CN202703345U - 弹簧驱动式主动响应头枕 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于追尾碰撞头颈部保护的弹簧驱动式主动响应头枕。在车辆行进过程中，自车速度传感器和安装在汽车后端的测距传感器实时采集数据，控制系统对各传感器的输入信号按设定程序进行计算处理。若实测车距小于由处理单元计算所得的安全车距，则控制系统控制直动吸入式电磁铁作用，产生较大的电磁吸力，释放预紧弹簧，实现头枕活动部分的快速前移。该主动响应式头枕机构可以提前判断追尾碰撞，结构简单，导引机构摩擦力小，响应速度快，造价低廉，便于推广普及。

Description

弹簧驱动式主动响应头枕

技术领域

本实用新型涉及一种汽车座椅系统头枕部分的机构，用于减少追尾碰撞过程中乘客头部与汽车头枕之间的水平距离，进而有效地保护头颈部，属于汽车内饰设备技术领域。 

背景技术

随着汽车保有量的日益增加，交通事故及其所造成的损失也随之加剧。据悉，1900年全球有统计记录的汽车交通事故损失为1370亿美元，1993年达到5000亿美元。我国2002年发生的773173次交通事故中，死亡109381人，受伤562074人，直接经济损失高达33亿元。汽车追尾事故占总交通事故的30%以上，追尾最容易引发头部颈部受伤，有统计表明，26%的追尾事故中头颈部会受伤，受伤的主要原因在于：追尾事故中，前车受到来自后方的撞击，车内乘员由于惯性会产生剧烈的后仰动作，人体躯干部分受座椅和靠背的保护而很少受伤，但头部一般距离头枕较远，强大的冲击会使头部甩向后方，牵动颈部被拉伸或扭曲，直至撞到头枕，然后头部又像鞭梢一样被颈部加速甩向前方，头颈部因承受巨大的冲击和变形而造成损伤，严重时可危及生命，这就是人们常称的“挥鞭伤”。实验表明，即使低速情况下发生碰撞，由于车辆加速的力量全部挤压在人脆弱的颈部，也会发生颈部受伤。 

避免上述伤害的最直接方法是采用主动式安全头枕系统。国内外现有的主动式头枕可以分为两类。第一种是强动式头枕，其核心是一种纯机械系统，如李尔公司的一代和二代头枕，李尔公司第一代主动式安全头枕利用肩膀挤压座椅靠背的力量达到头枕前移的效果。而在第二代主动式安全头枕中，李尔公司重新设计了头枕，在后擦碰发生时以盆骨挤压座椅的联动机构，在联动机构的作用下，头枕同时向上向前快速移动，达到适当位置，最大限度地防止头部猛烈后仰，从而达到保护驾驶员和乘客的头部和颈部安全的目的；再如大众公司辉腾的AKS，利用一个弯形杠杆的转动让头枕向上向前移动。该类头枕的特点在于：在动作完成后，头枕能自动回复到原来位置，以备下次使用；另外，头枕都是在碰撞发生之时才启动，头枕前移的速度和距离取决于碰撞强度，如果结构设计稍有偏差，可能导致头枕的前移与乘员头部的后仰相撞，反而加重头颈部的损伤。第二种是激活式头枕，如CN 201824996U公开的内置安全气囊的主动式头枕装置；CN 100569562C公开的机电结合式主动头枕装置；US2005127726A1公开的机械电磁结合式主动头枕装置。该类头枕的特点在于：头枕系统具有完整的感知、控制和执行等子系统，具有较强的智能性和主动性；但气囊式头枕只能一次性使用，电机驱动式头枕的响应速度取决于电机本身，机械电磁结合式头枕结构复杂，成本高，不便于在中低档车型上推广，而且头枕启动之后还需要用专门的工具进行复位，目前只有少量的高档车型使用此种主动式安全头枕。 

发明内容

本实用新型的目的，开发基于弹簧驱动的主动响应式头枕，在碰撞发生之前可实现头枕前部的快速水平移动，从而减少乘客头颈部的挥鞭仰角，以达到最佳保护乘客头颈部的效果。 

为实现本实用新型的目的，本汽车头枕装置包括：通用的高度调节机构和棘轮调整机构，用于头枕活动部分向前移动的滑车导轨导引机构和驱动弹簧，用于释放导引机构的直动吸入式电磁铁，以及用于检测碰撞发生并及时作出反应的控制系统。 

本实用新型的具体技术方案为，包括滑车Ⅰ、导轨Ⅰ、直动吸入式电磁铁、固定框架、弹簧挡板、驱动弹簧、头板、导轨Ⅱ、滑车Ⅱ、限位销Ⅰ和限位销Ⅱ，所述固定框架为U型槽状，下端与棘轮调整机构的框架通过螺栓固定联接，固定框架两侧对称布置导轨Ⅰ和导轨Ⅱ，导轨Ⅰ、导轨Ⅱ通过螺栓与固定框架联接，滑车Ⅰ和滑车Ⅱ分别与导轨Ⅰ和导轨Ⅱ通过滚珠进行滑动；所述头板与滑车Ⅰ和滑车Ⅱ的一端通过螺栓联接，头板再与头枕活动部分固定联接；所述弹簧挡板与固定框架的槽底固定联接，驱动弹簧由弹簧挡板和头板上下约束，由固定框架两侧左右约束，直动吸入式电磁铁固定在固定框架的槽底外侧；所述限位销Ⅰ和限位销Ⅱ分别与导轨Ⅰ和导轨Ⅱ固连；所述直动吸入式电磁铁主要由滑杆、弹簧、外壳、线圈、铁芯、挡圈和盖板组成。线圈缠绕在铁芯上，铁芯左右分别与盖板和外壳固定联接，盖板与外壳固定联接，弹簧套在滑杆上，滑杆插入铁芯之后由挡圈固定其一端。 

高度调节机构和棘轮调整机构沿用公开号为CN 101508257A的类似结构，只是将棘轮调整机构直接安装在与垂直高度调节杆固联的水平支承杆上。棘轮调整机构框架上开有两个螺纹孔，用于和固定框架的联接，以此框架为支撑，设计出头枕前移的驱动机构，机构的头板联接至头枕的活动部分。 

为了让头枕在后碰撞发生之时能迅速前移到位，以实现在毫秒级时间内有效保护头颈部的目的，本实用新型的控制系统采用车辆行进中实时检测判断的手段，随时监控跟车与自车的行进状况，计算安全车距，并进行安全车距与行车间距的对比，如果检测到碰撞将要发生，则立即启动直动吸入式电磁铁，促使头枕前移，达到保护头颈部的目的。 

为了释放对滑车Ⅰ的限位，本实用新型专门设计了直动吸入式电磁铁，该直动吸入式电磁铁采用小电阻线圈，瞬间吸力大，当碰撞传感器接收到后碰撞信号时，电磁铁通电，产生足够的电磁吸力将滑杆吸入，从而释放对滑车Ⅰ的限位，最终触发头枕迅速前移。 

为了减少头枕前移过程中的摩擦，本实用新型的导引部分采用滑车配导轨，滑车与导轨之间采用滚珠滑动，将摩擦力降至最低，实现头枕活动部分的快速前移。 

为了实现碰撞发生后的头枕复位，本实用新型在一侧滑车尾部开有斜槽，无需借助外部工具即可轻松实现头枕的快速复位。 

为了降低头枕的设计成本，便于在所有车型上普及使用，本头枕的控制系统在原有汽车自车速度传感器的基础上，增加了部分软件和硬件，处理硬件采用了价格低廉的单片机系统。也可以将速度传感器作为单独的一部分与控制系统安装在一起，这样头枕整个系统便是单独的一块，通用性更好，安装和更换比较简单。 

本实用新型将简单的弹簧驱动机构和滑车导轨导引机构结合在一起，并通过控制系统进行有效控制，其中控制系统可提前判断追尾发生，进而完成对电磁铁的启动；头枕导引机构摩擦力小，安装方便，传递效率高；直动吸入式电磁铁瞬间作用力大，能对导引机构进行迅速释放。因此，该主动响应式头枕响应速度快，结构简单，造价低廉，便于推广普及。 

附图说明

图1为主动头枕在正常状态下的三维示意图。 

图2为主动头枕在追尾事故发生时的三维示意图。 

图3为正常状态下直动吸入式电磁铁与滑车Ⅰ的相对位置状态。 

图4为追尾事故发生时直动吸入式电磁铁与滑车Ⅰ的相对位置状态。 

图5为主动头枕正常状态下的限位示意图。 

图6为主动头枕追尾状态下的限位示意图。 

图7为沿图6中线A-A剖视后的直动吸入式电磁铁结构示意图。 

图8为主动头枕控制系统的工作原理框图。 

图中：1支撑杆；2水平支承杆；3滑车Ⅰ；4直动吸入式电磁铁；5导轨Ⅰ；6固定框架；7弹簧挡板；8驱动弹簧；9头板；10导轨Ⅱ；11滑车Ⅱ；12棘轮调整机构；13竖直调节杆，14限位销Ⅰ、15限位销Ⅱ， 16滑杆、17弹簧、18外壳、19线圈、20铁芯、21挡圈、22盖板。 

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的具体实施方式。 

如图1~2所示，本实用新型的高度调节机构包括竖直调节杆13、支撑杆1、水平支承杆2。竖直调节杆13和支撑杆1的上端与水平支承杆2固定联接，竖直调节杆13和支撑杆1的下端安插在座椅靠背的上端部，引领整个框架可以上下移动，从而调节头枕的高度。竖直调节杆13上开有四个豁口，与座椅靠背中的弹性档位块配合，控制头枕的上下位置。水平支承杆2的中部安装有棘轮调整机构，具体结构与联接关系见专利CN 101508257A，该棘轮调整机构可以前后向调整头枕的姿态，以适应乘客的舒适度要求。棘轮调整机构12的框架上开有两个螺纹孔，用于和固定框架6的下端联接，以此固定框架6为支撑，设计出实现头枕前移的驱动机构，机构的头板9联接至头枕的活动部分。 

该头枕的驱动机构包括滑车Ⅰ3、导轨Ⅰ5、直动吸入式电磁铁4、固定框架6、弹簧挡板7、驱动弹簧8、头板9、导轨Ⅱ10、滑车Ⅱ11、限位销Ⅰ14和限位销Ⅱ15，所述固定框架6的下端与棘轮调整机构12的框架通过螺栓固定联接，固定框架6两侧对称布置导轨Ⅰ5和导轨Ⅱ10，导轨Ⅰ5、导轨Ⅱ10通过螺栓与固定框架6联接，滑车Ⅰ3和滑车Ⅱ11分别与导轨Ⅰ5和导轨Ⅱ10通过滚珠进行滑动；所述头板9与滑车Ⅰ3和滑车Ⅱ11的一端通过螺栓联接，再与头枕活动部分固定联接；所述弹簧挡板7与固定框架6的槽底固定联接，驱动弹簧8由弹簧挡板7和头板9上下约束，由固定框架6两侧左右约束，直动吸入式电磁铁4固定在固定框架6的槽底外侧；所述限位销Ⅰ14和限位销Ⅱ15分别与导轨Ⅰ5和导轨Ⅱ10固连。 

当车辆处于正常状态下，头枕可事先手动将驱动弹簧8压缩至图5状态，依靠滑车Ⅰ3的尾部斜槽，推动直动吸入式电磁铁4的滑杆16向内部运动，直至滑杆16卡入滑车Ⅰ3的限位槽内，如图3所示，此时，头枕导引机构的滑车部分被限位，整个头枕驱动装置处于压缩状态，如图1所示；当控制系统判断车辆即将发生追尾事故时，触发直动吸入式电磁铁4瞬间通入较强电流，将滑杆16吸入，如图4所示，释放对滑车Ⅰ3的限位，滑车Ⅰ3和滑车Ⅱ11在弹簧8的驱动下，分别沿导轨Ⅰ5和导轨Ⅱ10向前伸出，直至导轨Ⅰ5和导轨Ⅱ10上的限位销Ⅰ14和限位销Ⅱ15卡入滑车Ⅰ3和滑车Ⅱ11的限位槽，如图6所示，此时驱动弹簧8被锁定，头板9停止伸出，头枕状态如图2所示。 

图7为直动吸入式电磁铁的剖面结构示意图。该电磁铁主要由滑杆16、弹簧17、外壳18、线圈19、铁芯20、挡圈21和盖板22组成。线圈19缠绕在铁芯20上，铁芯20的左右两端分别与盖板22和外壳18固定联接，盖板与外壳固定联接，弹簧17套在滑杆上，滑杆插入铁芯之后由挡圈固定其一端。当汽车未发生后碰撞事故时，滑杆16在弹簧17的作用下自动推出；反之，当汽车发生后碰撞事故时，控制器触发向线圈19通入电流，电磁铁瞬间产生较大的吸力，将滑杆16吸入电磁铁内部并保持适当时间；当碰撞过程结束后，停止向线圈19通电，滑杆16回复到初始位置。 

图8为主动头枕控制系统的工作原理框图。所述硬件系统包括汽车速度传感器，装在汽车后端的测距传感器，以及对各传感器的输入信号按软件系统进行计算处理的单片机组成；汽车行驶过程中，自车速度传感器和装在汽车尾部的距离传感器实时采集车况信息，并将信息输入给控制系统预设的计算程序，程序计算之后，进行安全车距与实时车距之间的判断，若实测车距小于安全车距，则控制系统启动电磁铁，头枕活动部分前移，若实测车距不小于安全车距，则继续检测自车和后车信息，并进行实时处理和判断。 

Claims (2)

1.弹簧驱动式碰撞主动响应头枕，其特征在于，包括滑车Ⅰ（3）、导轨Ⅰ（5）、直动式吸入式电磁铁（4）、固定框架（6）、弹簧挡板（7）、驱动弹簧（8）、头板（9）、导轨Ⅱ（10）、滑车Ⅱ（11）、限位销Ⅰ（14）、限位销Ⅱ（15）；所述固定框架（6）的下端与棘轮调整机构（12）的框架通过螺栓固定联接，固定框架（6）为U型槽状，固定框架（6）两侧对称布置导轨Ⅰ（5）和导轨Ⅱ（10），所述导轨Ⅰ（5）、导轨Ⅱ（10）通过螺栓与固定框架（6）联接，滑车Ⅰ（3）和滑车Ⅱ（11）分别与导轨Ⅰ（5）和导轨Ⅱ（10）通过滚珠进行滑动；所述头板（9）与滑车Ⅰ（3）和滑车Ⅱ（11）的一端通过螺栓联接，所述头板（9）与头枕活动部分固定联接；所述弹簧挡板（7）与固定框架（6）的槽底固定联接，驱动弹簧（8）由弹簧挡板（7）和头板（9）上下约束，由固定框架（6）两侧左右约束，直动吸入式电磁铁（4）固定在固定框架（6）的槽底的外侧；所述限位销Ⅰ（14）和限位销Ⅱ（15）分别与导轨Ⅰ（5）和导轨Ⅱ（10）固连。

2.根据权利要求1所述的弹簧驱动式碰撞主动响应头枕，其特征在于，包括控制系统，所述控制系统包括硬件系统和软件系统两部分，所述硬件系统包括汽车速度传感器，装在汽车后端的测距传感器，以及对各传感器的输入信号按软件系统进行计算处理的单片机组成。

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