CN107529845A - 头盔与头盔系统 - Google Patents

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Abstract

一种防护头盔系统(10)，其整合了转向信号灯、刹车信号灯、运动传感器(710)、蓝牙连接设备以及摇控器(180)。该系统(10)包括为载具的骑手提供保护和提高安全性的头盔(20)，以及用于无线控制头盔中的电子设备执行功能的摇控器(180)。头盔(20)包括LED灯条(60)。LED灯条(60)包括弹性基底(68)以及安装在弹性基底(68)上的多个LED灯(62，63，64，65，66，671，672，673)。此外，LED灯条(60)配置成产生至骑手周围的车辆与行人的光信号，使得骑手更容易被周围的车辆与行人发现，由此提高骑手的安全性。

Description

头盔与头盔系统
相关申请的交叉引用
本申请要求提交日为2015年2月28日的美国临时专利申请62/126，579的优先权，其公开通过引用整体结合到本文中。
技术领域
本发明涉及用于保护包括自行车及摩托车的载具的骑手的头盔以及安全装置。
背景技术
头盔用于在发生撞击时保护头部。然而，大部分的自行车头盔并非设计为防止会造成头部撞击或其他身体伤害的意外发生。根据波士顿市在2013年五月所公布的波士顿自行车骑手安全报告2013(其公开通过引用并入本文中)，32％的自行车意外是由于汽车驾驶员没有看到自行车骑手；其中包括有18％的自行车意外源自“撞门”，即车辆的门直接延伸到自行车骑手身上(波士顿自行车骑手安全报告2013第17页)。另外有38％的自行车意外源自自行车骑手不遵守交通规则，例如闯停车标志或者驶入迎面而来的车流中(波士顿自行车骑手安全报告2013第17页)。整体来说，共有70％自行车意外是因为自行车骑手不容易被发现以及不遵守交通规则而发生。如果自行车骑手在路上更容易被发现，并且共享一个共同的系统来沟通他们在路上的动作，便有可能避免这些意外。随着自行车骑乘率预期在近年，尤其是在车流量较大的城市区域，显著增加，为自行车骑手配备适当的装备来主动避免意外的发生是重要的。
传统的自行车头盔受限于反应性地将对头部的冲击降到最小。传统的自行车头盔设计有通常由膨胀聚苯乙烯泡沫构成的内衬以及通过胶水和/或胶带粘附于内衬的塑料外壳。这种传统的设计可以在冲击发生时将头部伤害降到最小，但其并不能帮助自行车骑手在路上，尤其是在大多数意外发生的夜幕降临或黑暗的环境中(波士顿自行车骑手安全报告2013第14页，大部分意外发生在下午5点左右)，变得更容易被发现来避免撞击。
许多自行车骑手通过将灯光或是反射器粘合在其自行车、头盔或服装上来解决该问题。这种解决方式是不够的，因为大部分的灯或反射器都太小或是亮度不足，以致无法从安全的跟车距离看到。设置在自行车例如轮子或座位下方的某些部位上的灯或反射器对于路上的机动车驾驶员而言从某些角度或跟车距离是看不见的。此外，对于不同自行车骑手，灯与反射器的放置都是独特的。缺乏标准化和共性的照明系统可导致机动车驾驶员、其他自行车骑手以及行人无法充分地看到自行车骑手。
因此，需要一种整合的解决方桉来提供被动的冲击保护和向自行车骑手发出信号的主动保护。
此外，目前的头盔并未被充分地作为额外科技增强的平台使用。由于头盔经常在各种的场合中被穿戴，因此，除了为头部提供保护以外，更有机会利用头盔来解决更多的问题。
已存在许多利用科技来增强头盔的构想。然而，直到目前为止，仅有少数被引入市场。原因之一在于在维持头盔的一体性而使其可以达到主要目的(即为人的头部提供保护)的同时，又能够将电子设备整合于头盔中是一个重大的问题。举例来说，取决于头盔期望销售的地点，其必须通过不同的标准，例如EN1078和CPSC 16C.F.R part 1203。这些安全标准中最大的部份即为冲击测试。
为了将科技结合到头盔，必须创造空间以容纳电子设备。为了保留头盔外表面和头盔整体的美学设计，电子设备必须“隐藏”到头盔内。然而，这么做实际上意味着从头盔移除保护材料，减小其通过EN1078以及CPSC16C.F.R part 1203所需的冲击测试的能力。
因此，本领域中需要一种智能头盔和一种能够解决上述工程难题的结构设计，使得能够设计出这样一种头盔，其(1)将电子设备与头盔整合；(2)有效地将电子设备隐藏而不让使用者看见；以及(3)仍然通过主流自行车头盔安全标准。虽然对于智能头盔的需求和结构设计是经由分析保护自行车骑手的需求后得出的，但该智能头盔和结构设计对于保护例如摩托车的其他载具的骑手也同样有用。
发明内容
本发明的第一方面在于提供一种为载具的骑手提供保护和提高安全性的头盔。
该头盔包括安装在头盔上的发光二极管(LED)灯条。该LED灯条包括弹性基底和安装在弹性基底上的多个LED灯。特别是，该LED灯条配置成产生至骑手周围的车辆与行人的光信号，使得骑手更容易被周围的车辆与行人发现，由此提高骑手的安全性。
所述头盔进一步包括衬垫，其配置成保护骑手的头部。LED灯条与衬垫整合。优选地，衬垫由高密度的冲击吸收泡沫材料制成，使得该衬垫能够保护骑手的头部。
所述头盔进一步包括电子设备与电池盒，其具有至少用于控制多个LED灯的电子设备。电子设备与电池盒和衬垫整合。在一个实施例中，电子设备与电池盒包括下塑料壳体和上塑料壳体，当下塑料壳体与上塑料壳体接合时，两者配置为形成封闭空间。在另一实施例中，电子设备与电池盒包括磁性充电口。而在另一的实施例中，电子设备与电池盒配置有蓝牙连接设备，用以与外部具有蓝牙功能的装置通信。
优选地，多个LED灯包括右前方LED灯、右后方LED灯、后方LED灯、左后方LED灯、左前方LED灯、左边缘LED灯、右边缘LED灯以及中央边缘LED灯。在一实例中，右前方LED灯和左前方LED灯中的每个为超高亮度橘白双色LED灯，右后方LED灯和左后方LED灯为超高亮度橘色LED灯，后方LED灯为超高亮度红色LED灯，左边缘LED灯和右边缘LED灯为橘色LED灯，以及中央边缘LED灯为红色。电子设备与电池盒配置为当骑手直线行驶时，控制LED灯条使后方LED灯闪烁，使得骑手更容易被周围的车辆和行人发现。
在一个选项中，电子设备与电池盒包括一个或多个接近传感器、一个或多个扬声器以及一个或多个振动马达；另外，电子设备与电池盒被配置为，当通过一个或多个接近传感器侦测到接近的载具时，控制中央边缘LED灯闪烁并增加LED灯条的亮度，并且触发一个或多个振动马达进行振动以及触发一个或多个扬声器发出警示声响，由此通知骑手。
所述的电子设备与电池盒可以包括一个或多个运动传感器。电子设备与电池盒可以被进一步配置为，当一个或多个运动传感器侦测到载具减速时，改变LED图案使得左后方LED灯、后方LED灯、右后方LED灯保持点亮，直到该载具停止为止。
优选地，所述头盔进一步包括均用于保护骑手的上壳体和下壳体。还优选地，所述头盔进一步包括使得头盔能够固定到骑手头部的固定带。
本发明的第二方面在于提供一种防护头盔系统。该系统包括根据本发明第一方面中公开的任一实施例的头盔，以及用于无线控制头盔中的电子设备使其执行各种功能的摇控器。
在一个选择中，摇控器包括左按钮、右按钮以及基座，其中左按钮和右按钮位于基座上或上方。在另一个选择中，摇控器包括基座，该基座具有两个有线按钮，即左按钮和右按钮。
优选地，当骑手按下左按钮以示意该载具要左转时，后方LED灯、左边缘LED灯、左前方LED灯以及左后方LED持续闪烁。当骑手按下右按钮以示意该载具要右转时，后方LED灯、右边缘LED灯、右前方LED灯以及右后方LED持续闪烁。
本发明的第三方面在于提供一种用于为载具的骑手提供保护和提高安全性的头盔。该头盔包括一个或多个电子设备盒。单个电子设备盒包括盖体、底部、翼部和腔室。翼部从盖体突出并且延伸到与头盔接触，以在冲击时吸收冲击能量；腔室位于底部和头盔之间。腔室用于防止在冲击初期压缩头盔位于单个电子设备盒下方的泡沫材料。
本发明所公开的其他方面通过下文的实施例进行说明。
附图说明
图1为根据本发明一个示例性实施例的防护头盔系统的示意图；
图2A、图2B及图2C展示了图1的防护头盔的不同视图，其中，图2A为立体图，而图2B与图2C为两个不同的分解图；
图3为根据本发明一个实施例的头盔的电子设备盒组件的立体分解图；
图4A、图4B及图4C为根据本发明一个实施例的头盔的LED组件的三个视图，其中，图4A为立体图，图4B为俯视图，而图4C为侧视图；
图5A-图5D显示了根据本发明一个实施例的头盔的遥控器的不同版本；
图6为流程图，其提供了在主印刷电路板(PCB)的固件程序中实施的流程步骤的示例；
图7为流程图，其提供了在摇控器的PCB固件程序中实施的流程步骤的示例；
图8A、图8B及图8C展示了根据本发明一个实施例的具有含翼部设计的电子设备盒的头盔，其中，图8A、图8B与图8C分别提供了立体分解图、底部剖视图以及侧部剖视图。
具体实施方式
本发明提供一种智能头盔及其机构设计，使得能够获得这样的头盔：(1)将电子设备以不让使用者看见的有效隐藏方式与头盔整合；以及，(2)仍然通过主流头盔安全标准。
虽然下文中主要是基于本发明应用于自行车骑手时的实施例对本发明进行叙述，然而，本发明并不被限制于仅应用于自行车。本发明可以应用于例如摩托车的任何载具，其中这些载具的骑乘者为了安全与保护目的穿戴头盔。
作为示例性目的，通过如下描述智能头盔及其机构设计的示例性实施利对本发明进行叙述。
本发明的概要
根据本发明的示例性实施例，防护智能头盔与一个或多个刹车灯、一或多个转向信号灯、一个或多个运动传感器、一个或多个接近传感器、振动马达、一个或多个扬声器、麦克风、摄相机、一个或多个无线遥控器以及蓝牙连接设备进行整合。此外，该防护智能头盔系统配置成使得运载工具(尤其是自行车或摩托车)的骑乘者能够：
●在路上更加容易被发现；
●能够将骑手的转向意图传达给骑手周围的其他人；
●通过摇控器控制头盔上的转向信号；
●通过使用刹车信号灯的特征，能够将骑手正在减速的事实传达给骑手周围的其他人；
●将头盔与骑手的手机或另一电子装置连接，并与其他应用软件、活动追踪软件或用于改变和控制头盔上的灯光模式的软件进行互动；
●侦测何时骑手可能已发生碰撞，并自动将信号通过经由蓝牙连接的手机或其他方式发送给预选的紧急联络人；
●如果有物体接近骑手，通过一个或多个接近传感器接收声音、视觉或触觉反馈；
●通过整合的相机记录骑手周围区域的照片、视频信号和/或音频信号；以及
●保持骑手的头部在发生撞击时受到保护，且该保护具有与在一个或多个安全规范中对所有头盔所限定和要求的相同程度。
根据示例性实施例，将电子设备整合到头盔的结构设计中的设计具有下列特征：
●头盔具有容纳电子设备的腔室。
●此外，头盔具有用以封闭电子设备以提供美学外观的塑料封闭空间。
●头盔进一步具有位于封闭空间和头盔的衬垫之间的冲击吸收胶体。
●塑料封闭空间具有“翼部”的设计，其使得封闭空间可以将来自冲击的应力分摊、转移和分散到封闭空间周围的区域，由此维持头盔在撞击发生时保护骑手头部的能力，以满足头盔所需的必须安全规范。
头盔的构建方法
图1为根据本发明的示例性实施例的防护头盔系统10的代表示意图。头盔系统10包括头盔20以及摇控器180。头盔20包括上壳体31、下壳体32、固定带33、LED灯条60以及电子设备与电池盒70，其中，上述全部元件与衬垫40整合以形成下文中进一步详细说明的头盔20。上壳体31与下壳体32由硬材料制成，并且是保护穿戴头盔20的骑手的手段。固定带33使得头盔20可以被固定到骑手的头部。LED灯条60安装在头盔20上，并且具有多个LED用于产生光信号，使得骑手更容易被周围的车辆和行人发现，从而提升骑手的安全。电子设备与电池盒70是用于容纳操作头盔20的电子设备的空间(通常视觉上不美观)，同时保持头盔20外部的美观。可以装饰上壳体31和下壳体32以产生美学外观。
下文中将配合图2A-2C对头盔20的结构进行说明。图2A提供为头盔20的立体图，而图2B与图2C则为两个不同的分解视图。上壳体31、LED灯条60、下壳体32以及固定带33与衬垫40连接并整合，由此形成头盔20。优选地，上壳体31与下壳体32由塑料真空成型。衬垫40同样优选地由高密度的冲击吸收泡沫材料制成，该泡沫材料具有多个用于通气的通气孔、多个用于嵌入LED灯条的通道、多个用于容纳电子设备与电池盒70的井，以及使固定带33能够固定于其中的孔。
电子设备与电池盒70也被视为头盔20的控制模块。在下文中，“电子设备与电池盒”与“控制模块”两个术语交替使用。
此外，衬垫40配置成为头盔系统10的骑手提供安全保护。当骑手的头部受到撞击时，衬垫40会变形，因而吸收冲击能量以保护骑手的头部。
图3示出根据本发明的一个实施例的头盔20的电子设备与电池盒70的立体分解图。电子设备与电池盒70包括下塑料壳体75和上塑料壳体76，当下塑料壳体75与上塑料壳体76接合时，两者配置成形成封闭空间。电子设备与电池盒70进一步包括一个或多个接近传感器77、一个或多个扬声器78、一个或多个振动马达79以及一个或多个运动传感器710。在一实施方式中，PCB板73也安装在电子设备与电池盒70中。电子设备与电池盒也可以具有磁性充电口71。此外，电子设备与电池盒70配置成容纳电池74。
图4A、4B和4C示出根据本发明一个实施例的LED灯条60的不同视图。LED灯条60包括弹性基底68以及安装在弹性基底68上的多个LED灯。优选地，该多个LED灯包括右前方LED灯62、右后方LED灯63、后方LED灯64、左后方LED灯65、左前方LED灯66、左边缘LED灯671、右边缘LED灯672以及中央边缘LED灯673。在一个优选实施例中，右前方LED灯62和左前方LED灯66的每个优选为超高亮度橘白双色LED灯，右后方LED灯63以及左后方LED灯65优选为超高亮度橘色LED灯，后方LED灯64优选为超高亮度红色LED灯，左边缘LED灯671以及右边缘LED灯672优选为橘色LED灯，中央边缘LED灯673为红色。
图5A-5D示出根据本发明一个实施例的摇控器180的不同版本的立体图。首先参照图5A与图5B中所示出的两个版本。遥控器180包括左按钮51、右按钮52、电子设备盒50，以及连接到自行车握把(或者骑手骑乘的任何载具的握把)的基座53。左按钮51与右按钮52优选地由软橡胶塑料制成。壳体优选地也为塑料。优选地，基底53为塑料。在图5A和图5B所示出的各个版本中，左按钮51与右按钮52位于基底53上或上方。在图5C与图5D中，具有另外两个版本，其中每个具有基座54，基座54具有两个有线按钮，即左按钮与右按钮。
LED灯条60由控制模块70所控制。在通常状况下，当骑手直行时，控制模块70会发送信号给LED灯条60以使后方LED灯64闪烁。如此一来，可以使骑手更容易被周围的车辆与行人发现。
在一个实施例中，控制模块70还配备有蓝牙连接设备用于与外部具有蓝牙功能的装置进行通信。在一个操作模式中，控制模块70可以与智能手机连接，并且可以通过蓝牙与指定的智能手机应用程式进行通信。控制模块70可以将关于电池74的信息传送给智能手机，使得能够显示电池74的剩余电量。骑手可以指定LED灯条60在不同情况下的闪烁模式。当控制模块70通过一个或多个运动传感器710侦测到头盔20受到高度撞击时，控制模块70还可以将信号传送到智能手机，以在智能手机上触发紧急通话或紧急讯息功能。
图6与图7分别为示出控制模块70与摇控器180中所实施的固件程序的示例的流程图。
注意，需要将电子设备安装于头盔20中才能为其提供功能。因此，头盔20中包括一个或多个电子设备盒，其包括电子设备与电池盒70。有利地，每个电池盒的设计可以进一步被设计为在意外发生时为骑手提供保护，以使骑手不会受到电子设备盒中的电子设备元件的撞击。
图8A、8B与8C分别示出了根据本发明一个实施例的具有带翼部设计的电子设备盒的头盔的立体分解图、底部剖视图以及侧部剖视图。特别是，图8A、8B与8C示出了将电子设备整合到具有带翼部特征的电子设备盒200的头盔82中的方法，在这些图中，示出了电子设备盒200的盖体80、电子设备盒200的底部81、电子设备被整合于其中的头盔82，以及代表电子设备的示例性PCB 83。通过以下两种方式使得本设计能够将电子设备整合于头盔82中。
首先，翼部91从盖体80突出，将电子设备盒200的接触延伸到头盔82的周围头盔部分。在冲击发生时，该周围区域吸收冲击能量。
第二，腔室92位于电子设备盒200的底部81与头盔82之间。腔室92防止在冲击的初期压缩头盔82位于电子设备盒200下方的泡沫材料。在冲击发生时，翼部91，随着翼部91下方的区域的泡沫材料崩塌，首先将冲击能量转移到该区域，腔室92缩小直到电子设备盒200的底部81下方的泡沫材料也开始崩塌并因此吸收冲击能量。如果没有腔室92，冲击能量会在冲击刚一开始时就传递到电子设备盒200的底部81下方的泡沫材料。因此，由于电子设备盒200的存在，更多的能量会被传递到泡沫材料较薄的这个区域。腔室92因此作为缓冲让电子设备盒200周围较厚的泡沫材料首先吸收能量，因此减少电子设备盒200下方的泡沫材料需要吸收的能量，并且将较少的能量传递到骑手的头部。
操作方法
有数种情况能够触发LED灯条60的光照模式的改变。
1.在骑手减速行驶的情况下，电子设备与电池盒70中的一个或多个运动传感器会感测到自行车的减速，并且改变LED灯的模式，使得左后方LED灯65、后方LED灯64、右后方LED灯63在自行车停止前持续闪烁。
2.在骑手按下摇控器180上的左按钮51以向其周围环境示意骑手要左转的情况中，后方LED灯64、左边缘LED灯671、左前方LED灯66以及左后方LED灯65持续闪烁。
3.在骑手按下摇控器180上的右按钮52以向其周围环境示意骑手要右转的情况中，后方LED灯64、右边缘LED灯672、右后方LED灯66以及右后方LED灯65持续闪烁。
4.在控制模块70通过一个或多个接近传感器77侦测到接近的载具时，控制模块70会控制中央边缘LED灯66进行闪烁并且增加LED灯条60的亮度。控制模块70还会触发一个或多个振动马达79进行振动，并且触发一个或多个扬声器78发出警示声音，因此通知骑手。
虽然对本发明的上述书面描述使得本领域普通技术人员能够制造和使用目前被认为是本发明的最优实施方式，本领域普通技术人员应当理解存在对本文中的特定实施例、方法以及范例的变化、组合以及等同。因此本发明不应受到上述实施例、方法与范例的限制，而应包含位于要求保护的本发明的范围和实质内的所有实施例和方法。

Claims (20)

1.一种头盔，用于为载具的骑手提供保护并提高安全性，包括：
安装在头盔上的LED灯条，其包括柔性基底和安装在柔性基底上的多个LED灯，其中，该LED灯条配置成产生至骑手周围的车辆与行人的光信号，使得骑手更容易被周围的车辆与行人发现，由此提高骑手的安全性。
2.根据权利要求1所述的头盔，进一步包括：
衬垫，其配置成保护骑手的头部，其中，LED灯条与衬垫整合。
3.根据权利要求2所述的头盔，其中，衬垫由高密度的冲击吸收泡沫材料制成，使得该衬垫能够保护骑手的头部。
4.根据权利要求2所述的头盔，进一步包括：
电子器件与电池盒，具有用于至少控制多个LED灯的电子器件，其中，电子器件与电池盒与衬垫整合。
5.根据权利要求4所述的头盔，其中，电子器件与电池盒包括：
下塑料壳体和上塑料壳体，当下塑料壳体与上塑料壳体接合时，两者形成封闭空间。
6.根据权利要求4所述的头盔，其中，电子器件与电池盒包括：
磁性充电口。
7.根据权利要求4所述的头盔，其中，电子器件与电池盒配置有蓝牙连接性，用以与外部具有蓝牙功能的装置通信。
8.根据权利要求4所述的头盔，其中，多个LED灯包括右前方LED灯、右后方LED灯、后方LED灯、左后方LED灯、左前方LED灯、左边缘LED灯、右边缘LED灯以及中央边缘LED灯。
9.根据权利要求8所述的头盔，其中，
右前方LED灯和左前方LED灯中的每个为超高亮度橙白双色LED灯；
右后方LED灯和左后方LED灯为超高亮度橙色LED灯；
后方LED灯为超高亮度红色LED灯；
左边缘LED灯和右边缘LED灯为橙色LED灯；并且
中央边缘LED灯为红色。
10.根据权利要求8所述的头盔，其中，电子器件与电池盒配置为：
当骑手直线行驶时，控制LED灯条使后方LED灯闪烁，使得骑手更容易被周围的车辆和行人发现。
11.根据权利要求8所述的头盔，其中：
电子器件与电池盒包括一个或多个接近传感器、一个或多个扬声器以及一个或多个振动马达；并且
电子器件与电池盒被配置为，当通过一个或多个接近传感器检测到接近的载具时，控制中央边缘LED灯闪烁并增加LED灯条的亮度，并且触发一个或多个振动马达进行振动以及触发一个或多个扬声器发出警示声响，由此通知骑手。
12.根据权利要求8所述的头盔，其中，电子器件与电池盒包括：
一个或多个运动传感器。
13.根据权利要求12所述的头盔，其中，电子器件与电池盒被配置为，当一个或多个运动传感器检测到载具减速时，保持左后方LED灯、后方LED灯、右后方LED灯点亮，直到该载具停止为止。
14.根据权利要求1所述的头盔，进一步包括：
均用于保护骑手的上外壳和下外壳。
15.根据权利要求1所述的头盔，进一步包括：
使得头盔能够固定到骑手头部的固定带。
16.一种防护头盔系统，包括：
根据权利要求1至15中任一项所述的头盔；以及
摇控器，其用于无线控制头盔中的电子器件以执行功能。
17.根据权利要求16所述的防护头盔系统，其中，摇控器包括左按钮、右按钮以及基座，左按钮和右按钮位于基座上面或上方。
18.根据权利要求16所述的防护头盔系统，其中，摇控器包括基座，该基座具有两个有线按钮，作为左按钮和右按钮。
19.一种防护头盔系统，包括：
根据权利要求8所述的头盔；以及
摇控器，其用于无线控制头盔中的电子器件以执行功能，该遥控器包括左按钮和右按钮；
其中，该系统进一步配置为使得：
当骑手按下左按钮以示意该载具要左转时，后方LED灯、左边缘LED灯、左前方LED灯以及左后方LED持续闪烁；并且
当骑手按下右按钮以示意该载具要右转时，后方LED灯、右边缘LED灯、右前方LED灯以及右后方LED持续闪烁。
20.一种头盔，用于为载具的骑手提供保护和提高安全性，该头盔包括一个或多个电子器件盒，其中，单个电子器件盒包括：
盖体；
底部；
翼部，其从盖体突出并且延伸到与头盔接触，以在冲击时吸收冲击能量；以及
空腔，其位于底部和头盔之间，用于防止在冲击初期压缩头盔的位于单个电子器件盒下方的泡沫材料。
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