CN1309598C - 一种座椅安全带装置 - Google Patents

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Abstract

一种座椅安全带装置，其包括一个吸收能量的力限制器，例如呈卷绕器卷绕卷轴(5)的形式的第一部件可相对于一第二部件移动，第二部件例如是卷绕器的框架(1)。卷轴(5)带着其存在摩擦面的元件(10)，元件(10)与由框架(1)带着的更多的元件(9)相互配合。压电元件的叠体(14)施加一个一起驱动具有摩擦面的元件的压缩力，以提供一个受控的摩擦吸收能量的效果。

Description

一种座椅安全带装置
技术领域
本发明涉及一种座椅安全带装置，其结合有一个座椅安全带和一个力限制器。
发明背景
关于设置在机动车辆中的安全装置，例如安全带，主张使用力限制器，特别是吸收能量的力限制器。力限制器的作用是如果力限制器受到一个超过预定阀值的力，则屈服并同时吸收能量。虽然通常希望在事故发生过程中，确保车辆乘客基本上不关于车辆加速或减速，但也已经知道，为了实现该目标而将过大的力通过座椅安全带施加到乘客的躯干上不是所希望的，因为应用很大的力可能伤害车辆乘客。因而，力限制器的作用是这样的，即当非常大的加速度被安全带传递给车辆乘客时，安全带将稍微屈服，同时力限制器吸收能量，从而使伤害上升的危险减到最少。
以前已经提出了各种类型的力限制能量吸收器，包括依靠一个金属件的变形的能量吸收器，这种装置是相对简单的并具有可充分预测的工作特性，但其具有缺点，即不容易在事故开始之前，响应例如座椅乘客的重量或座椅乘客的位置立即改变被吸收的能量的等级。
在机动车辆的安全带中所使用的力限制器吸收的能量是相当大的，因而许多系统是相对复杂的。
发明内容
本发明试图提供一种改进的座椅安全带装置，其结合有一个能量吸收器。
根据本发明，提供了一种座椅安全带装置，其结合有一个座椅安全带和一个吸收能量的力限制器，力限制器包括第一部件和第二部件，所述第一部件存在至少一个摩擦表面，所述第二部件存在至少一个相互配合表面，所述摩擦表面和相互配合表面彼此直接相邻以允许所述第一部件相对于第二部件的预定相对运动，所述力限制器结合一个施加力的力施加机构，以推动所述表面彼此紧靠，所述力施加机构包括至少一个可电变形材料的元件，和将电势施加到所述至少一个元件的装置。
可电变形材料是在电势施加到其上时变形的材料，在施加电势时，这种材料的元件可以在一个特定方向上膨胀。这种材料的例子是压电材料和电致伸缩材料，优选地，所述元件或每个元件都是压电元件。
优选地，所述力施加机构包括一组多个所述元件。
便利地，设置一个控制装置，以响应至少一个输入信号来控制施加到所述元件或多个元件的电势。
优选地，所述力施加机构包括至少一个传感器元件，其优选地是一个压电元件，以响应所述力施加机构所施加的力来提供电势，该电势被用作一个用于所述控制装置的输入信号。
有利地，所述控制装置包括计算安全带力的希望值的计算器，和测量所述座椅安全带内的实际安全带力的装置，和包括比较器，该比较器将希望的安全带力和实际的安全带力进行比较以产生一个控制信号。
优选地，一个力传感器设置在安全带固定座中以测量所述实际的安全带力。
便利地，将来自一个或更多传感器的一个或更多输入信号提供给所述计算器，所述传感器适于检测座椅乘客的重量、座椅乘客的位置、事故的强烈程度或安全气囊的影响。
在一个实施方式中，所述第一部件相对于第二部件的预定运动具有一个或两个自由度。
在一个将在此描述的实施方式中，在所述第一部件和第二部件之间的运动是角运动。
在另一个实施方式中，在所述第一部件和第二部件之间的运动基本上是线性的。
在一个优选实施方式中，所述第一部件具有多个摩擦表面，和所述第二部件具有多个相互配合表面。
优选地，所述表面设置在彼此交替的薄片上，所述薄片被安装成通过所述力施加机构的动作带入牢固的接合，交替的薄片分别与第一部件和第二部件固定在一起。
便利地，第一组薄片安装成与一个座椅安全带的卷绕器的卷轴一起旋转，而其余的薄片与所述卷绕器的外壳固定在一起。
有利地，所述第一部件是安全带卷绕器的卷轴，而所述第二部件是安全带卷绕器的外壳。
在另一个实施方式中，所述第一部件包括至少一段条带，其可以是所述安全带自身的一部分，而所述第二部件包括一个构件，该构件将所述条带夹靠在一个固定部分上，向所述构件施加一个力的力施加机构趋向于将所述带子压靠在所述固定部分上。
便利地，所述第一部件适于连接到座椅安全带的一端，而所述第二部件适于连接到机动车辆内的一个锚定点。
附图说明
为了可以更容易地了解本发明，以便可以理解其更多的特征，现在将参考附图借助于实例对本发明进行描述，其中：
图1是根据本发明结合了力限制器的安全带卷绕器的一部分的分解图；
图2是图1的卷绕器的横截面图；
图3是根据本发明结合了力限制器的安全带固定座的示意性的截面图；
图4是根据本发明使用力限制器的完整的安全带系统的图；和
图5是一个控制装置的示例性的框图。
具体实施方式
在本发明的实施方式中，摩擦被用来在力限制器中吸收能量。在力限制器中使用摩擦来吸收能量被认为是不合适的，因为预测通过摩擦提供的阻力或能量吸收的效果是困难的，特别是关于这样一种设备的零件，它长时间保持在不使用状态，同时遭受环境的变化，例如温度、压力和湿度变化。这里应该了解，通常一个力限制器不工作，除非装有力限制器的车辆卷入了一个重大事故。在许多现有建议的力限制器中，一旦力限制器工作，该力限制器就必需更换。因而力限制器保持安装在机动车辆中，经常是几年都保持不被使用，但每当事故发生，必须能够以希望的方式在正好正确的时刻进行工作，精确地提供所希望的力限制效果。
现在参考附图1和2，现在将对一个根据本发明的力限制器进行描述，该力限制器被结合在一个安全带装置中。
一个安全带卷绕器包括一个支撑框架1，该支撑框架1包括一个背板2和两个平行突出的侧臂3、4，突出的侧臂支撑一个卷轴5，安全带的一部分可以缠绕在该卷轴5上，卷轴5安装成使得它能绕着它的轴线旋转。卷轴5在一端设有一个非圆形横截面的轴向突出的轴柱6，其延伸越过框架1的一个侧臂4。框架1的侧臂4在其外表面上载装一个大体圆柱形的外壳7，该圆柱形外壳设置有四个等角间隔开的槽8，它们延伸外壳的长度，外壳7环绕突出的轴柱6。
容纳在外壳7内的是多个薄片，呈多个不可旋转盘9和多个可旋转盘10的形式，不可旋转盘9和可旋转盘10彼此交替布置。每个不可旋转盘9都具有一个相对大的中心孔11和一个外边缘，外边缘设有四个等角间隔开的径向朝向外方向的突出部12，突出部被定位和尺寸确定成容纳在设于外壳7中的槽8内，每个不可旋转盘9都可以滑动到外壳7中。由于每个不可旋转盘9都被插入外壳7内的合适位置，所以突出部12与槽8相互对齐。
每个可旋转盘10都是圆形形状的，每个盘10的直径都小于外壳7的内径，所以每个可旋转盘10都可以在不接合外壳7的情况下旋转。每个可旋转盘10都设有一个中心孔13，其具有与轴柱6的非圆形横截面相同的构形，因而当可旋转盘10插入外壳7中时，可旋转盘10的孔13与轴柱6相互对齐并与轴柱6接合，以便可旋转盘10与轴柱6同步旋转。
可以提供任何希望数量的不可旋转盘9和可旋转盘10来形成一个盘组件，每个盘都可以存在一个高摩擦表面。优选地，一个不可旋转盘9设置在不可旋转盘和可旋转盘的组件的每端。
卷轴5和可旋转盘10形成第一部件，其能相对于由卷绕器的支撑框架1上的外壳7和不可旋转盘9构成的第二部件以两个运动自由度进行角移动，即旋转地移动。盘10与第一部件固定在一起，由于盘10在卷轴5旋转时旋转，而盘9与第二部件固定在一起，由于它们即使在卷轴5旋转时也不旋转。邻近终端固定盘10的是一个由呈压电板形式的可电变形材料形成的元件叠体14。在本实施方式中为了简化的目的，仅仅示出六个压电板，它们彼此相对相邻地安装。在一个可实行的实施方式中，可以使用多得多的压电板，例如一百个板或更多。压电板的叠体14远离不可旋转盘9和可旋转盘10的组件的端部设有一个盖板15，盖板15通过螺栓16连接到卷绕器的支撑框架1的侧臂4上。
电接点17设置成，它们能用来在形成所述叠体14的多个压电板上施加电势，且也用来接收由其中一个压电板所产生的输出信号。
应当理解，在卷绕器的平常情况下，如所示的，当不可旋转盘和可旋转盘自由的轴向移动并自然地变得彼此分离，足以允许卷轴5的自由旋转时，由于在相邻的不可旋转盘9和可旋转盘10之间没有产生摩擦的接触，所以卷绕器机构的卷轴5能够自由旋转。当卷轴旋转时，可旋转盘10将旋转，但不可旋转盘9不旋转。
然而，如果电势被适当地施加到端子17，则因为压电板由于施加到其上的电势而变形，所以最初具有长度“1”的压电板叠体14将在长度上增加一个距离Δ1。因而该叠体的全长增加，且一个轴向力在盘组件的端部被施加到不可旋转盘9上，迫使该盘朝向相邻的可旋转盘10，结果是所有的不可旋转盘9和可旋转盘10彼此牢固接触，该接触提供摩擦效果。该摩擦效果表现为卷轴5上的安全带经受的力限制和吸收能量的效果，效果的大小取决于压电叠体所施加的力。
因为压电材料会由于施加给材料的力而产生一个电势，所以输出电势能从压电板叠体中的所述一个压电板获得，该输出电势表示在叠体中经受的力随着时间的变化。该输出信号能被积分以提供一个合力信号，因而能从输出电势确定由压电板的叠体施加到不可旋转盘9和可旋转盘10上的实际的力。从而，一个控制装置可以控制施加到压电板的叠体14上的电势，以确保压电板的叠体向不可旋转盘9和可旋转盘10提供合适的力，以便实现所希望的力限制或吸收能量的效果。在卷绕器卷绕的情况下，如所述的，控制装置18可以紧接在事故开始之前依据座椅乘客的重量和/或座椅的位置调节阻力，和/或依据座椅乘客相对于座椅的位置和/或事故的强烈程度和/或提供的任何用来保护座椅乘客的安全气囊的影响或效果来调节阻力。安全气囊的影响或效果可以例如通过测量安全带的拉出速度来确定。
图3表示本发明一个非常不同的实施方式，呈安全带的一部分的端部固定座20的形式。端部固定座20包括一个设有整体安装板22的外壳21，通过整体该安装板22，外壳可以固定到一个设于机动车辆内的共同配合的锚定点。
外壳的上部确定两个固定引导板23、24，它们相对于彼此倾斜，和，位于引导板之间的是一个大体三角形的摩擦元件25。摩擦元件25具有两个倾斜面26、27，它们邻接并平行于引导板23、24的内表面，但与引导板23、24的内表面间隔开。一个与上述叠体14相当的压电板叠体28位于元件25和外壳21内的横向固定板29之间，设置有呈带子的节段形式的条带例如金属带30、31，它们每个都具有一个牢固地固定到外壳21的下部的固定端，带子30通过面26和引导板23之间，而带子31通过面27和引导板24之间，带子30和31被固定到一个设置在安全带33的端部的孔32上，带子30、31的各节段被夹在摩擦元件25的面26、27和固定引导板23、24之间。
当端部固定件20工作以提供一个力限制效果时，一个电势被施加到压电板的叠体28内的板上，从而导致压电板叠体的长度增加，推动三角形的摩擦元件25以致其面26和27牢固地接合带子30、31的相邻表面，带子30、31被引导板23和24引导和保持在适当位置中。施加的力趋向于压挤带子，因而如果带子被从外壳抽出，则带子经受的摩擦力增加。如此布置使得带子30、31能以具有力限制和吸收能量效果的线性运动从外壳20抽出，因而允许设置在安全带21的端部的孔眼32以一种希望和预定的方式移动。此外，以上述方式，通过从叠体内的一个压电板获取输出信号，可以测量压电板的叠体28所施加的力的大小，并可以通过调节施加到叠体上的电势进行控制，因而吸收能量的效果可以得到控制。
一个脆性件可以将孔眼32连接到外壳21，以便在座椅安全带33的平常使用中，没有趋向于从外壳21抽出带子的力被施加到带子30、31上，然而，如果相当大的力被施加到安全带33，脆性件将破裂，而带子30、31将随着上述吸收能量的效果被从外壳21抽出。
图4表示一个完整的安全带装置40，其结合了一个参考图1和2描述的类型的卷绕器41，该卷绕器设有一个安全带42，安全带42穿过一个支柱环43，并载装一个与固定带扣45接合的舌片44。安全带42的自由端连接到一个在图3中描述的类型的固定座46上。
现在参考附图的图5，描述一个控制装置。
图5示意性地表示一个压电板的叠体50，其可以与第一个描述的实施方式的叠体14或第二个描述的实施方式的叠体28一致。
叠体50被表示为施加一个特定的安全带力51。
设置一个比较器52，比较器52适于将代表真实安全带力的信号53与来自计算器54的信号进行比较，该计算器54计算希望的安全带力。该比较器用来将真实的安全带力与计算出的安全带力进行比较，并增加或减小压电叠体所施加的力55。
代表真实安全带力的值可以通过使用一个例如计算器56的装置来确定，该计算器56由通过压电板的叠体所施加的测定力来计算真实的安全带力，尽管可选地，一个第二类型的装置57可以传感器的形式设置，该传感器结合到座椅安全带固定座内，其适于测量由座椅安全带施加到传感器上的力。该力传感器可以设在安全带的终端固定座、带扣固定座或卷绕器固定座，可选地，能使用一个响应卷绕器的卷轴的扭矩的传感器。
计算器54与一个或更多适于感应不同参数并向计算器提供信号的传感器相关联。
第一传感器58是乘客重量传感器，其适于感应相关座椅的乘客重量，这可以是任何传统的设计。
第二传感器59是乘客位置传感器，其适于感应座椅内乘客的位置，这也可以是任何传统的设计。
第三传感器是碰撞强烈程度探测器，其也可以是任何传统的设计。
第四传感器是感应和探测任何设置的用来保护相关座椅的乘客的安全气囊的影响，安全气囊的相互作用，换句话说，就是安全气囊关于座椅乘客具有的效果，这能通过感应安全带从卷绕器的抽出速度和座椅乘客的最初位置进行测定，但也可以根据安全气囊的膨胀计时进行估算。
因而应当理解，依据来自适于感应许多不同参数的传感器的信号，有许多确定代表真实安全带力的值的方式，和许多计算安全带力的希望值的方式。
由于压电板50的叠体50能非常迅速地响应输入电压的改变，所以在形成典型碰撞或意外事故的非常短的时间内，安全带力51能以一种预定的方式调节。
在本说明书中，“包括”意指“包含或由......组成”。

Claims (17)

1.一种座椅安全带装置，其结合有座椅安全带和吸收能量的力限制器，所述力限制器包括第一部件和第二部件，所述第一部件存在至少一个摩擦表面，所述第二部件存在至少一个相互配合表面，所述摩擦表面和相互配合表面彼此直接相邻以允许所述第一部件相对于第二部件的预定相对运动，所述力限制器结合施加力的力施加机构，以推动所述表面彼此相互抵靠，所述力施加机构包括至少一个可电变形材料的元件，和将电势施加到所述至少一个元件的装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述元件或每个元件都是压电元件。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述力施加机构包括多个所述元件的叠体。
4.如权利要求1到3中任一项所述的装置，其特征在于，设置控制装置，以响应至少一个输入信号来控制施加到所述元件或多个元件上的电势。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述力施加机构包括至少一个传感器元件，以响应由所述力施加机构施加的力来提供电势，该电势被用作用于所述控制装置的输入信号。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制装置包括计算所述座椅安全带内的安全带力的希望值的计算器，和测量实际的安全带力的装置，并包括比较器，该比较器将希望的安全带力和实际的安全带力进行比较以产生控制信号。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，力传感器设置在安全带固定座中以测量所述实际的安全带力。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，将来自一个或更多传感器的一个或更多输入信号提供给所述计算器，所述传感器适于感应座椅乘客的重量、座椅乘客的位置、事故的强烈程度或安全气囊的相互作用。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一部件相对于所述第二部件的预定运动具有一个或两个自由度。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述第一部件和第二部件之间的运动是角运动。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述第一部件和第二部件之间的运动基本上是线性的。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一部件具有多个摩擦表面，和所述第二部件具有多个相互配合表面。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所速表面设置在彼此交替的薄片上，所述薄片被安装成通过所述力施加机构的动作进入牢固的接合，交替的薄片分别与第一部件和第二部件固定在一起。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，第一组薄片安装成与用于座椅安全带的卷绕器的卷轴一起旋转，而其余的薄片与所述卷绕器的外壳固定在一起。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一部件是安全带卷绕器的卷轴，而所述第二部件是安全带卷绕器的外壳。
16.如权利要求9到15中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一部件包括至少一段条带，而所述第二部件包括构件，该构件将所述条带夹持抵靠在固定部分上，向所述构件施加力的力施加机构趋向于将所述条带压靠在所述固定部分上。
17.如权利要求9到15中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一部件适于连接到座椅安全带的一端，而所述第二部件适于连接到机动车辆内的锚定点。
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