CN103228535A - 用于诸如直升机等的交通工具紧急着陆的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种诸如直升机（1）等的交通工具紧急着陆的方法，所述交通工具（1）包括至少一个安全气囊（2，3），该至少一个安全气囊（2，3）设有用于允许容纳在其中的气体流出的相应开口阀，所述至少一个安全气囊适于缓冲所述交通工具（1）与地面（4）的撞击，所述至少一个安全气囊（2，3）进行充气以紧急着陆，所述方法包括以下步骤：(A)检查所述交通工具（1）的紧急着陆条件；(B)探测交通工具（1）的最大或撞击速度（V_Max）；以及(C)在探测到交通工具的启动速度（V_Att）之后打开所述开口阀，从而对所述至少一个安全气囊（2，3）进行放气。本发明还涉及一种用于控制诸如直升机（1）等的交通工具的安全气囊（2，3）的系统。

Description

用于诸如直升机等的交通工具紧急着陆的方法和系统

本发明涉及用于诸如直升机等的交通工具紧急着陆的方法和系统。

更具体地，本发明涉及释放容纳在一个或多个安全气囊内的气体以允许直升机安全无危险着陆的方法和相关系统。

众所周知，在某些紧急情况下，可能发生直升机以高速度的各个分量和不同于交通工具所据以设计的有关标称条件的俯仰角和倾侧角进行迫降的情况。在这些条件下，这种着陆对于直升机的驾驶员和乘客来说是致命的或者无论如何对于主结构来说是致命的。

为了使死亡风险最低，使用撞击衰减系统。一种这种系统是使用所谓“通气安全气囊”的技术的系统。在这些系统中，机身塑性变形吸收的能量将无法将加速度减少到人体的可承受水平。因此，将直升机的动能转化成对飞机的保护安全气囊进行充气的气体的压缩能。在合适的时间将气体释放到大气中。因此，气体压缩速度限定直升机与地面撞击时将经受的最大减速度值。

这些系统的缺点是它们不能确定容纳在直升机保护安全气囊内的气体必须释放的精确时刻，从而使直升机与地面撞击的影响最小。

实际上，考虑到在系统过早启动的情况下，直升机会在安全气囊基本上放气时撞击地面，且因此机身会经受强烈撞击；相反，在系统过晚启动的情况下，直升机会在安全气囊内容纳的气体处于高压时撞击地面，且这会使直升机本身翻滚，甚至在该情况下对乘客和驾驶员有很大风险。

考虑到以上内容，本发明的目的是提供一种能够解决上述问题的、用于控制直升机安全气囊气体释放的方法（即逻辑）和相关系统。

用根据本发明的控制系统和方法来实现这些和其它结果，该控制系统和方法允许计算打开容纳在诸如直升机等的交通工具的安全气囊内气体的释放阀的适当时刻，从而缓冲与地面的撞击，避免翻滚。

因此，本发明的具体目的是一种诸如直升机等的交通工具紧急着陆的方法，所述交通工具包括至少一个安全气囊，该至少一个安全气囊设有用于允许容纳在其中的气体流出的相应开口阀，所述至少一个安全气囊适于缓冲所述交通工具与地面的撞击，所述至少一个安全气囊进行充气以用于紧急着陆，所述方法包括以下步骤：(A)检查所述交通工具的紧急着陆的条件；(B)探测交通工具的最大或撞击速度；以及(C)在探测到交通工具的启动速度之后打开所述开口阀，从而对所述至少一个安全气囊进行放气。

通常根据本发明，所述交通工具可包括多个安全气囊。

还根据本发明，最大或撞击速度的所述探测步骤可包括以下子步骤：获取每个安全气囊附近的瞬时速度；以及计算每个安全气囊附近的最大或撞击速度。

还根据本发明，最大或撞击速度的所述计算步骤可包括以下子步骤：对连续数量的采样探测瞬时速度的减小；以及设定等于由第一次采样探测的瞬时速度的最大或撞击速度，此后已经探测瞬时速度的减小采样的数量，较佳地所述采样数量可等于20。

有利地根据本发明，所述打开步骤可包括以下子步骤：探测每个安全气囊附近的瞬时速度；以及当所述瞬时速度达到启动速度时打开相关安全气囊的开口阀。

通常根据本发明，所述启动速度会是所述最大或撞击速度的函数，尤其是所述启动速度会是线性函数，且所述启动速度较佳地等于所述最大或撞击速度与等于约0.35的系数的乘积。

还根据本发明，所述检查步骤可包括以下子步骤：获取每个安全气囊附近的瞬时速度；检查所述瞬时速度是否达到紧急着陆程序速度；探测所述交通工具到地面的距离；检查所述距离是否小于或等于用于所述交通工具紧急着陆的距离，所述距离较佳地约为2.5米。

此外根据本发明，在探测瞬时速度时，可探测瞬时速度的垂直分量。

有利地根据本发明，每个安全气囊附近瞬时速度的探测步骤可包括以下子步骤：以采样频率探测每个安全气囊附近的瞬时加速度；对在前一探测步骤获取的所述加速度采样进行积分；计算每个安全气囊附近的瞬时速度采样。

较佳地根据本发明，所述采样频率可等于约1KHz。

本发明的又一目的是一种用于控制诸如直升机等的交通工具的安全气囊的系统，包括：一个或多个速度探测器，每个速度探测器安装在所述交通工具上；一个或多个安全气囊，每个安全气囊布置在相关速度探测器附近，适于缓冲所述交通工具与地面的撞击，所述安全气囊中的每个包括用于释放所容纳气体的阀；用于对所述一个或多个安全气囊进行充气的装置；以及控制中央单元，所述控制中央单元操作地与所述一个或多个速度探测器、所述一个或多个安全气囊的所述开口阀以及用于对所述一个或多个安全气囊进行充气的所述装置连接。

通常根据本发明，所述系统会包括多个安全气囊；且所述系统会包括数量对应于所述安全气囊的数量的速度探测器，每个速度探测器包括加速度计；以及所述控制中央单元适于对由所述加速度计中的每个加速度计所探测的加速度进行积分，从而获得安装所述加速度计的所述交通工具部分的瞬时速度。

还根据本发明，所述系统包括诸如激光测高计的高度探测器，所述高度探测器与所述控制中心单元连接，适于探测所述交通工具到地面的高度。

还根据本发明，所述控制中央单元可适于执行上述紧急着陆方法。

还根据本发明，所述阀可以是烟火启动阀。

现将具体参照附图，根据其较佳实施例示例性而非限制性地描述本发明，附图中：

图1示出直升机的安全气囊的气体释放的程序；以及

图2a-2f示出坠落到地面的直升机中安全气囊的气体释放顺序。

参照图1，示出控制系统释放容纳在直升机的安全气囊内的气体的程序。

气体释放控制系统包括中央控制单元、多个加速度计，每个加速度计连接到所述中央单元并由所述中央单元控制。具体来说，提供用于直升机的每个安全气囊的加速度计。每个所述加速度计放置在直升机的刚性结构上，从而使获取加速度时存在的干扰最小。此外，所述加速度计的位置，且因此还有安全气囊的位置将限定成直升机坠落时探测交通工具配平，以避免过大的角加速度，过大的角加速度会导致直升机在撞击地面之后翻滚。该系统还包括激光测高计，用于探测交通工具离地面的距离。

所述加速度计用于确定直升机的安装所述加速度计的不同部分的瞬时速度。一旦已知交通工具的初始速度，通过所探测加速度的逐步积分得到该速度。该实施例中用于控制的算法仅考虑到在局部坐标系中测得的加速度的垂直分量。

在所考虑的系统中，每一个安全气囊设有烟火致动阀，该烟火致动阀操作地与所述中央控制单元连接，以使所述单元可启动开口。每个阀一旦启动就释放安装上每个阀的相应安全气囊内所容纳的气体。

用于释放直升机内安全气囊内所容纳气体的方法可分成三个主要步骤，该方法从紧急程序的开始信号开始。所述信号由直升机或一般来说交通工具的驾驶员手动产生或借助于任何自动系统产生。

一般而言，根据本发明用于紧急着陆的方法进行：紧急程序开始后、即所述开始信号之后的安全气囊展开，直升机在直升机本身与地面撞击后即刻达到的垂直速度的最大值的探测，以及打开安全气囊的阀以进行放气的适当速度的评估，从而缓冲坠落并防止翻滚。

但是，考虑即使在紧急程序开始时，也可进行直升机驾驶员的机动，以通过显示飞行中交通工具的突然减慢来模拟撞击。飞行中最大速度探测的不当评估、将其诠释为与地面的撞击会致使飞行中阀的打开。

因此，在所述开始信号后安全气囊打开，在所述开始信号之后，提供开始所述交通工具的紧急着陆程序的条件以及安全气囊的控制的第一检查步骤，所述步骤由（A）表示。所述步骤（A）的结果是探测达到开始安全程序的最小速度V_Arm以及达到交通工具离地面的最小距离，从而检查所述交通工具有效地靠近地面。

步骤（A）包括以下子步骤。在步骤（A1）中，中央单元探测交通工具的初始速度。接着，在子步骤（A2）中，中央单元以采样频率（在该实施例中是1kHz）探测由加速度计获取的不同加速度。

在子步骤（A3），对加速度计获得的加速度进行积分，从而得到在任何瞬时交通工具的瞬时速度（步骤（A4）），通常由V_i表示。

接着，中央控制单元执行测试子步骤（A5），从而检查交通工具是否已经达到速度V_Arm。在该实施例中，所述速度V_Arm较佳地在2m/s与6m/s之间。

如果中央控制单元探测到交通工具尚未达到所述速度V_Arm，则其返回执行子步骤（A2），或者转到步骤（A6）中的新测试，在步骤（A6）中央控制单元使用激光测高计（图中未示出）探测交通工具离地面的距离。如果直升机达到距离d_Arm（在该实施例中约为2.5米），则系统探测到直升机在有效地坠落并接近地面。控制单元然后转到根据本发明的方法的步骤（B）。

在所述步骤（B）中，探测交通工具的安装加速度计的每个部分的撞击最大速度V_Max。这样，由于由加速度计探测的突然减速，中央控制单元可探测交通工具已经与地面撞击。这允许计算并然后设定系统的每个安全气囊的启动速度V_Att，相应的阀在该速度打开并释放所容纳的气体。

最大速度V_Max的探测基于与地面撞击期间，直升机开始减速且交通工具速度减小的事实。

具体来说，在子步骤（B1），获取来自每个加速度计的探测，在子步骤（B2）对这些探测进行积分来获得瞬时速度（步骤（B3））。

将从由每个加速度计探测的加速度的积分得到的瞬时速度V_i与先前采样i-1的瞬时速度相比较。

对于最大速度的定义，必须满足以下条件：

V_i(t)<V_i(t-1)

即，当前行程（或称为通道）（i）的速度小于前一行程（行程i-1）中获取的速度。如果比较V_i(t)<V_i(t-1)是否定的，则在子步骤（B5）建立：

K=0;

V_Max=0;

其中K是计数，下文将更明确其含义，而V_Max是每个加速度计所探测的最大速度。

为了探测撞击时间，必须探测交通工具开始减速的时间。此外，考虑到交通工具正在着陆或正在坠落，交通工具既经受重力加速度可能又经历发动机的加速度。因此，探测交通工具何时开始减速，甚至同时探测交通工具的速度。当然，较高的最大速度V_Max，与打开每个加速度计的安全气囊的最适当的时间是不同的，从而除了防止交通工具翻滚还缓冲撞击。因此，探测最大速度一方面允许获得交通工具到地面的撞击力，且另一方面获得变量，而通过该变量计算交通工具的打开阀以释放安全气囊或安全气囊各部内所容纳气体的速度。

在V_i(t)<V_i(t-1)的情况下，因此看上去交通工具开始减速表示在先采样，即V_i(t-1)中由加速度计探测的速度是最大值。但是，尽管由安装在交通工具具体位置的每个加速度计探测最大速度，但前一瞬时的减速的单次探测可能由于任何探测误差或电子误差以及由于着陆或撞击时交通工具配平的变化而是假信号。实际上，如果诸如直升机的交通工具在坠落时其配平变化或由于纵倾和侧倾而经受宽幅摆动，则某些加速度计探测速度增加，而布置在交通工具不同位置的另一些加速度计反而探测到速度减小。这显然表示不正确的探测。

因此，为了使系统更稳固，检查条件V_i(t)<V_i(t-1)必须达到最少次数（即采样或行程），该最少次数用以上由K表示的数字计数定义。在该实施例中，对于条件V_i(t)<V_i(t-1)的最大速度的获取重复20次或20个行程。当然，所述计数K仅在满足所述条件并获取速度V_Max时、仅在所述检查V_i(t)<V_i(t-1)做了连续次数K时增加。

如果速度再次增加的条件在K达到预设值之前发生，则计数K会再次重置为零（步骤（B5））且循环会在开始步骤（B1）重新开始。反之，如果条件Vi(t)<Vi(t-1)发生超过20次（步骤（B6）-B（9）），则考虑探测到最大速度V_Max，且能够继续到下一步骤（C）。

在步骤（C1），对每个加速度计定义启动速度V_Att，其中中央控制单元打开相应安全气囊或安全气囊部的阀。

所述启动速度V_Att是最大速度V_Max的函数。具体来说，在该实施例中，该函数是线性的，且等于：

V_Att=V_Max*0.35.

换言之，考虑单个加速度计，当其探测瞬时速度Vi=V_Att时，在该情况下瞬时速度等于所探测最大速度V_Max的35%，则中央控制单元打开相应安全气囊的阀。

在步骤（C2）、（C3）和（C4）中将进行加速度计的积分和然后瞬时速度的计算，直到在测试步骤（C5）达到启动速度为止，在测试步骤（C5）中相应安全气囊的阀将打开，在步骤（C6），释放所述安全气囊内的气体。

图2a-2f示出坠落到地面的直升机中安全气囊的气体释放顺序。如可看出的，图2a示出坠落在地面4上的直升机1，该直升机1装备有前部安全气囊2和后部安全气囊3。

安全气囊2和3已经充气并准备与地面4撞击，以缓冲撞击并保护直升机1的机舱1’内的人员。

在与地面4撞击之前，中央控制单元已经探测到交通工具已达到速度V_Arm，且在与地面撞击前，已经借助于激光测高计探测到离地面4的有效距离。

在图2b中，后部安全气囊3与地面4接触。在该情况下，中央控制单元借助于与所述后部安全气囊3相关的加速度计探测速度的下降，且中央控制单元能够提供由安全气囊3所保护的交通工具部分的撞击最大速度V_Max-3。

在图2c中，前部安全气囊2同样与地面4接触。

在图2d中，后部安全气囊3的加速度计已经探测到已经达到安全气囊3的启动速度V_Att-3，在该实施例中等于V_Max-3*0.35。此时，中央控制单元打开烟火致动阀，对安全气囊3进行放气。

同时，前部安全气囊2与地面4接触，且中央控制单元通过与所述前部安全气囊2相关的加速度计探测速度下降，从而得到由安全气囊2所保护的交通工具部分的最大撞击速度V_Max-2。

在图2e中，前部安全气囊2的加速度计已经探测到也已经达到安全气囊2的启动速度V_Att-2，在该实施例中等于V_Max-2*0.35。此时，中央控制单元打开烟火致动阀，对前部安全气囊2进行放气。同时，后部安全气囊3继续放气，缓冲直升机1与地面4的撞击。

最后，图2f示出放置在地面4上的直升机1，其中前部安全气囊2和后部安全气囊3都完全放气。

已经根据本发明的较佳实施例出于说明而非限制目的描述了本发明，但应理解本领域的技术人员可引入更改和/或改变而不偏离所附权利要求书限定的相关范围。

Claims (16)

1.一种诸如直升机（1）等的交通工具紧急着陆的方法，所述交通工具（1）包括至少一个安全气囊（2，3），所述至少一个安全气囊（2，3）设有用于允许容纳在所述至少一个安全气囊（2，3）中的气体流出的相应开口阀，所述至少一个安全气囊适于缓冲所述交通工具（1）与地面（4）的撞击，所述至少一个安全气囊（2，3）进行充气以用于紧急着陆，所述方法包括以下步骤：

(A)检查所述交通工具（1）的紧急着陆条件；

(B)探测交通工具（1）的最大或撞击速度（V_Max）；以及

(C)在探测到所述交通工具的启动速度（V_Att）之后打开所述开口阀，从而对所述至少一个安全气囊（2，3）进行放气。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交通工具（1）包括多个安全气囊（2，3）。

3.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，探测所述最大或撞击速度(V_Max)的所述探测步骤（B）包括以下子步骤：

-获取每个安全气囊（2，3）附近的瞬时速度（V_i）；以及

-计算每个安全气囊（2，3）附近的最大或撞击速度（V_Max）。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，计算所述最大或撞击速度(V_Max)的所述计算步骤包括以下子步骤：

-探测所述瞬时速度（V_i）的降低经历连续数量（K）的采样；以及

设定等于由第一次采样探测的所述瞬时速度（V_i）的最大或撞击速度(V_Max)，此后探测瞬时速度（V_i）降低的所述数量（K）的采样。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采样数量（K）等于20。

6.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述打开步骤（C）包括以下子步骤：

-探测每个安全气囊（2，3）附近的瞬时速度(Vi)；以及

-当所述瞬时速度（V_i）达到启动速度（V_Att）时打开所述相关安全气囊（2，3）的所述开口阀。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述启动速度（V_Att）是所述最大或撞击速度（V_Max）的函数，尤其是所述启动速度（V_Att）是线性函数，且所述启动速度（V_Att）较佳地等于所述最大或撞击速度（V_Max）与等于约0.35的系数的乘积。

8.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述检查步骤（A）包括以下子步骤：

-获取每个安全气囊（2，3）附近的瞬时速度(V_i)；以及

-检查所述瞬时速度（V_i）是否达到紧急着陆程序速度（V_Arm）；

-探测所述交通工具离地面（4）的距离；

-检查所述距离是否小于或等于用于所述交通工具（1）紧急着陆的距离（d_Arm），所述距离（d_Arm）较佳地约为2.5米。

9.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在探测瞬时速度（V_i）时，探测所述瞬时速度（V_i）的垂直分量。

10.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个安全气囊（2，3）附近的所述瞬时速度（V_i）的所述探测步骤包括以下子步骤：

-以采样频率探测每个安全气囊（2，3）附近所述瞬时加速度；

-对在前一探测步骤获取的所述加速度采样进行积分；

-计算每个安全气囊（2，3）附近的瞬时速度（V_i）的采样。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述采样频率等于约1KHz。

12.一种用于控制诸如直升机（1）等的交通工具的安全气囊（2，3）的系统，包括：

一个或多个速度探测器，每个速度探测器安装在所述交通工具（1）上，

一个或多个安全气囊（2，3），每个安全气囊布置在相关速度探测器附近，适于缓冲所述交通工具（1）与地面（4）的撞击，所述安全气囊（2，3）中的每个包括用于释放所容纳气体的阀，

用于对所述一个或多个安全气囊（2，3）进行充气的装置，以及

控制中央单元，所述控制中央单元操作地与所述一个或多个速度探测器、所述一个或多个安全气囊（2，3）的所述开口阀、以及用于对所述一个或多个安全气囊（2，3）进行充气的所述装置连接。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，

所述系统包括多个安全气囊（2，3），

以及所述系统包括数量对应于所述安全气囊（2，3）的数量的速度探测器，每个速度探测器包括加速度计，以及

所述控制中央单元适于对由所述加速度计中的每个加速度计所探测的加速度进行积分，从而获得安装所述加速度计的所述交通工具部分（1）的瞬时速度（V_i）。

14.如权利要求12或13中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括诸如激光测高计的高度探测器，所述高度探测器与所述控制中央单元连接，适于探测所述交通工具（1）离地面（4）的高度。

15.如权利要求12-14中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制中央单元适于执行如权利要求1-11中任一项所述的方法。

16.如权利要求12-15中任一项所述的系统，其特征在于，所述阀是烟火启动阀。

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