CN109641568A - 安全带张紧器、安全带装置和操作安全带装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于张紧车辆中的安全带(2.2)的安全带张紧器(3)。根据本发明，所述安全带张紧器包括脉冲螺旋驱动单元(3.1)。本发明还涉及一种具有这种安全带张紧器(3)的车辆安全带装置(1)和一种操作这种安全带装置(1)的方法。

Description

安全带张紧器、安全带装置和操作安全带装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于张紧车辆中的安全带的安全带张紧器。本发明还涉及一种具有这种安全带张紧器的安全带装置。本发明还涉及一种操作这种安全带装置的方法。
背景技术
作为布置在车辆中的被动安全装置的安全带张紧器已广为人知。车辆发生碰撞或者即将发生碰撞时，借助这种安全带张紧器就能将安全带自动张紧，使得安全带张紧地抵靠在车辆乘员身体上。这样一来，车辆乘员就能相对较早地参与车辆的碰撞相关总减速。可逆式安全带张紧器包括电动机且与安全带装置的安全带卷收装置耦合。替代或补充方案是使用火工式安全带张紧器，但其并非可逆的。安全带装置还与用于触发安全带张紧器的驾驶辅助装置耦合，其中该驾驶辅助装置包括用于检测碰撞相关信息的传感器。
发明内容
本发明的目的是提供一种相对现有技术有所改进的安全带张紧器、一种具有这种安全带张紧器的改进型安全带装置以及一种操作这种安全带装置的改进型方法。
在所述安全带张紧器方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求1所述的特征。在所述安全带装置方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求7所述的特征。在所述方法方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求10所述的特征。
本发明的有利技术方案参阅从属权利要求。
根据本发明，一种用于张紧车辆中的安全带的安全带张紧器，包括脉冲螺旋驱动单元。
采用所述脉冲螺旋驱动单元时，将作用力从驱动组件传递至可与所述安全带卷收装置连接的从动组件，其中在第二点火阶段中将所述驱动组件与所述从动组件机械去耦。并非连续，而是脉冲式地实施力传递，其中所产生的角动量尖峰渐近/逐渐增大。特别是在即将发生不可避免的碰撞时激活第二点火阶段。
“点火阶段”这一概念让人想到火工技术，但这个概念在此和下文中泛指无需采用火工技术的触发阶段，文中另有说明的除外。
这样就能与传统式电动安全带张紧器相比，借助所述脉冲螺旋驱动单元来在激活第二点火阶段时增大可与安全带张紧器连接的安全带卷收装置的最大转矩。从而产生与借助火工式安全带张紧器所能产生的张紧力相当的张紧力。所述安全带张紧器采用可逆构建方案并可以在其触发后(如在碰撞后)重复使用。特别是与具有附加火工式点火单元的传统安全带张紧器相比，借助所述脉冲螺旋驱动单元能够减少电气连接元件的数目。具有第二点火阶段的传统安全带张紧器中的火工式点火单元需要设有自有的用于火工式张紧器的电缆组。与安全带张紧器连接的控制仪同样需要用于控制第二点火阶段的第二输出端。采用所述脉冲螺旋驱动单元后，仅用单独一个电缆组和一个过流控制装置就能激活安全带张紧器的两个点火阶段。因此，所述安全带张紧器易于控制且采用纯机械式构建方案。
换言之：当今在具有PRE-SAFE(预防性安全***)和可逆卷收张紧器的车辆中，在碰撞前并识别到危险状况时，采用可逆卷收张紧。在此情况下，在碰撞期间将火工式卷收张紧器点火。采用本发明后，PRE-SAFE阶段就能保持不变，电动机将安全带张紧。新颖之处是在碰撞前或碰撞过程中激活第2点火阶段或触发阶段。本发明将上述脉冲机制在相同的组合体中实施。
根据一个实施例，所述脉冲螺旋驱动单元包括作为驱动组件的电动机、充填有液压液的容器和从动组件，其中所述电动机以不能相对转动的方式与所述容器连接，且其中所述从动组件至少部分地布置在所述容器中。这样就能在激活第二点火阶段时，在电动机与从动组件间建立液压耦合，从而将大于电动机所能产生的转矩传递至从动组件。激活第一点火阶段时，电动机与从动组件机械相互耦合，因为仅需较小的转矩即可。因而在激活第二点火阶段时，将电动机与从动组件机械去耦。脉冲螺旋驱动单元的这种结构已为人所知。这样就能以简单的方式将脉冲螺旋驱动单元整合在安全带张紧器中。
通过容器中的液压液来实施电动机至从动组件的力传递，其中该液压液例如为油，特别是液压油。所述容器包括用于容置所述液压液的容置区域，其例如具有椭圆形横截面。所述容置区域的内径通过至少一个径向朝内伸出的肋状突出部而有所减小。例如设有四个突出部，其均匀分布在容置区域的周边上。这种横截面方案和有所减小的内径实现了容置区域的某些区域的隔绝，使得液压液积聚在其中并能对从动组件施加压力。
替代地，作为液压液的替代方案，所述脉冲螺旋驱动单元也可以具有弹簧元件，该弹簧元件与从动组件和电动机耦合。其中在激活第二点火阶段时，将电动机与从动组件机械去耦。这样就能借助电动机来影响弹簧元件的预张紧，其中在松开预张紧的情况下实施从动组件的脉冲式旋转运动。
所述从动组件穿过所述容置区域且例如为主轴，该主轴在容器区域内具有至少一个径向朝外伸出的驱动元件。所述从动组件特别是具有两个沿周向相对布置的驱动元件。借助所述驱动元件，所述从动组件具有某个外径，该外径相当于容置区域的借助两个相对布置的肋状突出部所形成的内径。所述驱动元件用于从液压液至从动组件或者从弹簧元件至从动组件的力传递。
在脉冲螺旋驱动单元工作过程中，借助电动机来使得容器围绕旋转轴旋转。在此过程中，容器的转速保持不变。在第一点火阶段内，从动组件连同容器一起旋转，因为电动机仍与从动组件机械耦合。在第二点火阶段中，电动机与从动组件去耦，因此，容器以及充填有液压液的容置区域以其突出部相对从动组件发生运动。突出部在容器转动期间达到与驱动元件相同的角位置时，容置区域的分区被彼此隔绝，因为驱动元件抵靠在突出部上。在此产生具有不同压力的腔室，因为基于惯性，液压液仍沿驱动方向流动，从而沿驱动方向对驱动元件施加压力。因此，驱动元件被这个压力施加并将其传递给与驱动元件固定连接的从动组件。据此，从动组件相对容器发生旋转，直至驱动元件不再抵靠在突出部上且液压液重新可以自由流动。脉冲式实施这个较短的旋转运动。从动组件可与安全带卷收装置的轴固定连接，因此，该轴在连接状态下同样脉冲式旋转。
在从动组件的脉冲式旋转运动完毕后，容器进一步相对从动组件进行旋转，直至突出部再次达到与驱动元件相同的角位置。这个过程随着容器的每次转动而重复进行。转动次数增大时，脉冲式旋转运动逐渐变大，直至达到最大值。这样就能相对与电动机直接耦合而言增大从动组件的最大转矩。该最大转矩相当于使用火工式安全带张紧器时的最大转矩。
本发明还涉及一种车辆的安全带装置，所述安全带装置包括：安全带卷收装置，其具有用于展开和卷绕所述车辆中的安全带的轴，和本发明的安全带张紧器或所述安全带张紧器的一个实施例。
采用这种构建方案的安全带装置能够使用可逆式安全带张紧器，其在激活第二点火阶段时能够产生与借助火工式安全带张紧器所能产生的张紧力相当的张紧力。这样就能根据乘员和碰撞重量来调整张紧力。
为此，所述脉冲螺旋驱动单元的从动组件与所述安全带卷收装置的轴以不能相对转动的方式连接，以便将最大转矩传递至安全带卷收装置的轴。
在所述安全带装置的一种改进方案中，所述安全带装置包括与所述安全带张紧器耦合的控制单元，其中所述控制单元与多个用于检测碰撞相关信息的检测单元耦合，且其中借助所述控制单元，根据所检测到的碰撞相关信息而可产生用于激活所述安全带张紧器的控制信号。这样就能借助所述控制单元并根据乘员和碰撞重量来调整张紧力。借助所述控制单元还能在发生碰撞前就激活安全带张紧器，以便在达到最大转矩前充分利用时隙，且乘员能够相对较早地参与车辆的碰撞相关总减速。特别是在碰撞不可避免时需要激活安全带张紧器的第二点火阶段。
本发明还涉及一种操作车辆的安全带装置的方法，其中在检测到所述车辆即将发生碰撞前激活所述安全带张紧器，并且根据碰撞相关信息来规定所需的张紧力。在某个特定张紧力下激活所述安全带张紧器的第一点火阶段，其中，所述从动组件与所述电动机对应地进行旋转。在另一特别是较大的特定张紧力下，激活所述安全带张紧器的第二点火阶段，其中，所述从动组件脉冲式地相对所述电动机进行旋转。这样就能充分利用达到最大转矩前的时间段，以便乘员相对较早地朝座椅靠背定位，从而基本上避免或至少减轻颈部脊骨过度拉伸(即所谓鞭梢效应)的危险。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
图中：
图1为安全带装置的框图，
图2为脉冲螺旋驱动单元的示意性截面图，其具有电动机与从动组件间的液压耦合，以及
图3至5为脉冲螺旋驱动单元的不同状态的示意性截面图，其具有电动机与从动组件间的机械耦合。
相同部件在所有附图中均用同一附图标记表示。
具体实施方式
图1为未详细绘示的车辆的安全带装置1的框图。
安全带装置1包括安全带卷收装置2、安全带张紧器3和控制单元4。安全带装置1布置在车辆的内部空间中且分配给同样未予详细绘示的车座。优选每个车座均分配有一个这样的安全带装置1。
安全带卷收装置2包括作为安全带卷轴的轴2.1，轴上卷绕有安全带2.2，也称安全织带。
安全带张紧器3采用可逆构建方案且包括具有电动机3.3的脉冲螺旋驱动单元3.1，其中脉冲螺旋驱动单元3.1在图2中被详细绘示和描述。脉冲螺旋驱动单元3.1与安全带卷收装置2的轴2.1耦合，使得在检测到车辆即将发生碰撞或者在检测到发生碰撞时，安全带2.2可借助安全带张紧器3被自动张紧，使得安全带2.2张紧地抵靠在车辆乘员身体上。这样就能实现安全带2.2的约束效果，以便乘员相对较早地参与车辆的碰撞相关总减速。
为检测车辆所面临的碰撞而设有控制单元4，其与布置在车辆中和/或车辆上的多个检测单元5，如雷达传感器、超声波传感器、摄影机等等，耦合。控制单元4能够借助检测到的碰撞信息来测定所面临的碰撞的严重性。此外，可以借助更多检测单元(未绘示)以及/或者借助其他控制元件将关于乘员的信息，如体重、身高等等输入控制单元4。控制单元4与脉冲螺旋驱动单元3.1耦合，使得在发生碰撞前就能根据检测到的碰撞信息来激活安全带张紧器3。特别是可以借助脉冲螺旋驱动单元3.1来实现至少两个点火阶段，其中在碰撞不可避免时激活第二点火阶段以产生最大张紧力，用来至少减轻乘员的碰撞相关伤害。
图2为脉冲螺旋驱动单元3.1的一个实施例的截面图，特别是横截面图。
脉冲螺旋驱动单元3.1包括作为驱动组件的电动机3.3、充填有液压液3.1.1的容器3.1.2和从动组件3.1.3。
电动机3.3例如为直流电动机且以不能相对转动的方式与容器3.1.2连接。当代车辆中用来容纳安全带张紧器3的结构空间极为有限，因而只能使用低能耗电动机。亦即，电动机3.3的最大转矩小于高能耗电动机。因而在电动机3.3与从动组件3.1.3直接机械耦合的情况下，只能传递电动机3.3的最大转矩。从动组件3.1.3根据电动机3.3所产生的转矩进行旋转，安全带2.2被卷绕至轴2.1。卷绕过程中，根据轴2.1的转矩来产生张紧力。
借助火工式安全带张紧器可以将转矩传递至从动组件3.1.3，与使用与从动组件3.1.3机械耦合的电动机3.3相比，该转矩显著增大。张紧力同样有所增大。为将与火工式安全带张紧器相当的张紧力传递至安全带2.2，根据碰撞相关信息将电动机3.3并非机械地，而是液压地与从动组件3.1.3连接在一起，该从动组件以不能相对转动的方式与安全带卷收装置2的轴2.1连接。因此，通过液压液3.1.1来实施电动机3.3至从动组件3.1.3的力传递，该液压液例如为油，特别是液压油。换言之：电动机3.3通常与从动组件3.1.3机械直接耦合，从而将电动机3.3的最大转矩直接传递至从动组件3.1.3。在此过程中，从动组件3.1.3与容器3.1.2以同一速度共同旋转。但在检测到即将发生不可避免的碰撞并需要最大张紧力的情况下，将电动机3.3与从动组件3.1.3机械去耦并与从动组件3.1.3液压耦合。下面对电动机3.3与从动组件3.1.3的液压耦合进行详细说明。
容置液压液3.1.1的容器3.1.2为具有容置区域3.1.2.1的圆柱形元件，该容置区域内充填有液压液3.1.1。在本实施例中，容置区域3.1.2.1具有椭圆形横截面。容置区域3.1.2.1的内壁具有多个径向朝内伸出的肋状突出部3.1.2.2。在本实施例中设有四个突出部3.1.2.2，其均匀分布在容置区域3.1.2.1的周边上。
此外，从动组件3.1.3或者从动组件3.1.3的至少一部分布置在容器3.1.2中，特别是容置区域3.1.2.1中。从动组件3.1.3例如为主轴且在容器3.1.2中同轴布置。此外，从动组件3.1.3包括两个径向朝外伸出的沿周向相对布置的驱动元件3.1.3.1，以及两个径向朝外伸出且同样沿周向相对布置的凸缘3.1.3.2。借助驱动元件3.1.3.1，从动组件3.1.3具有第一外径dA1。借助凸缘3.1.3.2，从动组件3.1.3具有第二外径dA2，其小于第一外径dA1。从动组件3.1.3的第一外径dA1等于容置区域3.1.2.1的借助两个相对布置的肋状突出部3.1.2.2所形成的第一内径。从动组件3.1.3的第二外径dA2等于容置区域3.1.2.1的借助两个相对布置的肋状突出部3.1.2.2所形成的第二内径。
激活第二点火阶段的情况下，借助电动机3.3使得容器3.1.2沿所示箭头方向围绕旋转轴旋转。在此过程中，容器3.1.2的转速保持不变。从动组件3.1.3不再与电动机3.3机械直接耦合，因此，容器3.1.2以及充填有液压液3.1.1的容置区域3.1.2.1以其突出部3.1.2.2相对从动组件3.1.3发生运动。突出部3.1.2.2在容器3.1.2转动期间达到与驱动元件3.1.3.1和凸缘3.1.3.2相同的角位置时，容置区域3.1.2.1的分区被彼此隔绝，因为驱动元件3.1.3.1和凸缘3.1.3.2抵靠在突出部3.1.2.2上。在此产生具有不同压力的腔室K1至K4，因为基于惯性，液压液3.1.1仍沿驱动方向流动，从而沿驱动方向对驱动元件3.1.3.1施加压力。特别是沿驱动方向位于驱动元件3.1.3.1后面的腔室K1、K3具有大于其他腔室K2、K4的压力。
驱动元件3.1.3.1被这个压力施加并将其传递给与驱动元件3.1.3.1固定连接的从动组件3.1.3。据此，从动组件3.1.3相对容器3.1.2发生旋转，直至驱动元件3.1.3.1和凸缘3.1.3.2不再抵靠在突出部3.1.2.2上且液压液3.1.1重新可以自由流动。脉冲式实施这个较短的旋转运动。从动组件3.1.3与安全带卷收装置2的轴2.1固定连接，因此，该轴同样脉冲式旋转。
在从动组件3.1.3的脉冲式旋转运动完毕后，容器3.1.2进一步相对从动组件3.1.3进行旋转，直至突出部3.1.2.2再次达到与驱动元件3.1.3.1和凸缘3.1.3.2相同的角位置。这个过程随着容器3.1.2的每次转动而重复进行。转动次数增大时，脉冲式旋转运动逐渐变大，直至达到最大值。这样就能相对与电动机3.3直接耦合而言增大从动组件3.1.3的最大转矩。该最大转矩相当于使用火工式安全带张紧器时的最大转矩。
图3至5示出脉冲螺旋驱动单元3.1的替代实施例，其中在激活第二点火阶段时，电动机3.3与从动组件3.1.3机械耦合。
在此情况下，容器3.1.2以类似于图2的方式构建为具有容置区域3.1.2.1的圆柱形元件，其中在容置区域3.1.2.1内未充填液压液3.1.1。容置区域3.1.2.1的内壁同样具有多个径向朝内伸出的肋状突出部3.1.2.2。在本实施例中，以类似于图2的方式设有四个突出部3.1.2.2，其均匀分布在容置区域3.1.2.1的周边上。
此外，从动组件3.1.3或者从动组件3.1.3的至少一部分布置在容器3.1.2中，特别是容置区域3.1.2.1中，其中该从动组件为清楚起见而未完整示出。从动组件3.1.3包括若干径向朝外伸出的沿周向相对布置的驱动元件3.1.3.1。
驱动元件3.1.3.1与同轴布置在容置区域3.1.3内的弹簧元件3.2耦合。弹簧元件3.2特别是布置在驱动元件3.1.3.1之间。弹簧元件3.2例如为扭转弹簧。此外，弹簧元件3.2以未予示出的方式与电动机3.3耦合，这样借助电动机3.3就能影响弹簧元件3.2的预张紧。弹簧元件3.2例如与电动机3.3的从动轴直接连接。
类似于图2地，电动机3.3通常也与从动组件3.1.3机械直接耦合，从而将电动机3.3的最大转矩直接传递至从动组件3.1.3。在此过程中，从动组件3.1.3与容器3.1.2以同一速度共同旋转，参阅图3。但在检测到即将发生不可避免的碰撞并需要最大张紧力的情况下，激活第二点火阶段，其中将电动机3.3与从动组件3.1.3机械去耦。
激活第二点火阶段的情况下，借助电动机3.3使得容器3.1.2沿所示箭头方向围绕旋转轴旋转。在此过程中，容器3.1.2的转速保持不变。从动组件3.1.3不再与电动机3.3机械直接耦合，因此，容器3.1.2以及容置区域3.1.2.1以其突出部3.1.2.2相对从动组件3.1.3和驱动元件3.1.3.1发生运动。驱动元件3.1.3.1在容器3.1.2转动期间达到与这两个相对布置的突出部3.1.2.2相同的角位置时，容器3.1.2相对驱动元件3.1.3.1的相对运动停止，这样就将与电动机3.3连接的弹簧元件3.2预张紧。如图4所示，弹簧元件3.2的预张紧引起驱动元件3.1.3.1径向朝内收缩。这样一来，驱动元件3.1.3.1就能克服突出部3.1.2.2，并且从动组件3.1.3能够短时相对容器3.1.2进行旋转，直至驱动元件3.1.3.1克服突出部3.1.2.2。
这个较短的旋转运动是脉冲式实施的且根据容器3.1.2与驱动元件3.1.3.1间的速度差，特别是在超过某个预设转矩以及驱动元件3.1.3.1的质量的情况下产生。从动组件3.1.3与安全带卷收装置2的轴2.1固定连接，因此，该轴同样脉冲式旋转。
在从动组件3.1.3的脉冲式旋转运动完毕后，容器3.1.2进一步相对从动组件3.1.3进行旋转，直至驱动元件3.1.3.1再次达到与另两个突出部3.1.2.2相同的角位置，参阅图5。这个过程随着容器3.1.2的每次转动而重复进行。转动次数增大时，脉冲式旋转运动逐渐变大，直至达到最大值。本文所描述的具有弹簧元件3.2的脉冲螺旋驱动单元3.1制造成本极低且重量较小。
此外，脉冲螺旋驱动单元3.1也可以配设有卡扣部(未绘示)，如止动爪，其至少减轻从动组件3.1.3的回跃。

Claims (10)

1.一种用于张紧车辆中的安全带(2.2)的安全带张紧器(3)，其特征在于，具有脉冲螺旋驱动单元(3.1)。
2.根据权利要求1所述的安全带张紧器(3)，
其特征在于，所述脉冲螺旋驱动单元(3.1)具有
电动机(3.3)，
充填有液压液(3.1.1)的容器(3.1.2)和
从动组件(3.1.3)，其中所述电动机(3.3)以不能相对转动的方式与所述容器(3.1.2)连接，且其中所述从动组件(3.1.3)至少部分地布置在所述容器(3.1.2)内。
3.根据权利要求2所述的安全带张紧器(3)，
其特征在于，所述容器(3.1.2)包括用于容置所述液压液(3.1.1)的容置区域(3.1.2.1)，其中所述容置区域(3.1.2.1)具有椭圆形横截面。
4.根据权利要求1所述的安全带张紧器(3)，
其特征在于，所述脉冲螺旋驱动单元(3.1)具有
电动机(3.3)，
容器(3.1.2)，
与所述电动机(3.3)耦合的弹簧元件(3.2)和
与所述弹簧元件(3.2)耦合的从动组件(3.1.3)，其中所述电动机(3.3)以不能相对转动的方式与所述容器(3.1.2)连接，且其中所述从动组件(3.1.3)至少部分地布置在所述容器(3.1.2)内。
5.根据权利要求4所述的安全带张紧器(3)，
其特征在于，所述弹簧元件(3.2)与所述电动机(3.3)耦合。
6.根据上述权利要求中任一项所述的安全带张紧器(3)，
其特征在于，所述从动组件(3.1.3)为主轴，所述主轴在所述容器(3.1.2)的区域内具有至少一个径向朝外伸出的驱动元件(3.1.3.1)，其中借助所述驱动元件(3.1.3.1)，所述从动组件(3.1.3)具有至少一个外径(dA1，dA2)，所述外径相当于所述容置区域(3.1.2.1)的借助两个相对布置的肋状突出部(3.1.2.2)所形成的内径。
7.一种车辆的安全带装置(1)，具有
安全带卷收装置(2)，其具有用于展开和卷绕所述车辆中的安全带(2.2)的轴(2.1)，和
根据上述权利要求中任一项所述的安全带张紧器(3)。
8.根据权利要求7所述的安全带装置(1)，
其特征在于，所述脉冲螺旋驱动单元(3.1)的从动组件(3.1.3)与所述轴(2.1)以不能相对转动的方式连接。
9.根据权利要求7或8所述的安全带装置(1)，
其特征在于具有与所述安全带张紧器(3)耦合的控制单元(4)，其中
所述控制单元(4)与多个用于检测碰撞相关信息的检测单元(5)耦合，并且
借助所述控制单元(4)，根据所检测到的碰撞相关信息而可产生用于激活所述安全带张紧器(3)的控制信号。
10.一种操作根据权利要求7至9中任一项所述的安全带装置(1)的方法，其中
在检测到所述车辆即将发生碰撞前激活所述安全带张紧器(3)，并且根据碰撞相关信息来规定所需的张紧力，
在某个特定张紧力下激活所述安全带张紧器(3)的第一点火阶段，其中，所述从动组件(3.1.3)与所述电动机(3.3)对应地进行旋转，以及
在另一特定张紧力下，激活所述安全带张紧器(3)的第二点火阶段，其中，所述从动组件(3.1.3)脉冲式地相对所述电动机(3.3)进行旋转。
CN201780052445.6A 2016-08-27 2017-08-04 安全带张紧器、安全带装置和操作安全带装置的方法 Active CN109641568B (zh)

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