CN114407745A - 一种头枕可自动调节的安全座椅及自动控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种头枕可自动调节的安全座椅及自动控制系统和方法，其中，头枕可自动调节的安全座椅，包括头枕，设置在头枕下端的靠背和设置在靠背下端的座垫，所述头枕包括头枕本体和头枕导杆，设置在靠背上用于将头枕调到最佳区域的调节机构，驱使调节机构进行竖直运动的第一驱动机构，以及驱使调节机构进行水平转动的第二驱动机构。该自动控制系统和方法能够实现当机动车发生追尾碰撞时，头枕在自动控制系统驱动下进行快速调节，从而使乘员头部始终位于头枕的最佳区域。本发明具有结构简单，成本低，调节灵敏，稳定性好的优点，并能有效预防乘员颈部受到鞭打伤害。

Description

一种头枕可自动调节的安全座椅及自动控制系统和方法

技术领域

本发明涉及机动车座椅技术领域，尤其涉及一种头枕可自动调节的安全座椅及自动控制系统和方法。

背景技术

机动车座椅头枕的作用是为乘员头部不仅提供一个舒适的依托，还提供一个向后的限位，以对乘员颈部起到保护作用。在机动车追尾碰撞过程中，由于突然减速，乘员上身会在惯性力的作用下向后移动。此时，如果乘员头部后脑勺与座椅头枕的空间距离较大，就会导致乘员头部向后的位移量大于胸部向后的位移量，容易造成乘员颈部鞭打伤害。

根据《C-IASI中国保险汽车安全指数规程》的规定，当头枕高度(指头枕上表面到乘员头顶的垂直距离)小于等于6cm，头后间隙(指头枕前表面与乘员头部后脑勺之间的水平距离)小于等于7cm，此时头枕的静态评价结果为“优秀”，这两个数值范围组成的区域定义为头枕到乘员头部的最佳区域。

中国专利201910909882.6(申请日为2019年9月25日)，公开了一种基于液压传动的机动车安全座椅及其控制方法，包括头枕和靠背骨架总成；所述头枕下方通过头枕导杆的一端支撑，头枕导杆的另一端固定设置在头枕导套上的中空圆柱形内；所述头枕导套可沿导套支架上下滑动或者旋转。当机动车发生追尾碰撞时，靠背倾角、坐垫倾角增大或减小时，头枕的高度与前倾角度在液压传动作用下发生自动调节，从而使头枕始终位于最佳区域，避免乘员颈部受到鞭打伤害。但该发明结构复杂，成本高，液压从座垫到头枕的传递路径较长，碰撞发生时，是通过靠背倾角和坐垫倾角的变化来促使头枕自动调整，导致头枕自动调整到最佳区域的响应时间长，可能在头枕起作用的时候，鞭打伤害就已经产生了。

另外，现有技术中的主动式头枕也可以在机动车发生追尾碰撞时，一定程度上可以避免乘员颈部鞭打伤害，但是这种主动式头枕内部结构极为复杂，且稳定性不是很好，有时会发生无法及时触发等安全问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种头枕可自动调节的安全座椅及自动控制系统和方法，能够实现当机动车发生追尾碰撞时，头枕在自动控制系统驱动下进行快速调节，从而使乘员头部始终位于头枕的最佳区域。本发明具有结构简单，成本低，调节灵敏，稳定性好的优点，并能有效预防乘员颈部受到鞭打伤害。

为实现上述目的，本发明设计的一种头枕可自动调节的安全座椅，包括头枕，设置在头枕下端的靠背和设置在靠背下端的座垫，所述头枕包括头枕本体和头枕导杆，设置在靠背上用于将头枕调到最佳区域的调节机构，驱使调节机构进行竖直运动的第一驱动机构，以及驱使调节机构进行水平转动的第二驱动机构；所述调节机构包括中空结构的头枕导套，导套支架和转轴；所述头枕通过头枕导杆穿设在头枕导套内，头枕导套设置在导套支架上端，转轴穿设在导套支架两侧；所述第一驱动机构包括第一驱动电机和相互啮合的齿轮、齿杆，第一驱动电机和齿轮固定连接，齿杆竖直设置在头枕导套的下端；所述第二驱动机构包括第二驱动电机和相互啮合的涡轮、蜗杆，第二驱动电机和竖直设置的蜗杆固定连接，涡轮设置在导套支架一侧。

作为优选方案，所述导套支架为门型结构，包含中空结构的导套连接件、左轴套和右轴套，所述导套连接件设置在门型上部，所述左轴套、右轴套分别设置在门型两侧；所述头枕导套可活动地穿设在导套连接件内，所述左轴套和右轴套分别穿设在转轴上。

作为优选方案，所述转轴分为两段，包括左转轴和右转轴，左转轴和右转轴上均设有限位凸起。

导套支架和转轴的配合设计结构简单，重量轻，使头枕的调节更加灵敏，二者在驱动机构带动下能及时调整头枕的位置，使乘员头部始终位于头枕的最佳区域。

作为优选方案，所述头枕导杆为中空结构，头枕导杆上端设有通孔。

中空结构的导杆不仅可以减轻重量，还能方便头枕高度传感器信号传输线和头后间隙传感器信号传输线从头枕导杆内部通过并经通孔连接到头枕本体内部，使线束布置简洁、安全。

本发明还设计了一种安全座椅的自动控制系统，包括上述头枕可自动调节的机动车安全座椅，还包括控制调节机构、第一驱动机构和第二驱动机构进行相应动作的控制模块，以及检测传感器和线束总成。

作为优选方案，所述控制模块包括输入模块，运算模块，电机控制模块和输出模块；所述输入模块将检测传感器采集的信号传递给运算模块，运算模块对采集的信号进行运算，电机控制模块将运算结果转换为电机控制信号，输出模块将电机控制信号分别传递给第一驱动电机和第二驱动电机。

作为优选方案，所述检测传感器包括设置在车身上的车速传感器，设置在座垫内部的压力传感器，均设置在头枕本体内的头枕高度传感器和头后间隙传感器。

作为优选方案，所述线束总成包括均为并联连接的车速传感器信号传输线，压力传感器信号传输线，头枕高度传感器信号传输线，头后间隙传感器信号传输线，第一驱动电机信号传输线，第二驱动电机信号传输线和控制模块电源线。

基于上述安全座椅的自动控制系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤，

S1.机动车启动，车速传感器开始检测；

S2.判断车速是否大于0；

若否，表明机动车处于停止状态，则停止往下执行，流程结束；

S3.若是，则压力传感器开始检测；

S4.判断座垫压力是否大于40kg；

若否，表明座椅处于非成年人使用状态，则停止往下执行，流程结束；

S5.若是，则头枕高度传感器和头后间隙传感器同时开始检测；

S6.分别判断头枕高度以及头后间隙是否位于最佳区域；

若是，则停止往下执行，返回S1开始下一个循环的检测；行使过程中，只要车速发生变化，即启动下一个循环的检测；

S7.若否，则第一驱动电机转动使头枕向上移动和/或第二驱动电机转动使头枕向前移动，再返回S5开始检测。

基于成本和车内空间考虑，实际生产中，头枕位于乘员头部上方时的头枕高度值不会高于安全法规要求的最佳区域的上限值，即头枕位于乘员头部上方时头枕高度始终位于最佳区域。因此，头枕高度如果不在最佳区域，即头枕位于乘员头部下方，此时只需将头枕向上移动，从而使头枕高度处于最佳区域；

另外，一般情况下，头枕始终位于乘员头部后方，因此，头后间隙如果不在最佳区域，即头后间隙大于最佳区域的上限值，此时只需将头枕向前移动；

本发明的有益效果在于：

本发明设计的一种头枕可自动调节的安全座椅，由第一驱动电机驱动齿轮转动，从而带动齿杆上下移动，进而带动与齿杆固定连接的头枕导套以及设置在头枕导套内的头枕沿导套支架上下移动；第二驱动电机驱动蜗杆转动，从而带动涡轮绕转轴转动，进而带动与涡轮连接的导套支架以及设置在头枕导套内的头枕转动；本发明结构设计简单，重量轻，头枕的调节更加灵敏；本发明相对于液压驱动和主动式头枕的稳定性好、反应快，在驱动机构带动下能及时调整头枕的位置，使乘员头部始终位于头枕的最佳区域，从而有效预防乘员颈部受到鞭打伤害。

本发明还设计了一种安全座椅的自动控制系统，集成了控制调节机构、第一驱动机构和第二驱动机构进行相应动作的控制模块，以及检测传感器和线束总成，控制系统集成度高，头枕高度传感器和头后间隙传感器通过检测乘员头部与头枕相对距离的变化，将信号输入给控制模块，控制模块经过处理后将信号输出给驱动机构，使驱动机构驱使调节机构做出相应动作来调节头枕，从而使乘员头部位于头枕的最佳区域。

另外，本发明的控制方法简单，并且可以循环执行，只要乘员头部与头枕的相对距离发生变化，头枕高度传感器和头后间隙传感器即开始检测，判断乘员头部是否位于头枕的最佳区域，从而对头枕进行相应调节，实时调节，以确保乘员头部始终位于头枕的最佳区域。

附图说明

图1为头枕可自动调节的机动车安全座椅立体结构图；

图2为图1中头枕与调节机构立体结构图；

图3为头枕导杆立体结构图；

图4为导套支架立体结构图；

图5为转轴立体结构图；

图6为第一驱动机构立体结构图；

图7为第二驱动机构立体结构图；

图8为本发明自动控制系统的系统图；

图9为图8中控制模块、线束总成和检测传感器的立体结构图；

图10为本发明控制方法的流程图；

图11为本发明所述最佳区域平面示意图；

图中各部件标号如下：

1头枕，101头枕本体，102头枕导杆，102a通孔；

2靠背(201靠背纵梁、202电机支架)，3座垫；

4调节机构，401头枕导套，402导套支架(402a导套连接件、402b左轴套、402c右轴套)，403转轴，403a左转轴，403b右转轴，404限位凸起；

5第一驱动机构，501第一驱动电机，502齿轮，503齿杆；

6第二驱动机构，601第二驱动电机，602蜗杆，603涡轮；

7控制模块，701输入模块，702运算模块，703电机控制模块，704输出模块；

8线束总成，801车速传感器信号传输线，802压力传感器信号传输线，803头枕高度传感器信号传输线，804头后间隙传感器信号传输线，805第一驱动电机信号传输线，806第二驱动电机信号传输线，807控制模块电源线；

9检测传感器，901车速传感器，902压力传感器，903头枕高度传感器，904头后间隙传感器；

H头枕高度，B头后间隙。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

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；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现定义座椅向前运动为前，向后运动为后，向上运动为上，向下运动为下。

本发明所涉及的一种头枕可自动调节的安全座椅，如图1所示，包括头枕1，设置在头枕1下端的靠背2和设置在靠背2下端的座垫3，所述头枕1包括头枕本体101和头枕导杆102，设置在靠背2上用于将头枕1调到最佳区域的调节机构4，驱使调节机构4进行竖直运动的第一驱动机构5，以及驱使调节机构4进行水平转动的第二驱动机构6。

如图2所示，所述调节机构4包括中空结构的头枕导套401，导套支架402和转轴403；所述头枕1通过头枕导杆102穿设在头枕导套401内，头枕导套401设置在导套支架402上端，转轴403穿设在导套支架402两侧。

如图3所示，所述头枕导杆102为倒U型中空结构，上端与头枕本体101一体成型且设有通孔102a，下端与头枕导套401卡接；头枕高度传感器信号传输线803和头后间隙传感器信号传输线804分别从头枕导杆102两端的空腔穿入，从通孔102a穿出，从而分别与头枕本体101内部的头枕高度传感器903和头后间隙传感器904连接。

所述头枕导套401的结构在中国专利201910909882.6已经公开，在此不再赘述。

如图4所示，所述导套支架402为门型结构，包含中空结构的导套连接件402a两个、左轴套402b和右轴套402c；所述两个导套连接件402a均设置在门型上部，所述左轴套402b、右轴套402c分别设置在门型两侧；所述头枕导套401两端分别穿设在两个导套连接件402a内，头枕导套401与导套连接件402a为间隙配合，内部设有润滑油，头枕导套401可沿导套连接件402a上下活动；所述左轴套402b和右轴套402c分别穿设在左转轴403a和右转轴403b上，导套支架402可绕转轴403转动。

如图5所示，所述转轴403分为两段，包括左转轴403a和右转轴403b，左转轴403a和右转轴403b中部均设有限位凸起404，对导套支架402进行限位，防止导套支架402转动时脱离出转轴403。左转轴403a和右转轴403b分别固定在靠背两侧的靠背纵梁201上。

如图6所示，所述第一驱动机构5包括第一驱动电机501和相互啮合的直齿轮502、直齿杆503，第一驱动电机501和齿轮502中部的连接轴形成螺纹固定连接，竖直设置直的齿杆503一端与头枕导套401的下端螺纹连接固定，直齿杆503另一端与直齿杆503啮合；第一驱动电机501焊接固定在导套支架402。

如图7所示，所述第二驱动机构6包括第二驱动电机601和相互啮合的蜗杆602、涡轮603，竖直设置的蜗杆602一端与第二驱动电机601螺纹固定连接，蜗杆602另一端与涡轮603啮合，涡轮603中部通过连接轴与右轴套402c螺纹连接固定。第二驱动电机601焊接固定在靠背中部的电机支架202上，蜗杆602朝上设置。这种连接方式，蜗杆602为主动件，能保证头枕1对乘员头部有足够的支撑力。

本发明还涉及一种安全座椅的自动控制系统，如图8所示，包括上述头枕可自动调节的机动车安全座椅，还包括控制调节机构4、第一驱动机构5和第二驱动机构6进行相应动作的控制模块7，以及检测传感器9和线束总成8。

所述检测传感器9包括设置在车身上的车速传感器901检测传感器9，设置在座垫3内部的压力传感器902检测传感器9，均设置在头枕本体101内的头枕高度传感器903检测传感器9和头后间隙传感器904检测传感器9。头枕高度传感器903和头后间隙传感器904为光敏传感器，可以准确检测头枕与乘员头部的距离。

所述控制模块7包括输入模块701，运算模块702，电机控制模块703控制模块7和输出模块704；所述输入模块701将检测传感器9采集的信号传递给运算模块702，运算模块702对采集的信号进行运算，电机控制模块703控制模块7将运算结果转换为电机控制信号，输出模块704将电机控制信号分别传递给第一驱动电机501和第二驱动电机601。

如图9所示，所述线束总成8包括均为并联连接的车速传感器信号传输线801，压力传感器信号传输线802，头枕高度传感器信号传输线803，头后间隙传感器信号传输线804，第一驱动电机信号传输线805，第二驱动电机信号传输线806和控制模块电源线807。控制模块7设置在线束总成8中间位置，车速传感器901、压力传感器902、头枕高度传感器903、头后间隙传感器904分别设置在对应的信号传输线的末端。

本发明还涉及一种安全座椅的自动控制方法，所述控制方法包括以下步骤，如图10所示，

S1.机动车启动，车速传感器901开始检测；

S2.判断车速是否大于0；

若否，表明机动车处于停止状态，则停止往下执行，流程结束；

S3.若是，则压力传感器902开始检测；

S4.判断座垫压力是否大于40kg；

若否，表明座椅处于非成年人使用状态，则停止往下执行，流程结束；

S5.若是，则头枕高度传感器903和头后间隙传感器904同时开始检测；

S6.分别判断头枕高度H以及头后间隙B是否位于最佳区域；

若是，则停止往下执行，返回S1开始下一个循环的检测；行使过程中，只要车速发生变化，即启动下一个循环的检测；

S7.若否，则第一驱动电机501转动使头枕1向上移动和/或第二驱动电机601转动使头枕1向前移动，再返回S5开始检测。

图11为发明所述最佳区域平面示意图，其中

头枕高度H：指头枕上表面到乘员头顶的垂直距离。

头后间隙B：指头枕前表面与乘员头部后脑勺之间的水平距离。

当头枕高度H小于等于6cm，头后间隙B小于等于7cm，此时头枕的静态评价结果为“优秀”，这两个数值范围组成的长方形区域定义为头枕到乘员头部的最佳区域。

另外，当头枕高度H大于6cm且小于等于20cm，头后间隙B大于7cm且小于等于20cm时，头枕到乘员头部的距离仍然满足安全法规的要求，只是这个区域较为恶劣，乘员颈部受到鞭打伤害的风险较高。

应当注意，基于成本和车内空间考虑，实际生产中，头枕位于乘员头部上方时的头枕高度值不会高于安全法规要求的最佳区域的上限值，即头枕位于乘员头部上方时头枕高度始终位于最佳区域。因此，头枕高度如果不在最佳区域，即头枕位于乘员头部下方，此时只需将头枕向上移动，从而使头枕高度处于最佳区域。

另外，一般情况下，头枕始终位于乘员头部后方，因此，头后间隙如果不在最佳区域，即头后间隙大于最佳区域的上限值，此时只需将头枕向前移动。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种头枕可自动调节的安全座椅，包括头枕(1)，设置在头枕(1)下端的靠背(2)和设置在靠背(2)下端的座垫(3)，所述头枕(1)包括头枕本体(101)和头枕导杆(102)，其特征在于：还包括设置在靠背(2)上用于将头枕(1)调到最佳区域的调节机构(4)，驱使调节机构(4)进行竖直运动的第一驱动机构(5)，以及驱使调节机构(4)进行水平转动的第二驱动机构(6)；

所述调节机构(4)包括中空结构的头枕导套(401)，导套支架(402)和转轴(403)；所述头枕(1)通过头枕导杆(102)穿设在头枕导套(401)内，头枕导套(401)设置在导套支架(402)上端，转轴(403)穿设在导套支架(402)两侧；

所述第一驱动机构(5)包括第一驱动电机(501)和相互啮合的齿轮(502)、齿杆(503)，第一驱动电机(501)和齿轮(502)固定连接，齿杆(503)竖直设置在头枕导套(401)的下端；

所述第二驱动机构(6)包括第二驱动电机(601)和相互啮合的蜗杆(602)、涡轮(603)，第二驱动电机(601)和竖直设置的蜗杆(602)固定连接，涡轮(603)设置在导套支架(402)一侧。

2.根据权利要求1所述的头枕可自动调节的机动车安全座椅，其特征在于：所述导套支架(402)为门型结构，包含中空结构的导套连接件(402a)、左轴套(402b)和右轴套(402c)，所述导套连接件(402a)设置在门型上部，所述左轴套(402b)、右轴套(402c)分别设置在门型两侧；所述头枕导套(401)可活动地穿设在导套连接件(402a)内，所述左轴套(402b)和右轴套(402c)分别穿设在转轴(403)上。

3.根据权利要求2所述的头枕可自动调节的机动车安全座椅，其特征在于：所述转轴(403)分为两段，包括左转轴(403a)和右转轴(403b)，左转轴(403a)和右转轴(403b)上均设有限位凸起(404)。

4.根据权利要求3所述的头枕可自动调节的机动车安全座椅，其特征在于：所述头枕导杆(102)为中空结构，头枕导杆(102)上端设有通孔(102a)。

5.一种安全座椅的自动控制系统，其特征在于：包括权利要求1-4任一所述的头枕可自动调节的机动车安全座椅，还包括控制调节机构(4)、第一驱动机构(5)和第二驱动机构(6)进行相应动作的控制模块(7)，以及检测传感器(9)和线束总成(8)。

6.根据权利要求5所述的机动车安全座椅的自动控制系统，其特征在于：所述控制模块(7)包括输入模块(701)，运算模块(702)，电机控制模块(703)控制模块(7)和输出模块(704)；所述输入模块(701)将检测传感器(9)采集的信号传递给运算模块(702)，运算模块(702)对采集的信号进行运算，电机控制模块(703)控制模块(7)将运算结果转换为电机控制信号，输出模块(704)将电机控制信号分别传递给第一驱动电机(501)和第二驱动电机(601)。

7.根据权利要求6所述的机动车安全座椅的自动控制系统，其特征在于：所述检测传感器(9)包括设置在车身上的车速传感器(901)检测传感器(9)，设置在座垫(3)内部的压力传感器(902)检测传感器(9)，均设置在头枕本体(101)内的头枕高度传感器(903)检测传感器(9)和头后间隙传感器(904)检测传感器(9)。

8.根据权利要求7所述的机动车安全座椅的自动控制系统，其特征在于：所述线束总成(8)包括均为并联连接的车速传感器信号传输线(801)，压力传感器信号传输线(802)，头枕高度传感器信号传输线(803)，头后间隙传感器信号传输线(804)，第一驱动电机信号传输线(805)，第二驱动电机信号传输线(806)和控制模块电源线(807)。

9.基于权利要求5所述的安全座椅的自动控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤，

S1.机动车启动，车速传感器(901)开始检测；

S2.判断车速是否大于0；

若否，表明机动车处于停止状态，则停止往下执行，流程结束；

S3.若是，则压力传感器(902)开始检测；

S4.判断座垫压力是否大于40kg；

若否，表明座椅处于非成年人使用状态，则停止往下执行，流程结束；

S5.若是，则头枕高度传感器(903)和头后间隙传感器(904)同时开始检测；

S6.分别判断头枕高度(H)以及头后间隙(B)是否位于最佳区域；

若是，则停止往下执行，返回S1开始下一个循环的检测；行使过程中，只要车速发生变化，即启动下一个循环的检测；

S7.若否，则第一驱动电机(501)转动使头枕(1)向上移动和/或第二驱动电机(601)转动使头枕(1)向前移动，再返回S5开始检测。

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