专利名称：用于交通工具座椅的主动式头部支撑装置系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于交通工具座椅的主动式头部支撑装置(active head restraint )。
背景技术：
现有技术已经提供了用于在碰撞情形下驱动(actuate)交通工具座椅 的头部支撑装置的主动式头部支撑装置系统。在本领域中，已知各种主动 式头部支撑装置系统的例子。一个例子是于2006年1月10日发布给Veine 等人的美国专利第6,983,989 Bl号。另一个例子是于2003年8月16日发 布给Estrada等人的美国专利第6,607,242 B2号。这些参考文献的公开内容 在此全部以引用的方式并入。
附图简述
图1是根据本发明的实施方式的交通工具座椅和主动式头部支撑装置 系统的透视图la是根据本发明的实施方式的主动式头部支撑装置系统和就座者 头部的透视图2是根据本发明的实施方式的用于驱动图1的主动式头部支撑装置 系统的方法的流程图3是根据本发明的另一实施方式的用于驱动图1的主动式头部支撑 装置系统的方法的流程图4是在图1座椅的头部支撑装置驱动过程中的速度的图示；图5是在图l座椅的头部支撑装置驱动过程中的力的图示。
具体实施例方式
在此，根据需要公开了本发明的详细实施方式；然而，应理解，所公 开的这些实施方式仅仅是本发明的示例，且可以按不同的和可选的方式实 施。这些附图不一定按比例绘制；可能放大或最小化了一些部件用来显示 特定组件的细节。因此，在此公开的具体的结构细节和功能细节不应理解 为限制性的，而仅仅作为用于权利要求的代表性的基础和/或作为用于教导 本领域技术人员不同地使用本发明的代表性的基础。
本发明的实施方式为主动式头部支撑装置提供了现有技术的那些主 动式头部支撑装置所缺乏的额外益处。比较而言，这些现有技术头部支撑 装置缺乏的是控制头部支撑装置接触就座者的头部的力的能力。也就是 说，在现有技术头部支撑装置中，用来驱动头部支撑装置的力的总量正对 着就座者的头部输出。此外，头部支撑装置在碰撞时的速度与指向就座者 的头部的速度相同。同样地，尽管现有技术的这些头部支撑装置系统减少 了伤害，但是通过控制头部支撑装置的驱动能够进一步最小化伤害。
相应地，公开了一种在碰撞情形下在接触就座者头部时或者在接触就 座者头部之前智能地控制头部支撑装置的驱动的主动式头部支撑装置系 统。具体地，该系统能检测作为距离的函数的就座者头部相对于头部支撑 装置的位置，并用这个信息操控该头部支撑装置的移动速度(travel velocity)和力。这样，头部支撑装置就能帮助进一步最小化对就座者的伤 害。
一般而言，本发明的系统涉及在头部支撑装置系统内的各个元件之间 的通信，该头部支撑装置系统能够检测碰撞信号的出现、就座者头部的位 置，并指示驱动头部支撑装置，以便控制其移动来最优化位移、速度及沖 击就座者头部的接触力。
现参照图1，交通工具座椅IO通常以数字10示出和附注，交通工具 座椅10用于在诸如机动车、船或航空器的交通工具中使用。该交通工具
8座椅10包括固定在交通工具内的座椅底部12。座椅IO还包括固定到座椅 底部12或交通工具中之一的座椅靠背14。座椅10进一步包括固定在座椅 靠背14顶部的头部支撑装置16。此外，交通工具座椅10包括;漠块18， 模块18包含计算机可执行的指令，以与用于驱动头部支撑装置16的驱动 器20、用于检测碰撞情形发生的触发元件22，及用于确定就座者头部距 离头部支撑装置16的距离的传感器24进行通信。诸如光传感器的预碰撞 传感器(pre-crash sensor)位于交通工具主体上。
可以在相关的交通工具内的诸如前排座椅、第二排座椅或类似位置的 任意位置处提供交通工具座椅10。座椅底部12可以直接固定到交通工具 地板或连接到座椅调节机构，用于围栏纵向延伸到该交通工具地板，并使 得能够纵向调节座椅底部12相对于交通工具地板的高度和角度。座椅底 部12是传统的设计，且能够根据任意合适的方式构造，所述方式包括由 泡沫衬垫层和其它装饰覆盖材料(finish cover material )覆盖的结构性框架。 交通工具座椅靠背14包括由任意合适的材料形成的框架，该材料重量足 够轻且结构足够坚固，适于支撑就座者且适于经受适当的测试要求。
在描述中，各种实施方式和这些实施方式的工作参数和组件用方向性 的语言描述，诸如"左"、"右"、"在…上"、"在…下"、"上部的""下部 的"和类似含义的词汇指的是在附图中示出的或在本技术领域中熟知的方 向。这种方向性术语用于相对的描述和明确，且并不旨在将任何实施方式 的方位或组件或任何实施方式限定到特定的方向或方位。
交通工具座椅10结合了本领域公知的主动式头部支撑装置系统26。 系统26包括位于头部支撑装置16内的模块18，模块18包括计算机可执 行的指令，用于与传感器24、驱动器20及触发元件22进行通信。尽管本 发明预期模块18位于头部支撑装置16内，但模块18能够位于交通工具 座椅10内的任意位置处，只要在该任意位置处模块18也能与传感器24、 驱动器20及触发元件22进行通信即可。模块18从触发元件22和传感器 24接收信号输入，模块18由触发元件22检测碰撞，所述碰撞包括已接收 到的碰撞和即将发生的碰撞，模块18从传感器24接收就座者头部距离头 部支撑装置16的距离。之后模块18向驱动器20输出指令，以启动(enable )或禁止(disable)该头部支撑装置16的驱动。这个过程的进一步的细节在 下面关于图2和图3进4亍描述。
系统26进一步包括触发元件22，以检测诸如正面碰撞、后面碰撞或 紧急碰撞的任意碰撞的发生。基于碰撞的检测，触发元件22向该模块发 送碰撞事件已经发生或将要发生的信号。 一旦输入，主动式头部支撑装置 系统26的驱动就-波触发。这个过程的进一步的细节在下面关于图2和图3 进行描述。触发元件22可以是本领域公知的任意的交通工具碰撞检测设 备。尽管触发元件22能够位于在碰撞情形期间能够检测碰撞的交通工具 内的任意方便的位置处，但是本发明预期触发元件22位于交通工具座椅 10内。
如图1和1A进一步描迷的，系统26进一步包括位于头部支撑装置16 内的传感器24。传感器24检测就座者头部距离头部支撑装置16的距离， 作为到模块18的输入。模块18接着输出指令，该指令用于在头部不与头 部支撑16接触的情形下驱动头部支撑装置16以及在头部与头部支撑装置 16接触的情形下禁止驱动头部支撑装置16。在一个实施方式中，传感器 24在碰撞事件之前以及碰撞事件期间不断地监测就座者头部距离头部支 撑装置的距离。传感器24能够可选地位于头部支撑装置16的附近，诸如 在车顶蓬内衬中。因此，尽管本发明预期传感器24位于头部支撑装置16 内，但是传感器24也能位于头部支撑装置16的任何附近位置，只要在该 附近位置能够检测或测量就座者头部与头部支撑装置16的接触，或者就 座者头部距离头部支撑装置16的距离即可。在另一实施方式中，在主动 式头部支撑装置16被启动后，传感器24在预定的时刻被禁止，以便防止 头部支撑装置16在回弹期间推撞就座者头部。在又一实施方式中，当传 感器24不断地检测头部距离头部支撑装置16的距离时，在例如双次碰撞 (double impact)或回弹期间，驱动器20的运动(movement)随着就坐者 头部距离头部支撑装置16的距离的改变而改变。传感器24能够在任意数 量的交通工具碰撞事件期间被激活。此外，碰撞事件可以包括多次碰撞。
该系统26还包括位于交通工具内的驱动器20，驱动器20与触发元件 22和传感器24通信且在模块18的控制下工作，以响应于碰撞信号而朝就座者头部推动主动式头部支撑装置系统26。在一个实施方式中，驱动器 20是伺服电动机(servomotor )。此外，尽管本发明将驱动器20描述为固 定到交通工具座椅IO，但这不是唯一的实施方式。驱动器20能够位于交 通工具的任意位置处，只要其能够与触发元件22和传感器24进行通信且 在模块18的控制下即可。驱动器20的可选实施方式在本领域是公知的， 例如步进电动机(stepper motor )、螺线管(solenoid )、储能装置、弹簧， 或类似装置。
图2进一步示出了根据本发明的一个实施方式的主动式头部支撑装置 系统26的功能。基于触发元件22在方块28执行的碰撞事件的发生和检 测，将碰撞信号发送给模块18。模块18接收该信号并将指令发送给传感 器24，以在方块30估计就座者头部和头部支撑装置16之间的距离或者确 定头部是否已经与头部支撑装置16相接触。在至少一个实施方式中，定 期地监测就座者头部与头部支撑装置之间的距离，甚至在没有碰撞事件时 也是如此。在可选实施方式中，由传感器24执行的头部支撑装置16与就 座者头部之间距离的定期监测将致使驱动器20的运动根据传感器24所确 定的距离而改变。在方块38， 一旦确定距离或接触，就由^t块18作出决 定在碰撞时就座者头部是否已经与该头部支撑装置16接触(后部距离 (backset) =0 ),接着在方块32禁止头部支撑装置的驱动。如果传感器24 确定头部没有与头部支撑装置16相接触，则将该信息发送给模块18，且 因此将指令传输给驱动器20,以在方块34启动头部支撑装置的驱动。在 启动期间且在给定时间后，来自模块18的另外的指令被发送给驱动器20, 以在方块36禁止头部支撑装置的驱动，以便在回弹期间防止头部支撑装 置16推撞就座者头部。此外，如果在方块28有重复的二次碰撞，则如上 面讨论的，检测到碰撞情形，并且传感器24将信号发送给模块18，以通 过方块34重新启动主动式头部支撑装置系统26的驱动。
图4是图2的实施方式的图示。其示出了基于时间的作为距离的函数 的头部支撑装置移动速度。横坐标，或X-轴，是头部支撑装置16从碰撞 情形发生的时刻开始到与头部接触时刻移动的时间。纵坐标，或Y-轴，是 头部支撑装置16从碰撞情形发生的时刻开始到与就座者头部接触的时刻移动的距离。如在图4中所描绘的， 一旦碰撞情形发生，则头部支撑装置 16在接触就座者头部之前以第一速度移动。在特定的时刻，如根据经验确 定的或由OEM设定的，头部支撑装置16的速度自动地慢下来，如由描绘 头部支撑装置16的移动速度的图形线(graph line)的变化所描绘的。
图3提供在另一实施方式中的主动式头部支撑装置系统26的功能的 图解。在方块40,检测碰撞情形。在方块42,确定就座者头部距离头部 支撑装置的距离。基于在方块40由触发单元22执行的碰撞事件的发生和 检测，将碰撞信号发送给模块18。模块18接收该信号并将指令发给传感 器24，以在方块42估计就座者头部与头部支撑装置16之间的距离或者确 定头部是否已经与头部支撑装置16相接触。在另一个实施方式中，指令 被发送给传感器24，以在方块54定期地测量距离，并在方块56处检测碰 撞情形之前存储该信息。由传感器24进行的该头部支撑装置16与就座者 头部之间距离的定期监测将致使驱动器20的运动根据传感器24确定的距 离而改变。在方块52, —旦确定距离或接触，就由模块18作出决定在 碰撞时就座者头部是否已经与头部支撑装置16 (后部距离-O)接触，接着 在方块44禁止头部支撑装置的驱动。如果传感器24确定头部没有与头部 支撑装置16相接触，则将该信息发送给才莫块18，并且因此将指令传输给 驱动器20,以在方块46启动头部支撑装置的驱动。 一旦被启动，模块18 就传输指令，以在方块48控制该头部支撑装置16在给定时间的速度或力。
在方块48，模块18能够计算作为距离的函数的与头部的后部接触所需要 的时间。接着能够指示系统26在方块50控制速度或力，这例如，通过在 与就座者头部接触之前减小头部支撑装置16的加速度来实现，所述加速 度作为头部支撑装置16移动的距离的函数，或作为计算出的移动到就座 者头部的时间的函数。
图5是图3的实施方式的图示。其示出了基于距离的头部支撑装置16 的力。横坐标，或X-轴，是头部支撑装置16从碰撞情形发生的时刻开始 到与头部接触的时刻移动的时间。纵坐标，或Y-轴，是头部支撑装置16 移动的速度。如图5中所描绘的， 一旦碰撞情形发生，头部支撑装置16就以第一加速率(rate of acceleration)移动。尽管如此，在某一时刻，通 过在头部支撑装置16接触就座者头部之前减慢头部支撑装置16的速度来 减小速度，如由描述头部支撑装置16的加速度的图形线的变化所描绘的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，并不意味着这些实施方式 示出和描述了本发明的所有可能形式。相反地，在说明书中使用的词汇是 描述性词汇而不是限制性词汇，且应理解可以进行各种变化，而不背离本 发明的精神和范围。
权利要求
1.一种主动式头部支撑装置系统，其包括驱动器，其适合固定到交通工具座椅，所述驱动器用于驱动头部支撑装置；传感器，其用于检测就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置；及控制器，其与所述驱动器、所述传感器和触发元件进行通信，所述控制器用于检测当前的碰撞事件或即将发生的碰撞事件，所述控制器包括计算机可执行的指令，以；接收碰撞信号；接收就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置；驱动所述头部支撑装置朝就座者头部运动；以及响应于碰撞信号和就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置，控制头部支撑装置的驱动，以当所述头部支撑装置运动接近就座者头部时，最优化所述头部支撑装置的运动。
2. 如权利要求1所述的主动式头部支撑装置系统，其进一步包括用 于检测碰撞事件的所述触发元件。
3. 如权利要求1所述的主动式头部支撑装置系统，其中当头部不与 所述头部支撑装置接触时，所述传感器传输信号以启动所述驱动器，所述 驱动器在一个或更多不接触情形期间是被启动的。
4. 如权利要求3所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以从启动头部支撑装置的驱动的所述触发元件接收正面碰撞信号；接收就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置；驱动所述头部支撑装置朝就座者头部运动；及响应于碰撞信号和就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置，控制 头部支撑装置的驱动，以当所述头部支撑装置运动接近就座者头部时，最 优化所述头部支撑装置的运动。
5. 如权利要求1所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述传感器 和所述驱动器中的至少 一个在碰撞后的预定的时间之后被禁止。
6. 如权利要求5所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以识别二次碰撞；以及当头部不与所述头部支撑装置接触时，重新启动所述传感器和所述驱 动器中的所述至少一个。
7. 如权利要求1所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以在就座者头部不与所述头部支撑装置 接触的情形下禁止头部支撑装置的驱动。
8. —种主动式头部支撑装置系统，其包括驱动器，其适合固定到交通工具座椅，所述驱动器用于驱动头部支撑 装置；传感器，其用于检测就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置；及控制器，其与所述驱动器、所述传感器和触发元件进行通信，所述控 制器用于检测当前的碰撞事件或即将发生的碰撞事件，所述控制器包括计 算机可执行的指令，以；接收碰撞信号；接收就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置；驱动所述头部支撑装置朝就座者头部运动；以及响应于就座者头部的位置，操控所述头部支撑装置在驱动期间的 速度，以最优化所述头部支撑装置朝向就座者头部的速度。
9. 如权利要求8所述的主动式头部支撑装置系统，其进一步包括用于检测碰撞事件的所述触发元件。
10. 如权利要求8所述的主动式头部支撑装置系统，其中当头部不与 所述头部支撑装置接触时，所迷传感器传输信号以启动所述驱动器，所述 驱动器在一个或更多不接触情形期间是被启动的。
11. 如权利要求IO所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以从启动头部支撑装置的驱动的所述触发元件接收正面碰撞信号；接收就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置；驱动所述头部支撑装置朝就座者头部运动；以及响应于碰撞信号和就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置，控制 头部支撑装置的驱动，以当所述头部支撑装置运动接近就座者头部时，最 优化所迷头部支撑装置的运动。
12. 如权利要求8所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以在就座者头部与所述头部支撑装置接 触的情形下禁止头部支撑装置的驱动。
13. 如权利要求8所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以在所述头部支撑装置与就座者头部接 触之前减慢所述头部支撑装置的速度，以减小就座者头部接触所述头部支 撑装置的速度。
14. 如权利要求8所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以控制作为移动距离的函数的所述头部 支撑装置的移动速度，其中第一移动速度大于就座者头部接触所述头部支 撑装置的第二移动速度。
15. 如权利要求8所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述头部支 撑装置的移动速度在预定的时间改变。
16. 如权利要求8所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以在所述头部支撑装置与就座者头部接 触之前减慢所述头部支撑装置的速度，以减小将被控制的所述头部支撑装 置接触就座者头部的力。
17. 如权利要求8所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以确定作为距离的函数的所述头部支撑装置接触就座者头部所需要的 时间；以及控制作为所确定的时间的函数的所述头部支撑装置朝向就座者头部 的速度。
18. 如权利要求8所述的主动式头部支撑装置系统，其中所述控制器 进一步包括计算机可执行的指令，以控制所述头部支撑装置接触就座者头 部的力，所述力作为所迷头部支撑装置接触就座者头部需要的所确定的时 间的函数。
19. 一种用于驱动交通工具座椅的主动式头部支撑装置系统的方法， 所述方法包括响应于当前的碰撞事件或即将发生的碰撞事件而将碰撞信号发送给 控制器；接收就座者头部相对于头部支撑装置的位置；将所接收的就座者头部相对于头部支撑装置的位置传输给控制器；驱动所述头部支撑装置朝就座者头部运动；以及响应于碰撞信号和就座者头部的位置控制头部支撑装置的驱动，以当 所述头部支撑装置运动接近就座者头部时，最优化所述头部支撑装置的运 动。
20. 如权利要求19所述的方法，其进一步包括 估计就座者头部相对于所述头部支撑装置的位置；以及响应于就座者头部的位置而操控所述头部支撑装置在驱动期间的速 度，以在所述头部支撑装置与就座者头部接触期间最优化所述头部支撑装 置的速度。
全文摘要
公开了一种具有驱动器、传感器，及控制器的用于交通工具座椅的主动式头部支撑装置系统。控制器接收来自触发元件的碰撞信号，接收就座者头部的位置，驱动头部支撑装置朝就座者头部运动，且当头部支撑装置运动接近就座者头部时控制驱动以最优化头部支撑装置的运动。在另一实施方式中，控制器还操控头部支撑装置的速度，以最优化朝向就座者头部的速度。还提出了一种用于驱动交通工具座椅的主动式头部支撑装置系统的方法。该方法包括将碰撞信号发送给控制器，接收就座者头部的位置，将接收到的就座者头部的位置传输给控制器，驱动该头部支撑装置朝就座者头部运动，以及当头部支撑装置运动接近就座者头部时，控制头部支撑装置的驱动以最优化头部支撑装置的运动。
文档编号B60N2/48GK101549660SQ20091012918
公开日2009年10月7日 申请日期2009年3月31日 优先权日2008年4月1日
发明者埃里克·韦恩, 阿尔俊·叶图库瑞, 马克·A·法夸尔 申请人:李尔公司