CN103569034A

CN103569034A - 智能控制型汽车安全带主动预紧器

Info

Publication number: CN103569034A
Application number: CN201310473778.XA
Authority: CN
Inventors: 关志伟; 杜峰; 闫光辉; 王少华; 徐金海; 赵宇
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2014-02-12

Abstract

一种智能控制型汽车安全带主动预紧器，包括织带、织带卷轴、织带卷轴支架、动力传递装置和电子控制装置；所述动力传递装置由二级减速机构组成，其中第一级减速采用圆柱齿轮传动机构,第二级减速采用蜗轮蜗杆传动机构,一对离心甩锤安装在蜗轮凸缘上;所述电子控制装置包括车载车载电控单元、多路危险预警传感器和织带张力传感器，织带张力传感器安装在安全带织带上。本发明能根据车辆危险情况自动执行约束动作提高安全带保护功能,即在危险前期织带松弛的情况下，可由电子控制装置触发电机驱动安全带收紧，以一种可重复作用的预张紧方式为乘员提供更可靠的约束作用。

Description

智能控制型汽车安全带主动预紧器

技术领域

本发明涉及一种汽车用安全设备，特别涉及一种智能控制型汽车安全带主动预紧器。

背景技术

安全带是乘员约束系统的主要保护装置之一，是高速运动车辆座椅上不可缺少的装置。普通安全带通过对由车辆碰撞时产生的急加速度所引起的乘员急剧位移进行约束而实现保护功能。汽车碰撞时，安全带将乘员约束在座椅上，使乘员的头部、胸部不至于向前撞到转向盘、仪表板及风挡玻璃，减少乘员发生二次碰撞的危险。

普通安全带本身亦有不足之处，由于安全带动态拉出量和织带与乘员佩戴间隙的存在，造成织带松弛，当碰撞发生时，增加了乘员发生车内二次碰撞的风险。对于一个成年人来讲，安全带大约有120mm的松弛量，这些松弛量将增加20%的伤害值。美国联邦机动车安全标准FMVSS208法规为改善对不同身材、佩带和不佩带安全带的乘员的保护以及为降低对婴儿、儿童和其他乘员由安全气囊引发的伤亡事故的危险提出了更多的技术要求，但普通的汽车安全带无法满足在车辆即将发生危险情况而又未发生碰撞前进行智能预警和预紧的要求，由此安全带的主动预紧技术被提出。

预紧式安全带在正常行驶状态下和一般的安全带一样，织带可根据乘员需要自由伸缩，保证舒适性。当车辆的电子传感器感知到加速度或其它急剧变化因素时(即可能发生事故前)，一个激活器向预收紧装置提供进行预收紧的信号，安全带中的机构能将织带锁止，把乘员束缚在座椅上。当事故确实发生时，一般的安全带由于织带缠绕间隙、织带与乘员身体之间的间隙及织带本身的伸长率，在发生事故时，乘员仍有一定的向前移动量。而预收紧式安全带能通过织带的预先收紧，消除织带与身体的间隙，在二次碰撞前将乘员身体的前移拉回座椅，改善乘员约束状况，从而更有效地防止二次碰撞可能带来的伤害，实施乘员有效保护。

预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同，除了普通卷收器的收放织带功能外，还具有当车速发生急剧变化时，能够在几十毫秒内产生对乘员的约束力，因此它还有控制装置和预拉紧装置。控制装置分两种形式：一种是电子式控制装置，另一种是机械式控制装置。目前常见的预拉紧装置是一种爆燃式的，爆燃式预收紧机构一般由敏感机构和回拉机构组成。敏感机构是触发回拉机构工作的装置，分为机械式和电子式两种。带机械式敏感机构的预收紧安全带可以独立使用，因为机械式敏感机构设有敏感器、控制器和激发机构。当敏感器检测到汽车加速度量大于设置量时，控制器促使激发机构激发预收紧装置，使预收紧装置进入工作状态；而电子式敏感机构是由车辆安全系统中央控制器监测汽车加速度大小，经过电脑处理，将要预收紧装置工作的信号送给控制装置，控制装置发出激发预收紧装置的电流，使预收紧装置开始工作。带电子式的敏感机构的预收紧安全带，通常与辅助安全气囊组合使用。回拉机构常用爆燃发生器产生高压气体作为回拉的动力，实现织带的预收紧。

爆燃式预拉紧装置由气体引发剂、气体发生剂、导套、活塞、绳索和驱动轮组成。气体引发剂也称点火器，气体发生剂在气体引发剂作用下产生压力气体，活塞安装在导套内，绳索一端绕在驱动轮上，另一端固定在活塞上。预收紧装置在受到控制器激发之前，气体引发剂和气体发生剂被密封在称为气体发生器的密闭容器中；当受到控制器激发以后，密闭容器内底部的引发剂立即自燃，引爆同一密闭容器内的气体发生剂，气体发生剂迅速产生大量气体，使密闭容器内的压力陡升，并冲破密闭容器，进入导套与活塞构成的密闭腔，在气体压力作用下，活塞向上运动，拉动绳索，绳索带动驱动轮旋转，驱动轮使卷带筒转动，织带在卷带筒上，达到织带被回拉的目的，最后紧急锁止卷收器锁止织带，使乘员的前冲距离缩短，避免了碰撞。

这种爆燃式预紧安全带由于采用引爆气体发生剂来驱动织带回卷，并不能重复使用，一旦引爆必然整体更换，因此成本较高，造成了其使用中的局限性。此外，鉴于结构上的限制，当车辆处于危险前期时该装置也不能通过主动施加织带预紧力来对驾乘人员进行提醒与警示。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种智能控制型汽车安全带主动预紧器，该预紧器配备有智能控制系统，能根据车辆危险情况自动执行约束动作提高安全带保护功能,即在危险前期织带松弛的情况下，可由电子控制装置触发电机驱动安全带收紧，以一种可重复作用的预张紧方式为乘员提供更可靠的约束作用。

为达成上述目的，本发明的技术方案是：一种智能控制型汽车安全带主动预紧器，包括织带、织带卷轴和织带卷轴支架，其特征在于：还包括动力传递装置和电子控制装置；

所述动力传递装置由二级减速机构组成，其中第一级减速采用圆柱齿轮传动机构，其包括依次啮合的一级减速器主动小齿轮、一级减速器中间齿轮以及一级减速器从动大齿轮，一级减速器主动小齿轮套装在驱动电机输出轴上；第二级减速采用蜗轮蜗杆传动机构，一级减速器从动大齿轮套装在蜗杆上与蜗杆同轴，涡轮啮合在蜗杆上，一对离心甩锤安装在蜗轮凸缘上，其端部外侧带有棘齿，与蜗轮凸缘对应的织带卷轴轴端内部为内齿圈，该内齿圈的齿形与离心甩锤的棘齿的齿形相对应;

所述电子控制装置包括车载车载电控单元、多路危险预警传感器和织带张力传感器，织带张力传感器安装在安全带织带上，多路预警传感器的信号传输到车载车载电控单元的输入端口，车载车载电控单元的输出端口与驱动电机连接，织带张力传感器的反馈信息传输到车载车载电控单元。

上述离心甩锤上连接有回位弹簧。

上述多路预警传感器包括汽车纵向、横向加速度传感器、前、后向防撞雷达传感器、汽车横摆角速度传感器、方向盘转角传感器和制动踏板位移传感器。

上述车载电控单元采用芯片M9S12DP256B。

本发明的工作原理是：多路预警传感器能够实时感知车辆运行的多种状态信息和驾驶员操作信息并将其传输至车载车载电控单元，车载车载电控单元在对多路危险预警传感器信号进行逻辑运算与判断后能发出相应控制指令以驱动电机回转，驱动电机的转动经过齿轮和蜗轮、蜗杆的两级减速后，最终通过离心甩锤带动织带卷轴回卷，使织带被拉回，消除乘员与织带间余隙，达到事故发生前提前预紧安全带的保护功能。

本发明具有如下的优点和积极效果：

1.具有智能预警与主动预紧功能。本发明所设置的多路预警传感器和车载车载电控单元能够对汽车状态精确估计，能为乘员提供预警和分级预紧保护功能。

2.整体结构紧凑，织带卷收速度合理。本发明采用二级减速结构使得预紧器整体尺寸较小，安装方便，且由于蜗轮蜗杆传动可采用较大的传动比，保证了织带能以合理的速度回卷。

3.可重复使用，成本较低。本发明采用智能控制、电机驱动预紧方式，避免了气体爆燃式预紧器不能重复使用的缺陷。

4.具有织带张力反馈功能。本发明织带张力传感器能够感知织带中预紧力的大小并将其信号反馈至车载电控单元，当织带预紧力超过规定限值时，车载电控单元将发出指令，减小驱动电机输出转矩，以避免过大预紧力对乘员造成伤害。

5.由于采用了一对能单向传递动力的离心甩锤，所以在无危险时，不会对原安全带的工作造成任何影响。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明所涉及到的离心甩锤安装位置及其与织带卷轴配合示意图；

图3为本发明电子控制装置的控制策略示意图；

图4为本发明以相对安装位置排列的各部件结构示意图。

附图标记说明:1-织带；2-织带卷轴支架；3-卷收器；4-多路危险预警传感器；5-车载车载电控单元；6-直流电机；7-减速器小齿轮；8-减速器中间齿轮；9-减速器大齿轮；10-蜗杆；11-蜗轮；12-织带卷轴；13-织带张力传感器；14-回位弹簧；15-离心甩锤。

具体实施方式：

如图所示：一种智能控制型汽车安全带主动预紧器，由织带（1）、织带卷轴(12)、织带卷轴支架(2)、动力传递装置和电子控制装置组成。

所述动力传递装置由二级减速机构组成，其中第一级减速采用圆柱齿轮传动机构，其包括与驱动直流电机（6）连接的一级减速器主动小齿轮（7）、起过渡作用增大传动距离的一级减速器中间齿轮（8）以及一级减速器从动大齿轮（9）；第二级减速采用蜗轮蜗杆传动机构，一级减速器主动小齿轮套装在驱动电机轴上，一级减速器从动大齿轮套装在蜗杆（10）上与蜗杆同轴，涡轮（11）啮合在蜗杆上，一对离心甩锤（15）安装在蜗轮凸缘上，其端部外侧带有棘齿，与蜗轮凸缘对应的织带卷轴（12）轴端内部为内齿圈，该内齿圈的齿形与离心甩锤的棘齿的齿形相对应。上述离心甩锤具有单向传递运动的功能。当电机回转运动经过传动驱动蜗轮转动时，由于离心力的作用，离心甩锤将克服回位弹簧的拉力甩出，其上棘齿与织带卷轴的内齿啮合，驱动织带卷轴回卷预紧织带。当电机停止转动后，离心甩锤在回位弹簧拉力作用下回收，不再与织带卷轴轴端的内齿啮合，动力传递中断。反之，当织带卷轴主动旋转而电机不转时，由于离心甩锤安置在蜗轮上，蜗轮不转则甩锤不会甩出，所以织带卷轴的转动不会反向传递至蜗轮。因此，只要电机不转，附加的二级减速机构的各元件就不会影响原安全带系统的正常工作。

所述电子控制装置包括车载车载电控单元、多路危险预警传感器和织带张力传感器，织带张力传感器安装在安全带织带上，多路预警传感器的信号传输到车载车载电控单元的输入端口，车载车载电控单元的输出端口与驱动电机连接，织带张力传感器的反馈信息传输到车载车载电控单元。所述车载车载电控单元采用飞思卡尔（Freescale）的单片机，芯片型号为M9S12DP256B。

在本实施例中，预紧器智能控制的基础是多路预警传感器（4）和车载车载电控单元（5）。危险预警传感器（4）包括汽车纵向、横向加速度传感器，前、后向防撞雷达，汽车横摆角速度传感器，方向盘转速传感器，制动踏板位移传感器等，其中汽车纵向加速度信号及制动踏板位移传感器信号可用来综合判断汽车急刹车、急加速工况，横向加速度与横摆角速度信号可用来判别汽车弯道行驶的稳定性情况，前、后向防撞雷达传感器可用来判别车辆与前后车之间相对间距，方向盘转速传感器一方面可辅助车载电控单元识别驾驶员转向意图，另一方面根据方向盘转动角速度的变化也能反映驾驶员是否正在规避风险，因此方向盘转动角速度信号结合横摆角速度信号还可判定汽车的转弯行驶是否由紧急危险情况引起。

在本发明中，当车载车载电控单元（5）接受到上述各传感器信号后，经过复杂的逻辑运算将对车辆运行工况作出精确判断，如果认为车辆处于危险工况，则会根据危险等级发出相应的控制指令来对安全带进行预紧，并通过调节电机（6）的励磁电流来控制电机（6）的输出转矩，以达到不同预紧力的控制效果。而当车载电控单元（5）判断危险消失后，也会发出相应的控制指令解除预紧力。

驱动直流电机（6）一旦接收到车载车载电控单元（5）的指令后即开始转动（按织带回卷方向旋转），经过一级减速器主动小齿轮（7）、一级减速器中间齿轮（8）、一级减速器从动大齿轮（9）后，最终将带动二级减速器的蜗杆（10）与蜗轮（11）旋转。在蜗轮凸缘上安装有一对离心甩锤（15），蜗轮静止时离心甩锤（15）由回位弹簧（14）拉紧贴附在蜗轮凸缘上，在离心甩锤（15）端部外侧带有棘齿，蜗轮凸缘及离心甩锤（15）在装配时将伸入织带卷轴（12）端部的内齿圈中，但甩锤（15）棘齿与织带卷轴（12）内齿静止时不会接触啮合。一旦蜗轮（11）开始转动，由于离心力的作用，甩锤（15）将克服回位弹簧（14）的拉力甩出，此时其上棘齿与织带卷轴（12）的内齿啮合，从而带动织带卷轴（12）沿织带（1）的回收方向转动，因此上述离心甩锤（15）具有单向传递运动的功能。

一旦电机（6）停止转动后，离心甩锤（15）在回位弹簧（14）拉力作用下回收，不再与织带卷轴（12）轴端的内齿啮合，动力传递即中断。而当织带卷轴（12）主动旋转时，由于此时甩锤（15）没有甩出，其上棘齿与织带卷轴（12）内齿不啮合，所以织带卷轴（12）的转动不会反向传递至蜗轮（11）及其前端的各种传动元件。因此只要电机（6）不转，主动预紧器各部件不会影响原安全带的正常工作，不会增加乘员的拉伸力和织带的卷收力。

在织带（1）被收紧时，织带张力传感器（13）能够感知织带（1）中张紧力的大小并将其信号反馈至车载电控单元（5），当织带张紧力超过规定限值时，车载电控单元（5）会发出指令，减小电机（6）输出的转矩，以避免过大的张紧力对乘员造成伤害。

以上所述实施例仅是对本发明的说明，并非对本发明的限定，本发明请求保护的构思和范围都记录在本发明的权利要求书中。

Claims

1.一种智能控制型汽车安全带主动预紧器，包括织带、织带卷轴和织带卷轴支架，其特征在于：还包括动力传递装置和电子控制装置；

2.根据权利要求1所述的智能控制型汽车安全带主动预紧器，其特征在于：上述离心甩锤上连接有回位弹簧。

3.根据权利要求1所述的智能控制型汽车安全带主动预紧器，其特征在于：上述多路预警传感器包括汽车纵向、横向加速度传感器、前、后向防撞雷达传感器、汽车横摆角速度传感器、方向盘转角传感器和制动踏板位移传感器。

4.根据权利要求1所述的智能控制型汽车安全带主动预紧器，其特征在于：车载电控单元采用芯片M9S12DP256B。