CN101171159B - 座椅安全带预紧器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种座椅安全带预紧器装置，包括一种用于在安全带上提供至少两个张力等级的预紧器(17)和一种用于控制预紧器(17)的控制系统(9-16)。控制系统(9-16)提供至少一个来自于至少一个与车辆(1)的当前或预期动态状况相关的被感应出的参数的车辆滑移函数。响应控制系统(9-16)提供的滑移函数的值，控制系统(9-16)选择通过预紧器(17)应用于安全带的张力等级。

Description

座椅安全带预紧器装置
技术领域
本发明涉及座椅安全带预紧器装置，更确切地说，涉及应用于车辆上的座椅安全带预紧器装置，诸如汽车，从而对座椅安全带施加张力而降低乘员在事故中受伤害的危险性。 
背景技术
以前有人提出安装座椅安全带预紧器，此预紧器在发生事故时会在座椅安全带上产生张力。许多此类型的预紧器被进发电荷所驱动，它可以产生气体使活塞在汽缸内移动。活塞在缠绕在座椅安全带牵引器轴上的线缆上产生张力以便使座椅安全带卷进牵引器内，从而绷紧穿过佩戴了安全带的乘客的膝部和胸部的座椅安全带。其它类型预紧器可能在座架上移动整个牵引器，或者移动座椅安全带的一个端部，或者移动座椅安全带穿过的引导装置，或者沿着座架移动座椅安全带的带扣。预紧器的作用在于确保座椅安全带能够提供最佳的保持效果，使得佩带了座椅安全带的乘客在事故发生时有效的保持在座位上，从而使佩带了安全带的乘客从座椅上的位置离开而与车辆的诸如方向盘或仪表板等部件相撞的危险最小化。 
美国专利US 6394495公开了一种具有电子紧固装置的座椅安全带紧固器，此装置受控于传感器所发信号，此传感器评估与安装了此装置的车辆相关的各种参数。此电子紧固装置能够产生一种具有相对较低座椅安全带张力的“软”紧固轮廓，或者可替代的能够产生一种具有较高拉力的“硬”紧固轮廓从而提供较高的座椅安全带张力。当汽车显示出某种操纵特性时，诸如过高的侧向加速度或过大的侧偏角速度或侧偏角加速度，选择软紧固轮廓。另一方面，当其他的指示信号，诸如来自于用于确定制动强度的制动器压力仪的信号，高于给定的门限值时，选择硬紧固轮廓。 
因而，软紧固轮廓用于响应从一些特殊传感器来的信号，硬紧固轮廓用于响应从其他传感器来的信号。
本发明试图提供一种改进的座椅安全带预紧器装置。 
发明内容
本发明提出了一种座椅安全带预紧器装置，此预紧装置包括一个被设置为可以在安全带上产生至少两个等级张力的预紧器和一种控制系统，为了控制预紧器，控制系统被设置为可以提供至少一个来源于至少两个与当前或预期的车辆滑移状况相关的被感应参数的车辆滑移函数，控制系统也被设置为能够响应由控制系统提供的滑移函数的值而选择被预紧器应用于安全带上的张力等级。 
优选地，控制系统包括至少一个处理器用于处理从两个或更多传感器来的信号以便产生滑移函数。 
方便地，此装置包括一个或多个传感器用于感应与滑移相关的参数。 
有利地，此传感器感应从纵向速度、侧向加速度、角速度(侧偏)和转向角度中选择的参数。 
优选地，存在一种所述处理器，用以产生表示车辆转向过度/转向不足的函数。 
方便地，此装置具有一种处理器，用于产生表示车辆车身滑移的函数。 
有利地，存在一种所述处理器，用于产生表示车辆规避机动(evasive manoeuvring)的函数。 
方便地，表示车辆规避机动的函数是轴向速度、转向角度和转向角度变化率(转向角速度)的函数。 
方便地，存在一种所述处理器，用于产生表示车辆高速转弯的函数。 
优选地，此装置具有一种鉴别器，用于从大量的滑移函数中选择一个。 
优选地，从转向过度/转向不足、车身滑移、规避机动和高速回转中选择该至少一个滑移函数。当多个滑移函数将被使用时，一些或者所有这些滑移函数可能都是存在的。 
在一个具体实施例中，此装置具有一个用于从大量滑移函数中选择出一个的鉴别器。 
优选地，此装置具有至少三个门限。 
在另一个可替代的具体实施例中，控制系统包括一种比较器，此比较器被设置为能够把所述滑移函数和第一门限相比较并且当超出第一门限时提供一个输出，然后此输出响应函数值的任何进一步增加以预定义的方式升高，控制系统根据所述的输出控制预紧器以提高安全带中的张力。 
方便地，比较器随着函数值的平滑增加而平滑升高，控制系统根据所述平滑输出控制预紧器平滑地提高安全带中的张力。 
优选地，在函数值降低到低于所述至少一个门限后，控制系统维持最大的安全带中施加的张力直到预定的时间段结束。 
附图说明
为了更便于理解本发明和认识更多的特性，本发明通过具体实施例的方法并且参照附图进行描述，图中： 
图1所示为指示出了用于控制安全带牵引器的各种被感应参数的汽车概要图。 
图2所示为具有各种传感器的座椅安全带预紧器装置和与牵引器相关联的处理电路的框图。 
图3所示为用于阐释目的的曲线图。 
图4所示为另一个用于阐释目的的曲线图。 
具体实施方式
如图1所示，汽车1以示意图的方式表示，汽车1具有一对后轮2和一对前轮3。图1示出了在本发明的一个具体实施例中可能被感应的各种参数。汽车具有纵向速度Vx，此速度是汽车的正常速度。汽 车可能还具有侧向加速度ay，此加速度可能是由于侧面冲击产生的，或者替代地，产生于汽车的高速或剧烈转向。汽车可能具有相对于穿过汽车中心点的垂直轴z的角速度ωz。此角旋转可以被称之为“侧偏”。 
在任何瞬时中汽车还具有“转向角度”，即转向角δ，它是汽车前轮3的转动方向和汽车的纵向轴之间的角度。 
当前轮3和/或后轮2沿着侧向滑移时，汽车1可能就会处于侧向或边向滑移状况，这是由于诸如汽车1的转向不足或转向过度所导致的。当汽车1的车身滑移时，也就是汽车1的车身在侧向上滑移时，也会导致滑移状况的发生。 
图2所示为用于感应图1所示的各种参数的多种传感器。传感器4用于感应纵向速度Vx。传感器5用于确定相对于垂直轴z的角速度ωz(或“侧偏”)。传感器6用于确定转向角δ。传感器7用于确定侧向加速度ay。 
从传感器的各种组合所得信号被传递到中心系统中，在此系统中信号被处理器处理从而产生代表汽车的各种“操控状况”或“汽车动态激烈性状况”的输出。因而，信号被有效地处理以便确定汽车正如何被驱动，车速较快还是较慢，转弯还是直行，是否是剧烈或高速转弯，从而能够确定是否存在发生事故的危险或可能性。 
例如，处理器9确定Vx、ωz和δ的函数(fo/u)，此函数(fo/u)指示出了转向过度和转向不足的程度。因而，处理器9对来自于三个传感器，即传感器4、5和6，的输入执行复杂的处理过程从而产生有效指示转向不足程度或转向过度程度的输出。可以理解，指示转向不足或转向过度程度的输出将被用于指示汽车1的侧向滑移的程度。 
类似的，处理器10确定Vx、ωz和ay的函数(fbs)，此函数(fbs)指示出了车身滑移的程度。因而，处理器9对来自于三个传感器，即传感器4、5和7，的输入执行复杂的处理从而产生有效指示汽车滑移程度的输出。 
类似的，处理器11确定Vx和δ的函数(fem)，此函数(fem)指示出了汽车规避机动的程度。此函数实际上不仅引入了δ，而且引入了δ对时间的一阶微分，此微分在处理器11中被确定。因而处理器11对来自于两个传感器，即传感器4和6，的输入进行复杂的处理，从而产生有效指示执行的规避机动程度的输出。规避机动的程度与汽车1的侧向滑移有关，可以理解，指示规避机动程度的输出被用于指示汽车1预期的滑移。
处理器13确定Vx和ay的函数(fhsc)，此函数(fhsc)指示出了汽车的高速转弯。因而，处理器13对来自于两个传感器，即传感器4和7，的输入执行复杂的处理从而产生有效指示汽车正在经历的高速转弯的程度的输出。如果汽车1正处于高速转弯中，则汽车1可能会产生侧向滑移。可以理解，来自于传感器4和7的指示汽车高速转弯程度的输出被用于指示汽车1预期的滑移。 
如上所述，此装置会产生大量信号，每个所述的信号指示了汽车的“操纵状况”或“滑移状况”。当汽车缓慢和谨慎行驶时，这些信号具有较低的值，当汽车以具有潜在危险的方式被驾驶时，这些信号具有较高的值。 
如上所述的本发明具体实施例，处理器9到13的所有输出被提供给鉴别器14。鉴别器14能够有效地确定来自于处理器9到13的哪个输入信号具有最高的绝对值|fi|max并且把此信号传递到比较器15中。鉴别器14产生函数(fi)的绝对值的输出，也就是说输出此函数的数值而不管此值是正数还是负数。可替代的，鉴别器14可能把来自于不同处理器9到13的信号组合起来以便提供一个复杂的函数用于指示汽车1的侧向滑移的程度或侧向滑移的预期程度，也指示出了事故发生的风险或总的概率。在确定复杂函数时可能会使用除处理器9到13的输出外的其他数据，例如，被传感器4所探测的汽车的速度。 
鉴别器14的输出被传递到比较器15中。比较器15包括至少一个门限。比较器15的目的是当来自于鉴别器14的函数值超出了第一门限时提供一个输出，并且对函数值的进一步增加做出响应。因而，在本具体实施例中比较器15拥有五个增量门限。可以设置任何个数的门限，最小优选值为三个门限。门限个数越多，安全带上的张力的“平滑性”越好。 
例如，可能具有五个增量门限。比较器的输出被提供给张力等级选择器16。张力等级选择器16控制电子马达17绷紧安全带直到达到预定的张力，此马达被并入安全带牵引器19中。因而，当第一个门限被超过时安全带内的张力增加，并且当每个其余四个门限被超过时，响应函数值每一次进一步的增大，安全带内的张力也会随之增大。因此，安全带被牵引器所绷紧，其张力取决于函数值的大小，随着函数(fi)值的增加张力等级也会相应的增大。 
处理器9到13、鉴别器14、比较器15和选择器16共同构成了用于控制预紧器的控制系统。控制系统从各种被探测的参数中产生大量滑移函数。应用于安全带的张力等级依据于最大的函数值来选择。 
同时，在所述具体实施例中包括具有特殊门限的比较器，在本发明改进的具体实施例中张力等级选择器设置为能够选择直接与函数值大小成比例的安全带内的张力等级或预紧力，一旦函数值超出了第一个较低的门限，安全带内张力会平滑上升直到达到最大张力而不采用步进升高的方式。 
同时，如上所述，控制函数通过使用从大量的来自于各种处理器的函数中选择出的函数而起作用，每个处理器有效的生成指示汽车特殊的滑移函数或操纵特性的信号，使用只具有一个上述处理器的系统是可行的。因而，如果只有处理器9被使用，指示转向过度或转向不足程度的处理器9的输出会直接传递到比较器15中，以便把转向过度或转向不足程度和多个门限(如参照图3所描述的)相比较，进而把信号传递到张力等级选择器16中，这将导致牵引器被绷紧。 
至此，应该认识到不同的传感器探测各种参数，这些参数虽然不直接涉及事故的情况，但是，通过探测这些参数，确定事故在什么时候有可能发生是可能的，并且把诸如汽车瞬时速度Vx纳入评估范围之后，确定可能发生的事故的严重程度也是可能的。与这些计算结果相对应，安全带可能被收回到牵引器中。如果处于汽车失控的风险较小 的情况下，则安全带内的张力会比较柔和。这将使得安全带处于最优的状态中从而当发生事故时对使用安全带的乘客提供预期程度的保护，而且安全带内的轻柔张力可以作为一种很好的警告方式，可以提醒乘客，特别是汽车的驾驶者，汽车正处于会导致事故发生的驾驶方式中。这种安全带内的轻柔或软张力不会使安全带自身对使用安全带的乘客造成不适或伤害。例如如果汽车高速转弯时，这种安全带内的柔和张力可能会有助于把乘客保持在座位中。如果经过处理器9到13的操作使得鉴别器14选择的函数(fi)的值超过了比较器15内的门限并且指示出有可能发生严重的或“高动能”的事故时，安全带将被牵引器绷紧到较高的程度，这可能会对佩带了安全带的乘客带来轻微的不适，(或者可能伤害到乘客，特别是如果乘客患有骨质疏松症或骨脆综合症时)但是会确保安全带处于最优的状态中从而在发生预期的严重事故时为佩带了安全带的乘客提供保护。 
例如，如图3所示，上部的图形为处理器9的输出的曲线图，也就是提供可以指示转向过度或转向不足程度函数(fo/u)的处理器。此图显示了五个用于转向不足或转向过度的预定义的门限。可以看出，最初存在一定程度的转向不足。当转向不足的程度超出了第一个门限时，张力马达17启动从而绷紧安全带直到产生张力F，可以看到此时安全带内的张力达到了50N。此后，第二个门限被超过，从而张力也上升到75N。当第三个门限被超过时，张力上升到100N，并且超过第四和第五门限时张力分别上升到125N和150N。随后，转向不足的程度继续升高，但是张力依然保持在最大值150N。 
随着转向不足程度的降低，不同的门限被通过直到最后通过第一个门限。然而，张力始终保持最大值直到所有门限被通过并且如短箭头21所示的，此后还会在附加的预定义时间内维持最大张力。这样可以确保在复杂事故状况中张力不会过早的释放。 
此后有一段转向过度时期，当第一个门限被再次超过时张力再次达到50N，并且当第二个和第三个门限被超过时张力分别达到75N和100N。在曲线图的这一部分，第四和第五个门限没有被超过。在安全 带中再次保持最大的张力值直到过度转向降低到第一个门限之下，并且在施放张力之前同样的还会在另一个附加的预定义时间内维持最大张力，如箭头22所示。 
如图3所示，应该认识到安全带内的张力会随着每个门限的被通过而步进式的增大。在本发明的改进的具体实施例中，当第一个门限被超过时，通过在安全带中使用初始的“软”张力从而以更“平滑”的方式产生张力是可能的。在此实施例中，当第一个门限被超过时选择器16提供一个输出，此输出以预定义的方式升高以响应函数值的任何进一步增大。因而，安全带内的张力大小与相应的函数值的大小实际上成比例直到超过第二个门限或达到可以应用于安全带上的最大的张力。应用于安全带内的张力再次保持在最大等级直到函数值降低到第一个门限之下之后的预定义的时间结束。这一过程由图4中的实线来表示，相应的“步进”函数值由虚线来表示。 
在本发明的优选实施例的操作中，张紧器早期的柔和启动可能不是由于真正处在事故中，而是由于汽车处于一种不正常的操纵方式中。这将会提醒驾驶者可能存在有可能发生的潜在事故。除了上述的各种传感器外，本发明的其他实施例也可能使用其他的传感器。传感器信号可能来自于构成ESP(电子稳定程序)系统的传感器，也可能来自于构成ABS(制动防抱死系统)系统的传感器。 
可以理解，由于使用电子马达张紧牵引器内的安全带，马达很容易释放张力，并且当情况允许时可以立即准备好以便重新使用，这一点不同于使用进发电荷的预紧器，此进发电荷通过产生的气体而操纵预紧器。 
构成本发明具体实施例一部分的牵引器可能另外设有用进发电荷驱动的常用预紧器，在上述传感器没有探测到的事故发生时，此预紧器响应于事故传感器而被启动。 
同时，本发明是通过具体实施例来进行描述的，在此实施例中预紧器被集成入牵引器中，其他类型的预紧器也可以被使用。 
可以设想在本发明的某种实施例中，控制系统可以被设置为无论 安全带和汽车何时被使用，张紧马达17均在安全带上产生张力以便使安全带从不“松弛”从而总是轻柔的把乘客限制在座椅内。在这种类型的实施例中，在控制系统地控制下，作为对上述潜在的“事故”状况的响应，通过张紧马达应用于安全带上的张力将增大。 
当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括(comprise)”和“包括(comprising)”以及其它的变化形式指特定的特性、步骤或整体被包含。但此概念不可以解释为不包含其他的特性、步骤或组件。 

Claims (13)

1.一种座椅安全带预紧器装置，包括设置为在安全带上提供至少两个张力等级的预紧器(17)和用于控制预紧器(17)的控制系统(9-16)，其特征在于：所述控制系统(9-16)被设置为提供至少一个汽车滑移函数(fi)，所述函数来自于至少两个与汽车(1)的当前或预期滑移状况相关的被感应的参数，所述控制系统包括比较器，所述比较器配置成将所述至少一个汽车滑移函数与第一门限和对应连续增加的滑移程度的至少一个连续增加的门限比较，所述比较器还配置成当所述滑移函数值超过所述第一门限和所述至少一个连续增加的门限中的任一个时提供输出，其中所述输出随着所述滑移函数值的平滑增大而平滑增加，所述控制系统被配置成响应由控制系统提供的滑移函数的值，通过所述预紧器选择应用于安全带上的张力等级，所述张力等级与所述滑移函数值的大小成比例，当所述滑移函数值超出了第一门限后，安全带内张力会平滑上升直到达到最大张力而不采用步进升高的方式。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制系统(9-16)包括至少一个处理器(9，10，11，13)以便处理来自两个或更多传感器(4-7)的信号从而产生所述滑移函数(fi)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置包括两个或更多的传感器(4-7)以感应与滑移相关的参数。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述传感器(4-7)感应从纵向速度(Vx)、侧向加速度(ay)、角速度(ωz)和转向角(δ)中选择出的参数。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器中的第一处理器(9)用于产生指示汽车(1)的转向过度/转向不足的函数(fo/u)。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器中的第二处理器(10)用于产生指示汽车(1)的车身滑移的函数(fbs)。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器中的第三处理器(11)用于产生指示汽车(1)的规避机动的函数(fem)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，指示规避机动的函数(fem)是纵向速度(Vx)、转向角(δ)和转向角(δ)变化率(转向角速度)的函数。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器中的第四处理器(13)用于产生指示汽车(1)的高速转弯的函数(fhsc)。
10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，具有鉴别器(14)用于从多个滑移函数(fo/u，fbs，fem，fhsc)中选择出一个。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个滑移函数(fo/u，fbs，fem，fhsc)从指示汽车的转向过度/转向不足、车身滑移、规避机动和高速转弯的函数中被选择出来。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制系统被设置为当所述滑移函数(fi)的值降到至少一个所述门限以下后，在安全带内维持施加的最大张力直到预定义的时间段结束。
13.一种座椅安全带预紧器装置，包括设置为在安全带上提供至少两个张力等级的预紧器(17)和用于控制预紧器(17)的控制系统(9-16)，所述控制系统(9-16)包括至少一个处理器(9，10，11，13)以便处理来自两个或更多用于感应与汽车(1)的当前或预期滑移状况相关的参数的传感器(4-7)的信号从而产生多个汽车滑移函数(fo/u，fbs，fem，fhsc)，所述控制系统(9-16)包括鉴别器(14)用于从多个滑移函数(fo/u，fbs，fem，fhsc)中选择出一个，而滑移函数(fo/u，fbs，fem，fhsc)是从指示汽车的转向过度/转向不足、车身滑移、规避机动和高速转弯的函数中选择出的，所述控制系统(9-16)还设置为响应由控制系统(9-16)提供的滑移函数(fi)的值，通过预紧器(17)选择应用于安全带上的张力等级，所述控制系统(9-16)包括比较器(15)，所述比较器配置成将所述至少一个汽车滑移函数与第一门限和对应连续增加的滑移程度的至少一个连续增加的门限比较，所述比较器还配置成当所述滑移函数值超过所述第一门限和所述至少一个连续增加的门限中的任一个时提供输出，其中所述输出随着所述滑移函数值的平滑增大而平滑增加，所述张力等级与所述滑移函数值的大小成比例，当所述滑移函数值超出了第一门限后，安全带内张力会平滑上升直到达到最大张力而不采用步进升高的方式。
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