CN106274577A - 一种机动车智能安全座椅及其控制方法 - Google Patents

一种机动车智能安全座椅及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机动车智能安全座椅及其控制方法，在现有座椅上面增加了传感器组和伺服电机；传感器组包括雷达测距器、红外线探测器、头枕倾角传感器、靠背倾角传感器以及坐垫压力传感器等；在车辆行驶状态下，确认乘员为成人时：首先通过头枕倾角传感器测量头枕与行驶方向的夹角，通过伺服电机控制头枕旋转至垂直；再通过红外线探测器检测头枕前方有无物体，有物体时通过伺服电机控制头枕向上移动至超过头部；再通过雷达测距器测量头枕前表面距离乘员头部的水平距离，通过伺服电机使得头枕前后移动至头枕距离乘员头部为4cm时为止。本发明能够在水平和竖直方向调整头枕，当碰撞发生时，避免成人乘员颈部受到“鞭打”伤害，同时保证乘坐舒适性。

Description

一种机动车智能安全座椅及其控制方法
技术领域
本发明属于机动车安全装置中乘员保护领域，特别涉及一种在追尾碰撞中，保护乘员颈部安全的机动车智能安全座椅及其控制方法。
背景技术
机动车座椅头枕除了为乘员提供较好的乘坐舒适性外，它更重要的作用是为乘员头部提供依托与向后限位。
在机动车追尾碰撞中，成人乘员上身因碰撞惯性力作用向后移动。若在此过程中，座椅头枕相对于成人乘员头部在水平方向、竖直方向上的空间位置不佳，例如在水平方向上，乘员头后部与头枕前表面间的水平距离较大时；或在竖直方向上，乘员头顶超出头枕上表面时；会导致乘员头部向后位移量大于胸部向后位移量，很容易造成颈部“鞭打”伤害。
目前为降低在追尾碰撞中，成人乘员颈部“鞭打”伤害，李尔公司的机动车安全研究者提出了主动式头枕的概念：1)在追尾碰撞发生时，乘员上身因碰撞惯性力作用向后移动，该头枕能够利用乘员后背、腰部对靠背的压力，向前上方运动，缩短乘员头后部与头枕前表面间的水平距离，快速托住头部，减少头部向后位移量；同时增加头枕高度，最终降低颈部“鞭打”伤害。2)在追尾碰撞结束后，主动式头枕自动复位。虽然主动式头枕能够在一定程度上保护乘员颈部，但仍然存在以下不足：(1)在追尾碰撞发生时，主动式头枕才向前上方运动，反应迟缓，对乘员颈部的保护效果不佳；(2)主动式头枕向前上方运动的行程有限，若追尾碰撞发生前，乘员头后部与头枕前表面间的水平距离十分大，或乘员头顶远远超出头枕上表面时，主动式头枕对乘员颈部的保护效果会显著降低。
同样为降低在追尾碰撞中，成人乘员颈部“鞭打”伤害，沃尔沃汽车公司推出了WHIPS头颈部保护座椅：在追尾碰撞发生时，该座椅的靠背先随着乘员向后运动，再向后转动一定角度，从而缓冲碰撞对乘员颈部的冲击力，显著降低颈部“鞭打”伤害。然而WHIPS头颈部保护座椅的缺点在于：变形后不能自动复位。
IIWPG(国际保险协会颈部伤害预防组)给出了头枕相对成人乘员头部空间位置的安全性评价标准，用于评定头枕避免成人乘员颈部“鞭打”伤害的能力。该标准指出：当在水平方向上，头枕前表面与成人乘员头后部间的水平距离小于或等于4cm；同时在竖直方向上，头枕上表面超出成人乘员头顶时，头枕避免颈部“鞭打”伤害的能力为“优秀”等级，即能有效避免颈部“鞭打”伤害。
发明内容
为解决上述主动式头枕与WHIPS头颈部保护座椅存在的不足，同时使头枕能有效避免成人乘员颈部“鞭打”伤害，本发明提供了一种机动车智能安全座椅及其控制方法。本发明技术方案包括如下：
一种机动车智能安全座椅的控制方法，适用于一自动调节座椅装置，该座椅装置包括头枕、雷达测距器、红外线探测器、头枕倾角传感器、伺服电机、靠背、靠背倾角传感器、坐垫、坐垫压力传感器、行车传感器以及控制器(简称“ECU”)。
最上端为头枕，头枕为方形。在头枕前表面中部开有一方形槽，所述雷达测距器整体固定嵌入此方形槽内，雷达测距器的雷达发射口位于头枕前表面几何中心位置。在头枕上表面，沿纵向方向开有一方形槽，所述红外线探测器固定嵌入此方形槽内，红外线探测器的红外线发射口位于头枕前表面上边缘中点处。所述头枕倾角传感器、伺服电机都安装于头枕内部。所述雷达测距器、红外线探测器、头枕倾角传感器、伺服电机均与ECU相连。
头枕下方为靠背，所述靠背中安装有靠背倾角传感器，靠背底端前方连接有坐垫。所述坐垫压力传感器安装于坐垫中。所述行车传感器安装在车轮轴上。靠背倾角传感器、坐垫压力传感器、行车传感器均与ECU相连。本发明中行车传感器采用车速传感器。
本发明提出的机动车智能安全座椅的控制方法，包括以下步骤：
(1)行车传感器根据车轮转动，判断机动车是否开始行驶，若机动车开始行驶，行车传感器将行驶信号传送至ECU；坐垫压力传感器测量乘员对坐垫的压力，并传送至ECU，ECU根据压力值判断乘员是否为成人乘员；当ECU获得行驶信号，并确认乘员为成人乘员时，决定机动车智能安全座椅开始工作。
(2)在机动车行驶后，靠背倾角传感器实时测量靠背横向中心面与坐垫横向中心面间的夹角A1，头枕倾角传感器实时测量头枕前表面与机动车向前行驶方向间的夹角A2，并将A1、A2传送至ECU。当A1处于70度至140度之间(即70度＜A1＜140度)，同时A2为锐角时，ECU启动伺服电机，伺服电机的输出轴使头枕绕其横向中心轴向后转动，最终使A2变为直角；当A1处于70度至140度之间，同时A2为钝角时，ECU启动伺服电机，伺服电机的输出轴使头枕绕其横向中心轴向前转动，最终使A2变为直角；当A1处于70度至140度之间，同时A2原本就为直角时，ECU不启动伺服电机，A2保持不变。此外当A1≤70度，或A1≥140度时，ECU不启动伺服电机，A2保持不变。
(3)当A1处于70度至140度之间，同时A2为直角(即头枕前表面与机动车向前行驶方向垂直，头枕上表面与机动车向前行驶方向平行)时，ECU先启动红外线探测器。红外线探测器的红外线发射口能实时向前水平发射出红外线，在红外线发射口水平前方20cm的直线范围内，红外线探测器能探测出有无物体遮挡，并将探测结果传送至ECU。因红外线发射口位于头枕前表面上边缘中点处，通常情况下，在红外线发射口水平前方20cm的直线范围内，只会存在“成人乘员头部”这一种物体。①当红外线探测器探测到有成人乘员头部遮挡，即在竖直方向上，成人乘员头顶超出头枕上表面时，ECU启动伺服电机，伺服电机的输出轴使头枕向上竖直移动，在头枕向上竖直移动过程中，红外线探测器实时探测有无物体遮挡，若头枕上表面已超出成人乘员头顶，则红外线探测器探测到无成人乘员头部遮挡，此时ECU关闭伺服电机，头枕不再向上竖直移动。②当红外线探测器探测到原本就无物体遮挡，即头枕上表面原本就超出成人乘员头顶时，ECU不启动伺服电机，不改变头枕的位置。
(4)当A1处于70度至140度之间，同时A2为直角(即头枕1前表面与机动车向前行驶方向垂直)，且头枕上表面已超出成人乘员头顶时，ECU再启动雷达测距器。雷达测距器的雷达发射口能实时向前发射出雷达波，从而雷达测距器能实时测量成人乘员头后部与头枕前表面间的水平距离S，并将该水平距离S传送至ECU。①当S大于4cm时，ECU启动伺服电机，伺服电机的输出轴使头枕向前水平移动，在头枕向前水平移动过程中，雷达测距器实时测量S，若S已缩短至4cm，则ECU关闭伺服电机，头枕不再向前水平移动，使得S保持在4cm。②当S小于4cm时，ECU启动伺服电机，伺服电机的输出轴使头枕向后水平移动，在头枕向后水平移动过程中，雷达测距器实时测量S，若S已增加至4cm，则ECU关闭伺服电机，头枕不再向后水平移动，使得S保持在4cm。③当S原本就为4cm时，ECU不启动伺服电机，不改变头枕的位置。
本发明的有益效果：
在机动车行驶中，利用本发明所述的机动车智能安全座椅的控制方法，能够首先在竖直方向上，使得头枕上表面始终超出成人乘员头顶，其次在水平方向上，使得头枕前表面与成人乘员头后部间的水平距离始终为4cm，从而当追尾碰撞发生时，避免成人乘员颈部受到“鞭打”伤害；同时在机动车正常行驶中，使得头枕前表面与成人乘员头后部间留下4cm的间隙，保证成人乘员的乘坐舒适性。
附图说明
图1为本发明所述的机动车智能安全座椅结构示意图。
图2为本发明中所述夹角A1的示意图；
图3为头枕、雷达测距器、红外线探测器的装配图的正视图。
图4为头枕、雷达测距器、红外线探测器的装配图的右视图。
图中标号名称为：1.头枕；2.成人乘员；3.雷达测距器；30.雷达测距器的雷达发射口；4、红外线探测器；40.红外线探测器的红外线发射口；5.头枕倾角传感器；6.伺服电机；7.控制器(简称“ECU”)；8.靠背；9.坐垫；10.靠背倾角传感器；11.坐垫压力传感器；12.行车传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
为实现在机动车发生追尾碰撞时，座椅头枕对成人乘员颈部提供有效保护，本发明提供了一种机动车安全座椅智能控制方法，该控制方法适用于一自动调节安全座椅装置，如图1、2、3以及4所示，该装置包括头枕1、雷达测距器3、红外线探测器4、头枕倾角传感器5、伺服电机6、控制器(简称“ECU”)7、靠背8、坐垫9、靠背倾角传感器10、坐垫压力传感器11、行车传感器12。
最上端为头枕，头枕为方形。在头枕1前表面中部开有一方形槽，所述雷达测距器3整体固定嵌入此方形槽内，雷达测距器3的雷达发射口30位于头枕1前表面几何中心位置。在头枕1上表面，沿纵向方向开有一方形槽，所述红外线探测器4固定嵌入此方形槽内，红外线探测器4的红外线发射口40位于头枕1前表面上边缘中点处。所述头枕倾角传感器5、伺服电机6都安装于头枕1中。所述雷达测距器3、红外线探测器4、头枕倾角传感器5、伺服电机6均与ECU7相连。头枕1下端为靠背8，靠背8底端前方连接有坐垫9，靠背倾角传感器10安装于靠背8中，坐垫压力传感器11安装于坐垫9中。行车传感器13(本发明中为车速传感器)安装在车轮轴上。靠背倾角传感器10、坐垫压力传感器11、行车传感器12均与ECU相连。
所述安全座椅的智能控制方法包括如下：
在机动车开始行驶后，行车传感器12将行驶信号传送至ECU7，同时ECU7根据坐垫压力传感器11测量得到的乘员对坐垫的压力值，判断乘员是否为成人乘员。当ECU获得行驶信号，并确认乘员为成人乘员时，ECU7做出启动机动车安全座椅的决定。
ECU7启动靠背倾角传感器10与头枕倾角传感器5，靠背倾角传感器10实时测量靠背8横向中心面与坐垫9横向中心面间的夹角A1(如图2所示)，头枕倾角传感器5实时测量头枕1前表面与机动车向前行驶方向间的夹角A2，并将A1、A2传送至ECU7。
通常，在机动车正常行驶中，驾驶员座椅的A1都处于70度至140度之间(即70度＜A1＜140度)，此时正常进行以下步骤；对于其他位置的乘客座椅，当70度＜A1＜140度时，乘客座椅处于正常状态，此时正常进行以下步骤，当A1≤70度时，乘客座椅处于非正常的“离位”状态，此时终止以下步骤，当A1≥140度时，乘客处于躺卧姿态，此时颈部已获得较好的保护，因此也终止以下步骤，即当A1≤70度，或A1≥140度时，ECU终止运行机动车安全座椅。
当A1处于70度至140度之间，同时A2为锐角时，ECU7启动伺服电机6，伺服电机6的输出轴使头枕1绕其横向中心轴向后转动，最终使A2变为直角；当A1处于70度至140度之间，同时A2为钝角时，ECU7启动伺服电机6，伺服电机6的输出轴使头枕1绕其横向中心轴向前转动，最终使A2变为直角；当A1处于70度至140度之间，同时A2原本就为直角时，ECU7不启动伺服电机6，A2保持不变。
当A1处于70度至140度之间，同时A2为直角(即头枕1前表面与机动车向前行驶方向垂直，头枕1上表面与机动车向前行驶方向平行)时，ECU7先启动红外线探测器4。红外线探测器4启动后，红外线探测器4的红外线发射口40实时向前水平发射出红外线，在红外线发射口40水平前方20cm的直线范围内，红外线探测器4可探测出有无物体遮挡。因红外线发射口40位于头枕1前表面上边缘中点处，通常情况下，在红外线发射口40水平前方20cm的直线范围内，只会存在“成人乘员2的头部”这一种物体。当红外线探测器4探测到有成人乘员2的头部遮挡，即在竖直方向上，成人乘员2的头顶超出头枕1上表面时，ECU7启动伺服电机6，伺服电机6的输出轴使头枕1向上竖直移动，在头枕1向上竖直移动过程中，红外线探测器4实时探测有无物体遮挡，若头枕1上表面已超出成人乘员2的头顶，则红外线探测器4探测到无成人乘员2的头部遮挡，此时ECU7关闭伺服电机6，头枕1不再向上竖直移动；当红外线探测器4探测到原本就无物体遮挡，即头枕1上表面原本就超出成人乘员2的头顶时，ECU7不启动伺服电机6，不改变头枕1的位置。
当A1处于70度至140度之间，同时A2为直角(即头枕1前表面与机动车向前行驶方向垂直)，且头枕1上表面已超出成人乘员2的头顶时，ECU7再启动雷达测距器3。雷达测距器3启动后，雷达测距器3的雷达发射口30实时向前发射出雷达波，从而雷达测距器3能实时测量头枕1前表面与成人乘员2头后部间的水平距离S，并将该水平距离S传送至ECU7。当S大于4cm时，ECU7启动伺服电机6，伺服电机6的输出轴使头枕1向前水平移动，在头枕1向前水平移动过程中，雷达测距器3实时测量S，若S已缩短至4cm，则ECU7关闭伺服电机6，头枕1不再向前水平移动，使得S保持在4cm；当S小于4cm时，ECU7启动伺服电机6，伺服电机6的输出轴使头枕1向后水平移动，在头枕1向后水平移动过程中，雷达测距器3实时测量S，若S已增加至4cm，则ECU7关闭伺服电机6，头枕1不再向后水平移动，使得S保持在4cm；当S原本就为4cm时，ECU7不启动伺服电机6，不改变头枕1的位置。
综上，利用本发明所述的机动车安全座椅智能控制方法，通过机动车安全座椅中ECU7、各种传感器、雷达测距器3、红外线探测器4以及伺服电机6的协同作用，首先在竖直方向上，使得头枕1上表面始终超出成人乘员2的头顶，其次在水平方向上，使得头枕1前表面与成人乘员2头后部间的水平距离S始终保持在4cm，从而当发生追尾碰撞时，避免成人乘员2的颈部受到“鞭打”伤害；同时在机动车正常行驶中，在头枕1前表面与成人乘员2头后部间留下4cm的间隙，保证成人乘员2的乘坐舒适性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书其等效物界定。

Claims (10)

1.一种机动车智能安全座椅的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用行车传感器(12)检测车轮转动，判断机动车是否开始行驶，若机动车开始行驶，行车传感器(12)将行驶信号传送至ECU(7)；利用坐垫压力传感器(11)测量乘员对坐垫的压力，并传送至ECU(7)，ECU(7)根据压力值判断乘员是否为成人乘员；当ECU(7)获得行驶信号，并确认乘员为成人乘员(2)时，决定机动车智能安全座椅开始工作；
(2)在机动车行驶后，利用靠背倾角传感器(10)实时测量靠背(8)横向中心面与坐垫(9)横向中心面间的夹角A1，利用头枕倾角传感器(5)实时测量头枕(1)前表面与机动车向前行驶方向间的夹角A2，并将A1、A2传送至ECU(7)；当70度＜A1＜140度，同时A2为锐角时，ECU(7)启动伺服电机(6)，伺服电机(6)的输出轴使头枕(1)绕其横向中心轴向后转动，使得A2变为直角；当70度＜A1＜140度，同时A2为钝角时，ECU(7)启动伺服电机(6)，伺服电机(6)的输出轴使头枕(1)绕其横向中心轴向前转动，使得A2变为直角；当70度＜A1＜140度，同时A2原本就为直角时，ECU(7)不启动伺服电机(6)，A2保持不变；
(3)当70度＜A1＜140度，同时A2为直角时，ECU(7)启动安装在头枕(1)上表面的红外线探测器(4)，红外线探测器(4)的红外线发射口(40)能实时向前水平发射出红外线，在红外线发射口(40)水平前方20cm的直线范围内，利用红外线探测器(4)探测出有无物体遮挡，并将探测结果传送至ECU(7)；①当红外线探测器(4)探测到有成人乘员(2)头部遮挡，即在竖直方向上，成人乘员(2)头顶超出头枕(1)上表面时，ECU(7)启动伺服电机(6)，伺服电机(6)的输出轴使头枕(1)向上竖直移动，在头枕(1)向上竖直移动过程中，红外线探测器(4)实时探测有无物体遮挡，若头枕(1)上表面已超出成人乘员(2)头顶，则红外线探测器(4)探测到无成人乘员(2)头部遮挡，此时ECU(7)关闭伺服电机(6)，头枕(1)不再向上竖直移动；②当红外线探测器(4)探测到原本就无物体遮挡，即头枕(1)上表面原本就超出成人乘员(2)头顶时，ECU(7)不启动伺服电机(6)，不改变头枕(1)的位置；
(4)当70度＜A1＜140度，同时A2为直角，并且头枕(1)上表面已超出成人乘员(2)头顶时，ECU(7)再启动安装在头枕前表面的雷达测距器(3)，实时测量成人乘员(2)头后部与头枕(1)前表面间的水平距离S，并将该水平距离S传送至ECU(7)；①当S大于4cm时，ECU(7)启动伺服电机(6)，伺服电机(6)的输出轴使头枕(1)向前水平移动，在头枕(1)向前水平移动过程中，雷达测距器(3)实时测量S，若S已缩短至4cm，则ECU(7)关闭伺服电机(6)，头枕(1)不再向前水平移动，使得S保持在4cm；②当S小于4cm时，ECU(7)启动伺服电机(6)，伺服电机(6)的输出轴使头枕(1)向后水平移动，在头枕(1)向后水平移动过程中，雷达测距器(3)实时测量S，若S已增加至4cm，则ECU(7)关闭伺服电机(6)，头枕(1)不再向后水平移动，使得S保持在4cm；③当S原本就为4cm时，ECU(7)不启动伺服电机(6)，不改变头枕(1)的位置。
2.根据权利要求1所述的一种机动车智能安全座椅的控制方法，其特征在于，所述红外线探测器(4)通过方形槽固定嵌入在头枕(1)上表面，并且红外线探测器(4)的红外线发射口(40)位于头枕(1)前表面上边缘中点处。
3.根据权利要求1所述的一种机动车智能安全座椅的控制方法，其特征在于，所述雷达测距器(3)通过方形槽固定嵌入在头枕(1)前表面，并且雷达测距器(3)的雷达发射口(30)位于头枕(1)前表面几何中心位置。
4.根据权利要求1所述的一种机动车智能安全座椅的控制方法，其特征在于，所述伺服电机(6)、所述头枕倾角传感器(5)安装在头枕(1)内部；所述靠背倾角传感器(10)安装在所述靠背(8)内部；所述坐垫压力传感器(11)安装在坐垫(9)内部。
5.根据权利要求1所述的一种机动车智能安全座椅的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中的行车传感器(12)采用车速传感器。
6.根据权利要求1所述的一种机动车智能安全座椅的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括：当A1≤70度，或A1≥140度时，ECU(7)不启动伺服电机(6)，A2保持不变。
7.一种机动车智能安全座椅，包括头枕(1)、靠背(8)和坐垫(9)，其特征在于，还包括雷达测距器(3)、红外线探测器(4)、头枕倾角传感器(5)、靠背倾角传感器(10)以及伺服电机(6)；所述雷达测距器(3)、红外线探测器(4)、头枕倾角传感器(5)、靠背倾角传感器(10)以及伺服电机(6)均与所述ECU(7)相连接；所述雷达测距器(3)用于检测头枕(1)与成人乘员(2)的水平距离；所述红外线探测器(4)用于检测头枕(1)前方是否存在物体；所述头枕倾角传感器(5)用于测量头枕(1)前表面与机动车向前行驶方向之间的夹角；所述靠背倾角传感器(10)用于测量靠背(8)横向中心面与坐垫(9)横向中心面间的夹角；所述伺服电机(6)在ECU(7)的控制下，用于控制头枕(1)上下移动、前后移动以及绕其横向中心轴转动。
8.根据权利要求7所述的一种机动车智能安全座椅，其特征在于，所述雷达测距器(3)嵌入在头枕(1)前表面的凹槽内、并且雷达测距器(3)的雷达发射口(30)位于头枕(1)前表面几何中心位置；所述红外线探测器(4)嵌入在头枕(1)上表面的凹槽内、并且红外线探测器(4)的红外线发射口(40)位于头枕(1)前表面的上边缘中点处；所述头枕倾角传感器(5)和所述伺服电机(6)设置在所述头枕(1)内部；所述靠背倾角传感器(10)设置在所述靠背(8)内部。
9.根据权利要求7所述的一种机动车智能安全座椅，其特征在于，还包括设置在坐垫(9)内部的坐垫压力传感器(11)，所述坐垫压力传感器(11)与所述ECU(7)相连，用于测量乘员对坐垫的压力。
10.根据权利要求7所述的一种机动车智能安全座椅，其特征在于，还包括安装在车轮轴处的行车传感器(12)，所述行车传感器(12)与所述ECU(7)相连，用于检测车辆是否在行驶状态。
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