彈簧驅動式主動響應頭枕的製作方法

2023-06-18 18:56:01

專利名稱：彈簧驅動式主動響應頭枕的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種汽車座椅系統頭枕部分的機構，用於減少追尾碰撞過程中乘客頭部與汽車頭枕之間的水平距離，進而有效地保護頭頸部，屬於汽車內飾設備技術領域。
背景技術：
隨著汽車保有量的日益增加，交通事故及其所造成的損失也隨之加劇。據悉，1900年全球有統計記錄的汽車交通事故損失為1370億美元，1993年達到5000億美元。我國2002年發生的773173次交通事故中，死亡109381人，受傷562074人，直接經濟損失高達33億元。汽車追尾事故佔總交通事故的30%以上，追尾最容易引發頭部頸部受傷，有統計表明，26%的追尾事故中頭頸部會受傷，受傷的主要原因在於追尾事故中，前車受到來自後方的撞擊，車內乘員由於慣性會產生劇烈的後仰動作，人體軀幹部分受座椅和靠背的保護·而很少受傷，但頭部一般距離頭枕較遠，強大的衝擊會使頭部甩向後方，牽動頸部被拉伸或扭曲，直至撞到頭枕，然後頭部又像鞭梢一樣被頸部加速甩向前方，頭頸部因承受巨大的衝擊和變形而造成損傷，嚴重時可危及生命，這就是人們常稱的「揮鞭傷」。實驗表明，即使低速情況下發生碰撞，由於車輛加速的力量全部擠壓在人脆弱的頸部，也會發生頸部受傷。避免上述傷害的最直接方法是採用主動式安全頭枕系統。國內外現有的主動式頭枕可以分為兩類。第一種是強動式頭枕，其核心是一種純機械系統，如李爾公司的一代和二代頭枕，李爾公司第一代主動式安全頭枕利用肩膀擠壓座椅靠背的力量達到頭枕前移的效果。而在第二代主動式安全頭枕中，李爾公司重新設計了頭枕，在後擦碰發生時以盆骨擠壓座椅的聯動機構，在聯動機構的作用下，頭枕同時向上向前快速移動，達到適當位置，最大限度地防止頭部猛烈後仰，從而達到保護駕駛員和乘客的頭部和頸部安全的目的；再如大眾公司輝騰的AKS，利用一個彎形槓桿的轉動讓頭枕向上向前移動。該類頭枕的特點在於在動作完成後，頭枕能自動回復到原來位置，以備下次使用；另外，頭枕都是在碰撞發生之時才啟動，頭枕前移的速度和距離取決於碰撞強度，如果結構設計稍有偏差，可能導致頭枕的前移與乘員頭部的後仰相撞，反而加重頭頸部的損傷。第二種是激活式頭枕，如CN201824996U公開的內置安全氣囊的主動式頭枕裝置；CN 100569562C公開的機電結合式主動頭枕裝置；US2005127726A1公開的機械電磁結合式主動頭枕裝置。該類頭枕的特點在於頭枕系統具有完整的感知、控制和執行等子系統，具有較強的智能性和主動性；但氣囊式頭枕只能一次性使用，電機驅動式頭枕的響應速度取決於電機本身，機械電磁結合式頭枕結構複雜，成本高，不便於在中低檔車型上推廣，而且頭枕啟動之後還需要用專門的工具進行復位，目前只有少量的高檔車型使用此種主動式安全頭枕。
發明內容本實用新型的目的，開發基於彈簧驅動的主動響應式頭枕，在碰撞發生之前可實現頭枕前部的快速水平移動，從而減少乘客頭頸部的揮鞭仰角，以達到最佳保護乘客頭頸部的效果。[0005]為實現本實用新型的目的，本汽車頭枕裝置包括通用的高度調節機構和棘輪調整機構，用於頭枕活動部分向前移動的滑車導軌導引機構和驅動彈簧，用於釋放導引機構的直動吸入式電磁鐵，以及用於檢測碰撞發生並及時作出反應的控制系統。本實用新型的具體技術方案為，包括滑車I、導軌I、直動吸入式電磁鐵、固定框架、彈簧擋板、驅動彈簧、頭板、導軌II、滑車II、限位銷I和限位銷II，所述固定框架為U型槽狀，下端與棘輪調整機構的框架通過螺栓固定聯接，固定框架兩側對稱布置導軌I和導軌II，導軌I、導軌II通過螺栓與固定框架聯接，滑車I和滑車II分別與導軌I和導軌II通過滾珠進行滑動；所述頭板與滑車I和滑車II的一端通過螺栓聯接，頭板再與頭枕活動部分固定聯接；所述彈簧擋板與固定框架的槽底固定聯接，驅動彈簧由彈簧擋板和頭板上下約束，由固定框架兩側左右約束，直動吸入式電磁鐵固定在固定框架的槽底外側；所述限位銷I和限位銷II分別與導軌I和導軌II固連；所述直動吸入式電磁鐵主要由滑杆、彈簧、夕卜殼、線圈、鐵芯、擋圈和蓋板組成。線圈纏繞在鐵芯上，鐵芯左右分別與蓋板和外殼固定聯接，蓋板與外殼固定聯接，彈簧套在滑杆上，滑杆插入鐵芯之後由擋圈固定其一端。高度調節機構和棘輪調整機構沿用公開號為CN 101508257A的類似結構，只是將 棘輪調整機構直接安裝在與垂直高度調節杆固聯的水平支承杆上。棘輪調整機構框架上開有兩個螺紋孔，用於和固定框架的聯接，以此框架為支撐，設計出頭枕前移的驅動機構，機構的頭板聯接至頭枕的活動部分。為了讓頭枕在後碰撞發生之時能迅速前移到位，以實現在毫秒級時間內有效保護頭頸部的目的，本實用新型的控制系統採用車輛行進中實時檢測判斷的手段，隨時監控跟車與自車的行進狀況，計算安全車距，並進行安全車距與行車間距的對比，如果檢測到碰撞將要發生，則立即啟動直動吸入式電磁鐵，促使頭枕前移，達到保護頭頸部的目的。為了釋放對滑車I的限位，本實用新型專門設計了直動吸入式電磁鐵，該直動吸入式電磁鐵採用小電阻線圈，瞬間吸力大，當碰撞傳感器接收到後碰撞信號時，電磁鐵通電，產生足夠的電磁吸力將滑杆吸入，從而釋放對滑車I的限位，最終觸發頭枕迅速前移。為了減少頭枕前移過程中的摩擦，本實用新型的導引部分採用滑車配導軌，滑車與導軌之間採用滾珠滑動，將摩擦力降至最低，實現頭枕活動部分的快速前移。為了實現碰撞發生後的頭枕復位，本實用新型在一側滑車尾部開有斜槽，無需藉助外部工具即可輕鬆實現頭枕的快速復位。為了降低頭枕的設計成本，便於在所有車型上普及使用，本頭枕的控制系統在原有汽車自車速度傳感器的基礎上，增加了部分軟體和硬體，處理硬體採用了價格低廉的單片機系統。也可以將速度傳感器作為單獨的一部分與控制系統安裝在一起，這樣頭枕整個系統便是單獨的一塊，通用性更好，安裝和更換比較簡單。本實用新型將簡單的彈簧驅動機構和滑車導軌導引機構結合在一起，並通過控制系統進行有效控制，其中控制系統可提前判斷追尾發生，進而完成對電磁鐵的啟動；頭枕導引機構摩擦力小，安裝方便，傳遞效率高；直動吸入式電磁鐵瞬間作用力大，能對導引機構進行迅速釋放。因此，該主動響應式頭枕響應速度快，結構簡單，造價低廉，便於推廣普及。

圖I為主動頭枕在正常狀態下的三維示意圖。[0015]圖2為主動頭枕在追尾事故發生時的三維示意圖。圖3為正常狀態下直動吸入式電磁鐵與滑車I的相對位置狀態。圖4為追尾事故發生時直動吸入式電磁鐵與滑車I的相對位置狀態。圖5為主動頭枕正常狀態下的限位示意圖。圖6為主動頭枕追尾狀態下的限位示意圖。圖7為沿圖6中線A-A剖視後的直動吸入式電磁鐵結構示意圖。圖8為主動頭枕控制系統的工作原理框圖。圖中1支撐杆；2水平支承杆；3滑車I ;4直動吸入式電磁鐵；5導軌I ;6固定框 架；7彈簧擋板；8驅動彈簧；9頭板；10導軌II ;11滑車II ; 12棘輪調整機構；13豎直調節杆，14限位銷I、15限位銷II，16滑杆、17彈簧、18外殼、19線圈、20鐵芯、21擋圈、22蓋板。
具體實施方式
下面參照附圖詳細描述本發明的具體實施方式
。如圖f 2所示，本實用新型的高度調節機構包括豎直調節杆13、支撐杆I、水平支承杆2。豎直調節杆13和支撐杆I的上端與水平支承杆2固定聯接，豎直調節杆13和支撐杆I的下端安插在座椅靠背的上端部，引領整個框架可以上下移動，從而調節頭枕的高度。豎直調節杆13上開有四個豁口，與座椅靠背中的彈性檔位塊配合，控制頭枕的上下位置。水平支承杆2的中部安裝有棘輪調整機構，具體結構與聯接關係見專利CN 101508257A，該棘輪調整機構可以前後向調整頭枕的姿態，以適應乘客的舒適度要求。棘輪調整機構12的框架上開有兩個螺紋孔，用於和固定框架6的下端聯接，以此固定框架6為支撐，設計出實現頭枕前移的驅動機構，機構的頭板9聯接至頭枕的活動部分。該頭枕的驅動機構包括滑車I 3、導軌I 5、直動吸入式電磁鐵4、固定框架6、彈簧擋板7、驅動彈簧8、頭板9、導軌II 10、滑車II 11、限位銷I 14和限位銷II 15，所述固定框架6的下端與棘輪調整機構12的框架通過螺栓固定聯接，固定框架6兩側對稱布置導軌I 5和導軌II 10，導軌I 5、導軌II 10通過螺栓與固定框架6聯接，滑車I 3和滑車II 11分別與導軌I 5和導軌II 10通過滾珠進行滑動；所述頭板9與滑車I 3和滑車II 11的一端通過螺栓聯接，再與頭枕活動部分固定聯接；所述彈簧擋板7與固定框架6的槽底固定聯接，驅動彈簧8由彈簧擋板7和頭板9上下約束，由固定框架6兩側左右約束，直動吸入式電磁鐵4固定在固定框架6的槽底外側；所述限位銷I 14和限位銷II 15分別與導軌I 5和導軌Π 10固連。當車輛處於正常狀態下，頭枕可事先手動將驅動彈簧8壓縮至圖5狀態，依靠滑車I 3的尾部斜槽，推動直動吸入式電磁鐵4的滑杆16向內部運動，直至滑杆16卡入滑車
I3的限位槽內，如圖3所示，此時，頭枕導引機構的滑車部分被限位，整個頭枕驅動裝置處於壓縮狀態，如圖I所示；當控制系統判斷車輛即將發生追尾事故時，觸發直動吸入式電磁鐵4瞬間通入較強電流，將滑杆16吸入，如圖4所示，釋放對滑車I 3的限位，滑車I 3和滑車II 11在彈簧8的驅動下，分別沿導軌I 5和導軌II 10向前伸出，直至導軌I 5和導軌
II10上的限位銷I 14和限位銷II 15卡入滑車I 3和滑車II 11的限位槽，如圖6所示，此時驅動彈簧8被鎖定，頭板9停止伸出，頭枕狀態如圖2所示。[0027]圖7為直動吸入式電磁鐵的剖面結構示意圖。該電磁鐵主要由滑杆16、彈簧17、外殼18、線圈19、鐵芯20、擋圈21和蓋板22組成。線圈19纏繞在鐵芯20上，鐵芯20的左右兩端分別與蓋板22和外殼18固定聯接，蓋板與外殼固定聯接，彈簧17套在滑杆上，滑杆插入鐵芯之後由擋圈固定其一端。當汽車未發生後碰撞事故時，滑杆16在彈簧17的作用下自動推出；反之，當汽車發生後碰撞事故時，控制器觸發向線圈19通入電流，電磁鐵瞬間產生較大的吸力，將滑杆16吸入電磁鐵內部並保持適當時間；當碰撞過程結束後，停止向線圈19通電，滑杆16回復到初始位置。圖8為主動頭枕控制系統的工作原理框圖。所述硬體系統包括汽車速度傳感器，裝在汽車後端的測距傳感器，以及對各傳感器的輸入信號按軟體系統進行計算處理的單片 機組成；汽車行駛過程中，自車速度傳感器和裝在汽車尾部的距離傳感器實時採集車況信息，並將信息輸入給控制系統預設的計算程序，程序計算之後，進行安全車距與實時車距之間的判斷，若實測車距小於安全車距，則控制系統啟動電磁鐵，頭枕活動部分前移，若實測車距不小於安全車距，則繼續檢測自車和後車信息，並進行實時處理和判斷。
權利要求1.彈簧驅動式碰撞主動響應頭枕，其特徵在於，包括滑車I(3)、導軌I (5)、直動式吸入式電磁鐵(4)、固定框架(6)、彈簧擋板(7)、驅動彈簧(8)、頭板(9)、導軌II (10)、滑車II(11)、限位銷I (14)、限位銷II (15);所述固定框架(6)的下端與棘輪調整機構(12)的框架通過螺栓固定聯接，固定框架(6)為U型槽狀，固定框架(6)兩側對稱布置導軌I (5)和導軌II (10)，所述導軌I (5)、導軌II (10)通過螺栓與固定框架(6)聯接，滑車I (3)和滑車II(11)分別與導軌I (5)和導軌II(IO)通過滾珠進行滑動；所述頭板(9)與滑車I (3)和滑車II (11)的一端通過螺栓聯接，所述頭板(9)與頭枕活動部分固定聯接；所述彈簧擋板(7)與固定框架(6)的槽底固定聯接，驅動彈簧(8)由彈簧擋板(7)和頭板(9)上下約束，由固定框架(6)兩側左右約束，直動吸入式電磁鐵(4)固定在固定框架(6)的槽底的外側；所述限位銷I (14)和限位銷II (15)分別與導軌I (5)和導軌II (10)固連。
2.根據權利要求I所述的彈簧驅動式碰撞主動響應頭枕，其特徵在於，包括控制系統，所述控制系統包括硬體系統和軟體系統兩部分，所述硬體系統包括汽車速度傳感器，裝在汽車後端的測距傳感器，以及對各傳感器的輸入信號按軟體系統進行計算處理的單片機組成。
專利摘要本實用新型公開了一種用於追尾碰撞頭頸部保護的彈簧驅動式主動響應頭枕。在車輛行進過程中，自車速度傳感器和安裝在汽車後端的測距傳感器實時採集數據，控制系統對各傳感器的輸入信號按設定程序進行計算處理。若實測車距小於由處理單元計算所得的安全車距，則控制系統控制直動吸入式電磁鐵作用，產生較大的電磁吸力，釋放預緊彈簧，實現頭枕活動部分的快速前移。該主動響應式頭枕機構可以提前判斷追尾碰撞，結構簡單，導引機構摩擦力小，響應速度快，造價低廉，便於推廣普及。
文檔編號B60N2/48GK202703345SQ20122009178
公開日2013年1月30日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者尹小琴, 朱喜行 申請人:江蘇大學