装板上设有一端开口的力臂调节滑槽，所述力臂调节组件包括固设于力臂调节滑槽开口处的支撑块、沿力臂调节滑槽侧壁滑动的力臂调节滑块、纵向调节组件及横向调节组件，所述纵向调节组件用于驱动力臂调节滑块在力臂调节滑槽内滑动，纵向调节组件包括穿过支撑块与力臂调节滑块固接的纵向丝杆及与支撑块转动连接且与纵向丝杆螺纹连接的调节螺母，所述纵向丝杆可沿长度方向在支撑块内往复滑动，所述横向调节组件包括与支撑块转动连接的横向丝杆、与横向丝杆一端固接的调节手柄、与横向丝杆螺纹连接的调节托板及与力臂调节滑块固接的支撑杆，所述支撑杆穿过调节托板使调节托板沿支撑杆滑动，所述调节托板上设有供轮轴穿过的通孔，所述轮轴、横向丝杆及支撑杆平行设置。

优选的，所述轮轴上垂直固设有转销，所述转销两端与力臂调节滑槽侧壁滑动连接且转销可绕轴线转动，所述压力传感器的固定端与力臂调节滑块固接，感应端固设有U型支架，所述转销的两端穿过U型支架侧壁且与U型支架转动连接。

优选的，所述安装板上设有拉卷滑槽，所述拉卷组件包括与安装板固接的伺服电机、与伺服电机输出轴同轴固接的主动轮、与拉卷滑槽侧壁固接的挡块、设于挡块与拉卷滑槽底部之间沿拉卷滑槽滑动的拉卷滑块、穿过挡块与拉卷滑块固接的拉杆、套设于挡块与拉卷滑块之间的拉杆上的压簧、与拉卷滑块固接的压紧轴及与压紧轴转动连接的压紧轮，所述压紧轴与伺服电机输出轴平行设置，所述织带从压紧轮及主动轮之间穿过，织带在压簧作用下与压紧轮及主动轮紧密接触。

优选的，所述导向组件包括与安装板固接的导向杆及与导向杆转动连接的导向轮，所述导向轮与导向杆同轴设置，导向轮两端设有限位凸缘。

一种安全带织带拉出及卷收力的测量方法，应用了上述安全带织带拉出及卷收力的测量装置，包括以下步骤：

(1)确定调节托板的作用力臂；

(2)确定导向轮轴心与感应轮轴心在竖直方向上的距离；

(3)将压力传感器读数清零，将织带与测量装置连接；

(4)记录织带回卷时压力传感器的读数；

(5)计算织带卷收力。

优选的，步骤(1)的具体操作步骤为：固定测量装置，在感应轮上施加力F_压,然后将压力传感器读数清零，转动调节手柄，通过横向丝杆带动调节托板沿横向丝杆轴线移动，根据横向丝杆的导程和调节手柄圆周上的刻度，确定调节托板移动的距离x₁，记录此时压力传感器读数F₁；再次向相同的方向移动调节托板，两次移动的总距离为x₂，再次记录压力传感器的读数 F₂，如式1计算出第二次移动后调节托板的作用力臂L_x，

L_x＝(F₁*x₂ ²-F₁*x₁*x₂)/(F₂x₁-F₁x₂) 式1。

优选的，步骤(4)的具体操作步骤为：启动伺服电机，使伺服电机正转将织带拉出长度t，反转伺服电机使织带回卷，当回卷长度＝t时，记录压力传感器度数F_A。

优选的，步骤(5)中织带卷收力的计算公式如式2所示：

其中，F为织带卷收力，L为导向轮轴心与感应轮轴心在水平方向上的距离，z为导向轮轴心与感应轮轴心在竖直方向上的距离，C为织带在感应轮上的作用力臂，R₁为导向轮半径，R₂为感应轮半径，d为织带厚度。

相对于现有技术，本发明所述的安全带织带拉出及卷收力的测量装置和测量方法具有以下优势：

(1)本发明所述的测量装置和测量方法适用于汽车安全带或约束系统在动态试验假人佩戴的状态下测量织带的拉出及卷收力，也适用于在实车环境下乘员佩戴安全带的过程中测量织带的拉出及卷收力，相比台架安装的方法，本测量装置和测量方法能够满足现行国标及欧标对安全带织带卷收力测量的要求，能够准确、方便、实时的反映乘员佩戴安全带后织带拉出和卷收时的作用力，并能够避免在安全带佩戴状态下手动测量织带拉出及卷收力时因人为因素造成结果较大差异的问题；

(2)本发明所述的测量装置和测量方法通过对安全带在佩戴条件下拉出力及卷收力的准确测量和评价，能够消除各检测机构及生产使用企业测量结果的显著差异，同时能够为安全带对乘员乘坐舒适性的影响提供直观的参考，为安全带企业的产品提升提供准确的依据。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的导向组件的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的感应组件的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的拉卷组件的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的织带在感应轮上的作用力臂及调节托板移动距离的示意图；

图6为本发明实施例所述的导向轮轴心与感应轮轴心在水平方向上及竖直方向上的距离的示意图。

附图标记说明：

1、安装板；2、导向组件；21、导向轮；22、导向杆；23、球轴承；24、压紧螺母；3、感应组件；301、感应轮；302、压力传感器；303、U型支架； 304、转销；305、轮轴；306、支撑杆；307、横向丝杆；308、调节托板； 309、力臂调节滑块；310、支撑块；311、纵向丝杆；312、调节螺母；313、调节手柄；4、拉卷组件；41、主动轮；42、压紧轴；43、压紧轮；44、挡块；45、拉杆；46、压簧；47、拉卷滑块；48、伺服电机；49、滚针轴承。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供一种安全带织带拉出及卷收力的测量装置，如图1所示，所述测量装置包括安装板1、导向组件2、感应组件3和拉卷组件4，织带在拉卷组件4的牵引作用下，经过导向组件2的导向，绕过感应组件3上端进行往复运动，运动过程中织带对感应组件3产生应力，感应组件3能够读取压力值，通过压力值计算织带拉出及卷收力。

导向组件2结构如图2所示：导向杆22一端设有台阶，并通过压紧螺母24与安装板1固定，其轴线与安装面垂直；导向轮21通过球轴承23与导向杆22连接，能够绕其轴线灵活转动；导向轮21两端外缘设有凸缘，以防止安全带织带沿其轴线窜动。

感应组件3结构如图3所示：感应轮301通过球轴承23与轮轴305连接，其两端外缘设有凸缘，以防止安全带织带沿其轴线窜动；转销304穿过轮轴305并固定在一起，转销304与轮轴305的轴线相互垂直，两轴线的交点为转销304的中点；转销304两端为球面，端点与安装板1上滑槽侧壁接触，既可以沿滑槽滑动，又可以相对滑槽侧壁绕自身轴线转动；转销304穿过U型支架303两侧壁，并能够绕其轴线灵活转动；U型支架303底部与压力传感器302的感应端固定；压力传感器302安装端与力臂调节滑块309固定；力臂调节滑块309能够沿着安装板1上的滑槽滑动；支撑杆306的一端与力臂调节滑块309固定；横向丝杆307的一端穿过力臂调节滑块309并与调节手柄313固定在一起；通过自身的台阶及挡片固定，横向丝杆307相对于力臂调节滑块309仅能绕其轴线转动，不能沿其轴线移动；调节手柄313 圆周上设有刻度，能够确定其转动的间隔；调节托板308底端分别与横向丝杆307、支撑杆306连接；转动调节手柄313，使横向丝杆307转动，从而能够在螺纹作用下带动调节托板308沿丝杆轴线方向在支撑杆306上往复滑动；调节托板308上设有供轮轴305穿过的通孔，并能够沿轮轴305的轴线移动；支撑块310与安装板1在滑槽的开口端固定；调节螺母312置于支撑块310的矩形孔内，并与纵向丝杆311螺纹连接；调节螺母312圆周上设有刻度，能够确定其转动的间隔；纵向丝杆311穿过支撑块310上矩形孔的两侧壁，一端与力臂调节滑块309固定；转动调节螺母312能够推动纵向丝杆 311并带动力臂调节滑块309及与力臂调节滑块309固定在一起的部件沿着滑槽移动。

拉卷组件4结构如图4所示：主动轮41的一端与安装板1通过滚针轴承49连接，并在安装板1另一侧与伺服电机48的输出端固定在一起；压紧轮43通过球轴承23与压紧轴42连接；压紧轴42的一端与拉卷滑块47固定；拉杆45的一端穿过挡块44和压簧46，与拉卷滑块47固定在一起；挡块44和安装板1固定；压簧46两端面分别和拉卷滑块47和挡块44接触，并始终处于压缩状态；拉动拉杆45使拉卷滑块47沿滑槽滑动，进一步压缩压簧46，从而能够使压紧轮43远离主动轮41；将安全带织带置于压紧轮43 和主动轮41之间，松开拉杆45，压簧46回弹进而带动压紧轮43将织带和主动轮41紧压在一起；伺服电机48带动主动轮41以恒定的速率转动，通过摩擦，进而带动安全带织带以恒定的速度拉出或卷收。

导向轮21、感应轮301、主动轮41和压紧轮43的轴线相互平行；感应轮301与导向轮21、主动轮41在与织带接触侧的内切面，和压力传感器302 正向受力方向所形成的夹角相等，导向轮21、感应轮301和主动轮41的直径相等，导向轮21和主动轮41轴305心连线垂直于滑槽，如图6所示。

本发明还提供一种安全带织带拉出及卷收力的测量方法，其利用图1- 图6所示的一种安全带织带拉出及卷收力的测量装置来实现，具体实施步骤如下：

步骤1.确定调节托板308的作用力臂，根据杠杆原理，沿横向丝杆307 轴线移动调节托板308可以对安全带织带的作用力进行不同程度的放大。如图5所示，固定测量装置，在感应轮301上适当施加力F_压,然后将压力传感器302读数清零；转动调节手柄313，通过横向丝杆307带动调节托板308 沿横向丝杆307轴线移动，根据横向丝杆307的导程和调节手柄313圆周上的刻度，可以准确计算调节托板308移动的距离s，记录此刻压力传感器302 读数F₁；再次向相同的方向移动调节托板308，两次移动的总距离为2s，再次记录压力传感器302的读数F₂；根据两次压力传感器302的读数，可以通过式1准确计算出第二次移动后调节托板308的作用力臂L_x，

L_x＝2F₁*s/(F₂-2F₁) 式1，

步骤2.转动调节螺母312,使感应轮301沿安装板1上的滑槽移动，将导向轮21、感应轮301轴心的连线与滑槽垂直的位置设为初始位置，根据纵向丝杆311的导程和调节螺母312圆周上的刻度，可以确定感应轮301相对初始位置在竖直方向上移动的距离z，织带在测量过程中弯曲的程度与z值的大小相关，如图6所示。

步骤3.安全带佩戴好后，在规定测量卷收力的织带位置，将测量装置靠近织带，使导向轮21、感应轮301和主动轮41的轴线垂直于织带运动方向，织带表面与导向轮21和主动轮41的测量接触侧外切，然后将压力传感器302 读数清零。

步骤4.将安全带织带依次绕过导向轮21、感应轮301和主动轮41，松开拉杆45使压紧轮43将织带和主动轮41紧压在一起；启动伺服电机48带动主动轮41以规定的速率转动，使织带从安全带中拉出一段长度t；然后反转伺服电机48，使织带以规定的速度回卷，当回卷的织带长度为t时，记录此刻压力传感器302读数F_A。

步骤5.计算织带卷收力F，设导向轮21和感应轮301的直径均为D、初始位置导向轮21和感应轮301轴心距离L、织带厚度d、织带在感应轮301 上的作用力臂C，如图5、图6所示。计算卷收力如式2所示：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种安全带织带拉出及卷收力的测量装置，其特征在于：包括安装板、设于安装板上的导向组件、感应组件及拉卷组件，

织带受到拉卷组件的牵引在导向组件的导向作用下与感应组件紧密接触，感应组件用于感应织带在运动过程中对感应组件施加的作用力，

所述感应组件包括感应轮、轮轴、力臂调节组件及压力传感器，所述感应轮与轮轴同轴设置且感应轮与轮轴转动连接，感应轮两端设有限位凸缘，所述力臂调节组件的固定端与安装板固接，活动端套设于轮轴上且可沿轮轴长度方向滑动，所述压力传感器的固定端与力臂调节组件固接，感应端与轮轴相抵，

所述安装板上设有一端开口的力臂调节滑槽，所述力臂调节组件包括固设于力臂调节滑槽开口处的支撑块、沿力臂调节滑槽侧壁滑动的力臂调节滑块、纵向调节组件及横向调节组件，所述纵向调节组件用于驱动力臂调节滑块在力臂调节滑槽内滑动，纵向调节组件包括穿过支撑块与力臂调节滑块固接的纵向丝杆及与支撑块转动连接且与纵向丝杆螺纹连接的调节螺母，所述纵向丝杆可沿长度方向在支撑块内往复滑动，所述横向调节组件包括与支撑块转动连接的横向丝杆、与横向丝杆一端固接的调节手柄、与横向丝杆螺纹连接的调节托板及与力臂调节滑块固接的支撑杆，所述支撑杆穿过调节托板使调节托板沿支撑杆滑动，所述调节托板上设有供轮轴穿过的通孔，所述轮轴、横向丝杆及支撑杆平行设置，

所述轮轴上垂直固设有转销，所述转销两端与力臂调节滑槽侧壁滑动连接且转销可绕轴线转动，所述压力传感器的固定端与力臂调节滑块固接，感应端固设有U型支架，所述转销的两端穿过U型支架侧壁且与U型支架转动连接，

所述安装板上设有拉卷滑槽，所述拉卷组件包括与安装板固接的伺服电机、与伺服电机输出轴同轴固接的主动轮、与拉卷滑槽侧壁固接的挡块、设于挡块与拉卷滑槽底部之间沿拉卷滑槽滑动的拉卷滑块、穿过挡块与拉卷滑块固接的拉杆、套设于挡块与拉卷滑块之间的拉杆上的压簧、与拉卷滑块固接的压紧轴及与压紧轴转动连接的压紧轮，所述压紧轴与伺服电机输出轴平行设置，所述织带从压紧轮及主动轮之间穿过，织带在压簧作用下与压紧轮及主动轮紧密接触。

2.根据权利要求1所述的安全带织带拉出及卷收力的测量装置，其特征在于：所述导向组件包括与安装板固接的导向杆及与导向杆转动连接的导向轮，所述导向轮与导向杆同轴设置，导向轮两端设有限位凸缘。

3.一种安全带织带拉出及卷收力的测量方法，应用了如权利要求1或2所述的安全带织带拉出及卷收力的测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

（1）确定调节托板的作用力臂；

（2）确定导向轮轴心与感应轮轴心在竖直方向上的距离；

（3）将压力传感器读数清零，将织带与测量装置连接；

（4）记录织带回卷时压力传感器的读数；

（5）计算织带卷收力。

4.根据权利要求3所述的安全带织带拉出及卷收力的测量方法，其特征在于，步骤（1）的具体操作步骤为：固定测量装置，在感应轮上施加力F_压,然后将压力传感器读数清零，转动调节手柄，通过横向丝杆带动调节托板沿横向丝杆轴线移动，根据横向丝杆的导程和调节手柄圆周上的刻度，确定调节托板移动的距离x₁，记录此时压力传感器读数F₁；再次向相同的方向移动调节托板，两次移动的总距离为x₂，再次记录压力传感器的读数F₂，如式1计算出第二次移动后调节托板的作用力臂L_ｘ，

L_ｘ=(F₁*x₂ ²-F₁*x₁*x₂)/(F₂x₁-F₁x₂) 式1。

5.根据权利要求4所述的安全带织带拉出及卷收力的测量方法，其特征在于，步骤（4）的具体操作步骤为：启动伺服电机，使伺服电机正转将织带拉出长度t，反转伺服电机使织带回卷，当回卷长度=t时，记录压力传感器度数F_A。

6.根据权利要求5所述的安全带织带拉出及卷收力的测量方法，其特征在于，步骤（5）中织带卷收力的计算公式如式2所示：

式2

其中，F为织带卷收力，L为导向轮轴心与感应轮轴心在水平方向上的距离，z为导向轮轴心与感应轮轴心在竖直方向上的距离，C为织带在感应轮上的作用力臂，R₁为导向轮半径，R₂为感应轮半径，d为织带厚度。

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