CN106828222B - 一种汽车安全座椅及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车碰撞安全技术领域，尤其涉及一种汽车安全座椅及其控制方法。具体包括，在汽车发生碰撞时，车身加速度传感器感应当前汽车的行驶加速度达到一加速度阈值后，控制定位套筒从导轨的当前定位孔中抽离以解除座位的固定，进而微处理器控制平移电机工作使座椅远离方向盘；微处理器还控制后仰电机工作使座椅发生后仰。上述技术方案通过在汽车碰撞时自动控制座椅的向后移动和后仰，一方面可以增大驾驶员与方向盘的距离，使驾驶员免于承受方向盘后移时的被动撞击；另一方面，座椅后仰能够有效减少一部分向前惯性力，降低驾驶员主动撞击方向盘及前方异物的风险。
Description
技术领域
本发明属于汽车安全技术领域，尤其涉及一种汽车安全座椅及其控制方法。
背景技术
随着高速公路的普及和汽车车速的提高，汽车驾驶过程中因正面碰撞造成的恶性交通事故越来越严重，在汽车发生剧烈正面撞击时，基于惯性作用，驾驶者往往会因为强烈的惯性力作用而向前倾，发动机及转向传动管柱因撞击而向后移动，人体的胸部会和方向盘发生激励碰撞而造成人员伤亡。
现有技术中，为了避免汽车碰撞造成的上述伤害，通常在汽车转向系统中应用可溃缩的防伤转向传动管柱，然而，根据交通事故统计资料和对汽车碰撞试验结果的分析发现，汽车正面碰撞时，方向盘仍然是使驾驶员受伤的主要元件。其原因主要在于以下两个方面：一是因为发动机及转向传动管柱因撞击而向后移动造成方向盘后移导致顶伤人的胸部；二是因为汽车在发生碰撞时，惯性太大，造成驾驶员以较大的冲击力撞向位于前方的方向盘。
由上可知，汽车在发生碰撞时，依赖现有的保护措施无法有效地减轻对驾驶员的人身伤害，导致在车祸中驾驶员致伤和致死率高居不下，汽车的安全驾驶性能有待提高。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种汽车安全座椅。具体包括：座椅、后仰电机、座椅支架、平移电机、齿轮、齿条、后限位块、前限位块、车身加速传感器、带定位孔的导轨、定位套筒、解锁手柄、磁铁、电磁线圈、拉索、压紧弹簧和微处理器；
其中，座椅底部连接后仰电机，后仰电机下端连接座椅支架，座椅支架固定于车身之上，座椅支架远离方向盘的一端连接平移电机，平移电机外周成圆形并围绕圆周间隔设有向外凸起的齿轮，齿轮压合在齿条上，齿条远离方向盘一端设有后限位块，靠近方向盘一端设有前限位块，座椅支架另一端压紧在带若干定位孔的导轨上，定位套筒上端接压紧弹簧和拉索，定位套筒下端插入导轨的一定位孔中以实现座椅支架的定位，拉索的一端连接定位套筒的上端，拉索的另一端通过一滑轮连接解锁手柄，解锁手柄上安置有磁铁，磁铁正上方设有电磁线圈，微处理器与车身加速传感器、电磁线圈、平移电机、后仰电机分别连接。
本发明还提供了一种用于上述汽车安全座椅的控制方法，该控制方法包括：
A、汽车安全驾驶时，驾驶员上拉解锁手柄并带动拉索产生向上的作用力，定位套筒受该作用力而向上拉起脱离导轨上的当前定位孔，驾驶员用身体推动座椅向前或向后，当将座椅调整至理想位置时，驾驶员松开解锁手柄，拉索上的拉力消失，在压紧弹簧的反弹力作用下，定位套筒插入位于导轨当前位置的另一定位孔，座椅支架和座椅都得以固定；
B、汽车发生碰撞时，控制方法包括以下子步骤：
步骤(1)：车身加速度传感器感应当前汽车的行驶加速度a，a1为一预设的加速度阈值，若a≤a1，微处理器给电磁线圈通电，所述a、a1用负值表示；
步骤(2)：通电后的电磁线圈产生磁性吸引磁铁产生向上的磁力，该磁力带动解锁手柄向上移动，此时与解锁手柄相连的拉索通过滑轮带动定位套筒产生向上的作用力，在该作用力作用下，定位套筒从导轨的当前定位孔中抽离；
步骤(3)：微处理器控制平移电机工作并带动其外周转动，平移电机外周的齿轮在齿条上向远离方向盘一端转动，进而带动座椅支架及座椅远离方向盘并后移L距离，其中L最大为调整前平移电机与后限位块之间的距离；
步骤(4)：微处理器控制后仰电机工作使座椅发生后仰，后仰角度为θ，结束控制过程。
进一步地，上述控制过程中，a1取值范围为-1.4g～-1.0g，暂取-1.2g；L取值范围为0.1m～0.6m，暂取0.3m；θ取值范围为10°～40°，暂取25°。
本发明的技术方案通过在汽车碰撞时自动控制座椅的向后移动和后仰，一方面可以增大驾驶员与方向盘的距离，使驾驶员免于承受方向盘后移时的被动撞击；另一方面，座椅后仰能够有效减少一部分向前惯性力，降低驾驶员主动撞击方向盘及前方异物的风险。
附图说明
图1是本发明提供的汽车安全座椅结构图
图2是座椅后仰过程中向前惯性力分解的示意图
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
如图1所示的汽车安全座椅，该汽车安全座椅包括座椅1、后仰电机2、座椅支架3、平移电机4、齿轮5、齿条6、后限位块7、前限位块8、车身加速传感器10、带定位孔的导轨11、定位套筒12、解锁手柄13、磁铁14、电磁线圈15、拉索16、压紧弹簧17和微处理器(MCU)18。
其中，座椅1底部连接后仰电机2，后仰电机2下端连接座椅支架3，座椅支架3固定于车身9之上，座椅支架3远离方向盘的一端连接平移电机4，平移电机4外周成圆形并围绕圆周间隔设有向外凸起的齿轮5，齿轮5压合在齿条6上，齿条6远离方向盘一端设有后限位块7，靠近方向盘一端设有前限位块8，座椅支架3另一端压紧在带若干定位孔的导轨11上，定位套筒12上端接压紧弹簧17和拉索16，定位套筒12下端插入导轨11的一定位孔中以实现座椅支架3的定位，拉索16的一端连接定位套筒12的上端，拉索16的另一端通过一滑轮连接解锁手柄13，解锁手柄13上安置有磁铁14，磁铁14正上方设有电磁线圈15，微处理器(MCU)18与车身加速传感器10、电磁线圈15、平移电机4、后仰电机2分别连接。进一步地，定位套筒12可以采用空心结构或实心结构。
图1所示汽车安全座椅的控制方法如下：微处理器(MCU)18基于车身加速传感器10感测的加速度信号控制对电磁线圈15的通电和断电，当电磁线圈15被通电时，电磁线圈15产生磁力吸引磁铁14并带动解锁手柄13向上移动，此时与解锁手柄13连接的拉索16通过滑轮带动定位套筒12产生向上的作用力，进而定位套筒12从导轨11的定位孔中抽离，此时微处理器(MCU)18控制平移电机4工作并带动其外周转动，平移电机4外周的齿轮5在齿条6上向远离方向盘一端转动，进而带动座椅支架3及座椅1远离方向盘。紧接着，微处理器(MCU)18控制后仰电机2作用使座椅1发生后仰，此时坐在驾驶位上的驾驶员随之后仰而使胸部远离方向盘，并且该后仰有效地削弱了向前的惯性力，避免了由于距离方向盘太近和向前惯性力太大造成的人身损伤。
具体地，图1所示安全座椅的具体控制过程包括下述A、B两种情况：
A、汽车安全驾驶时，驾驶员上拉解锁手柄13并带动拉索16产生向上的作用力，定位套筒12受该作用力而向上拉起脱离导轨11上的当前一定位孔，驾驶员用身体推动座椅向前或向后，当将座椅调整至理想位置时，驾驶员松开解锁手柄13，拉索16上的拉力消失，在压紧弹簧17的反弹力作用下定位套筒12插入位于导轨11当前位置的另一定位孔，座椅支架3和座椅1都得以固定；
B、汽车发生碰撞时的控制方法包括以下子步骤：
步骤(1)：车身加速度传感器10感应当前汽车的行驶加速度a，a1为一预设的加速度阈值，若a≤a1，微处理器(MCU)18给电磁线圈15通电，所述a、a1用负值表示；
步骤(2)：通电后的电磁线圈15产生磁性吸引磁铁14产生向上的磁力，该磁力带动解锁手柄13向上移动，此时与解锁手柄13相连的拉索16通过滑轮带动定位套筒12产生向上的作用力，在该作用力作用下，定位套筒12从导轨11的当前定位孔中抽离；
步骤(3)：微处理器(MCU)18控制平移电机4工作并带动其外周转动，平移电机4外周的齿轮5在齿条6上向远离方向盘一端转动，进而带动座椅支架3及座椅1远离方向盘并后移L距离，其中L最大为调整前平移电机4与后限位块7之间的距离；
步骤(4)：微处理器(MCU)18控制后仰电机2工作使座椅1发生后仰，后仰角度为θ，此时驾驶员已远离方向盘且向前惯性力减小，完成工作。
图2所示是座椅后仰过程中向前惯性力减小的示意图，如图2中，F代表汽车撞击时产生的向前的惯性力，座椅1在后仰电机2控制下发生后仰后，向前的惯性力F可分解为右上方F1和右下方F2两个分力，F2这一右下方的分力基于座椅面对驾驶员向左上方的支撑力F`2得以完全抵消，其减少了驾驶员的向前惯性力，保护驾驶员免受较大惯性力带来的撞击伤害。
具体地，在上述实施例中，a1取值范围为-1.4g～-1.0g，暂取-1.2g；L取值范围为0.1m～0.6m，暂取0.3m；θ取值范围为10°～40°，暂取25°。
本发明的技术方案通过在汽车碰撞时自动控制座椅的向后移动和后仰，一方面可以增大驾驶员与方向盘的距离，使驾驶员免于承受方向盘后移时的被动撞击；另一方面，座椅后仰能够有效减少一部分向前惯性力，降低驾驶员主动撞击方向盘及前方异物的风险。
上述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种汽车安全座椅，所述汽车安全座椅包括座椅(1)、后仰电机(2)、座椅支架(3)、平移电机(4)、齿轮(5)、齿条(6)、后限位块(7)、前限位块(8)、车身加速传感器(10)、带定位孔的导轨(11)、定位套筒(12)、解锁手柄(13)、磁铁(14)、电磁线圈(15)、拉索(16)、压紧弹簧(17)和微处理器(18)，其特征在于：
所述座椅(1)底部连接所述后仰电机(2)，所述后仰电机(2)下端连接所述座椅支架(3)，所述座椅支架(3)固定于车身(9)之上，所述座椅支架(3)远离方向盘的一端连接所述平移电机(4)，所述平移电机(4)外周成圆形并围绕圆周间隔设有向外凸起的所述齿轮(5)，所述齿轮(5)压合在所述齿条(6)上，所述齿条(6)远离方向盘一端设有所述后限位块(7)，靠近方向盘一端设有所述前限位块(8)，所述座椅支架(3)另一端压紧在带若干定位孔的所述导轨(11)上，所述定位套筒(12)上端接所述压紧弹簧(17)和所述拉索(16)，所述定位套筒(12)下端插入所述导轨(11)的一定位孔中以实现所述座椅支架(3)的固定，所述拉索(16)的一端连接所述定位套筒(12)的上端，所述拉索(16)的另一端通过滑轮连接所述解锁手柄(13)，所述解锁手柄(13)上安置有所述磁铁(14)，所述磁铁(14)正上方设有所述电磁线圈(15)，所述微处理器(18)与所述车身加速传感器(10)、所述电磁线圈(15)、所述平移电机(4)、所述后仰电机(2)分别连接。
2.根据权利要求1所述的汽车安全座椅，其特征在于，所述定位套筒(12)采用空心结构或实心结构。
3.一种用于权利要求1中所述汽车安全座椅的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
A、汽车安全驾驶时，驾驶员上拉所述解锁手柄(13)并带动所述拉索(16)产生向上的作用力，所述定位套筒(12)受该作用力而向上拉起进而脱离所述导轨(11)上的当前定位孔，驾驶员用身体推动座椅向前或向后，当将座椅调整至理想位置时，驾驶员松开所述解锁手柄(13)，所述拉索(16)上的拉力消失，在所述压紧弹簧(17)的反弹力作用下，所述定位套筒(12)插入位于所述导轨(11)当前位置的另一定位孔，所述座椅支架(3)和所述座椅(1)都得以固定；
B、汽车发生碰撞时，所述控制方法包括以下子步骤：
步骤(1)：所述车身加速度传感器(10)感应当前汽车的行驶加速度a，a1为一预设的加速度阈值，若a≤a1，所述微处理器(18)给所述电磁线圈(15)通电，所述a、a1用负值表示；
步骤(2)：通电后的所述电磁线圈(15)产生磁性吸引所述磁铁(14)产生向上的磁力，该磁力带动所述解锁手柄(13)向上移动，此时与所述解锁手柄(13)相连的所述拉索(16)通过滑轮带动所述定位套筒(12)产生向上的作用力，在该作用力作用下，所述定位套筒(12)从所述导轨(11)的当前定位孔中抽离；
步骤(3)：所述微处理器(18)控制所述平移电机(4)工作并带动其外周转动，所述平移电机(4)外周的所述齿轮(5)在所述齿条(6)上向远离方向盘一端转动，进而带动所述座椅支架(3)及所述座椅(1)远离方向盘并后移L距离，其中L最大为调整前所述平移电机(4)与所述后限位块(7)之间的距离；
步骤(4)：所述微处理器(18)控制所述后仰电机(2)工作使所述座椅(1)发生后仰，后仰角度为θ，结束控制过程。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述a1取值范围为-1.4g～-1.0g，所述L取值范围为0.1m～0.6m，所述θ取值范围为10°～40°，其中g为重力加速度。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述a1＝-1.2g，所述L＝0.3m，所述θ＝25°。
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