CN115107603A - 用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构、座椅及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构、座椅及车辆，座椅包括第一部件和第二部件，第一部件为座椅靠背或座椅靠垫，当第一部件为座椅靠背时，第二部件为座椅靠垫，当第一部件为座椅靠垫时，第二部件为座椅靠背；限力机构包括限力控制装置和扭力杆锁止装置；限力控制装置包括：扭力杆，其安装在第一部件上；传动轮，固定安装在扭力杆上；限力控制模块，通过支架杆安装在第二部件上，限力控制模块的输出齿轮与传动轮相啮合；扭力杆锁止装置固定安装在第二部件的一侧，扭力杆锁止装置与扭力杆的第一端连接，扭力杆锁止装置基于碰撞信号锁止或解锁扭力杆。当乘员躺卧乘车，车辆发生正面碰撞时，本发明能够调整乘员坐姿，以吸收乘员动能。

Description

用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构、座椅及车辆

技术领域

本发明属于座椅技术领域，具体涉及一种用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构、座椅及车辆。

背景技术

随着社会的发展，汽车普及率越来越高，但是乘员躺着乘车的情况下，发生碰撞时始终没有合适的保护技术量。随着车内空间的增大和造车水平的提高，零重力座椅逐渐开始流行，行车过程中，座椅座垫可以翘起，靠背可以放倒，乘员上躯干和大腿能够呈现一个舒适的角度躺着。

研究表明，躺卧情况下，发生正面碰撞时，乘员由于惯性会往前运动，同时又被座椅和安全带束缚着，此时乘员腹部、脊椎、颈部会遭受巨大伤害风险，特别是脊柱由于轴向压力可能发生骨裂。而乘员坐立姿态情况下，乘员由于惯性往前运动，上躯干会发生旋转运动与气囊接触，缓解乘员运动能避免乘员伤害。因此目前所有国家的车辆安全法规和测评规程都是基于乘员坐立姿态下的伤害评价进行要求的。

如专利文献CN104442689B公开了一种安全带卷收器及限力杆，碰撞中可以缓慢释放安全带实现对乘员动能的吸收，但是用于靠背放倒的座椅，当发生碰撞时，肩带下压导致乘员脊柱会呈现“C”字弯曲，伤害风险反而增加。因此，碰撞过程中座椅靠背若能由放倒姿态调节成坐姿，那么人体所遭受的伤害将大大降低。

因此，有必要开发一种新的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构、座椅及车辆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构、座椅及车辆，当乘员躺卧乘车，车辆发生正面碰撞时，能调整乘员坐姿，以吸收乘员动能。

第一方面，本发明所述的一种用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，座椅包括第一部件和第二部件，所述第一部件为座椅靠背或座椅靠垫，当第一部件为座椅靠背时，第二部件为座椅靠垫，当第一部件为座椅靠垫时，第二部件为座椅靠背；

该限力机构包括限力控制装置和扭力杆锁止装置；

所述限力控制装置包括：

扭力杆，其安装在第一部件上；

传动轮，其固定安装在扭力杆上；

限力控制模块，其通过支架杆安装在第二部件上，且限力控制模块的输出齿轮与所述传动轮相啮合，用于对扭力杆转动的限制；

所述扭力杆锁止装置固定安装在第二部件的一侧，且扭力杆锁止装置与扭力杆的第一端连接，扭力杆锁止装置基于碰撞信号锁止或解锁扭力杆，在扭力杆处于锁止状态时，第一部件与第二部件不能相对转动，在扭力杆处于解锁状态时，第一部件与第二部件能相对转动。

可选地，所述扭力杆锁止装置包括：

第一锁止件，其固定安装在扭力杆的第一端上；

第二锁止件，其固定安装在第二部件上，所述第二锁止件能与第一锁止件相啮合或相分离，在第二锁止件与第一锁止件相啮合时，扭力杆锁止装置锁止扭力杆，在第二锁止件与第一锁止件相分离时，解锁扭力杆。

可选地，所述第一锁止件为棘轮，其固定安装在扭力杆的第一端上，所述棘轮的外周上设有若干卡槽；

所述第二锁止件固定安装在第二部件上，且第二锁止件上具有锁销，调节锁销能使锁销与棘轮相啮合或相分离。

可选地，所述第二锁止件还包括与锁销相连接的锁销电控模块，所述锁销电控模块基于控制指令控制锁销伸出或缩回，在锁销处于伸出状态时，所述锁销伸入到棘轮的卡槽内以实现对棘轮的卡止，在锁销处于伸出缩回状态时，所述锁销与棘轮相分离。

可选地，所述第一部件的左右两侧均设有第一支撑结构；所述第二部件的左右两侧均设有第二支撑结构；

所述扭力杆的第一端穿过对应侧的第一支撑结构、第二支撑结构与棘轮固定连接；

所述扭力杆的第二端与对应侧的第一支撑结构连接；

所述扭力杆锁止装置设置在位于扭力杆第一端侧的第二支撑结构上。

可选地，所述扭力杆的第二端的屈服极限大于第一端的屈服极限。

可选地，所述限力控制模块采用减速器，减速器固定安装在支架杆上，支架杆的两端分别与第二部件的两第二支撑结构固定连接，所述减速器根据控制指令调节输出齿轮的转速和扭力，以限制传动轮的转速，实现对扭力杆的转动控制。

第二方面，本发明所述的一种座椅，采用如本发明所述的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构。

第三方面，本发明所述的一种车辆，采用如本发明所述的座椅。

本发明具有以下优点：

（1）用于座椅靠背放倒情况下的乘员保护，当乘员躺卧乘车，车辆发生正面碰撞时，乘员上躯干和座椅靠背会由于惯性发生旋转运动，通过解锁座椅靠背并锁定扭力杆一端，让扭力杆跟随座椅靠背的旋转发生扭转变形，实现动能吸收，从而缓解乘员的惯性运动，让乘员平稳地从躺卧姿态调节为坐立姿态，从而避免了安全带勒住颈部和脊柱造成受伤的风险。

（2）本发明布置简单，结构可靠，成本低廉，量产可行性高。

附图说明

图1是本实施例中用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构的整体布置示意图；

图2是本实施例部分爆炸示意图；

图3是本实施例中限力控制装置的断面放大侧视图（右视图）；

图4是本实施例中扭力杆的变形示意图；

图5是本实施例中扭矩变化示意图；

图6是本实施例的应用效果示意图；

其中：1、座椅靠背，11-靠背支撑结构，12-第一通孔，2-座椅座垫，21-坐垫支撑结构，22-第二通孔，23-螺纹孔，3-限力控制装置，31-限力控制模块，31-1-输出齿轮，32-支架杆，33-扭力杆，34-传动轮，35-限力控制模块，4-扭力杆锁止装置，41-锁销，42-锁销电控模块，43-安装耳，44-棘轮。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细的说明。

本实施例中，一种用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，座椅包括第一部件和第二部件，所述第一部件为座椅靠背1或座椅靠垫2，当第一部件为座椅靠背1时，第二部件为座椅靠垫2，当第一部件为座椅靠垫2时，第二部件为座椅靠背1；包括限力控制装置3和扭力杆锁止装置4；所述限力控制装置3包括限力控制模块31、支架杆32、扭力杆33和传动轮34；扭力杆33安装在第一部件上；传动轮34固定安装在扭力杆33上；限力控制模块31通过支架杆32安装在第二部件上，且限力控制模块31的输出齿轮31-1与所述传动轮34相啮合，用于对扭力杆33转动的限制。所述扭力杆锁止装置4固定安装在第二部件的一侧，且扭力杆锁止装置4与扭力杆33的第一端连接，扭力杆锁止装置4基于碰撞信号锁止或解锁扭力杆33，在扭力杆33处于锁止状态时，第一部件与第二部件不能相对转动，在扭力杆33处于解锁状态时，第一部件与第二部件能相对转动。

如图1和图3所示，以下以第一部件为座椅靠背1，第二部件为座椅靠垫2，第一支撑结构为靠背支撑结构11、第二支撑结构为坐垫支撑结构21为例进行说明：

一种用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，包括限力控制装置3和扭力杆锁止装置4。其中，所述限力控制装置3包括限力控制模块31、支架杆32、扭力杆33和传动轮34，扭力杆33安装在座椅靠背1的下端部上，该扭力杆33能跟随座椅靠背1一起转动；传动轮34固定安装在扭力杆33上；限力控制模块31通过支架杆32安装在座椅座垫2的后端部上，且限力控制模块31的输出齿轮31-1与所述传动轮34相啮合，用于对扭力杆33转动的限制。所述扭力杆锁止装置4固定安装在座椅座垫2的一侧，且扭力杆锁止装置4与扭力杆33的第一端连接，扭力杆锁止装置4基于碰撞信号锁止或解锁扭力杆33。

如图1所示，本实施例中，所述座椅靠背1的左右两侧均设有靠背支撑结构11；所述座椅座垫2的左右两侧均设有座垫支撑结构21。

如图1和图2所示，本实施例中，所述扭力杆锁止装置4设置在位于扭力杆33第一端侧的座垫支撑结构21上。

如图1和图2所示，所述扭力杆锁止装置4包括第一锁止件和第二锁止件，其中，第一锁止件固定安装在扭力杆33的第一端上；第二锁止件固定安装在座椅座垫2上，所述第二锁止件能与第一锁止件相啮合或相分离，在第二锁止件与第一锁止件相啮合时，扭力杆锁止装置4锁止扭力杆33，在第二锁止件与第一锁止件相分离时，解锁扭力杆33。

本实施例中，所述第一锁止件为棘轮44，其固定安装在扭力杆33的第一端上，所述棘轮44的外周上设有若干卡槽；所述第二锁止件固定安装在座椅座垫2上，且第二锁止件上具有锁销41，调节锁销41能使锁销与棘轮44相啮合或相分离。

本实施例中，所述第二锁止件还包括与锁销41相连接的锁销电控模块42，所述锁销电控模块42基于控制指令控制锁销41伸出或缩回，在锁销41处于伸出状态时，所述锁销41伸入到棘轮44的卡槽内以实现对棘轮44的卡止，在锁销41处于伸出缩回状态时，所述锁销41与棘轮44相分离。

本实施例中，如图2所示，扭力杆锁止装置4通过其上的安装耳43通过螺纹孔23用螺栓或者铆钉固定安装在座椅座垫2的座垫支撑结构21上。锁销电控模块42能够根据用户调节传感器指令或者其他程序指令，控制锁销41的伸出与缩回，以实现对棘轮44的卡止。

如图2所示，扭力杆锁止装置4在用户调节完座椅靠背1的角度后，利用锁销41将棘轮44进行卡死。由于棘轮44是用扭力杆33与座椅靠背1的靠背支撑结构11连接，所以能够实现对座椅靠背2角度的锁止，以维持座椅靠背2的角度。

如图1所示，本实施例中，扭力杆33布置在座椅靠进转动铰链位置，扭力杆33的第一端穿过对应侧的靠背支撑结构11上的第一通孔12、座垫支撑结构21上的第二通孔22与棘轮44固定连接；正常情况下用户对座椅靠背进行调节时，棘轮44跟随扭力杆33一起转动。扭力杆33的第二端与对应侧的靠背支撑结构11连接，跟随座椅靠背一起转动。

如图1所示，本实施例中，传动轮34固定安装在扭力杆33的中部，传动轮34与限力控制模块31上的输出齿轮31-1啮合运动。限力控制模块31安装在强度足够的支架杆32上，支架杆32固定在座椅座垫2的座垫支撑结构21上，因此正常情况下，限力控制模块31是无法移位的，只能跟随座椅整体前进或后退。其中，所述限力控制模块31采用减速器，所述减速器根据控制指令调节输出齿轮31-1的转速和扭力，进而限制传动轮34的转速，从而实现对扭力杆33的转动控制。

本实施例中，当程序检测到车辆的正面碰撞发生，且座椅调节的条件满足时，扭力杆锁止装置4会放开对座椅靠背1的限制，由于人体惯性以及安全带肩带的牵引作用（安全带卷收起布置在座椅靠背1上），座椅靠背1就会往前转动。座椅靠背1的转动会带动扭力杆33一起转动，扭力杆33又带动传动轮34转动，而限力控制模块31会根据程序计算结果实时控制输出齿轮31-1的转动，从而实现对传动轮34的运动控制。当传动轮34受到约束后，扭力杆33的运动就受到了约束，从而实现对座椅靠背1的转动速度调节。

本实施例中，所述扭力杆的第二端的屈服极限大于第一端的屈服极限。扭力杆33的第二端的屈服极限大，发生塑性扭转变形需要克服的力矩大；扭力杆33的第一端的屈服极限小，发生属性变形扭转需要克服的力矩小。

本实施例中，图4中的（a）和（b）是两个不同时刻的扭力杆33变形结果示意图，A端（即第二端）与座椅右侧连接，C是扭力杆33上的传动轮34的位置，B端（即第一端）与棘轮44连接。根据结构力学原理：对一根柔性直杆的一端固定，绕杆的轴向扭动杆的另一端，杆越长，杆发生扭动变形需要克服的扭力越小，当扭动变形到一定程度，克服扭动变形需要的扭力会增大。利用以上原理，车辆碰撞初期，扭力杆锁止装置4放开锁定，限力控制模块31也放开转速限制，扭力杆33就跟随座椅靠背1自由转动，当座椅靠背1转动越来越快的时候，扭力杆锁止装置4会重新锁止，此时扭力杆33的B端（第一端）被约束，扭力杆33的A端（第二端）和座椅靠背1一起转动，扭力杆33发生扭动变形，座椅靠背1速度得到一定程度减缓，变形如图（a）所示；当碰撞事件进行到一定程度，车体减速度会非常高，扭力杆33的强度已不足以约束座椅靠背1的运动，此时限力控制模块31会根据程序指令进行介入，限制传动轮34的转速，那么扭力杆33的A端和C端的转速不一致，相对而言扭力杆33的可变形长度就变短了，克服变形的扭力会增加，从而实现是对座椅靠背转动速度的减缓，变形如图（b）所示。

本实施例中，限力控制模块31的转速控制不是一成不变的，是可以根据程序计算进行速度快慢变化的，从而使得在不同碰撞强度下，均能实现一致的座椅靠背1运动调节效果，有利于最终对乘员的保护。最终A端的扭力矩见示意图5。随着扭力杆33的A端的克服变形需要的力矩越来越大，扭力杆33对座椅靠背1的约束就会越来越大，最终与碰撞惯性能抵消，实现乘员座椅靠背1与乘员姿态的调整。

本实施例中，一种汽车碰撞事故中座椅的缓冲调节机构，能够调整乘员坐姿，吸收乘员动能，主要用于例如零重力座椅类的靠背放倒的座椅。当乘员放倒座椅靠背并且正确使用了安全带，发生满足一定强度的正面碰撞后，通过解锁座椅靠背和约束扭力杆33的一端，让扭力杆33的约束座椅靠背姿态。乘员惯性运动会通过肩带传递至座椅靠背，带动座椅靠背克服扭力杆33的屈服力，实现往前的运动。根据能量公式（E=F*S，力与力方向上位移的乘积等于力的做功）克服扭力的过程会使得乘员能量被吸收，根据能量公式（E=0.5*m * v* v，物体的动能与其质量和速度的平方成正比），乘员惯性运动的速度会得到减缓，同时乘员会连通座椅一起由躺卧姿态变成坐立姿态，再点爆安全气囊，此时乘员剩余的能量通过安全气囊缓冲吸收，从而完成碰撞中的乘员保护。

本实施例中，座椅靠背1的转动带动扭力杆33的一端相对扭力杆33的另一端产生扭转，至使扭力杆33发生屈服变形吸收惯性动能，并维持座椅靠背1姿态的平稳变化；扭力杆锁止装置4用于发生碰撞后锁止扭力杆33的一端，约束其转动；限力控制装置3用于碰撞中期调节扭力杆33的扭力，即增大座椅靠背旋转需要克服的扭力，使得最终座椅靠背角度（靠背与竖平面的夹角）能平稳停止在25度~0度之间。

本用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，为零重力座椅靠背放倒情况下乘员的保护方案提供了可行性，当然也能够应用在普通电动座椅上（要求安全带卷收器布置在座椅上）。

本实施例中，一种座椅，采用如本实施例中所述的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构。

本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的座椅。

如图6所示，是本实施例的应用效果示意图。

上述实施例为本发明方法较佳的实施方式，但本发明方法的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，座椅包括第一部件和第二部件，所述第一部件为座椅靠背（1）或座椅靠垫（2），当第一部件为座椅靠背（1）时，第二部件为座椅靠垫（2），当第一部件为座椅靠垫（2）时，第二部件为座椅靠背（1）；

其特征在于，包括限力控制装置（3）和扭力杆锁止装置（4）；

所述限力控制装置（3）包括：

扭力杆（33），其安装在第一部件上；

传动轮（34），其固定安装在扭力杆（33）上；

限力控制模块（31），其通过支架杆（32）安装在第二部件上，且限力控制模块（31）的输出齿轮（31-1）与所述传动轮（34）相啮合，用于对扭力杆（33）转动的限制；

所述扭力杆锁止装置（4）固定安装在第二部件的一侧，且扭力杆锁止装置（4）与扭力杆（33）的第一端连接，扭力杆锁止装置（4）基于碰撞信号锁止或解锁扭力杆（33），在扭力杆（33）处于锁止状态时，第一部件与第二部件不能相对转动，在扭力杆（33）处于解锁状态时，第一部件与第二部件能相对转动。

2.根据权利要求1所述的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构 ，其特征在于：所述扭力杆锁止装置（4）包括：

第一锁止件，其固定安装在扭力杆（33）的第一端上；

第二锁止件，其固定安装在第二部件上，所述第二锁止件能与第一锁止件相啮合或相分离，在第二锁止件与第一锁止件相啮合时，扭力杆锁止装置（4）锁止扭力杆（33），在第二锁止件与第一锁止件相分离时，解锁扭力杆（33）。

3.根据权利要求2所述的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，其特征在于：所述第一锁止件为棘轮（44），其固定安装在扭力杆（33）的第一端上，所述棘轮（44）的外周上设有若干卡槽；

所述第二锁止件固定安装在第二部件上，且第二锁止件上具有锁销（41），调节锁销（41）能使锁销与棘轮（44）相啮合或相分离。

4.根据权利要求3所述的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，其特征在于：所述第二锁止件还包括与锁销（41）相连接的锁销电控模块（42），所述锁销电控模块（42）基于控制指令控制锁销（41）伸出或缩回，在锁销（41）处于伸出状态时，所述锁销（41）伸入到棘轮（44）的卡槽内以实现对棘轮（44）的卡止，在锁销（41）处于伸出缩回状态时，所述锁销（41）与棘轮（44）相分离。

5.根据权利要求3或4所述的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，其特征在于：所述第一部件的左右两侧均设有第一支撑结构；所述第二部件的左右两侧均设有第二支撑结构；

所述扭力杆（33）的第一端穿过对应侧的第一支撑结构、第二支撑结构与棘轮（44）固定连接；

所述扭力杆（33）的第二端与对应侧的第一支撑结构连接；

所述扭力杆锁止装置（4）设置在位于扭力杆（33）第一端侧的第二支撑结构上。

6.根据权利要求5所述的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，其特征在于：所述扭力杆（33）的第二端的屈服极限大于第一端的屈服极限。

7.根据权利要求6所述的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构，其特征在于：所述限力控制模块（31）采用减速器，减速器固定安装在支架杆（32）上，支架杆（32）的两端分别与第二部件的两第二支撑结构固定连接，所述减速器根据控制指令调节输出齿轮（31-1）的转速和扭力，以限制传动轮（34）的转速，实现对扭力杆（33）的转动控制。

8.一种座椅，其特征在于：采用如权利要求1至7任一所述的用于碰撞中座椅翻转运动的限力机构。

9.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求8所述的座椅。

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