CN102050046B

CN102050046B - 汽车安全座椅

Info

Publication number: CN102050046B
Application number: CN 201110003069
Authority: CN
Inventors: 张立军; 李宝华
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: CN102050046A

Abstract

本发明公开了一种汽车安全座椅，其包括椅背、头枕、气囊、第一微型电机、第二微型电机、第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元根据碰撞信号向第一微型电机施加脉冲，控制微型电机输出轴转动从而带动头枕旋转；第一控制单元根据碰撞信号发出爆炸指令，控制气囊爆炸；第二控制单元根据碰撞信号向第二微型电机施加脉冲，控制微型电机输出轴转动从而带动椅背旋转；第二控制单元根据碰撞信号向第二微型电机施加脉冲，控制微型电机输出轴转动从而带动座椅整体后移。本发明中的头枕极大地减少乘员颈椎与头枕之间的碰撞力；座椅的后移极大地减少正面安全气囊爆炸后乘员所受到的胸部冲击力；椅背极大地减少乘员背部反弹造成的撞击力。

Description

汽车安全座椅

技术领域

本发明涉及乘用车驾驶安全用品，主要是一种以保护乘员身体为目的的新型汽车安全座椅。

背景技术

随着社会的发展，城市规模的扩大，交通正在变得越来越拥挤，相应的，交通事故的发生几率也在急剧上升。经过分析，发现在碰撞事故发生时，乘员身体的位置过程为：先整体前倾，继而在安全带及安全气囊的共同作用下达到位移最大值，然后在安全带的回拉力作用下拉回原位（头部与头枕接触，躯体与椅背接触）（见图3）。在这个过程中，气囊会对乘员胸部造成很大的冲击力，同时人体反弹时头部与座椅头枕的接触会产生很大的碰撞力，对人的颈椎会产生很大的伤害，严重者可能导致高位截瘫，以致死亡，同时也相应的会损害背部骨骼组织。

现今广泛使用的车用座椅，基本构造包含头枕、椅背、坐垫，以及各种座椅位置调节装置、增加刚性的装置，设计时以舒适性为主要目的。使用时，该座椅可以使乘员感觉舒适，但是缺乏一定的安全措施，尤其在碰撞事故发生时，缺乏有效的保护装置，因而已经越来越不适应社会的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车安全座椅，能够在碰撞事故发生时，对乘员身体提供足够的保护措施，减少事故的伤亡率。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种汽车安全座椅，其包括椅背、头枕、气囊、第一微型电机、第二微型电机、第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元根据碰撞信号向第一微型电机施加脉冲，控制微型电机输出轴转动从而带动头枕旋转；第一控制单元根据碰撞信号发出爆炸指令，控制气囊爆炸；第二控制单元根据碰撞信号向第二微型电机施加脉冲，控制微型电机输出轴转动从而带动椅背旋转；第二控制单元根据碰撞信号向第二微型电机施加脉冲，控制微型电机输出轴转动从而带动座椅整体后移。

所述第一微型电机的输出轴与齿轮啮合机构相连，齿轮啮合机构的行星齿轮与平面旋转机构套装在一起，平面旋转机构与头枕刚性连接。

所述第二微型电机包括两个电机，其中一个电机的输出轴嵌套于圆盘的方孔内，圆盘外径设有凹槽，圆盘上方设有下端具有半球形凹槽的弹簧，且弹簧凹槽与圆盘凹槽配合组成安置小刚球的封闭空间，小刚球上表面与摩擦片相接触，弹簧两侧设有与圆盘刚性连接的钢板，钢板嵌入椅背内，该电机控制微型电机输出轴转动从而带动椅背旋转；另一个电机的输出轴通过连接键与座椅底部所设的滑槽内的齿轮相配合，该齿轮与座椅底部所安装的直齿条相啮合，该电机控制微型电机输出轴转动从而带动座椅整体后移。

所述摩擦片选用橡胶材质。

所述气囊设有两个，安装于椅背的靠垫内，其安装时以椅背的中心为参照点，一个安装于参照点正上方20cm处，另一个安装于参照点正下方20cm处。

所述气囊分别置于第一存放盒和第二存放盒内。

所述靠垫为两层，两层靠垫不分开，并在上端的接触处留有缝隙，气囊安装于两层靠垫的内侧。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：

1.结构和形状满足人躯体和颈椎生理特点；

2.能够减少碰撞力，在剧烈碰撞下能够有效保护颈椎和背部骨骼组织的安全；

3.制作简单，成本低；

4.触发快捷，使用方便。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明的座椅的整体侧视图。

图3为本发明的座椅初始位置时侧视图；其中，M为旋松螺栓的安装位置，F为复原椅背位置时所施加力的方向。

图4为本发明执行旋转运动后座椅侧视图。

图5为碰撞事故中乘员身体移动效果图；其中，实线部分为乘员在正常驾驶状态时的身体位置，虚线部分为碰撞发生后处于移动状态的乘员身体。

图6为碰撞事故中座椅运动效果图；其中，微型气囊弹开，使得椅背加厚。

图7为碰撞事故中座椅与人体整体运动效果图；其中，虚线表示保护措施采取之前，座椅和乘员的位置，实线表示保护措施采取后，座椅和乘员的位置；车身下方的粗箭头表示座椅整体移动的方向。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明的座椅整体外形和现今使用的座椅类似，因而乘坐舒适性和整体刚度均可得到保证。

如图所示，本发明的座椅为一体化装置，头枕1为可旋转头枕，其内含有柔软填充物，可由第一微型电机4a及第一控制单元5a控制实现旋转。第一微型电机4a的输出轴3b与齿轮啮合机构3c相连，齿轮啮合机构3c的行星齿轮与平面旋转机构3a套装在一起，平面旋转机构3a与头枕1刚性连接。

事故发生时，例如与刚性物体发生正碰，传感器13会根据事故的严重程度进行评估，如果碰撞产生的加速度值超过一定范围，则会产生触发信号，并在一定时间后，传输给椅背11、控制头枕旋转的第一控制单元5a及控制椅背旋转的第二控制单元5b，从而带动整个安全装置的实施。

第一控制单元5a在接受到传感系统13发出的碰撞信号后，第一控制单元5a会施加一个短时脉冲电信号给第一微型电机4a，使其立即启动，并在输出轴3b旋转1/4圆周后自动停止运动。在行星齿轮的带动下，由于两个机构的旋转副相互啮合，因而平面旋转机构3a也会相应地旋转一定角度，由于头枕1与平面旋转机构3a是刚性连接，形成头枕1向前倾的视觉效果，此时，整个头枕1各个部件的相对位置如图3所示。在所有的旋转运动完成之后，乘员20的身体也已经处于稳定状态，第一控制单元5a会发出第二段短时脉冲信号，第一微型电机4a反转，相应的，各个部件会返回初始位置。为了达到保护乘员颈椎部位的目的，整个头枕的运动耗时不能过久。

本发明可以自动旋转一定角度的座椅是在普通座椅的基础上主要增加了旋转椅背的第二控制单元5b（该部分未详细示出），一套旋转座椅的伸缩弹簧机构。其中，旋转座椅的伸缩弹簧机构主要包含以下部件：大刚度弹簧8、摩擦系数较大的摩擦片（摩擦片一般选用橡胶材质）9b、小钢球9a、外径切有凹槽的圆盘10。钢板8a为两片，分列于弹簧两侧，且与圆盘10之间为刚性连接，构成一个整体；弹簧8安装于两片钢板之间，弹簧下端有一半球形的凹槽，与圆盘10上的凹槽配套，相互结合后形成一个球形的封闭空间，里面安有小钢球9a，小刚球9a的上表面与摩擦片9b相接触。在弹簧8处于压缩状态时，小钢球9a与摩擦片9b紧紧接触，形成很大的摩擦力，因而可以把弹簧8与圆盘10看成一个刚性连接的整体；钢板嵌入椅背11内，可以保证弹簧与椅背之间没有相对滑移。与前述旋转部件的工作原理相似，在接受到传感器13发出的碰撞信号后，第二控制单元5b会施加一个短时脉冲电信号给第二微型电机4b的其中一个电机，使其立即启动，并在第二微型电机4b的其中一个电机的电机输出轴旋转1/6后自动停止运动。截面为圆形的第二微型电机4b的其中一个电机的电机输出轴嵌套在圆盘10的方孔中，因为对运动时的噪声无较高要求，因而两者为间隙配合，以便拆装。正常位置时，弹簧8处于压缩状态，小钢球9a被弹力压于圆盘10的凹槽内。由于摩擦片9b的作用，弹簧8和下部的圆盘10可以形成一个整体运动。在第二微型电机4b的其中一个电机的电机输出轴的带动下，弹簧8也会相应地旋转大约圆周的1/6。由于弹簧8两侧安装的两片钢板8a，可以增加弹簧传输运动的刚度。这样可以确保椅背11也可以旋转相应的角度。在事故发生后，需要将各个部件返回原先的位置即正常驾驶工况时椅背的位置，具体实施步骤为：人工将椅背上方的螺栓2旋松，使压缩的弹簧8伸展开，消除施加在小钢球9a上的弹力，即消除了摩擦力，使弹簧8与圆盘10不再是一个整体。用手向后轻推椅背11的上端，即可将椅背11复原至原先的位置。

椅背内部设有两个安全气囊，具体是将两个安全气囊分别置于第一存放盒6a和第二存放盒6b内，第一存放盒6a和第二存放盒6b安装于椅背靠垫7的内侧，安装时以椅背11的中心为参照点，第一存放盒6a安装于中心点正上方约20cm处，第二存放盒6b安装于中心点正下方约20cm处。包裹椅背的皮质靠垫7设计为两层，两层靠垫不分开，仅在上端的接触处留有缝隙，安全气囊安装于两层靠垫的内侧，能够方便气体排出。在事故发生后，传感器13发出碰撞信号并将信号发送给第一控制单元5a，第一控制单元5a发出爆炸指令，放置于第一存放盒6a和第二存放盒6b内的气囊爆炸，从而靠垫7膨胀（即两个气囊直接与第一控制单元5a连接并由其控制）。在膨胀完成后，气体可以从靠垫7连接处的缝隙移出，从而使得最终靠垫7能恢复正常状态。

在事故发生后，由于车载的前部安全气囊14会爆炸，因此本发明的安全座椅还设计了座椅后移运动，以防止乘员胸部受到过大的正压力。具体是在座椅的底部安装有滑槽（内部包含齿轮-齿条机构）12，并且滑槽的长度固定，座椅本体以直齿条与滑槽12相接触。在事故发生后，传感器13发出碰撞信号，第二控制单元5b发出指令控制第二微型电机4b启动，其中，第二微型电机4b内设有两个电机，一个电机控制前述椅背的转动，另一个电机则控制此处的座椅后移。第二微型电机4b中的另一个电机启动带动齿轮，从而带动与其配合的座椅本体底部的直齿条在滑槽12内移动带动座椅后移。后移运动停止后，根据需要，电机可以反转，所有部件返回原先位置。

经过改进，本发明中包含的头枕部件可以在碰撞事故发生时自动旋转，符合人体在受到剧烈冲击时颈椎的生理特点；包含的椅背部件可以自动旋转一定角度，能够极大地减少人体头部及背部反弹造成的撞击力；包含的紧急后移座椅整体的装置能够使座椅整体向后运动一定位移，减少安全气囊对乘员胸部产生的冲击力，可以有效的保护人体。本发明弥补了现今汽车座椅不能在碰撞事故中保护人体的缺陷。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种汽车安全座椅，其特征在于：其包括椅背、头枕、气囊、第一微型电机、第二微型电机、第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元根据碰撞信号向第一微型电机施加脉冲，控制微型电机输出轴转动从而带动头枕旋转；第一控制单元根据碰撞信号发出爆炸指令，控制气囊爆炸；第二控制单元根据碰撞信号向第二微型电机施加脉冲，控制微型电机输出轴转动从而带动椅背旋转；第二控制单元根据碰撞信号向第二微型电机施加脉冲，控制微型电机输出轴转动从而带动座椅整体后移。

2.如权利要求1所述的汽车安全座椅，其特征在于：所述第一微型电机的输出轴与齿轮啮合机构相连，齿轮啮合机构的行星齿轮与平面旋转机构套装在一起，平面旋转机构与头枕刚性连接。

3.如权利要求1所述的汽车安全座椅，其特征在于：所述第二微型电机包括两个电机，其中一个电机的输出轴嵌套于圆盘的方孔内，圆盘外径设有凹槽，圆盘上方设有下端具有半球形凹槽的弹簧，且弹簧凹槽与圆盘凹槽配合组成安置小刚球的封闭空间，小刚球上表面与摩擦片相接触，弹簧两侧设有与圆盘刚性连接的钢板，钢板嵌入椅背内，该电机控制微型电机输出轴转动从而带动椅背旋转；另一个电机的输出轴通过连接键与座椅底部所设的滑槽内的齿轮相配合，该齿轮与座椅底部所安装的直齿条相啮合，该电机控制微型电机输出轴转动从而带动座椅整体后移。

4.如权利要求3所述的汽车安全座椅，其特征在于：所述摩擦片选用橡胶材质。

5.如权利要求1所述的汽车安全座椅，其特征在于：所述气囊设有两个，安装于椅背的靠垫内，其安装时以椅背的中心为参照点，一个安装于参照点正上方20cm处，另一个安装于参照点正下方20cm处。

6.如权利要求5所述的汽车安全座椅，其特征在于：所述气囊分别置于第一存放盒和第二存放盒内。

7.如权利要求1所述的汽车安全座椅，其特征在于：所述靠垫为两层，两层靠垫不分开，并在上端的接触处留有缝隙，气囊安装于两层靠垫的内侧。