CN1275950A - 车辆安全防护系统 - Google Patents

Abstract

一个需要独立电源的车辆乘客安全防护系统。该系统包括一些相互协作的部件,这些部件包括:一个独立电源(11)、一个乘客安全约束带(26,27)、碰撞事故传感器(12)、安全带定向机构(116)及一组碰撞充气源(15、16),在最佳的实施方式中,还包括可编程控制的电子设备,它可控制安全防护系统的运行并延长独立电源的工作寿命。

Description

车辆安全防护系统

本申请是申请人于1998年3月10提交的尚未审定的09/037083号申请的系列申请之一，09/037083号申请要求享有于1997年9月22日提交的60/059430号美国临时申请的优先权。

迄今为此，在汽车及航空器上所采用的乘客安全防护系统基本上是两种，具体地说就是座椅安全带和安全气囊。而腿部乘客安全带可能是其中最先使用的，它的两端都连接于固定结构上并通过适当的带扣装置在乘客的腰腿部接合。组成安全带的两部分其中之一通常具有固定长度，而另一段的长度则可以进行调节，从而使安全带的长度可适用于不同体型的乘客。这种类型的安全带已在汽车上使用了很多年，且直到今天在个人及商用航空器上它仍然是用于乘客位置约束的基本安全限位措施。

在这之后，为了进一步防止可能的伤害，对在汽车上使用的腿部安全带进行了改进，设置了一条用于在撞车事故中限制乘客的上部躯干向前冲的肩带，该肩带被连接在第三个固定点上。在汽车乘客的安全防护设备中，最近的重要进步是被动式约束或气囊的出现。这些由压缩空气或其它气体来充气膨胀的气囊安装在汽车的转向柱或车内的其他固定位置上，例如可以是仪表板或侧板上。在碰撞的突变减速情况下，由传感器判断撞车事件的发生，压缩气体或其它气体被充入气囊使得气囊以很高的速度冲向乘客，阻止其向前运动。安全气囊在对乘客提供保护方面一般已证明是有效的，尤其是与安全带配合使用的情况下。

虽然现在安全气囊作为汽车前排座位乘客的被动式安全约束已很普遍，但在卡车和其它有关的商用车辆上它们并未获得同等程度的推广，它们也未被使用在汽车后排座位的位置。此外，目前还没有在航空器使用的座椅上安装气囊来保护乘客的先例，这是因为气囊的设置必须首先适合于航空器的设计和使用、座椅的设计和座椅的位置布置。在商用载客飞行器中的座椅不象陆地车辆中的座椅那样是永久性地固定于某一位置上，而是可以移动到其它位置的，这样例如就可以在相邻的座位行中腾出更大或更小的空间，或者撤去座椅来用航空器运货而非载客。此外，航空器的座椅靠背不是刚性安装的，而是当发生碰撞时可以前后摆动，因此，它们不能用来贮备当碰撞时具有保护作用的安全气囊。

在过去，人们已经提出几种来将约束带和气囊的安全优点结合在一起的方法。大多数的设计都采用了在汽车安全装置中的肩带上设置可膨胀元件的方案。例如在3888503号专利中就公开了一种跨展于乘客胸部、肩部的安全装置10，该装置上具有可膨胀部分12、14和17，这些部分在某些阈值条件下可被充气膨胀。3844654号专利公开了一种安全带系统，当需要时其中的腿腿部分30和肩头部位32都可以膨胀。这些系统增加了胸部束带的接触面积，因此可能将束带和使用者躯干间的挤压作用力分散了。但这种类型的安全约束基本上仍然是一种需要三点安装于车辆上的装置，从而在只能得到两个安装点(例如在航空器上)的情况下，这样的装置是不适用的。

在3430979号专利中公开了另一种类型的安全约束，在一个汽车腿部安全带9上设置了一个可膨胀设备，该设备可在受到激发时展开一个由三部分19、21、23组成的袋状体17。袋状体17的设置方式使得其可以被一个膨胀机构33充气胀大，该膨胀机构可以是现有的可由连接在车辆基本电气系统上的一个传感器来触发的任何类型。膨胀气体从机构33经管道51输入到袋状体17中，管道51在安全带9的外表面部分，从而易遭到破坏且在此处降低了安全带的舒适性和影响外观。该系统将使用者保持在某一位置，同时当发生碰撞时防止乘客的上部躯干被急速地抛向前方，后者是重要的具有保护性的特征。

上述讨论的所有这些保护装置和保护系统事实上都是采用永久安装方式的，也就是说，它们与车辆是一个整体，不能方便地移动到其它位置。此外，上述的所有系统均使用车辆电气系统的主电源以驱动其工作，该主电源的电力被用来在需要时完成测试、状态维持及系统替换等工作。

本发明主要的目的是设计一种安全气囊—腿部安全带的组合式安全防护系统，该系统不但可使用在陆地车辆上，而且可应用在航空器中，该系统的易摩损部件可以被方便地修理或更换。

本发明的另一个主要目的是设计一种采用可膨胀元件的乘客安全约束系统以及相应的系统电子设备，该电子设备可选择地激活各个碰撞事故传感器的轮询检测状态。

本发明的另一个目的是设计一种安全气囊—腿部安全带的组合式安全防护系统，在该系统中安全带的定位方式使得气囊膨胀系统在工作之前是处于背离乘客的方向。

本发明的另一个附带的目的是设计一种安全气囊—腿部安全带的组合式安全防护系统，该系统上用于安装气囊的安全带部分包括防止安全带扭结的装置。

本发明更进一步的目的是提供一种安全气囊—腿部安全带的组合式安全防护系统，该系统中用于围绕乘客躯干对接安全带自由端的带扣及扣舌包括其它的装置，这些装置使得带扣和扣舌间保持正确的定位姿态，从而使得气囊位于安全带上背离乘客身体的一侧。

本发明的目的还包括提供一种安全气囊—腿部安全带的组合式安全防护系统，该系统具有一个膨胀气体源，该气源至少在其中一段是通过一个基本扁平的管道可操作地连接到气囊的，其中的扁平管道设置在安全带结构中。

本发明的目的还包括提供一种安全气囊一腿部安全带的组合式安全防护系统，该系统中的碰撞传感器触发电路采用独立电池电源，该电源独立于车辆的主电源系统，并通过适当的电路来显著地延长安全系统电池的工作寿命。

本发明的目的还包括提供一种安全气囊—腿部安全带的组合式安全防护系统，该系统中包括多个膨胀气源以使得气囊的膨胀速率可以控制。

本发明的目的还在于提供一种工作和诊断电路，该电路可消耗最少的内部电源来完成对电路连通性的检查和状态鉴别。

本发明的进一步的目的是提供一种具有工作电路的气囊/安全带组合安全系统，其中工作电路的完整性可以便宜、迅速地进行监测。

本发明的另一个目的是设计一种气囊触发和充气系统，该系统的特点在于只有安装在一个载客车辆上后才能工作。

本发明的其它的目的和优点有的是很明显的，有的将参照下文所附的附图和详细说明来进行解释，在附图中：

图1是安全约束系统的总体示意图；

图2是电子控制及发火系统的电路示意图；

图3是安装了本发明的安全带的典型航空座椅的前视投影轴测图，图中还表示了碰撞事故传感器、电子设备及充气器的安装位置；

图4是本发明改进的安全带带扣及扣舌结构的上俯视图；

图5是电子设备及充气器的示意图；

图6是沿图3中的6-6线所作的断面视图；

图7是腿部安全带不可延伸部分的上视平面图，在该部分上安装了一个安全气囊，图中还表示出了安全带的连接扣舌和充气供给元件；

图8是腿部安全带可延伸部分的上视平面图，图中还表示出了安全带带扣；

图9是腿部安全带可延伸部分去掉其它部件后的部分剖视图；

图10是用于将安全气囊安装在安全带上元件的侧正视图；

图11是沿图10中的11-11线所作的断面视图；

图12是其它形式的气囊/安全带结构的截面视图；

图13和图14分别是表示充气供应管道及导流扩散器在气囊中布置的侧平面图和上平面图；以及

图15是一个部分剖开的侧视图，用来表示将容纳电子设备及充气源的壳罩安装在航空座椅上的装置。

本发明的设备和系统包括一个腿部安全带，该安全带包括一个第一长度部分和第二长度部分，这两段长度的一端在乘客大腿前面的部位上相连接在一起，每一段的另外一端都固定于车辆的基础构架上。其中一段的长度最好是固定的，而第二段的长度是可以调节的，这样两段安全带的总的组合长度就可以按照要求进行改变。在本发明的最佳实施方式中，安全带的固定长度部分包括：(i)一个可展开的气囊；(ii)一个用于确定安全带位置定向的扭转机构，使得气囊的展开方向背离乘客；(iii)一个用于将气体从气体发生源传输到气囊中的导管；以及(iv)一个外部保护性外罩组件，其至少在靠近气囊的部分是可以破裂的，以容许气囊的向外膨胀。系统此外还包括一个气体发生源和控制、发火电路，其中该电路包括一个用于确定碰撞事件发生的电子设备以及一个专用的用于供应电力的电池电源，该电源独立于车辆的电气能源系统之外，采用了一个轮询采样检测装置的控制及发火电路的优化结构可显著地延长电池的工作时间。在安全带带扣及扣舌部位设置了一个开关装置，该开关装置在安全带的两段定向正确且连接在一起的情况下允许系统处于活化状态，其中安全带的定位使气囊的膨胀方向背离乘客的身体。同样，通过在带扣及扣舌上设置开关装置，当带扣和扣舌间被拉大到足够的距离时，安全气囊系统的活化状态就可被解除了，从而将气袋系统的备胀状态解除。

正如前文提到的那样，由于本发明的安全带系统可以使用在任何类型的载客车辆上，尤其可以应用在将两点式安装的乘客约束带作为唯一的保护措施的那些情况，这通常如在航空器及那些没有刚性的构架用来安装气囊的汽车车辆的应用场合。本发明最大最需要从而也最适用的领域是在航空器上，因为在其上目前还没有安装任何形式的气囊保护系统。由于结构和座椅排布上的原因，在航空器上不可能安装工作方式类似于陆地车辆安装型的乘客气囊，也不可能安装包括上部躯干约束的安全带。这样，由于本发明可以使用在任何类型的载客车辆上，下文将对其在航空器场合的应用进行描述，在此种场合下，使用一个整体独立的具有足够工作时间的专用电源系统是必须的，该电源系统例如可以是一个电池系统。

在图1中表示了本发明的载客车辆安全约束系统的一般总体视图，该系统中包括电源系统及逻辑控制系统，图中数字标示10代表一个碰撞传感器模块。模块10中包括一个专用的电池电源11，该电源完全独立于车辆其它的电源系统之外，其它的电源系统例如是车辆主蓄电池或发电机。在每一个独立的乘客座椅上都设置了一个独立的专用电源，这样即使当车辆发生了灾难性的事故时，保护约束气囊也可以被有效地激发而动作。这例如在发生事故时，车辆正常工作时所用的电源和电气系统在突发事件的情况下自然就不一定能依靠了。专用独立电源11最好采用锂电池或其它材料制得的电池，这些电池的性能水平和持续工作时间能与实际工作条件的要求相匹配。电池11可以由多组专用电池有利地组成，此种方式在任何其它的现有安装中都是现有的。在本发明的情况中采用两组串联电路连接的电池被发现是特别有效的，因为这样就可以对系统提供至少两个不同的电压等级。

作为模块10的一部分的碰撞传感器12一般是加速计类型的，它只对基本平行于车辆行驶方向的单一轴向上作用的加速(减速)力产生响应。可以通过使用两个以同样方式工作的加速计来产生一定的系统冗余从而提高系统的可靠性。类似地，可以使用一个包括三个或更多独立的传感器的传感器阵列来使系统具有对并不唯一平行于车辆行驶方向的冲击力产生响应的能力。例如，适当配置一个包含三个传感器的阵列可检测车辆行驶方向±10°范围内的冲击。

本发明中的传感器类型最好采用霍尔效应传感器，该类型传感器包括一个霍尔效应转换元件及一个弹簧作用的磁铁块。当车辆减速时，磁铁块在一个管道中发生运动从而产生一个电信号，该信号的强度与减速的剧烈程度成正比，该信号被用来触发其它的相关元件，并最终使气囊展开。包括部件11、12和13的模块10被安装在一个具有电磁屏蔽作用和保护作用的壳体14内，碰撞传感器12通过弹性冲击吸收垫片或衰减垫板(图中未示出)安装在壳体14内，弹性冲击吸收垫片或衰减垫板的作用是衰减抑制任何其它的无关冲击力，这些冲击力例如可由行李或其它物品对壳体的偶然撞击而产生。在推荐的工作方式中，碰撞传感器的信号应同其它的存储信号值进行比较，从而只有当达到某一设定的阈值时气囊才被触发展开。包括霍尔效应元件的碰撞传感器非常适合排除不平行于磁铁运动方向的外部作用力的影响，以及需要抑制高频响应的场合。

如图1所示，传感器模块10中的第三个部分是系统电子设备部分13。系统电子设备13包括一个微处理器及相应的程序设计，使系统具有了逻辑处理能力，一旦从碰撞传感器获得适当的信号就执行诊断和信号发送的功能，从而触发气囊的膨胀。该电子设备控制着一个发火线路，由该发火线路产生用于点燃充气器中引燃器的电脉冲，该引燃器通常是一个引燃管。所有这些电子电路、电池及微处理器芯片都设置在一块电子线路板上，该电路板设置在一个保护性的壳体14内，由该壳体将这些设备进行隔离，并阻止其它无关电磁辐射的传入，这例如是无线广播频率辐射波或其它的电磁波。当本发明与商用航空器配合使用时，封装电子设备的屏蔽壳罩通常可固定在一个刚性板上，该刚性板安装在每个乘客座椅下的刚性构架上。还应安装减震元件来将传感器与航空器内产生的暂态冲击隔离，该暂态冲击可通过座椅构架进行传导。

再参照图1，图中表示了两个充气器15、16，由它们经气流通道20向气囊17充气。虽然在图中表示了两个充气器15、16，但这只能被理解为描述性的，因为如果安装需要也完全可以采用一个或多于两个的充气器。当需要气囊具有梯递式的膨胀过程时，通过采用多充气器连接系统就可以使充气以递进的方式进行。作为另一方案，采用一个例如由系统电子设备控制的阀门的气流控制元件，相比于只用单个充气器且没有流量节率控制机构的情况，也可以在气囊的膨胀中产生更为渐进的充气过程。

下文将详细地描述座椅安全带25(见图3)，它包括一个安装带扣扣舌的第一长度段26及一个安装带扣的第二长度段27。每段安全带上背对带扣和带扣扣舌的另一端分别被固定于车辆基础结构的28、29点上。在安全带的两部分26、27的非固定端上分别有一个栓紧带扣31和一个栓紧扣舌30，从而26、27两段可围着乘客的身体接合在一起。图1表示在本发明的约束系统上还可以选装一个其功能为人熟知的预拉紧装置35，这样，减速时在气囊17展开之前装置35就将安全带17的松隙拉紧。在碰撞模块10的电子系统13上所连的线路40-45的箭头方向表示指令的传输方式，这些指令在系统电子设备和约束系统其它部件之间进行传输。

通过参照附图2可对系统的电子设备有一个更好的理解，图中数字50表示一个集成电路芯片或微处理器，它被编程控制以按照要求完成接受各种输入值、分析各个值及输出适当指令信号的操作。在本应用中可使用摩托罗拉的MC60 HC7051K1芯片作为微处理器。在所示的实施例中，电池组11由两组串联连接的电池组成，从而可得到驱动约束系统保护性装置所需的两个电压。两个电池都是3伏特的电池单元，当串联连接时，可提供3伏和6伏两种输出。电池组11输出3伏的电压给微处理器50的工作，以使其完成逻辑控制功能，而输出6伏电压是用于完成充气器15、16的启动点火。

碰撞传感器12最好采用两个或多个霍尔效应单元来产生微处理器50逻辑系统使用的信号，这样就可以判断那些信号是真正代表碰撞事故的发生，而那些不是真正的碰撞信号。正如上文所提到那样，多传感器对碰撞事件检测并不是必须的，但设置多个传感器可提供更高的可靠性并对整体不平行于车行方向的碰撞事件作出响应。具体来说，如果需要的话，设置两个传感器就可判定减速曲线的形状，从而可以区分真正的碰撞事件和不希望的暂态影响，这些影响例如是由该处的行李撞击而引起的；从而避免了气囊的非正常展开。

系统中的电子设备只有当安全带两段26、27被连接扣舌30和带扣31连接在一起后才处于工作状态，为了开启系统，栓紧元件30、31包括开关元件(下文将进行描述)，当其合上时就将连接在电池组11、碰撞传感器12及系统电子设备13间的线路接通了。这样，当栓紧元件30、31处于分离状态时，开关元件切断了由电池组11流向其余操作部件的电力供应。关闭电池组11抑制了意外操作的发生且当系统闲置期间节省了电池电力。

在一些情况下，需要解除气囊的工作状态，例如当座椅上的乘客是一个婴幼儿或一个粗大身围的人时。在这些情况下，在元件30和31之间可连接另外一段皮带材料27′，使得发火电路仍保持开路状态而不能工作。在这种工作模式下，安全带结构仅仅作为一个安全约束装置。在图3中的左侧表示了设置另外的带段来分开安全带段26、27，从而也断开了栓紧元件30、31上的开关元件。

电池的工作寿命是系统的关键所在，因为在工作中系统并无其它的电源供应。在本发明的最佳实施结构中，在操作系统设计了将操作系统整体所需电流及工作时间降到最低的装置。从而有效地延长了电池的工作时间。从电池组11的结构可以看出，通过采用一个电池驱动数字电子设备和用两个电池来向传感器及发火电路供电就可以达到省电的功能。

通过闭合位于扣舌30中的簧片开关就接通了系统的电力供应，由此电流从振荡电路51和微处理器输送到霍尔效应传感器12。在向传感器供电之后，微处理器50将等待一个可调的时间段以使得霍尔效应传感器状态稳定，然后将用一个离散的输入信号对传感器进行轮询，以确定是否发生了碰撞事故。如果传感器处于非激活态，则微处理器的能耗降低，系统进入低电流“等待”模式。经过一个预先设定的时间段，微处理器控制的振荡器51的供电上升，循环再次开始。操作过程包括给霍尔效应传感器传输离散脉冲、等待传感器稳定、轮询传感器以确定当前是否属于碰撞状态几个过程。如果微处理器从传感器12接受到一个信号，电路状态保持，传感器继续被进行监测。如果激活状态持续了一个可调整的预先设定阈值，则微处理器就触发气囊使其展开。通过采用这种打开—关断操作模式，专用电池的工作寿命可被延长到系统达到商业服务期限等级。例如预计使用寿命在4到6个月之间的电池在每天24小时持续使用的条件下还可延长到2.5到3.0年左右。

在附图4中详细地表示了扣舌30和带扣31的确切结构特征，在该构造中采用了干簧管开关，干簧管开关在座椅安全带对电子设备的输入被置于工作状态前必须被合上。扣舌30包括双簧片开关55，它们可通过将扣舌30插入在带扣31内而闭合，这样电池组11就被连入电路并向微处理器50供电。在双簧片开关中采用两组触点以增加系统的冗余性，而系统冗余可导致工作可靠性的增加。带扣31中包括一个磁铁56，当扣舌30插入带扣31中时磁铁56的作用使簧片开关55闭合。如图所示，在扣舌30中簧片开关55的左侧还有一个红外光电池57以及一个双色发光二极管58。当扣舌及带扣处于接合关系状态时，带扣31上的突出部位59向前伸出足够的长度将光电池57及发光二极管58遮住。数字60表示沿安全带27部分设置的从光电池57、LED58及簧片开关55连出的电路导线，这些导线将这些元件联入微处理器50。光电池57及LED58是诊断电路的一部分，下文将详细地对此电路进行描述。

可以理解，带扣及扣舌都必须处于向外的定向，即背离乘客身体的方向。如果这些元件的定位不是处于使气囊17背离乘客身体的状态，则簧片开关55不会被磁铁56吸合，安全系统保持非工作态。图4中还表示了安全带27段及将双簧片开关55、红外光电池57及LED58连接到微处理器50的导线60。

参照图5，图中表示了系统的电路图及电子设备，以及利用一个测试棒65(如图示表示)来验证传感及发火电路各部分完整性的方法。具体来说，由对安全系统的电路进行检查的员工手持测试棒65。将测试棒65上安装磁铁66的一端放置在靠近簧片开关55的附近，磁铁作用于开关使其闭合，等同于扣舌30和带扣31接合时磁铁56的作用方式。最好使磁铁66的磁性比安装在座椅安全带27上的扣舌内的磁铁56弱一些，这样当测试磁铁66的作用可闭合开关55时，就可以知道磁铁56也可以导致类似的闭合。在通过将磁铁66插入到带扣31中而将簧片开关55闭合后，合上操作开关67使测试棒中的电池67″向红外发射器67′供电。从红外发射器67′发出的辐射能量被红外传感器57接受，再由红外传感器触发微处理器50中相应的传感器电路。如果所有的系统电子设备均处于正常工作状态，LED58就会变为绿光，而如果电路由于某种原因不能正常工作，则LED58变为红色失效状态。

由于保护约束系统采用了一个膨胀装置作为工作系统的一部分，所以需要采取一些预防措施来解除系统的备用状态，这样就可以在保养维护或重新布置的过程中安全地运输了，而不会引起意外的操作事故。具体如图5所示，引燃引爆管68、69的电池11在电路中被接入了一个保险开关70，当安全系统的电子设备在正常的工作状态下被置于座椅下方时，保险开关70被一个备爆/解除保险顶针71保持在打开位。当模块10及其相关部件由于保养维修、替换或其它的原因被移动时，开关70自动被合上，将引爆管68、69中的电阻性发火装置短路。开关70也可以被设计成以相反的方式工作，也就是说当其处于正常闭合状态时触发引燃管68、69，但设备的结构耐久性需要得到保证，从而以这样操作模式实施的直接操作在一定程度上不太可靠。

在上文中也已指出，本发明的乘客约束系统特别适用应用于航空器。为了更好地理解系统在航空器上的应用，再次参照附图3，在图中数字80指代在商用载客航空器上使用的典型座椅构架结构的基本构架。概括地讲，构架80包括上部支撑架81和下部支撑架82。支架81和支架82安装在水平设置的延伸管体83上，并分开所需的距离以形成座椅使用面积、及支撑座椅构架并将其固定在航空器的地板上。座椅的构架(及加上座垫的整个座椅)可当维护保养、重新设置或其它原因时被从地板上的安装位置挪开。

在保护系统内设置了碰撞事故传感元件、充气源及独立电源，所有这些设备均包含在一个安装在构架80上的保护壳体85内。保护壳85可通过适当的装置安装在支撑乘客座椅的构架下部或座椅的横柱上。参照附图6可对壳体有一个更好的理解，图中数字86表示一个固定于座椅构架上刚性安装板。对安装板86的刚性要求是为了正确地检测从座椅构架传递来的碰撞冲击。一个包括上部盖板88的屏蔽壳或壳罩87被安装在安装板86上，共同构成一个封闭的空腔89，在空腔内容纳了安全系统的其它部件。具体地讲，在空腔内安装了碰撞传感器12和相应的电子设备、独立电源及充气器15、16。碰撞传感器12是充气膨胀的触发元件，通过安装在安装板88上，其可以检测车辆向前和向后的减速度。当其检测到减速过程导致了一个预先设定的能量值产生时，就会触发一个膨胀充气启动装置(引燃管)。如上文描述的那样，在本发明中使用的传感器是一个采用霍尔效应元件的“单点式”传感器，它包括一个霍尔效应传感元件及一个弹簧推拉的磁铁，该传感器的工作方式等同于一个单方向加速测量计，这些内容均已在上文中描述过了。当减速发生时，磁铁在一个管体内开始运动，产生一个与减速的剧烈程度成正比的电信号，当减速导致的信号强度超出某一给定能量值时，传感器在适当的时候触发发火电路。传感器的安装位置使其接受前后方向的输入来检测碰撞事故的发生，而不会传感其它不在前后轴线上的状态输入，例如颠簸运动。此外，传感器的机械结构使其可滤掉高频输入，这就简化了所需的控制算法并提高了可靠性。为了进一步增加可靠性，可采用多个霍尔效应传感器在气囊展开之前来确认碰撞事件的发生与否。

独立电池系统采用两个单独的电池组成电池组11，独立地向发火电路及诊断控制电路供电。其中一个电池向混合电路、集成电路控制芯片和微处理器50供电，这些电路需要小的工作电流，并提供必需的逻辑运算，以分析接受来的信号以确定是否需要展开气囊。向发火电路供电时需要使用两个电池，以提供所需的6伏电压。

在壳体组件85中还有充气器15和16(图中只表示出一个)，它们通过电导线96与碰撞传感器12保持电路连接。电子设备、电池组、膨胀充气器及传感器在乘客座椅的椅板下方由屏蔽壳罩87与外界环境隔开。壳罩87最好是通过铸模形成的空腔部件，其包括电磁屏蔽层以抑制可能影响点火器、电子设备及传感器的干扰信号。充气器15、16内充满任何基本化学惰性的气体，如空气、氮气、氦气、氩气等，并向位于安全带不可伸长段27内的气囊充气使其膨胀，这一过程在本领域是熟知的。气体也可以由一个气体发生器或存储气源来提供。如本领域所公知的那样，压缩气体或发生气体是通过一个烟火引燃器加热存储气体或引发某一反应而产生的。当从传感器12接受到发火引燃信号后气体在某一控制方式作用下放出。

一个以任何合适的材料制得的气体导管100从充气器在乘客座椅的侧旁向上延伸到安全带不可延伸部分27的一端。为了使安全带27部分可与充气器15、16解除连接关系以允许对座椅安全带(及安全带部件)，、壳罩87及该处安装的其它部件进行维护或更换，设置了一个气体接头101及导线60的电气接头102。

参照附图7、8和9可了解安全带25的一种结构形式。首先见图7，图中表示了安全带不可延伸部分27的结构。它包括一定长度的带子105，该带子即为一般车辆安全约束系统所采用的那种类型。在带子的一端设置了一个接头106，用来将安全带的这一端固定于座椅的下部基础结构的管体83上，在安全带27部分的另一端包括一个扣舌30，该扣舌与安全带另一段26上的相应的带扣相配合(见图8)。安全带的27部分上还包括一个气囊组件110，其内部包括一个包封组件111，气囊组件被直接安装在安全带具有固定长度部分背离乘客的一侧。组件110内的气囊17是由适当的材料制得的，这些材料通常是致密的编织纤维，至于是否具有防透气涂层要决定于性能要求。气囊17在膨胀后将具有足够大的体积来阻止乘客的上部躯干在碰撞事故中过分向前运动。

为了将空气或其它气体从气体导管100输送到气囊17中，在贴近带子105的表面设置了一个气体输送管道115，并通过一个中间连接件在一端永久性地连接到气体导管100的一端，而在另一端则连接到气囊17上。这一气体通道包含在包封组件111中并处于折叠状态，当充气器15、16向系统排气时膨胀展开。气体输送管道115的形状在保证其向气囊输送气体的首要功能的前提下应尽可能具有更大的乘客舒适性和灵活性。气体输送管道115的形状基本是扁平的，但可能不是完全的扁平状，因为其内部气流通道必须足够大以接受充气器15、16工作时产生的气流脉冲。在包封组件内还包括一个安全带定向装置116，其防止安全带的扭曲弯转，将安全带非延伸段27保持在使得气囊组件110始终处于背离乘客身体方向的位置状态。加强条116基本贯穿安全带27部分的整个长度，其长度从而要比其厚度大的多，加强条116可以是阻止扭转的任何形式的柔性带，例如装运托板带(shipping pallet strap)材料或类似的材料。加强条116允许安全带舒适地围绕在乘客的身体上，还避免了组件在纵长轴线上的扭曲。根据乘客个体的使用需求，还可以采用其它的系统来保证安全带的正确定位，在加强条116上还可预先制成一个轻微的弓形弯曲以帮助安全带围绕乘客躯体的正确定位。防挠定向带116帮助避免了气囊组件出现具有潜在危险的安全布置方式，即面向座椅上乘客的位置，防挠定向带116可直接缝制到带体105上，或安装在缝于带体上的袋状体中，或安装在安全带组件的空腔内部。根据系统所需的刚性，加强条116除了同纤维安全带连在一起之外，还可被直接连接到安全带的固定钩环上和/或扣舌30上。

设置包封组件111来在生产过程中在安全带上容纳折叠的气囊17，当碰撞事件发生时，该气囊组件在预先设定的位置处开裂以放出膨胀的气囊。包封件111对气囊材料是保护性的屏障，同时也是系统的装饰性元件。在碰撞事故的过程中，包封件始终连接在安全带上的某一点，但其通过某些措施被设计的在某一选定的区域开裂，这些措施例如是有选择地削弱包封材料的某些区域。

安全带27段上的最后一个部件是扣舌30，在扣舌上安装了一个双簧片开关55、一个红外传感器57即LED(发光二极管)58。在安全带26段上的带扣31上包括一个磁铁66，当带扣和扣舌接合时，其作用于簧片开关55上，使电路闭合。如果带扣和扣舌的相互关系从正确位置扭转了180°，则系统不会被激活，从而避免出现潜在的危险使用状态。这样，除了安全带定位元件116之外，上述的措施提供了进一步的定位保证，其也可确保非延伸段27的定向处于使膨胀气囊组件110始终处于背离乘客身体的状态。

图10、11表示了将气囊组件110安装在安全带非延伸段27上工作位置的方法。首先参照图10，从图中可看出包括可膨胀气囊17和包封件121的气囊组件110可被固定于帽罩121间的安全带带体105上。在图11中的气囊17处于其折叠存放状态，从图中还可以看到供气管道115和安全带的带体105，带体105的形状被设计得适于容纳供气管115。气囊17位于带体带体105和供气管115联合体的正上方，并以图示的方式折叠。包围在整个安全带组件上的是一个模压成型的聚合物套筒121，该套筒121延伸包裹在固定帽罩120间的整个长度上。套筒121在气囊及安全带组件上滑动，放置并定位帽罩120就可将整个气囊组件封装。如图所示，在聚合物套筒121上的122处开有刻槽以设置一个强度削弱的区域，这样，当需要时开槽处破裂而允许气囊膨胀展开。

图12表示了另一种气囊和安全带组件的结构断面视图，具体地讲，气囊17被包含在一个类似于聚合物套筒121的包封件内。套筒121通过适当的装置固定到包括带体105和背衬123的安全带组件上，所述的固定装置例如是铆钉。带体、背衬即包封套筒121以图示的方式沿纵长方向边缘连接在一起。供气管115设置在包封件123和安全带105间的空间内。在本实施例中，供气管115的形状是卵圆形的，即管道的水平轴线长要大于气垂直轴线长。通过这样设计管道的形状，管道可用加强条116的工作方式来保证气囊17必须的正确定位。在该套结构中，气囊17折叠后包封件121放置在其上，而包封件再与背衬缝合在一起。这就形成了一个防止搞乱的封装组件，从而保持了系统的完整性并保护膨胀气囊17不受损坏。为了允许气囊的展开，在包封件121的上表面设置了一个刻槽122，该刻槽类似于在结合图11中的结构进行描述时所介绍的刻槽。图中的削弱部分位于包封件的上表面，但按照需要也可设置在其它的有利位置。

正如上文所说的那样，供气管115在其一端连接到从充气器15、15连出的管道100上。图13表示了气体被最终排入气囊的路径。具体来讲，供气管115从充气器15、16的供气连接点出发，经过安全带带体105，通入扩散器125中，扩散器125位于气囊17在安全带27上的安装位置的正下方。可以注意到扩散器125被设计了一个直角弯曲形状，这样经过供气管115的高压气体必然改变了方向，并以较其它方式要小的冲击力扩散到气囊17中。扩散器125延伸入气囊内，气囊安装在其上部并通过一个垫圈126和一个挡圈固定，该挡图例如是一个弹簧锁环127。在扩散器125的出气端安装了一个扩散接头128，扩散接头128上形成了多个侧壁和用于扩散气流的朝向上方的开孔129，从而降低了进入气囊17气流的速度。当然也可采用其它类型的气体扩散接头。

上文联系图5对电路的描述已介绍了在电子设备电路中包括一个备爆解除开关70，它由一个保险顶针71保持在常开状态下。图15表示了本发明的设备在航空座椅结构下的安装方式，用此安装方式包括电子设备及充气系统的整个壳体85都可安全有效地进行安装或拆卸。一旦壳体85被安装在乘客座椅的下方，除了经过授权的工作人员，任何人都绝对无法接触到开关70。具体来讲，如上文联系图6所讨论的那样，包括电子控制设备50、传感器12及充气器15和16的所有设备都包含在壳体85内。该壳罩的上部由一个类似于图6中的盖板的隔板88封口。在本实施例中，在隔板88上有一个开口130，当整个系统总成被安装固定在安装板86上时顶针71可从该开口插入，而安装板86则由卡箍131固定在作为座椅基础构架部件的水平延伸的管体83上。隔板88通过任何类型的防错装连接装置连接在安装板86上，图中对防错装连接装置表示为数字标识132。当整个电子设备及膨胀组件被获得授权的工作人员从座椅的底部拆除时，保险顶针71被从系统备爆开关70上移开，开关70从断开状态转到闭合状态，从而使连接在充气器15、16上的引爆管丧失了发火能力。相反地，当封壳和其内的部件只要不处于在车辆座椅上的组装工作状态，则系统就不会发火引燃，因而在拆卸、装运过程中是绝对安全的。上文联系具体的特征和推荐的实施方式对本发明进行了描述，但应该可以理解的是：在本发明的原理及设计思想的范围内，本发明可进行改进或完善，本发明将涵盖所有在本发明的设计思想和所附的权利要求书范围内的改进、补充和变动。

Claims (47)

1.一种用于在发生碰撞事故中保护车辆乘客的车辆安全约束系统，其包括：(a)一个有连接到车辆上的构架的车辆座椅；(b)一个包括第一段和第二段的安全带，每一段的其中一端都连接在车辆的座椅上；(c)位于安全带每一段的另一端上、用于将安全带围绕乘客身体连成一体的栓紧结构；(d)一个包含在安全带栓紧结构中的电气开关组件；(e)一个连接在安全带上的可膨胀元件；(f)一个与可膨胀元件保持可操作连接的充气源；(g)一个独立于车辆的其它电源系统的约束系统专用电池电源系统；(h)一个碰撞事件传感器；(i)将碰撞事件传感器、充气源及电池电源系统用电路相互连接起来的系统电子设备。

2.一种用于在发生碰撞事故中保护车辆乘客的车辆安全约束系统，其包括：(a)一个有连接到车辆上的构架的车辆座椅；(b)一个包括第一段和第二段的安全带，每一段的其中一端都连接在车辆的座椅上；(c)位于安全带每一段的另一端上、用于将安全带围绕乘客身体连成一体的栓紧结构；(d)一个包含在安全带栓紧结构中的电气开关组件；(e)一个连接在安全带上的可膨胀元件；(f)一个与可膨胀元件保持可操作连接的充气源；(g)一个独立于车辆的其它电源系统的约束系统专用电池电源系统；(h)一个碰撞事件传感器；(i)将碰撞事件传感器、充气源及电池电源系统用电路相互连接起来的系统电子设备，系统电子设备还调节控制从电池到碰撞传感器的具有预先设定宽度的离散能量脉冲的发送。

3.根据权利要求1或2所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的系统电子设备设置在一个具有辐射屏蔽作用并由车辆座椅构架支承的壳罩内。

4.根据权利要求1所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的系统电子设备包括一个可操作地连接在系统电池电源及碰撞充气源之间的开关元件。

5.根据权利要求4所述的车辆安全约束系统，其特征在于：有一个由座椅构架支撑安装在某一位置的电气开关的控制元件，并当其安装于座椅构架时可使系统电子设备处于工作状态。

6.根据权利要求1所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的在安全带栓紧结构内的电路开关组件至少包括一个安装在安全带一段上的一个簧片开关及安装在安全带另一段上的簧片开关操作元件。

7.根据权利要求6所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的安全约束系统包括设置在簧片开关及簧片开关操作元件间的带状装置，用来解除系统电子设备的工作状态。

8.根据权利要求6所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的簧片开关的操作元件是一个磁铁。

9.根据权利要求6所述的车辆安全约束系统，其特征在于：安全带第一段具有固定长度而第二段的长度可以调节；可膨胀元件安装在安全带第一段上；簧片开关安装在固定于安全带第一段一端的接合扣舌上，而簧片开关操作元件安装在固定于安全带第二段一端的带扣上。

10.根据权利要求6所述的车辆安全约束系统，其特征在于：至少在接合扣舌上安装了两个簧片开关。

11.根据权利要求1所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的膨胀充气源及系统电子设备包括使气体以预先设定的节率或流量充入可膨胀元件的结构。

12.根据权利要求2所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的系统电子设备包括一个微处理器，它由程序控制来对碰撞传感器进行轮询、确认碰撞状态发生及触发可膨胀元件的展开。

13.根据权利要求1所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的专用电源电池组包括至少两组连在一起的单独电池，其至少可以向系统电子设备提供两级电压。

14.根据权利要求13所述的车辆安全约束系统，其特征在于：电池组是串联连接。

15.根据权利要求1所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的充气源有多个；系统电子设备包括一个发火程序，使得气体充入可膨胀元件是以预先设定的方式进行的。

16.根据权利要求1所述的车辆安全约束系统，其特征在于：系统包括(a)至少与安全带第一段连接的定位元件，用于将安全带定位在使可膨胀元件背离乘客身体方向的状态。

17.根据权利要求16所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的定位元件包括一个连接在安全带安装可膨胀元件的长度段上的防扭曲元件，该元件的长度大于其厚度。

18.根据权利要求16所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的定位元件包括设置在安全带栓紧结构中的电路开关组件。

19.根据权利要求17所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的定位元件是一个沿安全带一段的长度方向延伸的供气管道。

20.根据权利要求1或2所述的车辆安全约束系统，其特征在于：至少专用电池电源、碰撞传感器、系统电子设备电路及充气器是与外界的辐射能量隔离的。

21.根据权利要求1所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的碰撞事件传感器是一个产生碰撞输出信号的加速测量计。

22.根据权利要求1所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的加速测量计包括一个霍尔效应元件。

23.根据权利要求21所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的加速测量计的构造使其只对发生在基本平行于车行方向的单一轴线上的速度改变有反应，并产生信号输出。

24.根据权利要求21所述的车辆安全约束系统，其特征在于：至少有两个加速测量计被用来产生碰撞输出信号。

25.根据权利要求1所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的系统电子设备包括一个充气点火电路和一个单独的系统控制电路。

26.根据权利要求25所述的车辆安全约束系统，其特征在于：所说的充气点火电路和系统控制电路使用从电池电源系统获得的不同电压等级。

27.一种用于控制采用可膨胀衬垫和充气源的被动式车辆乘客安全约束系统工作的装置，该装置包括：(a)一个负责传输反应碰撞事故发生的输出信号的传感器；(b)一个独立于车辆的其它电源系统的约束系统专用电池电源；(c)将碰撞事件传感器、和电池电源系统用电路相互连接起来的系统电子设备，系统电子设备包括程序控制的逻辑部件，用来调节控制从电池到碰撞传感器的具有预先设定宽度的离散能量脉冲的发送；以及(d)一个至少封装了传感器、电池电源及系统电子设备并屏蔽电磁辐射的壳罩。

28.根据权利要求27所述的控制装置，其特征在于：所说的系统电子设备包括一个微处理器和用于向传感器提供分时轮询脉冲的振荡电路。

29.根据权利要求28所述的控制装置，其特征在于：所说的充气源位于辐射屏蔽壳罩内。

30.根据权利要求27所述的控制装置，其特征在于：在系统电池电源和充气源之间连接了一个可操作的开关元件，当需要时通过该开关元件使充气源处于保险抑制状态。

31.一种用于当车辆发生碰撞事故时保护乘客的车辆安全约束系统，该系统包括一个可膨胀约束体、一个可操作地连接在约束体上的膨胀充气源及一个碰撞事故传感器，该传感器用于触发约束体的膨胀，该系统总成包括：(a)一个独立于车辆的其它电源系统的约束系统专用电池电源；以及(b)一个可操作地连接在电池电源及事故传感器之间的电源控制元件，由它来脉冲地控制从电池电源向事故传感器的电流供应，使传感器以预先设定的离散时间间隔采样检测实时状态。

32.根据权利要求31所述的安全约束系统，其特征在于：在电池电源上连接了一个电路保险开关，用于对电源控制元件中的其它部件的连接进行选择性的控制。

33.根据权利要求31所述的安全约束系统，其特征在于：所说的事故传感器包括一个霍尔效应元件。

34.根据权利要求31或32所述的安全约束系统，其特征在于：用于脉冲调制传感元件电力供应的电源控制元件包括一个微处理器。

35.根据权利要求31所述的安全约束系统，其特征在于：所说的可膨胀约束体包括一段长度固定的安全带第一部分，其上连接了一个背离乘客身体方向胀开的膨胀气囊。

36.根据权利要求35所述的安全约束系统，其特征在于：所说的安全带第一部分包括一个姿态调整元件，用于将安全带第一部分的某一选定侧定位于背离乘客身体的状态。

37.根据权利要求36所述的安全约束系统，其特征在于：所说的第一安全带姿态调整元件包括一个防扭曲部件，它可将安全带第一部分保持在最初的最佳定位状态。

38.根据权利要求37所述的安全约束系统，其特征在于：所说的防扭曲部件基本沿安全带第一部分的整个长度方向延伸。

39.根据权利要求35所述的安全约束系统，其特征在于：所说的安全带第一部分包括两个端部，其一端连接到车辆上，而另一端上有一个与带扣结合的扣舌，这样，安全带第一部分至少围绕了乘客的部分身体，在两端被固定了。

40.根据权利要求39所述的安全约束系统，其特征在于：系统还包括一个安全带第二部分，安全带第二部分包括两个端部，其一端连接到车辆上，而另一端上有一个带扣，用于与安全带第一部分上的扣舌实现可脱开的连接，安全带第二部分的长度可调。

41.根据权利要求40所述的安全约束系统，其特征在于：系统在扣舌和带扣中还包括电路开关结构，用于当扣舌和带扣被人工地结合在一起时将安全约束系统激活。

42.根据权利要求41所述的安全约束系统，其特征在于：所说的电路开关结构包括一个簧片开关和一个磁铁。

43.根据权利要求42所述的安全约束系统，其特征在于：所说的簧片开关安装在扣舌上，磁铁安装在扣舌上，磁铁安装在带扣上。

44.一种车辆安全约束系统，该系统有一个安装在安全带上的可膨胀元件、一个膨胀充气源、一个碰撞事故传感器及一个专用电池电源；该系统总成还包括：一个可操作地连接在电池电源及事故传感器之间的电子控制设备，该电子设备将从电池传输到碰撞传感器的电力供应调制成具有预先设定宽度的离散脉冲。

45.一种用于操作包括气囊、专用电池电源及碰撞传感器的车辆安全约束系统的方法，该方法步骤包括(a)设置一个编程控制的微处理器，用来控制系统的工作，微处理器的功能包括：(i)向传感器供电持续一段时间以实现传感器状态稳定；(ii)以离散的输入信号轮询传感器以确定传感器的实时状态；(iii)当没有检测到碰撞发生时，降低系统功耗，而当碰撞事故被检测到时，供电驱动系统；以及(iv)只要碰撞事件没有发生就循环地重复对传感器的供电和轮询过程。

46.根据权利要求45所述的操作过程，其特征在于：当所说的微处理器确定了一个减速事件发生时，就持续地对轮询碰撞传感器状态。

47.根据权利要求46所述的操作过程，其特征在于：当该事件被确认为是碰撞发生时，展开气囊。

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