CN102415623B - 用于保护身体部分的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在异常运动如跌落或碰撞时，用于保护使用者头部的系统和方法。该系统包括服装(1)、气囊(2)、充气装置(3)和触发器。所述气囊包括在充气后包围使用者颈部和头部后侧的第一部分(7)，以及在充气后形成包围使用者颅骨的罩的第二部分(8)。在充气之前，所述第一部分(7)和第二部分(8)折叠并设置在所述服装(1)中。所述服装设置为像例如衣领或围巾一样地围绕使用者的颈部。

Description

用于保护身体部分的系统和方法

本申请是申请日为2006年10月26日、申请号为No.200680039715.1、发明名称为“用于保护身体部分的系统和方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在异常运动如跌落(fall)或碰撞时用于保护身体部分的系统和方法。具体地说，本发明涉及一种如衣领的防护装或防护服，该防护服具有气囊系统，如果骑车人骑自行车时出现意外事故，所述气囊系统能够用于保护骑车人的头部。

背景技术

每年有40人在自行车事故中死亡，而且至少有20000人受伤(在瑞典)。众所周知，在事故中受伤的骑车人中有三分之一是头部受伤。骑自行车时佩戴头盔被认为是防护严重颅骨损伤最有效的保护措施。国际研究表明，自行车头盔至少能够减少60％的损伤。如果佩戴了头盔，在自行车事故中死亡的人中有40％会得以生还。

尽管事故统计结果令人惊讶，但大多数人们还是选择在不佩戴头盔的情况下骑自行车出行。

自行车在瑞典的最大应用领域不是体育运动，而是日常使用。尽管如此，所有的自行车头盔看上去都运动感十足。显然，需要对自行车头盔进行适当的改形。

现有的头盔为模制的，通常由EPS(发泡聚苯乙烯)或EPU(泡沫聚氨基甲酸乙酯)制成。

现有头盔的设计具有许多缺点。如果与尖锐的物体发生碰撞，这些头盔不能对颌、头部后侧、颈部和/或耳朵起到保护作用。而且，由于头盔的盖(cover)和主体(body)都是由无弹性的较硬材料制成，因而不能以最佳方式吸收碰撞的力。即使头部没有受伤，也有可能会造成严重的脑损伤。

另外，现有的头盔较为笨重，当不骑自行车时，不便于随身携带。而且很难将头盔固定在自行车上，因此如当购物时，携带上述头盔十分麻烦。

在一年中的寒冷时期，将头盔和帽子等一起佩戴较为困难，但由于头盔的材料既硬又冷，因而往往因为太过寒冷而无法在没有帽子的情况下佩戴头盔。

而且，人们通常认为自行车头盔令人讨厌而且不受欢迎。

汽车中的现代气囊系统包括电子控制单元(ECU)和一个或多个气囊模块，例如正向气囊、侧向冲击气囊等。电子控制单元通常位于车辆的中央。微传感器持续监控车辆的加速度和减速度，并将该信息传递给储存碰撞算法(crashalgorithm)或者“碰撞冲击”的微处理器。对于每种车型而言，所述算法的参数都要进行调整和优化。所述参数通过在测试中心进行的碰撞测试来确定。许多汽车还具有位于车门用于控制侧向冲击气囊的遥感器(remotesensors)，以及位于前部用以及时发现事故的遥感器。当微处理器识别到来自传感器的碰撞冲击时，向要充气的气囊的充气装置(inflator)中的点火器(initiator)(所谓的点火管(squib))发送电信号。如果在碰撞时车辆主电池失效，则ECU中的电容器将用作备用电源。一种安全功能会防止气囊由于移动电话或其它电磁干扰而意外地释放。

所述气囊模块包括：具有点火器的充气装置，纺织袋(缓冲垫)，壳体，以及对于驾驶员气囊来说的针对方向盘的盖。最普通类型的充气装置使用固体燃料，例如弹丸，而所谓的混合发生装置则使用折衷的气体和固体燃料的组合。纺织袋由尼龙制成，并以特定的方法折叠起来，从而使纺织袋能够快速且安全地打开。在纺织袋的后侧具有排气孔，以确保乘客与气囊的软接触。所述壳体通常由钢制成，但也使用由强度较高且重量较轻的塑料制成的壳体。壳体由充气的气囊的压力而强制打开。所述盖具有在较低压力下使该盖打开的分离线。所述气囊在20-30ms内完全充气膨胀。

US-A-4825469公开了一种包括气囊系统的防护服，用于保护摩托车驾驶者等。如果发生事故，当摩托车驾驶者被抛开摩托车时，气囊系统充气膨胀，并在二分之一秒内覆盖住驾驶者的身体。该防护服通过脐状缆线(umbilicalcord)而与气体容器连接，在驾驶者与所述容器的阀门之间连接有短得多的拉线，当驾驶者离开摩托车时，所述拉线能够在所述脐状缆线分开之前使防护服迅速充气。所述防护服可以为夹克的形式，该夹克包括折叠罩部(pleatedhoodlikeportion)和折叠下部(pleatedlowerportion)，所述折叠罩部通常折叠起来并放置在夹克的衣领下，因而，在充气过程中，所述折叠罩部会向上膨胀，然后向前包围头部的顶部和侧面，所述折叠下部会充气，并向下膨胀到膝盖以下。

WO01/054523公开了一种气囊系统，也用于摩托车领域，其中，刚性颈部件(rigidneckpart)包括可充气的垫子，该可充气的垫子与围绕头部且前侧开放的可充气气囊一起用于分别对颈部、背部和胸部进行保护。该气囊系统通过牵拉由线缆连接的接触件而启动。

DE19754541也公开了一种用于摩托车的气囊系统，其中，该气囊系统为环形。

此外，滑雪者使用的气囊系统也为公众所知。当有人因雪崩而掩埋在雪堆中时，与时间赛跑的战斗开始了。使用滑雪者和滑雪板者作为背包携带的气囊，将有助于营救的进行。如果发生雪崩，当滑雪者拉动线索时，气囊会在3-4秒钟内充气膨胀。滑雪者的体积因该气囊而变大，因而保持在雪崩上部的可能性也得以增加。由于气囊是橙色的，也更易于探测雪中的遇难者。

如果正常使用现有技术的防护装置，则这些防护装置可以作为有效的防护性装置。但是，由于在穿戴和脱掉防护装置时，这些防护装置普遍笨重的外形、麻烦的特点以及非常不便的性质，所述防护装置没有普遍地得以应用。

现有技术的另一缺点在于需要通过拉动线索等而使所述装置充气。因此，需要一种防护服，该防护服能够制造为流行且用户友好的款式，能够像围巾一样方便地穿戴和脱下，当异常运动时不需要拉动线索等就能够充气膨胀，而且该防护服能够提供与现有技术的头盔类似或者更好的保护。需要开发一种与现有市场上已有的任何产品不同的头盔，一种能够满足所有必要安全要求的符合人体工学且较为便捷的头盔，同时在停放自行车后，该头盔能够便于携带。

发明内容

因此，本发明用于单独地或以任何组合的方式减轻、减缓或消除现有技术中上述缺陷中的一个或多个，并通过提供一种在异常运动如跌落或碰撞时用于保护身体部分的系统和方法，来解决上述问题中的至少一个。

在本发明的一个方面中，提供了一种在异常运动如跌落或碰撞时用于保护使用者身体的一部分的系统，其中，所述系统包括服装和设置在该服装中的气囊。所述气囊包括：第一部分，在充气后所述第一部分适于包围使用者的颈部和头部后侧；以及第二部分，在充气后所述第二部分适于形成包围使用者颅骨的罩，在充气之前，所述第一部分和第二部分折叠且设置在所述服装内。

在一种实施方式中，所述系统可以还包括：充气装置，该充气装置用于释放流体为所述气囊充气；和控制装置，该控制装置用于控制所述系统和所述充气装置。所述控制装置可以包括触发器，该触发器用于控制所述气囊的释放，所述触发器包括至少一个传感器。所述系统可以还包括流体排放装置，该流体排放装置用于使所述流体从所述充气装置流到所述气囊的所述第一部分。所述系统可以还包括流体流通装置，当所述气囊的第一部分中的压力达到预定压力时，所述流体流通装置使流体从所述气囊的所述第一部分流到所述气囊的所述第二部分。所述空气流通装置可以为阀或隔膜，该隔膜的流体通过性随该隔膜上压力的增加而增大。所述充气装置和所述控制装置可以封装在碳纤维盖中。

在另一种实施方式中，所述气囊可以设置有所述第二部分的内表面和外表面上的多个接缝，以及将内表面的接缝与外表面的对应接缝连接起来的距离网(distanceweb)，该距离网用于限制所述接缝之间的最大距离。而且，所述系统可以包括位于所述服装中的口袋，所述口袋封装处于折叠位置的气囊，所述口袋包括接缝，该接缝设置为当所述气囊充气时破裂，以将所述气囊从所述口袋中放出。

在本发明的另一方面，提供了一种在异常运动如跌落或碰撞时用于保护使用者头部的方法，该方法包括：对围绕所述使用者颈部设置的服装中所设置的气囊的第一部分进行充气，从而在充气后使所述第一部分包围所述使用者的颈部和头部后侧，对所述气囊的第二部分进行充气，从而在充气后使所述第二部分包围所述使用者的颅骨。所述方法还可以包括当异常运动时使控制装置触发，以及启动充气装置，使流体充入到所述气囊的所述第一部分中，进而充入到所述气囊的所述第二部分中。

在一种实施方式中，所述方法包括在第一步中对所述第一部分充气；当所述第一部分中的压力达到预定压力时，在第二步中对所述第二部分充气。

附图说明

通过下面参考附图对本发明实施方式的详细描述，本发明的其它目的、特征和优点将显而易见，在附图中：

图1为根据本发明的实施方式的正视图；

图2为图1中实施方式的后视图；

图3为根据图1的实施方式的结合于使用者并处于非充气状态的侧视图；

图4为根据图3的实施方式的处于充气状态的侧视图；

图5为在图3和图4的实施方式的膨胀过程中的时刻瞬间的顺序侧视图。

具体实施方式

下面描述在使用者出现异常运动如跌落或碰撞时，用于保护使用者的身体部分的系统的实施方式。所述实施方式包括具有气囊系统的服装。该服装可以为例如衣领、髋保护装置、膝保护装置、肘保护装置或背心。

通常，在识别使用者例如因事故而出现异常运动的传感器启动后，气囊系统的气囊在约100ms内充气膨胀。气囊系统也可包括防止由手机和其它电子设备引发的意外启动而造成“误”充气的传感器。

气囊被折叠并设置在所述服装内，该服装设计为衣领，并围绕使用者的颈部穿着。气囊直到充气膨胀后才可以看到。充气的气囊具有罩的形状，在发生事故时，该罩将头部包围并减缓冲击作用。所述衣领能够以许多不同的方式和材料来设计，而不会占据比普通围巾更大的空间。

图1和图2表示服装1设计为衣领的实施方式，该衣领具有气囊系统，当如在骑车过程中发生异常运动时，所述气囊用于对头部进行保护。服装1围绕使用者的颈部，且为了该目的而通常在衣领的前部设有可密封的开口12。作为选择，所述开口可以设置在衣领的后部或衣领的肩部。此外，该开口可以为全部或部分地可分开。密封的方式可以为拉链、钮扣、维可牢尼龙搭扣紧固、磁体、钩、卷轴、扣子、安全别针、粘贴、胶带、带束等。

所述衣领可以由任何种类的柔韧材料制成，如醋酸丝、斜纹布、羊毛、棉、毛呢尼龙等。

所述衣领将包括有气囊、充气装置和两个容器的气囊系统封装起来。根据所述服装的设计，可以有一个或多个容器。

气囊2通常为纺织袋，该纺织袋折叠并装在所述衣领的上部分9中，例如装在设置在衣领内的口袋中。气囊2从邻近密封的开口12的左前侧延伸，围绕颈部，并在邻近密封的开口12的右前侧终止。气囊2连接或缝在所述衣领的上部分9和下部分10之间的分割边界11的上方，并连接或缝到到达开口12的前边界上。

所述气囊包括两部分，即：当充气膨胀时，覆盖颈部和头部后侧的第一部分7和覆盖头部上侧的第二部分8。

充气装置3位于所述衣领的下部分10的后侧中心，并与气囊2连接。该充气装置可以为充满气体的混合型发生器。该混合型发生器没有火药，这使气囊充气时释放出更少的热量，发出较小的声响。由于充气装置3用于使用较小量的气体(约为10升)，因而比通常现有的大部分充气装置也更小。气体量取决于头部的大小。

充气装置3的壳体或容器的容积可以约为65cm³，壁的材料的厚度可以为1、2mm，稍厚于圆柱形充气装置所需的厚度。作为选择，所述充气装置可以为使用由火药形成的热气体的烟火气囊充气装置、冷气体充气装置、混合充气装置或加热气体充气装置。

充气装置设置有排气装置(deflator)5，用于引导气体进入气囊。

充气装置3通过螺旋固定、粘贴、缝制等方法连接于纺织袋上，而排气装置位于纺织袋2内部，用于引导气体进入该纺织袋中，从而使气囊以正确的方式充气。排气装置可以为T形，从而能够以合适的方式将气体引导至气囊中。作为选择，排气装置可以为Y形、I形、箭头形、多部件形、圆柱形等。

充气装置具有符合人体工学的形状，从而能够舒适地装在使用者的背部。充气装置可以具有针对其位置和功能而进行优化的圆形。

在充气过程中，充气装置的向下反冲力受到向上力的反作用，该向上力被纺织袋的较强纤维而吸收。

充气装置使用电池，例如3伏特的电池，该电池可以置于容器4a或4b中。电池可以是通过电能或动能充电的可充电电池或者如手表电池的一次性电池。

设置有与电子设备相连接的指示器，该指示器显示头盔的内部元件是否完备以及电池是否有电。指示器可以为发光二极管(LED)，通过光信号显示电池是否有电或者每个内部元件是否损坏。该指示器还可以是当电池几乎没有电或者任一个内部元件损坏时进行指示的声信号(例如蜂鸣声)、震动信号或气味信号。

包括至少一个微传感器和周围电子设备的触发器在出现异常运动时控制气囊的充气，并防止气囊系统在不必要情况下的释放。触发器可以设置在位于所述衣领前部的容器4a、4b中。

触发器利用至少一根线缆14a、14b而与充气装置连接。

气囊系统的部件可耐受冲击，而且封装在防水碳纤维中。所有部件的设置都要充分考虑到其功能和人体工学方面的要求。不同部件的重量均匀分布，并有助于将所述衣领保持在使用者肩部上的正确位置。

充气装置3可以设置在所述衣领的后部，容器4a、4b可以设置在所述衣领的前部的位于开口12的每一侧上，从而使部件的重量分布最优化，并作为充气装置的配重。所述衣领的第一部分9封装纺织袋2，衣领的第二部分10的前部可以封装容器4a、4b，第二部分10的后部可以封装充气装置3。

气囊2设计为罩，当发生异常运动如事故时，该罩将使用者的颈部和头部包围起来，以减少冲击。所述罩的设计和折叠方式使该罩能够以快速安全的方式打开并给头部提供最优化的防护。

气囊的充气分为两步。在第一步中，第一部分或颈部部分7充气，而且颈部和咽喉由气囊的第一部分7包围起来并得以稳固，以避免会导致使用者严重受伤的鞭抽式损伤和头部晃动。然后，在第二步中，第二部分或冠部8被充气为罩状，该罩覆盖头的顶部或颅骨、颞叶以及前额，以对这些区域进行保护。

颈部部分7可以通过阀而与头的后侧和顶部连通。当颈部部分7中达到预定压力时，所述阀开通，接着冠部8开始充气。作为选择，颈部部分7可以通过设置在该颈部部分7和冠部8的壁之间的透气膜而与冠部8连通，其中，透气性设置为随压力的增加而变大。

所述冠部包括图4中所示的接缝6a和6b。接缝6a从所述颈部沿对称线稍微靠左和靠右地朝向前额延伸。接缝6b的延伸如图4中所示。在纺织袋的内外表面上都具有接缝。在内外接缝之间设置有距离件，该距离件的形式为长度例如为7cm的柔韧网或线。当将冠部折叠起来时，这些距离件允许使内外表面彼此接近或者靠紧，但防止所述内外表面之间的距离超过所述距离件的长度。由于这些距离件的存在，当充气时，所述冠部形成位于头部之上的罩。换句话说，在充气过程中，所述冠部遵循如图5中节段VIII至XI清晰所示的弧形轨迹充气膨胀。

图5中更具体地表示了一个充气循环，包括充气过程中的11个节段或时刻瞬间。

在充气的第一部分中，气囊基本以圆柱形的方式垂直膨胀，如图5中节段I至VI所示。在节段I中，气囊开始充气。在节段II中，气囊充分充气膨胀以冲破封装该气囊的接缝15，参见节段III。在节段IV、V和VI中，气囊以圆柱形的方式膨胀。由于是线性运动，因而这种膨胀相当迅速。因此，可以尽快地对头的颈部加以保护，以减缓其中的鞭抽式损伤。

当气囊的颈部部分在节段V中完全膨胀时，该颈部部分内的气压增大，并使颈部部分7和冠部8之间的阀开通。该情况如图5的节段VII所示。

然后，所述冠部开始充气。由于冠部的特定形状以及其中的接缝和距离网，该冠部沿弧形轨迹移动，从而遮盖头的顶部，并最终到达节段XI中的前额。现在，气囊完全充气膨胀，以正确的方式对使用者进行保护。

由于在使用者的跌落过程中和撞击到地面时，气囊需要保持充气状态，因而，例如与车辆中的正面气囊相比，该气囊应具有非常小的排气孔或根本没有排气孔。

气囊由坚韧耐用的尼龙纤维制成，以能够承受如沥青和尖锐物体的较大冲击。但还要足够柔软且容易处理，从而能够折叠起来，并在启动时以优化的方式膨胀开。气囊的内表面可以由弹性软织物制成，而气囊的外表面可以由更为耐用的材料制成。

该罩可以由涂布有硅树脂的气囊尼龙织物制成，以使得纺织袋具有最大密度，所述尼龙织物具有涂布硅树脂的线。

本发明设计为骑自行车者所使用的衣领。然而，本发明并不限于公开的实施方式。所述衣领可以用于任何激烈的运动中，如下山滑雪、马术或溜冰。机动自行车的骑车人也可以使用所述衣领，因为该领域与骑车领域非常接近。

以上描述了一种防护装置，如为骑自行车者开发为头盔的衣领。然而，本发明并不限于公开的实施方式。除了上述组合之外，还可以以不同的组合方式执行上述步骤。本发明的领域中通常使用的其它方法可以代替上述方法。本发明仅由附属的专利的权利要求限定。

Claims (14)

1.一种在异常运动时用于保护使用者的一部分身体的系统，其中，所述系统包括设计为衣领的服装和设置在该服装内的气囊，所述系统还包括用于释放流体为所述气囊充气的充气装置(3)，

其特征在于，

所述气囊包括：

第一部分(7)，在充气后所述第一部分(7)适于包围并稳固使用者的颈部和头部后侧；以及

第二部分(8)，在充气后所述第二部分(8)适于形成包围使用者颅骨的罩，

在充气之前，所述第一部分(7)和第二部分(8)折叠且设置在所述服装(1)内，

其中所述第一部分(7)在所述第二部分(8)充气之前进行充气；

其中，所述服装围绕使用者的颈部设置并具有可密封的开口(12)。

2.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括：

控制装置，该控制装置用于控制所述系统和所述充气装置(3)。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制装置包括触发器，该触发器用于控制所述气囊(2)的释放，所述触发器包括至少一个传感器。

4.根据权利要求2或3所述的系统，该系统还包括流体排放装置(5)，该流体排放装置(5)用于使所述流体从所述充气装置(3)流到所述气囊的所述第一部分。

5.根据权利要求2或3所述的系统，该系统还包括流体流通装置，当所述气囊的第一部分中的压力达到预定压力时，所述流体流通装置使流体从所述气囊的所述第一部分流到所述气囊的所述第二部分。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述流体流通装置为阀或隔膜，该隔膜的流体通过性随该隔膜上压力的增加而增大。

7.根据权利要求4所述的系统，该系统还包括流体流通装置，当所述气囊的第一部分中的压力达到预定压力时，所述流体流通装置使流体从所述气囊的所述第一部分流到所述气囊的所述第二部分。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述流体流通装置为阀或隔膜，该隔膜的流体通过性随该隔膜上压力的增加而增大。

9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述充气装置和所述控制装置封装在碳纤维盖中。

10.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括：所述第二部分(8)的内表面和外表面上的多个接缝(6a，6b)，以及将内表面的接缝与外表面的对应接缝连接起来的距离网，该距离网用于限制所述接缝之间的最大距离。

11.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括位于所述服装中的口袋，该口袋封装处于折叠位置的气囊，所述口袋包括接缝(15)，该接缝设置为当所述气囊充气时破裂，以将所述气囊从所述口袋中放出。

12.一种在异常运动时用于保护使用者头部的方法，其特征在于，

利用用于释放流体为气囊充气的充气装置(3)对围绕所述使用者颈部设置且设计为衣领并具有可密封开口(12)的服装中所设置的气囊的第一部分(7)进行充气，从而在充气后使所述第一部分包围并稳固所述使用者的颈部和头部后侧，

对所述气囊的第二部分(8)进行充气，从而在充气后使所述第二部分包围所述使用者的颅骨，其中，所述第一部分(7)在所述第二部分(8)充气之前进行充气。

13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括：

当异常运动时使控制装置触发，以及

启动充气装置，使流体充入到所述气囊的所述第一部分中，进而充入到所述气囊的所述第二部分中。

14.根据权利要求12所述的方法，该方法包括：

在第一步中对所述第一部分(7)充气；当所述第一部分中的压力达到预定压力时，在第二步中对所述第二部分(8)充气。