CN110217190A - 一种自动适应车内乘员类型的安全带限力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动适应车内乘员类型的安全带限力系统，涉及车辆技术领域。所述安全带限力系统用于在车辆发生碰撞时根据不同的所述车内乘员类型控制所述安全带的预紧力，包括乘员信息采集单元，用于采集当前的车内乘员类型信息；碰撞信息采集单元，用于采集当前车辆的碰撞信息；控制单元，用于接收所述车内乘员类型信息和所述车辆的碰撞信息，并根据所述车内乘员类型信息和所述车辆的碰撞信息发出安全带限力指令；和执行单元，用于执行所述安全带限力指令。所述安全带限力系统能够根据不同乘员类型提供合适的安全带预紧力从而避免乘员受到二次伤害。

Description

一种自动适应车内乘员类型的安全带限力系统

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种自动适应车内乘员类型的安全带限力系统。

背景技术

安全带是被动安全中重要的乘员保护装置之一，能够在车辆发生碰撞时将乘员牢牢固定在座椅上，从而避免乘员头部、胸部由于惯性而与方向盘、风挡等硬物碰撞，降低乘员受到伤害的风险。

发明内容

发明人注意到，传统的安全带预紧器均基于50％分位男性标准参数标定，一般提供固定的预紧限力值，但是这对老人、身材娇小的女士或病人等弱势人群并不友好，上述人群可能由于预紧器限力过大，而导致胸腔受到过大的安全带预紧力带来的二次伤害。同时，本申请的发明人发现，在车辆发生碰撞时，图1为车辆发生碰撞时安全带施加给乘员的约束力随时间的变化示意图，如图1所示，A点为碰撞刚发生时，安全带施加给人体的约束力F为零。A-B段为碰撞发生初期，安全带约束力F逐渐增加，但此时由于衣物遮挡、安全带余量等因素，约束力尚未施加给人体。B-C段为碰撞中期，安全带约束力急剧增大，施加于人体软组织、骨骼框架等，胸肌、软组织发生弹性变形，尚不会对人体骨骼造成永久伤害。C-D段为安全带约束力增加至最大，约束力显著提升，但由于人体骨骼、胸腔等硬组织弹性变形极小，人体极易受到伤害，不同体质的人抗压能力不同，在这个阶段弱势人群极易发生骨折。D点为约束力F达到最大值，对人体伤害达到最大。随后碰撞结束，安全带约束力迅速回归原点。其中，本申请发明人还注意到，在车辆发生碰撞时，车速突然降低，人体由于惯性作用而向车头方向移动，而安全带将提供反作用力对乘员进行约束，根据冲量计算公式：mV＝Ft，可计算得到人体动量，例如：体重70kg的驾驶员，驾驶车辆以70km/h车速行驶，发生碰撞时，其动量mv＝70*70*1000/3600＝1361.1kgm/s。在这里，m为乘员的质量，V为碰撞发生瞬间车辆的行驶速度，F为安全带约束力，t为安全带约束力作用于乘员的时间。同时，一些研究表明，人体胸腔、肋骨具有弹性，可承受一定的压力，但随着年龄增长而骨质疏松，抗压能力也逐渐变弱。同时不同体型、身体状况的人所能承受的压力也不尽相同，图2为肋骨可承受压力风险模型示意图，如图2所示，20岁的成年人，可承受7KN的安全带约束力。但是40岁的成年人，承受7KN的约束力，发生骨折的概率约为50％。因此可以根据一定的理论模型，评估得出不同人群的可承受约束力范围(如20岁成年人可承受7KN)，则可在车辆碰撞发生时通过改善约束力F来保护不同乘员，最大限度降低其受到骨折等伤害的风险。而且，由上述描述可以得出，图1中A-E所围起来的图形面积即碰撞发生时人体的动量(因为mV＝Ft)，由于人体在发生碰撞时动量不变，如上述的mv＝70*70*1000/3600＝1361.1kgm/s，因而本发明可以通过改变约束力及约束时间即图1中的图形形状以实现不同的限力值，以此使不同人群在发生碰撞时不至于因受到过大的安全带给予的约束力而受到二次伤害，从而有效保护不同类型的乘员。

为此，本发明的一个目的在于提供一种自动适应车内乘员类型的安全带限力系统，其能够根据不同乘员类型提供合适的安全带预紧力从而避免乘员受到二次伤害。

本发明的另一个目的在于提供一种能够快速提供合适安全带预紧力且能够重复利用的自动适应车内乘员类型的安全带限力系统。

根据本发明，本发明提供了一种自动适应车内乘员类型的安全带限力系统，用于在车辆发生碰撞时根据不同的所述车内乘员类型控制所述安全带的预紧力，其特征在于，包括：

乘员信息采集单元，用于采集当前的车内乘员类型信息；

碰撞信息采集单元，用于采集当前车辆的碰撞信息；

控制单元，用于接收所述车内乘员类型信息和所述车辆的碰撞信息，并根据所述车内乘员类型信息和所述车辆的碰撞信息发出安全带限力指令；和

执行单元，用于执行所述安全带限力指令。

进一步地，所述乘员信息采集单元包括乘员重量传感器和前风挡摄像头，所述乘员重量传感器用于采集乘员重量，所述前风挡摄像头用于采集乘员体型。

进一步地，所述前风挡摄像头还用于实时采集乘员的身体状态信息。

进一步地，所述碰撞信息采集单元包括加速度传感器和碰撞传感器，所述加速度传感器用于采集所述车辆的加速度值，所述碰撞传感器用于采集所述车辆的碰撞信号。

进一步地，还包括车辆信息采集单元，用于采集当前所述车辆的信息；

其中，所述车辆的信息包括以下至少之一：制动踏板信号、油门踏板信号、当前车速、轮速信息、车辆轴向跳动信息。

进一步地，所述控制单元包括碰撞信息处理单元和安全带限力控制单元，所述碰撞信息处理单元用于接收所述车辆的碰撞信息和所述车辆的信息，并根据所述车辆的碰撞信息和所述车辆的信息向所述安全带限力控制单元发出安全带预紧指令，所述安全带限力控制单元用于接收所述安全带预紧指令和所述车内乘员类型信息，并根据所述车内乘员类型信息发出所述安全带限力指令。

进一步地，所述安全带限力控制单元还用于向所述乘员发出提醒信息，所述提醒信息包括以下至少之一：正确系扣安全带信息、身前勿放置异物信息、碰撞自我保护信息和碰撞时受伤害程度信息。

进一步地，所述安全带限力控制单元还用于在碰撞事件后记录所述碰撞事件的全过程，并调整所述碰撞事件中所述安全带的预紧力，作为下一次碰撞事件的参考依据。

进一步地，所述执行单元包括磁流体泵、丝杠机构和安全带卷收机构，所述磁流体泵用于根据所述安全带限力指令通入预定的电流，以使磁流体产生预定的阻尼，从而使所述磁流体泵输出预定的驱动力，所述丝杠机构用于将所述驱动力作用于所述安全带卷收机构以收紧所述安全带。

进一步地，所述乘员信息采集单元还包括后台处理模块，用于记录并存储常用乘员信息，所述乘员信息包括乘员的年龄；

其中，所述后台处理模块还用于将所述乘员信息与实验数据及理论模型库进行比对，以得出合适的安全带的预紧力，作为所述控制单元发出所述安全带限力指令的依据；

可选地，所述后台处理模块还用于接收所述乘员手动输入的所述乘员信息，同时提供乘员信息查阅功能供所述乘员查阅。

本发明的自动适应车内乘员类型的安全带限力系统，通过碰撞信息采集单元采集当前车辆的碰撞信息和乘员信息采集单元采集当前所述车内乘员类型信息，当车辆发生碰撞时，控制单元可以根据所述车内乘员类型信息有效控制所述安全带的预紧力，以此充分保护不同类型乘员使其免受安全带给予的二次伤害。

进一步地，通过将磁流体泵和丝杠机构作为执行单元的一部分，如此，磁流体泵就能够根据所述安全带限力指令通入预定的电流，以使磁流体产生预定的阻尼，从而使所述磁流体泵输出预定的驱动力，所述丝杠机构就能够将所述驱动力作用于安全带卷收机构以收紧所述安全带，由于所述磁流体泵的响应时间为毫秒级，因而可以快速给安全带提供预定的合适预紧力，且由于磁流体泵内的磁流体断电即可自动恢复流体特性，故磁流体泵可反复使用，碰撞后无需更换，因而有效降低了碰撞成本。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1为车辆发生碰撞时安全带施加给乘员的约束力随时间的变化示意图；

图2为肋骨可承受压力风险模型示意图；

图3是根据本发明一个实施例的安全带限力系统的原理框图；

图4是根据本发明另一个实施例的安全带限力系统的原理框图；

图5是根据本发明一个实施例的磁流体式安全带预紧限力器装置的结构示意图；

图6为采用本发明安全带限力系统前后车辆发生碰撞时安全带施加给不同类型乘员的约束力随时间的变化示意图。

具体实施方式

图3是根据本发明一个实施例的安全带限力系统的原理框图。如图3所示，所述自动适应车内乘员类型的安全带限力系统用于在车辆发生碰撞时根据不同的所述车内乘员类型控制所述安全带的预紧力，包括乘员信息采集单元10，碰撞信息采集单元20、控制单元30和执行单元120。所述乘员信息采集单元10用于采集当前的车内乘员类型信息。所述碰撞信息采集单元20用于采集当前车辆的碰撞信息。所述控制单元30用于接收所述车内乘员类型信息和所述车辆的碰撞信息，并根据所述车内乘员类型信息和所述车辆的碰撞信息发出安全带限力指令。所述执行单元120用于执行所述安全带限力指令。

本发明的自动适应车内乘员类型的安全带限力系统，通过碰撞信息采集单元20采集当前车辆的碰撞信息和乘员信息采集单元10采集当前所述车内乘员类型信息，当车辆发生碰撞时，控制单元30可以根据所述车内乘员类型信息有效控制所述安全带的预紧力，以此充分保护不同类型乘员使其免受安全带给予的二次伤害。

具体地，所述乘员信息采集单元10可以包括乘员重量传感器和前风挡摄像头，所述乘员重量传感器用于采集乘员重量，所述前风挡摄像头用于采集乘员体型。同时，所述前风挡摄像头还可以用于实时采集所述乘员的身体状态信息。在这里，所述乘员重量传感器可以采用压敏电阻式传感器，传感器触点均匀布置于座椅受力表面，当座椅受到来自外部的压力时触发信号，根据信号强弱计算出乘员体重，当所述乘员重量传感器计算出乘员体重后，会发送该体重信息至控制单元30。所述前风挡摄像头可以采用单目摄像头，用于监测乘员体型，实时监测乘员身体状态，当车辆起动前，所述前风挡摄像头检测乘员体型信息如身高信息和是否身体残缺等，当车辆起动后实时监测乘员身体状态信息如乘员是否突然发病或者酒驾等异常状况，监测信息实时传输给控制单元30，可以作为控制单元30限力策略的判定条件，如监测信息为乘员突然发病，那么控制单元30就可以适当减小安全带的预紧力以减小在特殊情况下对乘员的伤害，如此，便进一步提高了对乘员的保护，有效提高乘员的驾乘感受。

同时，所述碰撞信息采集单元20可以包括加速度传感器和碰撞传感器，所述加速度传感器用于采集所述车辆的加速度值，所述碰撞传感器用于采集所述车辆的碰撞信号。在这里，所述加速度传感器可以布置于车辆底板纵轴上，并且其通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成，传感器在加速时，通过对质量块所受惯性力的策略，利用牛顿第二定律获得加速度值，当加速度传感器获得车辆的加速度值时，会发送该加速度信息至控制单元30。所述碰撞传感器可以布置于车辆前保正面及侧面和B柱下方，其采用惯性式机械开关结构，通过机械开关运动闭合或压电效应，采集车辆碰撞信号，并且当采集到车辆碰撞信号后，会发送该信号至控制单元30供其处理。

进一步地，图4是根据本发明另一个实施例的安全带限力系统的原理框图。如图4所示，所述安全带限力系统还可以包括车辆信息采集单元40，用于采集当前所述车辆的信息。其中，所述车辆的信息可以包括制动踏板信号、油门踏板信号、当前车速、轮速信息、车辆轴向跳动信息中的一种或几种。在这里，所述车辆信息采集单元40可以是车身电子控制模块和发动机管理模块等，通过布置于车辆上的踏板开关、传感器等，收集驾驶员意图信息和车辆当前姿态信息，并将上述信息发送至控制单元30，作为判定碰撞事件的依据。

同时，如图4所示，所述控制单元30可以包括碰撞信息处理单元50和安全带限力控制单元60，所述碰撞信息处理单元50用于接收所述车辆的碰撞信息和所述车辆的信息，并根据所述车辆的碰撞信息和所述车辆的信息向所述安全带限力控制单元60发出安全带预紧指令，如接收到车辆碰撞信号，那么向所述安全带限力控制单元60发出安全带预紧指令，所述安全带限力控制单元60用于接收所述安全带预紧指令和所述车内乘员类型信息并根据所述车内乘员类型信息发出所述安全带限力指令。在这里，所述碰撞信息处理单元50可以是SRS被动安全控制模块，其可以布置于车辆壁板纵轴中心位置，并且所述SRS被动安全控制模块是碰撞事件核心处理单元，其通过接收到的所述车辆的碰撞信息和所述车辆的信息进行综合运算比对后，可以向安全带限力控制单元60发出碰撞或预碰撞信号同时发出安全带预紧指令，其还可以根据接收到的车辆碰撞信息和车辆信息判定碰撞事件、碰撞发生区域和评估碰撞严重程度等。所述安全带限力控制单元60可以是电磁限力模块，其为执行单元120的核心处理单元，其通过接收所述车内乘员类型信息并对该车内乘员类型信息进行处理如识别出车内乘员的体重身高等，可以在碰撞事件发生前，提前下达安全带限力指令，驱动执行单元120执行动作。因此，电磁限力模块可以提前制定好相关策略以最大限度保护乘员安全。在这里，所述安全带限力控制单元60做出所述安全带限力指令的过程可以称为自适应限力策略，该策略具体为：基于采集到的车内乘员类型信息，在碰撞发生前，计算出乘员所能承受的最大预紧限力值，在碰撞发生时，通过控制执行单元120，精确控制预紧力，保护乘员安全。

进一步地，所述安全带限力控制单元60还用于向所述乘员发出提醒信息，所述提醒信息包括正确系扣安全带信息、身前勿放置异物信息、碰撞自我保护信息和碰撞时受伤害程度信息中的一种或几种。在这里，所述安全带限力控制单元60向所述乘员发出提醒信息可以称为提醒策略，该策略具体为：对于身材娇小，或身体状态较差的人群，乘车时发出提醒信息，提醒客户正确系扣安全带；行驶时提醒身前不要放置异物，同时告知碰撞发生前应如何自我保护，碰撞发生时可能受到的伤害等。

同时，所述安全带限力控制单元60还用于在碰撞事件后记录所述碰撞事件的全过程，并调整所述碰撞事件中所述安全带的预紧力，作为下一次碰撞事件的参考依据。在这里，所述安全带限力控制单元60的上述行为可以称为自学习策略，该策略具体为：安全带限力控制单元在每个碰撞事件或预碰撞事件中，记录下这个碰撞事件的全过程，记录的数据包括车内乘员类型信息，车辆的碰撞信息和安全带的预紧力信息等，同时根据乘员反馈的安全带预紧力是否过大或者过小等适当调整该碰撞条件下的安全带预紧力，作为下一次碰撞事件的参考依据，如此，当再次发生类似碰撞时，安全带限力控制单元就可以把该次碰撞作为参考，合理得出安全带预紧力，如此，不仅能够防止安全带带给乘员的二次伤害，还由于乘员受到的预紧力更加合适因而使得乘员能够体会到更加舒适愉悦的驾乘感受。

进一步地，如图4所示，所述执行单元120可以包括磁流体泵70、丝杠机构80和安全带卷收机构90，所述磁流体泵70用于根据所述安全带限力指令通入预定的电流，以使磁流体产生预定的阻尼，从而使所述磁流体泵70输出预定的驱动力，所述丝杠机构80用于将所述驱动力作用于所述安全带卷收机构90以收紧所述安全带。

具体地，图5是根据本发明一个实施例的磁流体式安全带预紧限力器装置的结构示意图。如图5所示，所述磁流体式安全带预紧限力器装置包括磁流体泵70、丝杠机构80、安全带卷收机构90和安全带100，当所述控制单元30发出安全带限力指令时，如上所述，所述磁流体泵70根据所述安全带限力指令通入预定的电流，以使磁流体产生预定的阻尼，从而使所述磁流体泵70输出预定的驱动力，所述丝杠机构80把磁流体泵产生的驱动力转变为旋转运动作用于安全带卷收机构90以最终按照预定的约束力收紧所述安全带100，从而既达到约束乘员的目的，又避免因安全带100的约束力过大而对乘员产生二次伤害。同时，由于所述磁流体泵70的响应时间为毫秒级，因而可以快速给安全带100提供预定的合适预紧力，且由于磁流体泵内的磁流体断电即可自动恢复流体特性，故磁流体泵可反复使用，碰撞后无需更换，因而有效降低了碰撞成本。

在这里，可以理解的是，由于磁流体泵70主要利用磁流体的可变阻尼特性来为乘员提供合适安全的约束力，因此，所述磁流体泵70可以用电机和变速器代替，也可以用电磁离合器和变速器代替，上述两种替代方案同样可以为乘员提供合适安全的约束力。

此外，如图4所示，所述乘员信息采集单元还包括后台处理模块110，用于记录并存储常用乘员信息，所述乘员信息包括乘员的年龄。年龄信息的增加，有利于控制单元30得出更加合适的安全带预紧力，从而更好地保护乘员。

同时，所述后台处理模块110还用于将所述乘员信息与实验数据及理论模型库进行比对，以得出合适的安全带的预紧力，作为所述控制单元30发出所述安全带限力指令的依据。具体地，所述乘员信息包括乘员体重、身高和年龄等，所述实验数据包括人体体重、身高和年龄等和在这种人体条件下合适的安全带预紧力，所述理论模型库包括人体体重、身高和年龄等和在这种人体条件下模拟得出的理论的合适安全带预紧力，如此，后台处理模块110就可以将存储的乘员信息与实验数据或理论模型库中的人体体重、身高和年龄匹配以找出合适的安全带预紧力并提供给控制单元30，供所述控制单元30参考以使所述控制单元30发出更加合理的安全带限力指令。

具体地，在这里，所述后台处理模块110可以为T-BOX后台处理模块，其可以联网使用，记录并存储常用乘员信息，也可接收由客户手动输入的乘员信息，并提供查阅功能，授权用户可在客户端查看乘员身体健康状况。

另外，图6为采用本发明安全带限力系统前后车辆发生碰撞时安全带施加给不同类型乘员的约束力随时间的变化示意图。如图6所示，a表示未采用本发明安全带限力系统时安全带施加给不同类型乘员的约束力随时间的变化趋势，如a所示(相当于图1)，当不采用本发明安全带限力系统时，当碰撞发生一段时间后，如C-D段，安全带施加给乘员的约束力很大，此时人体极易受到伤害，不同体质的人抗压能力不同，在这个阶段弱势人群极易发生骨折。b表示采用本发明安全带限力系统后安全带施加给年轻且身体强壮的成年人的约束力随时间的变化趋势，如b所示，安全带在碰撞初期迅速施加约束力，在安全的约束力下保持较长的时间，然后逐渐降低约束力，其中，安全的约束力为5KN。c表示采用本发明安全带限力系统后安全带施加给身体娇小的女士或身体瘦弱的人群的约束力随时间的变化趋势，如c所示，安全带在碰撞初期施加较小的约束力，随后在较长的时间内逐渐减小约束力，其中，施加给乘员的最大约束力为3KN，小于施加给年轻且身体强壮的成年人的最大约束力，这符合瘦弱人群或娇小女士需要更小约束力以保护其不受二次伤害的常理。通过图6可以看出，本发明的安全带限力系统几乎可以应用到所有体型和身体状态的人群，可以为其提供合适的安全的预紧力，防止其受到来自安全带的二次伤害。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种自动适应车内乘员类型的安全带限力系统，用于在车辆发生碰撞时根据不同的所述车内乘员类型控制所述安全带的预紧力，其特征在于，包括：

乘员信息采集单元，用于采集当前的车内乘员类型信息；

碰撞信息采集单元，用于采集当前车辆的碰撞信息；

控制单元，用于接收所述车内乘员类型信息和所述车辆的碰撞信息，并根据所述车内乘员类型信息和所述车辆的碰撞信息发出安全带限力指令；和

执行单元，用于执行所述安全带限力指令。

2.根据权利要求1所述的安全带限力系统，其特征在于，所述乘员信息采集单元包括乘员重量传感器和前风挡摄像头，所述乘员重量传感器用于采集乘员重量，所述前风挡摄像头用于采集乘员体型。

3.根据权利要求2所述的安全带限力系统，其特征在于，所述前风挡摄像头还用于实时采集乘员的身体状态信息。

4.根据权利要求1所述的安全带限力系统，其特征在于，所述碰撞信息采集单元包括加速度传感器和碰撞传感器，所述加速度传感器用于采集所述车辆的加速度值，所述碰撞传感器用于采集所述车辆的碰撞信号。

5.根据权利要求1所述的安全带限力系统，其特征在于，还包括车辆信息采集单元，用于采集当前所述车辆的信息；

其中，所述车辆的信息包括以下至少之一：制动踏板信号、油门踏板信号、当前车速、轮速信息、车辆轴向跳动信息。

6.根据权利要求5所述的安全带限力系统，其特征在于，所述控制单元包括碰撞信息处理单元和安全带限力控制单元，所述碰撞信息处理单元用于接收所述车辆的碰撞信息和所述车辆的信息，并根据所述车辆的碰撞信息和所述车辆的信息向所述安全带限力控制单元发出安全带预紧指令，所述安全带限力控制单元用于接收所述安全带预紧指令和所述车内乘员类型信息，并根据所述车内乘员类型信息发出所述安全带限力指令。

7.根据权利要求6所述的安全带限力系统，其特征在于，所述安全带限力控制单元还用于向所述乘员发出提醒信息，所述提醒信息包括以下至少之一：正确系扣安全带信息、身前勿放置异物信息、碰撞自我保护信息和碰撞时受伤害程度信息。

8.根据权利要求6或7所述的安全带限力系统，其特征在于，所述安全带限力控制单元还用于在碰撞事件后记录所述碰撞事件的全过程，并调整所述碰撞事件中所述安全带的预紧力，作为下一次碰撞事件的参考依据。

9.根据权利要求1所述的安全带限力系统，其特征在于，所述执行单元包括磁流体泵、丝杠机构和安全带卷收机构，所述磁流体泵用于根据所述安全带限力指令通入预定的电流，以使磁流体产生预定的阻尼，从而使所述磁流体泵输出预定的驱动力，所述丝杠机构用于将所述驱动力作用于所述安全带卷收机构以收紧所述安全带。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的安全带限力系统，其特征在于，所述乘员信息采集单元还包括后台处理模块，用于记录并存储常用乘员信息，所述乘员信息包括乘员的年龄；

其中，所述后台处理模块还用于将所述乘员信息与实验数据及理论模型库进行比对，以得出合适的安全带的预紧力，作为所述控制单元发出所述安全带限力指令的依据；

可选地，所述后台处理模块还用于接收所述乘员手动输入的所述乘员信息，同时提供乘员信息查阅功能供所述乘员查阅。