带有扭杆的座椅安全带卷收器

摘要

一种安全带卷收器(10)具有卷轴(14)。在座椅安全带拉长期间扭杆(18)吸收来自卷轴(14)的能量。扭杆(18)具有用于相对高速率地进行能量吸收的至少第一部分(22)和用于相对低速率地进行能量吸收的较佳的第二部分(26)。扭杆(18)具有外部护套(50A)，该外部护套浇铸、模制、涂敷或以其它方式结合到第一部分(22)或第二部分(26)的外表面的一部分并围绕该部分，该扭杆一旦经受足够的转动能量就断开第一部分(22)或第二部分(26)和外部护套(50A)之间的结合。

权利要求

1.一种座椅安全带卷收器(10)，包括：

卷轴(14)，所述卷轴(14)可围绕轴线转动；

扭杆(18)，所述扭杆沿所述轴线延伸并支承所述卷轴(14)，所述扭杆(18)具有第一部分(22)和第二部分(26)，所述第一部分(22)用于对所述卷轴(14)提供相对高的用来阻止座椅安全带拉长的力，所述第二部分(26)用于对所述卷轴(14)提供相对低的用来阻止座椅安全带拉长的力；以及外部护套(50A)，所述外部护套(50A)插入在所述卷轴(14)和所述扭杆(18)之间，所述外部护套(50A)沿所述扭杆(18)的外表面的各部分以模制或涂敷的方式结合到所述扭杆的所述第一和第二部分(22、26)；其中在充分经受转动能量时断开所述扭杆(18)的所述第二部分与所述外部护套(50A)之间的所述结合。

2.如权利要求1所述的座椅安全带卷收器(10)，其特征在于，包括联接器(54)，所述联接器(54)用于选择性地将所述扭杆(18)的所述第一部分(22)和所述扭杆(18)的所述第二部分(26)与所述卷轴(14)配合，所述联接器(54)具有第一联接位置和第二联接位置，在第一联接位置中所述扭杆的所述第一部分(22)与所述卷轴(14)配合，在所述第二联接位置中，所述扭杆(18)的所述第二部分(26)与所述卷轴(14)配合，所述联接器(54)设置成在大致沿所述轴线的方向在所述第一联接位置和所述第二联接位置之间移动。

3.如权利要求2所述的座椅安全带卷收器(10)，其特征在于，包括致动器(74)，所述致动器(74)用于将所述联接器(54)在所述第一联接位置和所述第二联接位置之间移动。

4.如权利要求3所述的座椅安全带卷收器(10)，其特征在于，所述致动器(74)是气体发生器。

5.如权利要求3所述的座椅安全带卷收器(10)，其特征在于，所述致动器(74)设置成沿横向于所述轴线方向导向致动力，所述致动力用于将所述联接器(54)在所述第一联接位置和所述第二联接位置之间移动。

6.如权利要求5所述的座椅安全带卷收器(10)，其特征在于，包括用于将来自横向于所述轴线的方向的所述致动力改变方向到大致沿所述轴线的方向的构件(82)。

7.如权利要求6所述的座椅安全带卷收器(10)，其特征在于，包括用于改变所述构件的运动方向的引导结构(86)。

8.如权利要求7所述的座椅安全带卷收器(10)，其特征在于，所述引导结构(86)是斜坡。

9.如权利要求2-8中任一项所述的座椅安全带卷收器(10)，其特征在于，还包括用于在所述第一部分和所述第二部分之间移位的移位机构(30)，所述移位机构(30)包括在第一连结位置与第二连结位置之间的螺纹可动连结件，在所述第一连结位置所述扭杆(18)的所述第一部分(22)与所述卷轴(14)配合，且在所述第二连结位置所述扭杆(18)的所述第二部分与所述卷轴(14)配合。

说明书

带有扭杆的座椅安全带卷收器

[0001] 本发明涉及带有负载限制扭杆的座椅安全带卷收器。

[0002] 碰撞时，座椅安全带卷收器具有限制座椅安全带从壳体延伸的锁定件。在锁定状态，常规座椅安全带系统限制车辆乘客向前移动。尽管座椅安全带具有一定的弹性，但对车辆乘客的限制力还是很大的。为了减小该力，制造商可使用扭杆以受控的方式来吸收车辆乘客向前运动的能量。当座椅安全带拉长时扭杆扭转并变形使得车辆乘客在碰撞期间更缓和地停止。

[0003] 体重较重的车辆乘客需要的限制力比较轻的车辆乘客大。要求对较重的车辆乘客使用比对较轻的车辆乘客高的能量吸收速率。

[0004] 最近制造商开始生产以不同速率吸收能量以适应不同体重的车辆乘客的座椅安全带卷收器。例如，当体型较小的人坐在车上时，座椅安全带卷收器设置在低速率能量吸收，使得用比较重的车辆乘客小的限制力来限制较轻的车辆乘客。另一方面，对于较重的车辆乘客，较高的能量吸收速率用于用较大的限制力来为较重的车辆乘客减速。碰撞期间中等重量的车辆乘客可能需要限制力速率的组合。这样，车辆乘客接受更好地适应其重量的限制力。

[0005] 在某些情况下，车辆经受连续碰撞。要求在第二次碰撞时对较重的车辆乘客以相同高的速率继续吸收能量。但是，对于较轻的车辆乘客，较佳的是对于第一次碰撞最初以较低速率从座椅安全带卷轴吸收能量，然后对于第二次碰撞以较高速率吸收能量。此外，对于中等重量的车辆乘客，理想的是对于最初碰撞以较高速率然后以较低速率吸收能量。对于第二次碰撞，较佳的是较高速率的能量吸收。常规座椅安全带卷收器不具有这种特征。因此需要解决上述问题的多级能量吸收卷收器。

[0006] 本发明通过外部护套提供对该问题的解决方案，该外部护套铸造、模制、涂敷或以其它方式结合到扭杆的第一部分的外表面的一部分并围绕该部分，该扭杆一旦经受足够的转动能量就断开第一部分和外部护套之间的结合。

[0007] 图1是新型座椅安全带卷收器的立体剖视图。

[0008] 图2是图1的座椅安全带卷收器的移位机构的剖视图。

[0009] 图3是图1和2的座椅安全带卷收器的剖视图。

[0010] 图4是图1-3的座椅安全带卷收器的剖视图。

[0011] 图5是图1-4的座椅安全带卷收器的立体图。

[0012] 图6示出致动状态的联接器。

[0013] 图7是座椅安全带卷收器的分解图。

[0014] 图8是具有改进的扭杆的座椅安全带卷收器的立体剖视图。

[0015] 图9是图8的移位机构的剖视图，示出扭杆设置成高速率能量吸收。

[0016] 图10示出图8-9的座椅安全带卷收器，扭杆设置成相对低速率的能量吸收。

[0017] 图11是图8和9的座椅安全带卷收器的剖视图，移位机构将扭杆设置成高速率能量吸收。

[0018] 图12是图8-11的座椅安全带卷收器的立体图，示出处于非致动状态的联接器。

[0019] 图13示出处于致动状态的图12的联接器。

[0020] 图14是座椅安全带卷收器的分解图。

[0021] 图15a是改进的扭杆的平面图，其中扭杆为单一扭杆直径，外部护套结合到扭杆的外表面的一部分。

[0022] 图15b是类似于图15a的扭杆的平面图，其中外部护套延伸覆盖扭杆的整个外表面。

[0023] 图16a是示出能量吸收速率作为扭杆的扭转变形和具有单直径扭杆的常规现有技术座椅安全带卷收器的扭矩的函数的曲线图。

[0024] 图16b是示出能量吸收速率作为扭杆的扭转变形和改进的外部护套应用到单直径扭杆的扭矩的函数的曲线图。

[0025] 图16c是以虚线示出的能量吸收速率从高能量负载率到低能量负载率的过渡作为扭杆的扭转变形和具有如图1-7所示多负载级扭杆的座椅安全带卷收器的扭矩的函数的曲线图，以实线示出图8-14所示改进的外部护套结合到两件扭杆的曲线。

[0026] 图1是座椅安全带卷收器10的立体剖视图。座椅安全带卷收器10具有其上卷绕有座椅安全带16的卷轴14。座椅安全带卷收器10使安全带16能够沿箭头A的方向拉长并沿箭头B的方向缩回。当座椅安全带16沿箭头A的方向拉长时，卷轴14沿箭头Z的方向转动来旋紧缩回弹簧17。缩回弹簧17通过使卷轴14沿箭头Y的方向转动而沿箭头B的方向再卷绕座椅安全带16的未使用部分。

[0027] 座椅安全带卷收器10具有探测车辆速度变化的惯性传感器19。碰撞时，惯性传感器19致动与锁定轮21配合并将锁定轮21锁定在位以限制座椅安全带16拉长的棘爪(未示出)。为了减小座椅安全带16对车辆乘客的限制力，座椅安全带卷收器10具有在座椅安全带16拉长时从卷轴14吸收能量的扭杆18。扭杆18机械地连结到卷轴14并随着卷轴14扭转和变形。扭杆18具有第一部分22和第二部分26。第一部分22的直径比第二部分
26的直径大。两部分22、26都可变形。第一部分22的扭转导致与第二部分26的扭转相比以相对高的速率进行能量吸收。

[0028] 扭杆18用作支承件，卷轴14可转动地安装在该扭杆上。扭杆18的端部100具有与锁定轮21上的沟槽(未示出)配合的花键24并转动地锁定以随着锁定轮21运动。扭杆18的另一端104转动地锁定以随着缩回弹簧17运动。螺纹件50(扭矩管)围绕扭杆18设置。螺纹件50具有与扭杆18的第一部分22的花键25配合的沟槽(未示出)，使得螺纹件50转动地锁定以随着第一部分22运动。

[0029] 扭杆18具有位于第二部分26的端部104附近的花键33。花键33与联接器54上的沟槽(未示出)配合，使得第二部分26转动地锁定以随着联接器54运动。在图7中，螺纹件50具有与联接器54上的孔112配合的突出部分108。联接器54上的孔112与螺纹件50的突出部分108之间的配合比第二部分26的花键33与联接器54上的沟槽之间的配合要紧。联接器54转动时，当联接器54与螺纹件50配合时，它会使扭杆的第一部分22而不是扭杆的第二部分26转动，即使第二部分26与联接器54配合也是如此。

[0030] 如图2所示，在正常操作期间，卷轴14通过在该位置与螺纹件50配合的联接器54转动地锁定以随着扭杆18运动。螺纹件50转动地锁定以随着扭杆18的第一部分22运动。当锁定轮21通过惯性传感器19解锁时，卷轴14的转动使扭杆18卷绕或展开缩回弹簧17。

[0031] 碰撞时，选择性地致动扭杆18而以两种不同速率来吸收来自座椅安全带16的拉长的能量：通过第一部分22的相对高的速率和通过第二部分26的相对低的速率。不像常规设计那样，座椅安全带卷收器10具有附加移位机构30，该机构选择扭杆18吸收能量的速率。座椅安全带卷收器10具有控制能量吸收的两个结构，提供附加控制级。

[0032] 在碰撞期间，起初通过控制单元58借助于控制联接器54的定位来选择能量吸收的速率，该控制单元58通过借助于已知传感器和程序感测车辆乘客的体型和重量来确定适当的速率。在控制单元58已进行该确定之后，其根据该感测的数据来控制联接器54的位置。

[0033] 如果感测到较重的车辆乘客，则控制单元58将座椅安全带卷收器10保持在图2所示的位置。这里，联接器54处于卷轴14与第一部分22配合的位置。当在碰撞期间惯性传感器19将锁定轮21锁定在位时，阻止第一部分22的端部100转动。座椅安全带16沿箭头A的方向拉出将负载沿负载路径27传递，即通过卷轴14、联接器54、螺纹件50以及第一部分22。端部100由锁定轮21锁定就位，同时在花键25处，第一部分22会继续沿箭头Z的方向转动。第一部分22会在花键25处扭转并通过变形吸收能量。对于较重的车辆乘客，扭杆18完全通过第一部分22来吸收来自卷轴14的能量，无论碰撞的次数是多少。第一部分22具有足够的可变形能力来对预期次数的碰撞事件吸收能量。

[0034] 如果控制单元58确定中等重量的车辆乘客坐在座位上，则较佳的是起初以高速率、然后以低速率减慢中等重量车辆乘客的加速度。因而，控制单元58使卷轴14能够将第一部分22变形预定数量的转数或预定量的时间，并然后将联接器54沿轴线X沿箭头C的方向从图2所示的位置移动到图3所示的位置。如图3所示，联接器54与螺纹件50脱开，但仍然在第二部分26的花键33处保持联接到卷轴14。然后形成负载路径29，使得负载通过卷轴14、联接器54和花键33传递到扭杆18的第二部分26。第二部分26在花键200处锁定到螺纹件50并由此锁定到扭杆的第一部分22。当由于安全带拉长，卷轴14沿箭头Z的方向转动时，卷轴14使联接器54先使扭杆的第二部分26扭转，然后使第一部分22扭转。这具有由第二部分26以较低速率吸收来自座椅安全带拉长的能量的作用。

[0035] 此外，对于较轻的车辆乘客，较佳的是在碰撞开始时以较低速率吸收来自座椅安全带拉长的能量。控制单元58编制成立即将联接器54从位置62移位到另一位置66，使得负载立即如图3所示沿负载路径29传递。这样，仅以较低速率通过座椅安全带卷收器10来吸收能量。

[0036] 现将参照图5和6解释联接器54的致动。控制单元58与致动器74、烟火装置通讯，烟火装置在致动时沿箭头D方向产生气体。箭头D横向于轴线X。如图6所示，该气体在构件82的壁92上产生力78。然后构件82沿箭头Y的方向围绕轴线X转动并跨骑到诸如斜坡的引导构件86上，使构件82沿箭头C的方向移动。构件82的运动使联接器54沿箭头C的方向运动。构件82会倾向于滑下引导结构86并与联接器54分开。这是比较理想的，因为否则在缩回弹簧17展开卷轴14时，联接器54和卷轴14会遇到阻力。如果致动器74未致动，则联接器54和构件82由保持弹簧90偏置到引导结构86的底部。

[0037] 通过分析车辆乘客的重量和体型的已知程序控制单元58进行能量吸收速率的控制。座椅安全带卷收器10具有用于在第一部分22和第二部分26之间移位的移位机构30。与控制单元58相反，移位机构30不参考车辆乘客的重量或体型来对座椅安全带卷收器10进行移位。

[0038] 在图1-3中，扭杆18具有螺纹件50，该螺纹件50连结成在花键25处随着第一部分22转动。当扭杆18随着座椅安全带16拉长而沿箭头Z的方向转动时，螺纹件50也转动。接纳在螺纹件50上的是移位机构30，在该情况下是螺纹可动连结件或滑槽(件图7)。移位机构30连结成随着卷轴14转动，而螺纹件50连结成随着扭杆18转动。由于扭杆18变形，所以螺纹件50以比卷轴14低的速率转动，产生卷轴14和螺纹件50之间的相对运动。如图4所示，螺纹件50和卷轴14之间的相对运动使移位机构30围绕螺纹件50的螺纹转动并由此沿箭头C的方向从第一连结位置34移动到第二连结位置38。当移位机构30到达第二连结位置38之后，移位机构30将邻靠螺纹件50的端部39。在该位置，移位机构
30可不再沿箭头C的方向运动，然后来自安全带拉长的负载沿负载路径31传递，该负载路径通过卷轴14、移位机构30、螺纹件50和扭杆18的第一部分22。扭杆18现以比第二部分
26高的速率吸收来自卷轴14的能量。

[0039] 移位机构30自动并机械地从低速率能量吸收转换到高速率能量吸收。转换发生的时间取决于转换机构30邻靠端部39之前卷轴14能够转动的转数。转数可基于安全气囊展开之后车辆乘客的预期位置。如果发生第二次碰撞，则座椅安全带卷收器10即将以较高的能量吸收速率吸收第二次撞击。

[0040] 对于中等重量的车辆乘客，控制单元58使第一部分22能够以较高速率吸收来自卷轴14的能量，然后将联接器54从第一联接位置62移位到第二联接位置66，从而通过第二部分26以较低速率吸收能量。在预定转数之后，移位机构30向后移位到第一部分22的较高速率。对于较轻的车辆乘客，控制单元58立即转换到较低速率的能量吸收。在预定转数之后，移位机构30移位到较高速率的能量吸收。中等重量和较轻的车辆乘客都在第二次碰撞时受到保护。

[0041] 在图8至14中，示出替代座椅安全带卷收器10A。除了螺纹件50用外部护套部件50A来代替之外，座椅安全带卷收器10A具有关于图1-7所示和描述的卷收器10中所示的所有部件。所示外部护套50A模铸到扭杆18上。扭杆18机械地连结到卷轴14并随着卷轴14扭转和变形。扭杆18具有第一部分22和第二部分26。第一部分22的直径比第二部分26的直径大，两部分22、26都可变形。第一部分22的扭转导致与第二部分26的扭转相比以相对高的速率进行能量吸收，第二部分26以较低的速率吸收能量。

[0042] 扭杆18用作支承件，卷轴14可转动地安装在该扭杆上。扭杆18的一端部100具有与锁定轮21上的沟槽(未示出)配合的花键25并由此转动地锁定以随着锁定轮21运动。扭杆18的另一端104转动地联接到缩回弹簧17。此外，像螺纹件50的外部护套50A形成围绕扭杆18设置的扭矩管。外部护套50A与螺纹件50一样具有外螺纹。护套50A形成有通过围绕扭杆18的第一部分22的花键25铸造形成的沟槽(未示出)，使得外部护套50A转动地锁定以随着第一部分22运动。

[0043] 扭杆18具有位于第二部分26的端部104附近的花键33。这些花键33与联接器54上的沟槽(未示出)配合，使得第二部分26转动地锁定以随着联接器54运动。在图14中，护套50A具有与联接器54上的孔112配合的突出或突起部分108。联接器54上的孔
112与护套50A的突出部分108之间的配合(fit)比第二部分26的花键33与联接器54上的沟槽之间的配合要紧。联接器54转动时，当联接器54与护套50A配合时，它会使第一部分22而不是第二部分26转动，即使第二部分26与联接器54配合也是如此。

[0044] 在图9中，在正常操作期间，卷轴14通过在该位置与护套50A配合的联接器54转动地锁定以随着扭杆18运动。护套50A转动地锁定以随着扭杆18的第一部分22运动。当锁定轮21通过惯性传感器19解锁时，卷轴14的转动使扭杆18卷绕或展开缩回弹簧17。

[0045] 碰撞时，选择性地致动扭杆18而以两种不同速率来吸收来自座椅安全带16的拉长的能量：通过第一部分22的相对高的速率和通过第二部分26的相对低的速率。但是，不像常规设计那样，座椅安全带卷收器10A具有附加移位机构30，该机构选择扭杆18吸收能量的速率。座椅安全带卷收器10A具有控制能量吸收的两个结构，由此提供其它座椅安全带卷收器中所没有的附加控制级。

[0046] 除了螺纹件50机械夹到扭杆18上而所示外部护套50A模铸到扭杆上之外，座椅安全带卷收器10A的操作与先前关于图1-7所描述的相同。图8-14中所示具有外部护套50A的卷收器10A功能与在机械附连的螺纹件50上具有波纹的卷收器10相同，具有改进的性能。

[0047] 所示外部护套50A是直接形成在扭杆22、26上的模铸部分。扭杆22、26由钢合金制成并形成在屈服或断裂之前扭转多次。所示外部护套50A由锌制成，其在下表面处与钢扭杆22、26接界，形成能够阻止达到一定值的扭转扭矩的结合。超过该临界扭矩，该结合沿其最弱的附连位置快速且均匀地断开。例如，在较小直径的扭杆26上，由于施加扭矩并将负载传递到第二部分26，外部护套50A继续将扭矩传送到较大直径部分22。负载吸收速率会处于较高速率，直到沿部分26的杆的结合在接界处失效为止。根据沿部分26的较小直径杆结合的周界面积，外部护套50A的结合失效并快速且均匀地放开时，此后卷收器从预先结合断裂，较高速率几乎立即下降到较低速率的能量吸收。该微小的改变意味着座椅安全带放出负载比现有机械夹紧方法更快速地从较高负载速率过渡到较低负载速率。这在图16c中示出。

[0048] 该特征可应用于具有扭杆的任何座椅安全带卷收器，无论是单直径的一件、两直径的一件还是两直径的两件部件。外部护套可以是任何适当的模铸材料，像锌、14K金或锌合金或模制塑料或复合材料，其中扭杆插入到外部护套内或护套材料可以是敷加到扭杆的一部分的表面的涂敷材料。与常规扭杆相比，扭杆的表面与外部护套之间的结合的断裂通过负载扭转件的弹性塑性变形区域提供从较高能量吸收级到较低能量吸收级的改进的过渡。

[0049] 模铸外部护套50A可如图15a和15b所示用在均匀直径的单个扭杆上。在图15a中，外部护套覆盖扭杆的扭曲轴的一部分，而在图15b中，示出外部护套跨越扭杆的扭曲轴的整个长度延伸。在具有两个部分的一件式扭杆中，可使用外部护套50A的一个较大直径轴部分22和第二较小直径轴部分26。

[0050] 外部护套50A可作为涂层、模制到下面的扭杆上或铸造在扭杆上而施加到扭杆上。主要标准是在可比下方的扭杆的至少一部分承受更高扭矩或负载的表面界面处形成结合，在扭杆扭转时，其伸长且直径变小，使得当扭矩扭曲达到并因此开始超过结合强度时，结合的至少一部分断裂，使得能量吸收速率快速降低，能够更快速地过渡到所要求速率的能量吸收。对于单一直径轴的扭杆，外部护套50A断开跨越外部护套50A和下方的扭杆的整个表面界面的结合。涂层、铸件或模制外部护套50A必须足够牢固以确保其传送负载来断开结合表面是完全在吸收能量吸收负载的扭杆上。这确保在碰撞时负载传送速率实际上是瞬时的。

[0051] 模铸外部护套50A由锌制成，但也可由任何锌合金或适当的模铸材料制成。模铸外部护套50可替代地内嵌模制成基于塑料或复合物或树脂的聚合物外部护套来实现足以实现目的的结合。可由环氧树脂或类似材料制成厚涂层来形成外部护套50A。