利用螺线管激活和连杆机构传动的主动式头部防护头枕 相关申请
本 发 明 申 请 要 求 和 享 有 于 2009 年 6 月 14 日 提 交 的 名 称 为 “ACTIVEHEADREST UTILIZING SOLENOID ACTIVATION AND BAR LINKAGETRANSMISSION” 的美国临时专利申请 NO.61/186,891 的优先权， 该发明作为参考并入本申请。
技术领域
本发明涉及可调的头部防护头枕组件， 更具体地涉及一种具有螺线管致动器和连 杆机构展开系统的可调的头部防护头枕。 背景技术 已开发的可独立操作的 ( 或 “主动式” ) 头部防护头枕改变绝对定位， 使得在需要 的时候选择性地减小头部防护头枕和乘员头部之间的中间距离。 在汽车的设置中， 例如， 当 碰撞事件被检测到或预测到时， 该操作可以自动实现 ； 或者根据操作者的偏好在需要的地 方提供按需激活。 传统的头部防护头枕， 包括那些可部分移动或伸缩的壳体， 那些可实现独 立释放和锁定的致动器， 和那些典型的构造复杂且有限调整型机构。这些头部防护头枕在 现有技术中呈现出许多问题， 包括拥挤的内部空间， 和大量运动部件， 从而导致制造、 修复 和置换的成本增大。
发明内容
本发明解决了这些问题， 并提供了一种新型头部防护头枕， 其采用手动控制的弹 簧致动器， 螺线管释放件， 和连杆机构系统以选择性地操作 ( 例如， 调整其位置或顺应性 ) 头部防护头枕。这样， 这里描述的头部防护头枕可用于为乘员自动地提供更多的保护。此 外， 本发明的头部防护头枕与传统的主动式头部防护头枕相比提供较小的轮廓， 且改善了 可调整性。 最后， 本发明的头部防护头枕呈现整体的移动， 以及结合了释放和锁定功能的更 有效的致动器。
一般而言， 提供了一种主动式头部防护头枕， 其适于与座椅一起使用， 并且用于选 择性地支撑乘员的头部。该头部防护头枕包括限定出内部空间和外表面的外部壳体， 该外 表面构造成与乘员的头部接合。致动器设置在空间内部， 并且可操作以调整表面和头部之 间的距离。 致动器包括连杆机构系统， 其具有至少一个可选择性展开的摆动臂， 该摆动臂枢 转联接在座椅和壳体上， 使得枢转所述臂以使壳体相对座椅移动。致动器进一步包括螺线 管， 当被通以电流时螺线管可操作以使臂枢转。最后， 头部防护头枕 ( 更具体地， 致动器 ) 与可操作以产生电流的电源连通地联接。
这样， 本发明的第二方面提供了一种在收起和展开位置之间自动移动头部防护头 枕的方法。该方法的通常包括下列步骤 ： 检测状况或事件， 激活螺线管， 由于激活了螺线管 而释放存储的能量， 由于能量的释放而使连杆机构系统从第一构造摆动， 并且由于使系统 摆动而使头部防护头枕从收起位置移动到展开位置。上面的描述和其他特征将通过下面的附图和详细描述进行举例说明。
本发明还提供了以下解决方案 ：
1. 一种主动式头部防护头枕， 其适于与座椅一起使用并且用于选择性地支撑乘员 的头部， 所述头部防护头枕包括 ：
外部壳体， 其限定了内部空间和外表面， 所述外表面构造成接合乘员的头部 ；
致动器， 其置于所述空间内， 并且构造用于调整所述表面和头部之间的距离或接 合， 其中， 所述致动器包括弹簧偏置的连杆机构系统， 所述系统具有至少一个可选择性展开 的摆动臂， 所述摆动臂枢转联接到所述座椅和壳体， 所述致动器进一步包括螺线管， 所述螺 线管连通地联接到所述至少一个臂， 并且构造成选择性地使所述臂能够枢转 ； 和
电源， 其连通地联接到所述螺线管。
2. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 其中所述系统构造成使得在第一方向上 枢转所述至少一个臂以使所述壳体向前和向上移动。
3. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 其中所述电源选自基本上由车辆充电系 统和具有存储的能量的电容器构成的组。
4. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 其中所述致动器包括至少一个扭转弹 簧， 所述扭转弹簧与所述至少一个臂接合， 以将所述至少一个臂和壳体向展开位置偏置。 5. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 其中所述壳体在邻近螺线管处限定切 口， 从而为所述空间提供通路并且使所述螺线管一旦展开能够手动重置。
6. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 其中所述壳体呈现为整体单元， 并且所 述致动器构造用于移动所述单元。
7. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 其中包括至少一个上对和下对的多个互 联的摆动臂构造用于一致地枢转并且配合地使所述壳体移动。
8. 根据解决方案 7 所述的头部防护头枕， 其中所述下对由至少一个扭转弹簧代 替， 所述扭转弹簧枢转联接到所述座椅和壳体， 并且所述至少一个弹簧构造成当所述壳体 移动时释放存储的能量。
9. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 进一步包括固定到所述座椅上的承载 板， 其中所述至少一个摆动臂枢转联接到所述板和壳体。
10. 根据解决方案 9 所述的头部防护头枕， 其中所述板可旋转地联接到所述座椅， 以使所述头部防护头枕能够倾斜。
11. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 其中所述致动器进一步包括选择性接 合的棘轮和棘爪， 所述棘轮和棘爪配合地构造成当释放和接合时允许所述头部防护头枕在 第一方向上移动并且阻止在相对方向上的移动， 所述棘爪从动地联接到所述螺线管， 且所 述螺线管构造成使所述棘爪释放所述棘轮。
12. 根据解决方案 11 所述的头部防护头枕， 其中所述至少一个臂和棘轮具有整体 结构， 其一致地枢转。
13. 根据解决方案 11 所述的头部防护头枕， 其中所述螺线管包括伸缩的柱塞， 且 柱塞与所述棘爪以预定角度接合。
14. 根据解决方案 13 所述的头部防护头枕， 其中所述棘轮具有枢轴旋转的扇形 部， 其限定了多个径向的外部齿， 所述齿的至少一部分具有斜坡的轮廓， 当所述扇形部在所
述第一方向上移动时， 所述轮廓可操作以使所述棘爪和柱塞后退。
15. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 进一步包括 ：
传感器， 其可操作以检测突然停止事件或预碰撞的状况 ； 和
控制器， 其连通地联接到所述传感器和螺线管， 并且构造成当所述状况或事件被 检测到时激活所述螺线管。
16. 根据解决方案 1 所述的头部防护头枕， 进一步包括 ：
输入装置， 其在中间联接到所述电源和螺线管， 并且可操作以按需使所述电源激 活所述螺线管。
17. 一种在收起和展开位置之间自动移动头部防护头枕的方法， 所述方法包括以 下步骤 ：
a. 检测状况或事件 ；
b. 激活螺线管 ；
c. 由于激活了所述螺线管而释放存储的能量 ；
d. 由于所述能量的释放而使连杆机构系统从第一构造摆动 ； 和
e. 由于使所述系统摆动而使所述头部防护头枕从所述收起位置移动到所述展开 位置。
18. 根据解决方案 17 所述的方法， 进一步包括 ：
f. 通过由所述头部防护头枕限定的切口通入所述螺线管， 并且手动地使能量重新 存储， 所述连杆机构系统返回到第一构造， 且所述头部防护头枕返回到所述收起位置。
19. 根据解决方案 18 所述的方法， 进一步包括 ：
f. 在手动使能量重新存储之前， 重新激活所述螺线管， 所述连杆机构系统返回到 第一构造， 且所述头部防护头枕返回到所述收起位置。
20. 根据解决方案 17 所述的方法， 其中， 步骤 a) 进一步以下步骤 ： 检测突然停止 事件或者预碰撞或碰撞状况。 附图说明 本发明的优选实施例将参考下面以示范性比例绘制的附图进行详细描述， 其中 ：
图 1 是根据本发明的优选实施例的可在收起 ( 实线所示 ) 和展开 ( 虚线所示 ) 状态之间转换的主动式头部防护头枕， 以及乘员头部的侧视图， 尤其示出了四连杆机构系 统；
图 2 是根据本发明的优选实施例的包括螺线管致动器和四连杆机构系统的主动 式头部防护头枕的分解图， 该系统包括上连接臂， 上扭转弹簧， 和下弹簧臂， 并进一步示出 了主承载板， 壳体和座椅柱 ；
图 3 根据本发明的优选实施例的图 2 示出的头部防护头枕的内部工作的前透视 图， 尤其示出了壳体后部， 承载板， 连杆机构系统， 柱和电磁致动器 ；
图 4 根据本发明的优选实施例的图 2 示出的头部防护头枕的内部工作的后透视 图， 尤其示出了壳体前部， 承载板， 棘轮扇形部和螺线管 / 棘爪 ( 以虚线所示 ) ；
图 5a 是根据本发明的优选实施例的具有多个与螺线管和棘爪接合的斜齿的扇形 部的侧视图， 其中， 螺线管和棘爪与第一齿接合， 以在收起位置中锁定 ；
图 5b 是图 5a 中示出的扇形部和棘爪的侧视图， 其中， 螺线管已被激活， 使棘爪释 放第一齿， 且使扇形部枢转， 使得棘爪与其后的齿的斜面接合 ； 和
图 5c 是图 5a、 b 示出的扇形部和棘爪的侧视图， 其中扇形部被完全展开， 并且棘爪 处于锁定位置。
附图标记
10 头部防护头枕
12 头部
14 致动器
14a 螺线管
16 连杆机构系统
18 壳体
18a 前部
18b 后部
18c 内部空间
18d 槽形开口
19 20 22 24 26 28 29 30 32 34 36 38 40 42 44 46 46a 48 50 52切口 柱 椅背 盖夹 填充材料 外部罩 杆箍 主承载板 摆动臂 横杆 上弹簧 下 棘爪 棘轮 ( 扇形部 ) 柱塞 齿 第一齿 电源 控制器 传感器 / 输入装置具体实施方式
本文公开的主动式头部防护头枕 ( 或 “头靠” )10 适应于选择性地支撑乘员的头部 12( 图 1)。本文公开的主动式头部防护头枕 10 能够用于前或后座椅， 儿童座椅等等， 并且与其他各种应用相关， 例如车辆和飞行运输工具等。 头部防护头枕 10 包括螺线管致动器 14 和连杆机构系统 16， 它们配合操作 ( 例如， 移动， 重新定位等 ) 使头部防护头枕 10( 图 1-5c) 的至少一部分从正常或收起位置到展开位置， 其中头部防护头枕 10 和头部 12 之间的空间 减小。如本文下面进一步所述， 一旦检测到事件或状况， 和 / 或按需地， 优选头部防护头枕 10 构造成从收起位置自动切换到展开位置。
如图 1-4 所示， 头部防护头枕 10 包括壳体 18， 其优选由前接触部 18a 和后部 18b 形成， 它们互连 ( 例如， 通过嵌扣 ) 且配合以形成内部空间 18c。例如， 可使用一整块外折 叠的抓斗式壳体， 其中前部 18a 是头部防护头枕 10 靠近头部 12 的部分。优选的壳体 18 限 定出切口 19( 图 2)， 其为内部空间 18c 提供通路， 使得不用移除壳体 18 就可手动通向致动 器 14。如图 1 所示， 很明显的， 壳体 18 有利地一致运动， 如一个整体。很明显的， 代替移动 头部防护头枕 10， 系统 16 和制动器 14 可替代性地构造成抵靠头部防护头枕 10 的另外的固 定的前表面， 从而为其提供额外的抵抗力或能量吸收能力。那就是说， 系统 16 和致动器 14 还可被用来调整头部防护头枕 10 的硬度或几何形状。
头部防护头枕 10 由至少一个结构支撑柱 20 支撑， 该结构支撑柱 20 可滑动地置于 椅背 22 中， 且通过锁定装置 ( 未示出 ) 相对于其稳固地固定。为了能够相对于柱 20 运动， 壳体 18 限定出底部开口 18d， 每个柱 20 通过所述开口进入空间 18c 且能够移动。更优选 地， 壳体 18 限定出宽度与柱直径一致的槽状开口 18d( 图 2)， 以实现线性移动。 优选的头部 防护头枕 10 进一步包括填充材料 26， 其在壳体 18 外并形成对壳体 18 的覆盖层， 且外部罩 28( 由软的耐用材料制成 ) 包围填充材料 26 以限定出头部防护头枕 10 的整体形状。优选 的填料 26 和罩 28 是可移动的， 以使得能够通过切口 19 通向致动器 14。 壳体 18 可与结构支撑柱 20 成枢轴联系， 或者， 其稳固地固定到壳体 18。在图示 的实施例中， 例如， 杆箍 29 可固定地互连头部防护头枕 10 和柱 20， 或构造成使头部防护头 枕 10 能够手动地旋转到底部槽状开口 18d 允许的程度， 以通过倾斜来提供进一步的可调整 性。
结构支撑柱 20 可以采取多种形式而不局限于示出的形式。例如， 很明显的， 可以 使用叉骨形杆或球门形柱结构。此外， 可以采用多于或少于两个的柱 20。最后， 优选的头 部防护头枕 10 的固定结构进一步包括固定于柱 20 其提供平坦平表面的主承载板 30( 图 2-4)， 其作为致动器 14 和连杆机构系统 16 的基部。
优选的连杆机构展开系统 ( 即， “连杆机构” )16 包括至少一个摆动臂 32， 更优选 地包括多个横向成对的摆动臂 32。如图 1 所示， 摆动臂 32 枢转联接到壳体 18 和固定结构 ( 例如， 柱 20， 承载板 30 等 )， 优选地联接在或靠近它们的远端， 例如， 通过接合销 ( 未示 出 )。臂 32 互联以实现一致的运动。更优选地， 可采用具有相同臂长和方向的平行四连杆 机构系统 16， 其由在横向摆动臂 32 之间的横杆 34， 和垂直向隔开的臂 32 之间的垂直支柱 ( 未示出 ) 组成。在优选实施例中， 优选地用壳体 18 的刚性侧壁代替垂直支柱。对于每组 横向臂 32， 当与壳体 18 连接的外枢轴自由移动时， 通过固定结构和臂 32 限定的枢轴相对于 板 30 固定。这地， 当使摆动臂 32 在第一方向枢转时， 头部防护头枕 10 被向外 ( 例如， 远离 柱 20) 和向上朝向展开位置驱动， 如图 1 中虚线所示。
在图示的实施例中， 展开和 / 或收起是通过释放存储在上和 / 或下扭转弹簧 36， 38 中的能量来提供的。 一个或多个弹簧 36， 38 优选地尺寸设定为使得以可控的方式执行移
动， 且同样地具有预定的 k 值， 腿部角度和腿部长度。弹簧 36， 38 的心轴同轴对齐且优选地 构造成与横杆 34 之间呈现最小空间。很明显的， 下弹簧 38 也可以用作下连杆臂。替代地， 也很明显的， 其他类型的弹簧 ( 例如， 拉伸弹簧等 ) 或偏置元件也可使用。
在优选实施例中， 致动器 14 包括棘爪 (“锁定板” )40 和棘轮扇形部 (“摆件” 或 “棘轮” )42， 它们配合以当释放和接合时防止回退驱动。扇形部 42 和承载板 30 枢转联接， 且当通过释放弹簧 36， 38 来使稳固地联接到扇形部 42 的臂 32 枢转时， 使扇形部 42 在由以 上限定的窗口内摆动。
棘爪 40 联接到螺线管 14a 并由其驱动 ； 并且构造成选择性地与扇形部 42 接合。 更具体地， 如图 2 所示， 这类型的螺线管 14a 包括可伸缩的和向外偏置的柱塞 44， 且棘爪 40 呈现出矩形平面体， 其限定出 U 形结合点 46， 柱塞 44 可在 U 形结合点 46 中延伸。例如， U 形结合点 46 可通过钢销 ( 未示出 ) 连接到螺线管 14a， 以允许柱塞 44 和棘爪 40 轻微的不 对齐。柱塞 44 以预定角度与棘爪 40 接合， 其使棘爪 40 与扇形部 42 脱离且使棘爪 40 在与 柱塞 44 对齐的导轨中滑动所需的致动力最小。
扇形部 42 具有多个齿 46， 包括第一锁定齿 46a 以及随后的多个棘轮齿。第一齿 46a 具有正交表面， 该表面与棘爪 40 在两个方向形成覆盖的和通常接合的表面。 这样， 当第 一齿 46a 接合时， 棘爪 40 和扇形部 42 阻止越过彼此的相对旋转 ( 图 5a)， 其将头部防护头 枕 10 锁定在例如收起位置。如图示的实施例所示， 棘轮齿 46 的向前表面具有斜坡， 从而与 棘爪 40 成角度地接合。产生的力矢量产生足以向下驱动柱塞 44 的垂直分量 ( 图 5b)， 从而 使齿 46 和扇形部 42 连续沿第一方向行进。棘轮齿 46 具有向后正交表面， 使得一旦棘爪 40 经过特定齿 46， 它就会被阻止回退驱动经过该齿。 因此， 棘爪 40 和扇形部 42 在一个方向上 滑动地滑过彼此但在另一个方向上互锁， 从而沿着其移动在递增的点上支撑头部 12。如果 不被阻碍， 头部防护头枕 10 将完全展开 ( 图 5c)。
按照以上的描述， 致动器 14 克服了传统的主动式头部防护头枕致动器的许多缺 点。例如， 相对较小的体积， 较低的供电要求， 和增加的分布式的致动能力都是一些由本发 明的致动器 14 提供的解决方案。 致动器 14 包括螺线管 14a， 其构造用于使会导致摆动臂 32 移动的能量释放。更具体地， 当使电流在螺线管 14a 的线圈 ( 未示出 ) 内流动时， 由此产生 的磁通量在柱塞 44 中形成磁极。磁极使柱塞 44 向内移动以把棘爪 40 从扇形部 42 拉开。 因此， 很明显的， 电源 48 可与致动器 14 连通地联接 ( 例如， 通过贯通头部防护头枕 10 和板 30 提供的线束 )， 且可操作以产生电荷 ( 图 1) 从而激活螺线管 14a。在汽车应用中， 例如， 电源 48 可为车辆充电系统或当需要时可操作以实现充分能量释放的电容器。
在优选实施例中， 基于确定的状况自动触发优选致动器 14， 其中所述状况为需要 减小头部防护头枕 10 和头部 12 之间的空间， 和 / 或需要改变头部防护头枕 10 的顺应性。 例如， 头部防护头枕 10 可构造为响应乘员在汽车突然停止事件中由于惯性移动产生的动 态载荷， 或响应预碰撞或碰撞状况的确定。这样， 控制器 50 和传感器 52 可连通地联接到致 动器 14 和电源 48( 图 1)。控制器 50 和传感器 52 配合地构造为致动头部防护头枕 10。
在图 1 示出的优选实施例中， 车辆上可提供位置传感器 52( 电容， 超声波， 雷达， 摄 像机， 等 )， 例如， 在靠近椅背 22 或椅背 22 内提供以确定头部 12 的位置。这里， 控制器 50 可设计为基于头部 12 的确定位置展开或抑制展开头部防护头枕 10。 例如， 乘员的人体测量 学属性 ( 例如体重、 身高、 体型、 重量分布等 )， 以及落座的几何形状 ( 例如向后倾、 向前倾、相对于头部防护头枕 10 的头部位置等 )， 都可以是用于在适合的时间展开头部防护头枕 10 的输入变量。其他示例性传感器 ( 包括压力传感器， 位移传感器， 速度传感器， 加速计等 ) 能够位于在车辆座椅和头部防护头枕 10 中和附近。替代地， 传感器 52 可具有手动输入装 置， 其中控制器 50 构造成接收输入， 且按需激活螺线管 14a。
尽管已经参照示例性实施例对本发明进行了描述， 但本领域的技术人员可以理解 的是， 在不脱离本发明范围的情况下， 可以对本发明进行多种变化， 以及对元件进行等同替 换。 此外， 在不脱离本发明的实质范围的情况下， 可以对本发明的教导做出多种改变以适应 特殊的情况或材料。因此， 本发明并不局限于为了实现本发明而作为最优方式公开的特殊 实施例， 而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。附于其后的各种附录 提供的进一步描述、 解释和示例通过参考并入本文， 其为示例性的但不限制本发明的教导。