CN109591754B - 一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法 - Google Patents
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Abstract
针对现有研究成果仅通过防止人车分离以保护人地碰撞损伤，提出通过移动车辆并辅之以车载安全设备、在允许人体落地的同时保护人地碰撞损伤，所述车载安全设备包括可抬升发动机罩盖及安装于前保险杠内的安全气囊。事故发生后，保持车辆完全制动直到人体头部与车辆首次撞击的t1时刻；然后控制车辆速度以使车辆发动机罩盖后沿与人体胸部之间在车辆行驶方向保持一定距离d并一起向前运动；t1后检测到人体胸部与发动机罩盖接触后，根据人体姿态调整发动机盖倾角并开始再次完全制动车辆；检测到人体即将掉向地面时引爆车外安全气囊并保持完全制动直到车辆静止。所述发明从车体吸能、落地姿态改变及安全气囊吸能三个层次实现了对人地碰撞损伤的防护。
Description
技术领域
所述发明涉及行人保护领域，更具体地，涉及一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法。
背景技术
智能化已经成为未来科技的发展趋势。对于未来汽车而言，无论是自动驾驶汽车还是智慧汽车，其均装备大量传感器以感知车外环境进而安全驾驶汽车，使车辆安全、舒适、高效地到达目的地。但考虑到交通的复杂性，目前认知水平下很难认为未来汽车绝对不会发生交通事故。而所有事故类型中，因车人碰撞事故与每个人的出行都密切相关且是强者对弱者的致命伤害，很自然地成为关注焦点。故而如何降低该类事故中人体伤害成为研究热点。
车人碰撞事故中人体的伤害来源于第一次与车辆的撞击及随后第二次与地面的撞击。很多研究表明，虽然总体上来说车辆撞击更严重，但地面撞击所导致的伤害决不可忽略，在低速下更是如此。有研究表明在低于40km/h时如能避免地面撞击伤害，则可以使得人体总伤害降低2/3。因而人地损伤防护在近年来逐渐成为研究热点。
但已有研究大多关注人地损伤机制，人们通过研究发现碰撞速度、行人速度、步态、高度及最后的落地姿势与垂直撞地速度对人地碰撞损伤影响显著，但对于具体的人地损伤防护方法的研究却很少。仅在少量文献中看到有防护人地损伤的方案，其一是通过在车头设置安全气囊防止人体落地，如专利CN 107690399 A，“一种用于车辆的行人安全保护方法与设备”；其二则是在发动机罩盖上覆盖粘液以粘住人体不让其落地，如美国专利US9,340,178 B1，“ADHESIVE VEHICLE FRONT END FOR MITIGATION OF SECONDARYPEDESTRAN IMPACT"。这些方案的出发点均是人车碰撞后不让人体落地。就目前来说，更好理解的方案是人体在碰撞发生后最终还是需离开车辆掉落地面，毕竟与快速行驶的汽车“捆绑”在一起有诸多值得忧虑之处。
注意到已有研究成果发现人体落地姿势与人地碰撞损伤相关性显著，而人体落地姿势可以通过移动的车辆进行改变。考虑到未来汽车具备足够能力实时监测人体运动姿态，故而可以通过移动车辆并辅之以车载安全设备以更好地保护人地碰撞所致的损伤。
发明内容
针对现有研究成果仅通过防止人车分离以保护人地碰撞损伤，提出通过移动车辆并辅之以车载安全设备、在允许人体掉落地面的同时保护人地碰撞损伤，所述车载安全设备包括可抬升发动机罩盖及安装于前保险杠内的安全气囊，所述发明实施步骤如下：
S1：事故发生后，保持车辆完全制动状况至人体头部与车辆首次发生碰撞的t1时刻；
S2：t1后，控制车辆速度以使车辆发动机罩盖后沿与人体胸部之间在车辆行驶方向保持一定距离d并一起向前运动；
S3：t1后，检测到人体胸部与发动机罩盖接触后，根据人体姿态调整发动机盖倾角并开始再次完全制动车辆；
S4：检测到人体即将掉向地面时引爆车外安全气囊，并保持完全制动状况直到车辆静止。
当车人事故发生后，所述发明要求车辆保持完全制动状况直至检测到行人头部首次与车辆撞击的t1时刻；然后通过控制车辆运行速度使车辆发动机罩盖后沿与人体胸部之间在车辆行驶方向保持一定距离d并一起向前运动；t1后当车辆检测到人体胸部与发动机罩盖接触后，根据人体姿态调整发动机罩盖倾角并开始再次完全制动车辆，以让人体以适当角度脱离车体而滑向地面；当检测到人体即将掉向地面时引爆车外安全气囊，并保持完全制动状况直到车辆静止，据此防护人地碰撞损伤。
优选地，步骤S1中t1为人体头部与车辆首次发生碰撞的时刻。在t1时刻之前保持车辆完全制动，能够确保人体头部与车辆的撞击速度不变，从而保证在整个控制过程中不改变车体撞击所致的人体损伤。
优选地，步骤S2中，过大的距离d会使发动机罩盖接不到掉落的人体。而过小特别是负的d会使人体掉到挡风玻璃甚至车顶上去，此时人车相互作用时间过长，不仅会增加车辆伤害人体的风险，更重要的是人体会从车体处获得更多动能，从而增加与地面撞击的速度，进而增加地面所致损伤风险。为此，d将通过如下规则确定：当车速低于25km/h时，车辆发动机罩盖后沿与人体之间的距离d为t1时刻人体胸部到发动机罩盖后沿距离；当车速高于25km/h且低于35km/h时，d为t1时刻人体胸部到发动机罩盖后沿距离减0.2米；当车速高于35km/h时，d为t1时刻人体胸部到发动机罩盖后沿距离减0.4米；所有计算中如所得值为负时取0代替。这样的距离计算方法，能保证在控制过程中尽可能不加速或少加速车辆，仅减速或匀速驾驶汽车。
优选地，步骤S2中车辆速度通过如下方法计算获得：
假定某时刻车辆发动机罩盖后沿与人体胸部位置之间的距离为d0、车辆检测到人体胸部在x方向的运行速度为v20，要求在δt时间内将距离调整至d，则车辆在δt时间内的运行速度v为
优选地，步骤S3中以胸部与发动机罩盖接触作为判断指标，能够进一步避免在低速碰撞事故中为达到步骤S2中距离d的约束条件而加速车辆、增加人体动能进而增加人地碰撞速度。在低速撞击下，在发动机罩盖后沿与人体胸部之间距离大于d时人体胸部已经与发动机罩盖接触，此时无需继续步骤S2，可以直接开始步骤S3，进而避免因对车辆进行加速而导致人体从车体处获得更多动能。
优选地，步骤S3中如果人体胸部-头部方向与车辆前进方向一致，表明此种情况下如果制动车辆则人体头部会先着地，故而需抬升发动机罩盖前沿使得发动机罩盖倾角为0°，然后完全制动车辆，使人、车开始分离，人体呈水平抛出状落向地面。因人体最后离开车辆是水平抛出，则其在垂直方向为无初速度的自由落体运动，这会显著降低人体垂直方向的落地速度。而已有研究表明人地碰撞损伤与垂直方向碰撞速度显著相关，故而垂直方向速度的降低可以降低损伤。
优选地，步骤S3中如果检测到人体胸部-头部方向与车辆行驶方向相反，则表明此种情况下人体下肢、臀部等部位会先于头部着地。此时无须改变发动机罩盖倾角，完全制动车辆分离人、车则可，使得人体以滑落的姿势坐向地面。因人体最后离开车辆时是人沿着发动机罩盖自由滑落，人体会以一个类似坐姿的姿势坐向地面，考虑到人体下肢、臀部等部位会吸收碰撞能量，如此落向地面显然会降低人地碰撞损伤。
优选地，步骤S4中检测到人体即将掉向地面时指人体头部、胸部或臀部之一的高度低于发动机罩盖前沿高度时刻。此时引爆气囊，不仅可防止气囊冲击人体，亦可避免过早引爆气囊而妨碍车辆的运动。
优选地，步骤S4中车外安全气囊安装在车辆前保险杠内，引爆装置与汽车中控台连接，气囊与车辆同宽、与前保险杠下沿离地距离同高、长度1.5m。
与现有技术相比，所述发明技术方案的有益效果是：通过移动车辆使车辆与落地之前的人体进行接触而吸收一部分人体下坠能量，与此同时通过改变发动机罩盖倾角而改变人体落地姿态进一步降低人地碰撞损伤风险，最后通过一个车载安全气囊缓冲人地第一次接触，从而从车体吸能、落地姿态改变及安全气囊吸能三个层次实现对人地碰撞损伤的防护。
附图说明
图1为所述发明的方法流程图。
图2为引爆后的安全气囊正视图。
图3为引爆后的安全气囊侧视图。
图4为实施例1中车、人体在事故后的运动过程示意图。
其中，图中对应的附图标记为：1-车辆前保险杠，2-安全气囊，3-引爆后安全气囊宽度，4-引爆后安全气囊高度，5-引爆后安全气囊长度。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
下面结合附图和实施例对所述发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图4所示为车、人体在事故后的运动过程示意图，t0时刻碰撞事故发生后完全制动车辆直到人体头部与车辆首次发生碰撞的t1时刻；然后人体被抛出，车辆则保持与人体距离为d一起向前行驶；至t2时检测到人体胸部与发动机罩盖接触后，检测到人体胸部-头部方向与车辆运动方法一致，故抬高发动机罩盖前沿使其倾角为0；到t4时刻检测到人体即将掉向地面而引爆安全气囊，之后一直完全制动直到车辆静止。
如图2、3所示分别为所述发明中引爆后安全气囊的正视图和侧视图，引爆后安全气囊宽度需与车同宽、高度与保险杠下沿同高，长度为1.5米。
如图1所示，所述发明提供一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法，通过以下步骤实现：
S1：事故发生后，保持车辆完全制动状况至人体头部与车辆首次发生碰撞的t1时刻。
S2：t1时刻后，控制车辆速度以使车辆发动机罩盖后沿与人体胸部之间在车辆行驶方向保持一定距离d并一起向前运动。
其中，车辆发动机罩盖后沿与人体的距离d值的计算方法是：当车速低于25km/h时，d值为t1时刻人体胸部到发动机罩盖后沿距离；当车速高于25km/h且低于35km/h时，d值为t1时刻人体胸部到发动机罩盖后沿距离减0.2米；当车速高于35km/h时，d值为t1时刻人体胸部到发动机罩盖后沿距离减0.4米；所有计算中如所得值为负时取0代替。
其中，车辆速度通过如下方法计算获得：假定某时刻车辆发动机罩盖后沿与人体胸部位置之间的距离为d0、车辆检测到人体胸部在x方向的运行速度为v20，要求在δt时间内将距离调整至d，则车辆在δt时间内的运行速度v为
S3：检测到人体胸部与发动机罩盖接触后，根据人体姿态调整发动机盖倾角并开始再次完全制动车辆。
在该实施例中，t2时刻人体胸部与发动机罩盖接触，此时检测到人体胸部-头部方向与车辆运行方向一致，表明人体头部会先碰撞地面，故而通过调整发动机罩盖倾角使其倾角为0°，以让人体呈水平状抛出。
S4：检测到人体即将掉向地面时引爆车外安全气囊，并保持完全制动状况直到车辆静止。
在t4时刻，人体头部低于发动机罩盖前沿高度时引爆安全气囊，之后保持完全制动直到t5时刻车辆静止。
所述发明提出了一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法，该方法通过移动车辆使车辆与落地之前的人体进行接触从而吸收一部分人体下坠能量，与此同时通过改变发动机罩盖倾角而改变人体落地姿态进一步降低了人地碰撞损伤风险，最后通过一个车载安全气囊缓冲人地第一次接触，从而从车体吸能、落地姿态改变及安全气囊吸能三个层次实现了对人地碰撞损伤的防护。
显然，所述发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明所述发明所作的举例，而并非是对所述发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在所述发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在所述发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法，其特征在于：通过移动车辆并辅之以车载安全设备，在允许人体掉落地面的同时保护人地碰撞损伤，所述车载安全设备包括可抬升发动机罩盖及安装于前保险杠内的安全气囊，具体实施步骤如下：
S1：事故发生后，保持车辆完全制动状况至人体头部与车辆首次发生碰撞的t1时刻；
S2：t1后，控制车辆速度以使车辆发动机罩盖后沿与人体胸部之间在车辆行驶方向保持一定距离d并一起向前运动；
S3：t1后，检测到人体胸部与发动机罩盖接触后，根据人体姿态调整发动机盖倾角并开始再次完全制动车辆；
S4：检测到人体即将掉向地面时引爆车外安全气囊，并保持完全制动状况直到车辆静止。
2.根据权利要求1所述的一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法，其特征在于：步骤S2中d通过如下规则确定：
当车速低于25km/h时，d为t1时刻人体胸部到发动机罩盖后沿距离；当车速高于25km/h且低于35km/h时，d为t1时刻人体胸部到发动机罩盖后沿距离减0.2米；当车速高于35km/h时，d为t1时刻人体胸部到发动机罩盖后沿距离减0.4米；所有计算中如所得值为负时取0代替。
3.根据权利要求1所述的一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法，其特征在于：步骤S2中车辆运行速度通过如下方法计算获得：
假定某时刻车辆发动机罩盖后沿与人体胸部之间在车辆行驶方向的距离为d0、车辆检测到人体胸部在车辆行驶方向的运行速度为v20，要求在δt时间内将距离调整至d，则车辆在δt时间内的运行速度v为
4.根据权利要求1所述的一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法，其特征在于：步骤S3中根据人体姿态调整发动机盖倾角的方法如下：
如果检测到人体胸部-头部方向与车辆前进方向一致，抬升发动机罩盖前沿使发动机罩盖倾角为0°；如果胸部-头部方向与车辆行驶方向相反，则不改变发动机罩盖倾角。
5.根据权利要求1所述的一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法，其特征在于：步骤S4检测到人体即将掉向地面时指人体头部、胸部或臀部之一的高度低于发动机罩盖前沿高度时刻。
6.根据权利要求1所述的一种保护车人碰撞事故中人地碰撞损伤的方法，其特征在于：步骤S4中车外安全气囊安装在车辆前保险杠内，引爆装置与汽车中控台连接，气囊与车辆同宽、与前保险杠下沿离地距离同高、长度1.5m。
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