CN105292047B - 磁流变限力器控制的安全带 - Google Patents

Abstract

一种磁流变限力器控制的安全带，包括锁扣、锁舌、织带、锁止器、连接板、滑块、磁流变限力器、电控器、电子控制单元、织带力传感器、电控开关和固定套。其中的磁流变限力器主要包括缸体、电磁铁活塞、活塞杆、密封隔板和磁流变液。本发明中的磁流变限力器采用磁流变控制，可以根据车速、织带加速度、车体倾斜角度、人体承受约束力，智能地控制锁止器中织带的张紧程度，既能保证在紧急情况下第一时间内将人体“束缚”于座椅上，又能根据人体可承受的生理极限，智能控制织带提供恰当的约束力来控制人体的减速度，保护人体免受织带的勒伤。

Description

磁流变限力器控制的安全带

技术领域

本发明涉及一种汽车安全带，尤其涉及一种磁流变限力器控制的安全带。

背景技术

自安全带被发明和使用以来，对汽车的被动安全性起到至关重要的作用，各国交通部门几乎都做了行车时佩戴安全带的强制性规定。目前车载安全带的种类有：复合敏感式安全带、限力式安全带、预张紧限力式安全带、预卷式预张紧限力式安全带。

这些安全带的锁止器结构都采用机械式结构，其触发方式取决于机械结构的设计值，即无法根据具体的道路情况、具体的车辆进行合理的调整与设定。且在发生安全带约束作用时，其织带对人体的约束反力无法控制，无法根据人体的生理承受极限进行智能控制，从而使织带本身对人体造成伤害。如复合敏感式安全带。

限力式安全带是在复合敏感式安全带的基础上，锁止器中是通过一金属扭杆来限制织带的约束力，但扭杆的限力范围有限且不可逆，超过强度极限后损坏，使乘员失去安全带的约束，与车内物品相撞而受到伤害，且这种限力式安全带扭杆变形后不能再次使用。

预卷式预张紧限力式安全带虽然采用点燃火药产生气体膨胀锁紧的方式对安全带进行预紧，但这样的工作方式存在使用后，其欲张紧限力锁止机构失效而不得不更换，一次性使用的弊端使用户的使用成本增加和资源的浪费。这种安全带仍不能控制织带锁止后织带对人体的伤害。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种磁流变限力器控制的安全带。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种磁流变限力器控制的安全带，包括锁扣、锁舌、织带和锁止器，锁扣通过连接件固定在车内地板上，织带的一端固定在锁止器上，另一端固定在车内的中立柱上，中间与锁舌滑套相连；还包括连接板、滑块、磁流变限力器、电控器、电子控制单元、织带力传感器、电控开关和固定套；连接板固定在汽车中立柱内，磁流变限力器的活塞杆与锁止器相连，活塞杆中间固定在滑块上，滑块与连接板滑动相连；织带力传感器和电控开关设置在锁扣内，电控开关的输出连接织带力传感器的输入，织带力传感器的输出连接电子控制单元的输入，电子控制单元的输出连接电控器的输入，电控器的输出连接磁流变限力器；固定套固定在车身结构件上，磁流变限力器、电控器和电子控制单元分别安装在固定套中。

所述磁流变限力器包括缸体、电磁铁活塞、活塞杆和密封隔板，密封隔板将缸体分隔成主腔和副腔，电磁铁活塞设置在主腔内，活塞杆的前端与锁止器相连，活塞杆的后端穿过密封隔板并与密封隔板滑动相连，在电磁铁活塞与缸体之间设有间隙，间隙内充装有磁流变液。

所述电磁铁活塞包括活塞本体，在活塞本体上开有第一环槽和第二环槽，第一环槽内缠绕有励磁线圈，励磁线圈外套有线圈保护套，线圈保护套上镶嵌有一圈不锈钢隔磁环；第二环槽下部安装有制动弹簧，上部安装有制动环；所述缸体内壁设有与制动环相匹配的制动槽，制动环可在制动弹簧的作用下弹出与制动槽咬合相连对活塞形成锁定；所述电控器的输出连接励磁线圈。

所述磁流变限力器还包括活塞杆导向座和回位弹簧，活塞杆导向座连接在缸体的前端面，对活塞杆提供径向支撑；回位弹簧安装在活塞杆导向座外的活塞杆上，提供活塞回位的弹力。

所述锁止器采用为国家强制标准GB14166-2013《机动车乘员用安全带、约束系统、儿童约束系统ISOFIX儿童约束系统》中规定使用的织带锁止器，锁止器内设有车体加速传感器、织带拉出加速度传感器和车体倾斜传感器。

所述连接板内设有滑槽，所述滑块设置在滑槽内可前后滑动。

所述锁扣和锁舌与所述电控开关、织带力传感器形成开关连锁，即锁扣和锁舌相连时，电控开关、织带力传感器启动，锁扣和锁舌脱离时，电控开关、织带力传感器关闭。

磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下磁流变液的颗粒分布是杂乱的，呈现出低粘度的牛顿流体特性；但在磁场的作用下，却是有规则的、且沿磁场方向成链或链束状排列，产生了类固体的特征，由小粘度易流动的牛顿流体变为高粘度难流动的塑性宾汉(Bingham)流体。由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的，而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系。因此，可以通过控制磁场作用力的大小达到控制磁流变液的剪切屈服强度的目的，从而对处于磁流变液中的运动部件产生可变控制阻尼力，实现适时、可逆的连续阻尼力控制，同时实现对运动部件速度、位移的控制。

本发明中的磁流变限力器采用磁流变控制，可以根据人体承受力的极限智能控制织带约束力的大小，既能保证最大限度提供给织带在第一时间内将人体“束缚”于座椅上，紧接着可根据人体承受的生理极限，通过电控器控制磁流变限力器中的电流控制活塞的阻尼力、速度、位移量，使织带“放松”对人体的束缚，织带智能地提供给人体可承受的约束力。在安全位移内控制人体的减速度，避免勒伤。

本发明具有断电保护功能，即使是在由于撞车等事故，造成智能控制的磁流变限力器出现电路断路时，由于磁流变限力器与锁止器采用组合式连接，仍能启用锁止器锁止织带，具有可靠性和安全性。

本发明能够实现实时、连续、可逆、低能耗地控制织带约束力，实现智能控制。它采用智能材料实现阻尼力的控制，控制磁路布置简单易行，受温度影响较小，应用范围广。磁流变限力器与锁止器采用组合式连接，可反复使用，寿命长，极大降低用户的使用和维修成本。结构简单，所占空间小，易于集成，制造成本低。

附图说明

图1是本发明磁流变限力器控制的安全带的结构原理示意图；

图2是本发明中的磁流变限力器的结构原理示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的磁流变限力器控制的安全带，包括锁扣1、锁舌2、织带3、锁止器4、连接板5、滑块6、磁流变限力器7、电控器8、电子控制单元9、织带力传感器10、电控开关11和固定套12。锁扣通过连接件固定在车内地板上，织带的一端固定在锁止器上，另一端固定在车内的中立柱上，中间与锁舌滑套相连；连接板固定在汽车中立柱内，磁流变限力器的活塞杆与锁止器相连，活塞杆中间固定在滑块上。在连接板内设有滑槽，滑块设置在滑槽内可前后滑动。织带力传感器和电控开关设置在锁扣内，电控开关的输出连接织带力传感器的输入，织带力传感器的输出连接电子控制单元的输入，电子控制单元的输出连接电控器的输入，电控器的输出连接磁流变限力器；固定套固定在车身结构件上，磁流变限力器、电控器和电子控制单元分别安装在固定套中。

参见图2，本发明中的磁流变限力器7包括缸体71、电磁铁活塞72、活塞杆73和密封隔板74，密封隔板将缸体分隔成主腔75和副腔76，电磁铁活塞设置在主腔内，活塞杆的前端与锁止器相连，活塞杆的后端穿过密封隔板并与密封隔板滑动相连，在电磁铁活塞与缸体之间设有间隙，间隙内充装有磁流变液。

电磁铁活塞72包括活塞本体，在活塞本体上开有第一环槽和第二环槽，第一环槽内缠绕有励磁线圈721，励磁线圈外套有线圈保护套722，线圈保护套上镶嵌有一圈不锈钢隔磁环723；第二环槽下部安装有制动弹簧724，上部安装有制动环725；在缸体71内壁设有与制动环相匹配的制动槽711，制动环可在制动弹簧的作用下弹出与制动槽咬合相连对活塞形成锁定；上述电控器的输出连接励磁线圈。

上述磁流变限力器7还包括活塞杆导向座77和回位弹簧78，活塞杆导向座连接在缸体的前端面，对活塞杆提供径向支撑；回位弹簧安装在活塞杆导向座外的活塞杆上，提供活塞回位的弹力。

本发明中的锁止器采用国家强制标准GB14166-2013《机动车乘员用安全带、约束系统、儿童约束系统ISOFIX儿童约束系统》中规定使用的织带锁止器，锁止器内设有车体加速传感器、织带拉出加速度传感器和车体倾斜传感器。

本发明中的锁扣1和锁舌2与所述电控开关11、织带力传感器10形成开关连锁，即锁扣和锁舌相连时，电控开关、织带力传感器启动，锁扣和锁舌脱离时，电控开关、织带力传感器关闭。

本发明的工作原理是：

1、车辆正常启动行驶时，乘员拉动锁舌2插入锁扣1中，通过锁扣启动电控器开关11，电控开关11发出输出信号给织带力传感器10，织带力传感器10测量织带3所承载的拉力，将测量值输出给电子控制单元9，与设定的人体承力极限值相比较，未达到一定数值时，不启动电控器8和磁流变限力器7。同时，锁止器4中的织带可以正常使用。

2、发生紧急情况时，锁止器4中的车体加速传感器、织带拉出加速度传感器和车体倾斜传感器中任一传感器达到设计门槛值时，紧急锁止织带3，使人体受织带3的约束不能移动。与此同时，织带力传感器10测量织带3的拉力值超过设定门槛值时，电子控制单元9按照已编制的程序发出启动信号给电控器8，通过电控器8给磁流变限力器7中的励磁线圈721提供合适的电流，使电磁铁活塞72与缸体71之间产生磁场，磁流变液被磁化成链，会产生设计时的阻尼力。同时电磁铁活塞72上的制动环725由于受到电磁铁活塞72的磁性吸附，克服制动弹簧724的回弹力，与缸体71分离。如果织带3的拉力超过已设计的人体承受极限时，织带3带动锁止器4和滑块6在连接板5上的滑槽内移动，而滑块6与限磁流变限力器7的活塞杆73连接，带动电磁铁活塞72剪切磁流变液，电磁铁活塞72受到磁流变液阻尼力的控制，可得到合理的活塞速度和位移量。因此，人体所承受的织带3的约束力得到合理的控制。

3、解除安全带的使用状态：按动锁扣1使锁舌2拔出，即可关闭电控开关11，解除安全带的使用状态。

磁流变限力器的工作原理是：

磁流变限力器7的缸体71内的活塞72上的凹槽中缠绕着通电励磁线圈721，通电励磁线圈721在活塞72和缸体71之间产生径向的磁场，活塞72和缸体71的间隙中充满着磁流变液，径向的磁场使间隙处的磁流变液中的磁性颗粒沿径向排列成“链”，活塞72移动时，其线速度的方向与磁性颗粒沿径向排列成“链”的方向垂直，使磁流变液中的“链”受到剪切，而磁流变液的剪切屈服强度与磁感应强度具有对应关系，磁感应强度的大小则可通过电控器控制励磁线圈721中的电流来确定，这样就可通过控制励磁线圈721中电流的大小达到控制磁流变液的剪切屈服强度的目的，从而使磁流变液对活塞72产生双向可控阻尼力，根据需要实现适时、可逆连续控制。

Claims (4)

1.一种磁流变限力器控制的安全带，包括锁扣、锁舌、织带和锁止器，锁扣通过连接件固定在车内地板上，织带的一端固定在锁止器上，另一端固定在车内的中立柱上，中间与锁舌滑套相连；其特征在于：还包括连接板、滑块、磁流变限力器、电控器、电子控制单元、织带力传感器、电控开关和固定套；连接板固定在汽车中立柱内，磁流变限力器的活塞杆与锁止器相连，活塞杆中间固定在滑块上，滑块与连接板滑动相连；织带力传感器和电控开关设置在锁扣内，电控开关的输出连接织带力传感器的输入，织带力传感器的输出连接电子控制单元的输入，电子控制单元的输出连接电控器的输入，电控器的输出连接磁流变限力器；固定套固定在车身结构件上，磁流变限力器、电控器和电子控制单元分别安装在固定套中；

所述磁流变限力器包括缸体、电磁铁活塞、活塞杆和密封隔板，密封隔板将缸体分隔成主腔和副腔，电磁铁活塞设置在主腔内，活塞杆的前端与锁止器相连，活塞杆的后端穿过密封隔板并与密封隔板滑动相连，在电磁铁活塞与缸体之间设有间隙，间隙内充装有磁流变液；

所述电磁铁活塞包括活塞本体，在活塞本体上开有第一环槽和第二环槽，第一环槽内缠绕有励磁线圈，励磁线圈外套有线圈保护套，线圈保护套上镶嵌有一圈不锈钢隔磁环；第二环槽下部安装有制动弹簧，上部安装有制动环；所述缸体内壁设有与制动环相匹配的制动槽，制动环可在制动弹簧的作用下弹出与制动槽咬合相连对活塞形成锁定；所述电控器的输出连接励磁线圈；

所述锁止器采用国家强制标准GB14166-2013《机动车乘员用安全带、约束系统、儿童约束系统ISOFIX儿童约束系统》中规定使用的织带锁止器，锁止器内设有车体加速传感器、织带拉出加速度传感器和车体倾斜传感器。

2.根据权利要求1所述的磁流变限力器控制的安全带，其特征在于：所述磁流变限力器还包括活塞杆导向座和回位弹簧，活塞杆导向座连接在缸体的前端面，对活塞杆提供径向支撑；回位弹簧安装在活塞杆导向座外的活塞杆上，提供活塞回位的弹力。

3.根据权利要求1所述的磁流变限力器控制的安全带，其特征在于：所述连接板内设有滑槽，所述滑块设置在滑槽内可前后滑动。

4.根据权利要求1所述的磁流变限力器控制的安全带，其特征在于：所述锁扣和锁舌与所述电控开关、织带力传感器形成开关连锁，即锁扣和锁舌相连时，电控开关、织带力传感器启动，锁扣和锁舌脱离时，电控开关、织带力传感器关闭。