具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置及其工作方法，该装置包括双稳态弹性结构件、齿轮组、工字齿块、连接齿块、连杆、导轨以及限位装置组成，双稳态弹性结构件两端与汽车底盘连接，其中点处通过连杆和工字齿块连接，工字齿块通过齿轮组和连接齿块组成单自由度的运动机构，座椅通过该机构可以沿双稳态跳转方向运动。该装置的工作方法是汽车发生碰撞时，在双稳态弹性结构件的反作用力下，装置能够有效缓减碰撞加速度对人造成的伤害。本发明专利技术为纯机械结构，具有响应快，可靠性高，抗干扰能力强等优点，能够有效避免汽车正碰或偏置碰撞对车内前排人员的伤害，适用于多种类型汽车。

【技术实现步骤摘要】
具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置及其工作方法
本专利技术涉及汽车被动安全装置
，具体地说是一种具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置及其工作方法。
技术介绍
目前，汽车碰撞事故中，由于车身变形致使驾乘人员缺乏生存空间而造成的伤亡占了很大的比例。另外，车身压缩变形使车内驾乘人员由于活动空间受到限制而困在车内，极易引起二次伤亡事故。针对车辆碰撞事故的安全保护措施，目前主要有安全气囊、安全带等装置，但是其对于车身形变而造成的挤压伤害不能起到根本的保护作用。另外，通过碰撞安全座椅的调研发现，现有碰撞安全座椅的设计难以同时避免车辆碰撞引起的加速度和变形损伤。例如，中国专利(公开号：CN1245760A，公开号：CN2863546U)都采用了刚性部件直接和座椅连接，在正面碰撞的过程中在外力的作用下推动座椅向车后移动，但是由于外力直接传递给座椅，所以乘坐人员所受的加速度比较大。中国专利(公开号：CN201520231)采用弹簧驱动装置，在汽车碰撞时，需要外力准确触动推杆打开锁止装置，才能使座椅在预紧弹簧的拉动下向车尾移动。不足之处在于，推杆打开锁止装置的过程较为复杂，且精准度要求较高，容易引发装置无法打开的故障。还有中国专利(公开号：CN202357917)采用液压传动系统，在汽车碰撞后，传感器传来的碰撞信号使电磁转向阀打开，蓄能器提供能量使液压缸驱动导轨上的座椅向后移动，但是其系统较为复杂，传感器本身容易受外界干扰产生误操作。另外，美国专利(公开号：US005646613A)采用辐射能探测器和外部展开安全气囊，结合其他辅助设备，在汽车碰撞时打开气囊，能够减少一定程度的机械损坏，起到缓冲的作用，但是其辅助设备较为复杂、昂贵，而且无法完全避免汽车正面碰撞变形对前排驾乘人员的挤压伤害。通过系统调研发现，现有车辆安全座椅主要存在以下问题：1)响应速度慢；2)无法规避碰撞加速度造成的成员伤害。例如碰撞事故中，座椅通过与其相连接的装置发生碰撞作用，致使碰撞力直接传递给驾驶员，较大的加速度会对驾乘人员造成伤害，无法实现碰撞过程中加速度值的降低，无法规避碰撞过程中对人体伤害严重的加速度区间；3)结构复杂，适用的碰撞范围局限。由于采用特殊的结构如电液驱动、传感器感应等，使得座椅只能在特定的碰撞下才能发生移动，若碰撞位置发生变化，座椅就大大降低或者失去了保护作用。因此，提出一种有效且切实可行的碰撞安全座椅的设计对于提升碰撞过程中对驾驶员和乘员的安全保护程度具有重要的意义。
技术实现思路
根据上述提出的基于位移感应的线弹性碰撞安全座椅存在的技术问题，而提供一种具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置及其工作方法。本专利技术主要通过座椅和其相关辅助执行机构的连接，在汽车发生正面碰撞或者成一定角度的偏置碰撞时，实现对驾乘人员安全保护的作用。本专利技术采用的技术手段如下：一种具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置，其特征在于：包括一两端固定于汽车底盘且中点与连杆的一端连接的双稳态弹性结构件；一设置在座椅底部中央、与齿轮组中大齿轮啮合的工字齿块和一设置在所述工字齿块两侧的、与齿轮组中小齿轮啮合的连接齿块，其中，所述连接齿块固定在所述座椅上，所述工字齿块与所述连杆的另一端连接；所述汽车底盘上从外到内依次成对对称固定有第一导轨、第二导轨和第三导轨，所述座椅固定在所述第一导轨上的第一滑块上；所述工字齿块的下端面和第三导轨上的第三滑块连接；所述齿轮组的大齿轮和小齿轮由中间轴通过键和键槽固定连接，且大齿轮下端面和其一侧的轴端表面固定于第二导轨上的第二滑块；所述第一导轨靠近所述双稳态弹性结构件的一端设有限位装置。上述的第一导轨、第二导轨、第三导轨均为对称设置，且平行纵向固定在汽车底盘上，限位装置在座椅向车尾方向滑动至一定距离时限位锁止。进一步地，在初始状态时，所述双稳态弹性结构件其拱起侧朝向车头方向，所述双稳态弹性结构件为V型梁、弧形梁、余弦梁、拱形梁形式中的一种。所述双稳态弹性结构件不局限于上述的几种形式，只要可以实现双稳态跳转的结构均可。进一步地，所述工字齿块包括中立柱齿条和分别固定在所述中立柱齿条两端的端板Ⅰ和端板Ⅱ，所述工字齿块与所述连杆连接的端板Ⅰ宽度窄于另一端端板Ⅱ宽度，所述端板Ⅱ朝向车头方向。进一步地，所述连接齿块包括齿条立柱和分别固定在所述齿条立柱靠近所述工字齿块一侧立面两端的齿块端板Ⅰ和齿块端板Ⅱ，所述齿块端板Ⅱ与所述端板Ⅰ在同一侧朝向车尾方向，所述齿块端板Ⅱ的宽度宽于所述齿块端板Ⅰ。上述的端板与中立柱齿条及齿块端板与齿块立柱相接触的位置可采用斜面形式过渡或其他形式过渡，这样可以实现较小的冲击，增大缓冲，延长工件的使用寿命。进一步地，在初始状态时，所述连接齿块和所述齿轮组中小齿轮啮合于所述连接齿块朝向车头方向的齿块端板Ⅰ一端；所述工字齿块和所述齿轮组中大齿轮啮合于所述工字齿块朝向车尾方向的端板Ⅰ一端；所述第一导轨上的第一滑块处于车头方向一端，所述第三导轨上的第三滑块处于车头方向一端，所述第二导轨上的第二滑块处于车头方向一端。本专利技术还公开了上述具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置的工作方法，其特征在于：当座椅向车头方向运动时，所述座椅和固定在其底部的连接齿块同向运动，所述连接齿块带动与所述连接齿块啮合的齿轮组中小齿轮转动，同时所述齿轮组中大齿轮也同与其固定的小齿轮做同向同角速度的转动，所述齿轮组位置不动且两侧的齿轮分别以顺时针和逆时针方向转动，大齿轮带动与其啮合的工字齿块向与所述连接齿块相反的方向滑动，此时与所述工字齿块连接的连杆带动双稳态弹性结构件的中点向与所述工字齿块相同的方向移动；当所述双稳态弹性结构件跳转至设定负刚度位置时，所述双稳态弹性结构件继续沿着相同向的方向跳转，带动连杆、工字齿块、第三滑块、齿轮组、连接齿块、第一滑块和座椅向车尾方向运动，所述齿轮组向车尾方向滑动过程中其中大小齿轮均不转动，直到座椅向后移动达到限位装置时锁止，整个机构运动停止。较现有技术相比，本专利技术主要基于碰撞加速度阈值响应的非线性双稳态机理，双稳态机构定位准确、动作迅速和抗干扰能力强的特点，具有集传感器、执行机构为一体的功能，利用双稳态的阈值感应、快速跳跃和精确定位的特性，来提高碰撞事故中座椅的响应速度和控制精度。通过座椅和其相关辅助执行机构的连接，在汽车发生正面碰撞或者成一定角度的偏置碰撞时，在双稳态弹性结构件的缓冲作用力下，座椅沿车头方向产生微小位移，车内前排驾乘人员相对汽车底盘先向前移动，缓解汽车碰撞时较大的加速度冲击；当座椅移动到一定位置后，然后通过双稳态弹性结构件的跳转作用力迅速拉动座椅再相对汽车底盘向后移动到指定位置，以留出足够的空间，从而有效避免由于车身形变而对前排驾乘人员造成的挤压伤害。同时，由限位装置将其锁死，从而避免座椅反弹或过度后移对后排乘客造成伤害。本专利技术为纯机械结构，具有结构简单，响应快，可靠性高，抗干扰能力强等优点，能够有效避免汽车正碰或偏置碰撞对车内前排人员的伤害。本专利技术为独立系统，与汽车其他部件有较高的耦合性，适用范围广，通用性强，且成本较低，基于上述理由本专利技术可在汽车安全等领域广泛推广。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术安全座椅装置初始状态的示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置，其特征在于：包括一两端固定于汽车底盘且中点与连杆的一端连接的双稳态弹性结构件；一设置在座椅底部中央、与齿轮组中大齿轮啮合的工字齿块和一设置在所述工字齿块两侧的、与齿轮组中小齿轮啮合的连接齿块，其中，所述连接齿块固定在所述座椅上，所述工字齿块与所述连杆的另一端连接；所述汽车底盘上从外到内依次成对对称固定有第一导轨、第二导轨和第三导轨，所述座椅固定在所述第一导轨上的第一滑块上；所述工字齿块的下端面和第三导轨上的第三滑块连接；所述齿轮组的大齿轮和小齿轮由中间轴通过键和键槽固定连接，且大齿轮下端面和其一侧的轴端表面固定于第二导轨上的第二滑块；所述第一导轨靠近所述双稳态弹性结构件的一端设有限位装置。

【技术特征摘要】
1.一种具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置，其特征在于：包括一两端固定于汽车底盘且中点与连杆的一端连接的双稳态弹性结构件；一设置在座椅底部中央、与齿轮组中大齿轮啮合的工字齿块和一设置在所述工字齿块两侧的、与齿轮组中小齿轮啮合的连接齿块，其中，所述连接齿块固定在所述座椅上，所述工字齿块与所述连杆的另一端连接；所述汽车底盘上从外到内依次成对对称固定有第一导轨、第二导轨和第三导轨，所述座椅固定在所述第一导轨上的第一滑块上；所述工字齿块的下端面和第三导轨上的第三滑块连接；所述齿轮组的大齿轮和小齿轮由中间轴通过键和键槽固定连接，且大齿轮下端面和其一侧的轴端表面固定于第二导轨上的第二滑块；所述第一导轨靠近所述双稳态弹性结构件的一端设有限位装置。2.根据权利要求1所述的具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置，其特征在于：在初始状态时，所述双稳态弹性结构件其拱起侧朝向车头方向，所述双稳态弹性结构件为V型梁、弧形梁、余弦梁、拱形梁形式中的一种。3.根据权利要求1所述的具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置，其特征在于：所述工字齿块包括中立柱齿条和分别固定在所述中立柱齿条两端的端板Ⅰ和端板Ⅱ，所述工字齿块与所述连杆连接的端板Ⅰ宽度窄于另一端端板Ⅱ宽度，所述端板Ⅱ朝向车头方向。4.根据权利要求1所述的具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置，其特征在于：所述连接齿块包括齿条立柱和分别固定在所述齿条立柱靠近所述工字齿块一侧立面两端的齿块端板Ⅰ和齿块...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵剑，高仁璟，冯泇铖，郭俊飞，陈聪，魏岩，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21