CN112918421A - 一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法 - Google Patents

一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法 Download PDF

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Abstract

为降低车人碰撞事故中人地碰撞损伤,提出一种结合气囊来防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法。监测到事故不可避免，完全制动直到头部与车体撞击；如监测人体位于发动机罩盖中部，控制车辆速度使罩盖后沿与人体保持一定距离运动；如监测人体被抛向发动机罩盖两侧，控制车辆使罩盖两侧沿与人体保持一定距离，并朝相应方向以一定角度转向；继续控制车辆使罩盖纵向中心线与人体胸部保持一定距离共同运动；监测人体落到发动机罩盖后，回正方向并完全制动；监测人体即将掉向地面时弹出前部气囊，并保持完全制动直到车辆静止。本发明通过横向控制车辆以及前部安全气囊的运用，使原本会从车身两侧落地的行人落到气囊上，从而防护人地碰撞损伤。

Description

一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法
技术领域
本发明涉及行人保护领域，更具体地，涉及一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法。
背景技术
在车人碰撞事故中，行人身体各个部位都有可能受到损伤，而所受的损伤基本来源于车辆与人体的第一次碰撞和人体和地面的第二次碰撞。在事故中，行人与汽车接触位置比例最高的部位为车身前部，其次为车身的两侧和车身尾部。而当碰撞位置位于车身前部的车头左侧或右侧时，行人可能在碰撞后相应往车辆左侧或右侧运动，最终坠落至车身两侧。
目前，国内外关于人地碰撞损伤防护方法的研究成果不多，注意到已有研究成果仅通过对汽车进行纵向控制，来对掉落到汽车正前方的人体进行防护以减小人地接触伤害，但不能很好对掉落至汽车两侧的行人进行防护。而当人体从车体边缘落地时，一旦与车体进行接触则会从车体处获得一个较大的侧向加速度，此时对降低人地碰撞损伤无益，甚至会加重人地碰撞损伤，因此人体从车辆两侧坠地的情况也应受到重视。随着科技的发展，未来的智能汽车应具有实时监测车人碰撞后人体的实时位置的功能，此时如果能够通过横向控制车辆并辅之以车载安全设备接住人体，则可以有效降低人地接触时所造成的伤害。
发明内容
针对现有研究成果大多仅通过对汽车进行纵向控制制动的方法来对坠落至车辆正前方的行人进行防护的现实，本发明提出一种位于车身前保险杠下方的安全气囊并结合对汽车进行转向控制的方法来对本会坠落至车身两侧的行人进行防护。本发明的实施步骤如下：
S1：当监测到事故不可避免时，完全制动直到人体头部与车体撞击的t1时刻；
S2：t1后如监测到人体位于发动机罩盖中部时，控制车辆速度使发动机罩盖后沿与人体之间保持一定距离运动而后直接进行步骤S4(但无需回正方向)；如监测到人体被抛向发动机罩盖两侧时，控制车辆使发动机罩盖两侧沿与人体之间保持一定距离，并朝相应方向以一定角度转向；
S3：继续控制车辆并使发动机罩盖纵向中心线与人体胸部保持一定距离共同运动；
S4：监测到人体落到发动机罩盖上后，回正方向并完全制动车辆；
S5：监测到人体即将掉向地面上时弹出前部气囊，并保持完全制动直到车辆静止。
当智能汽车检测到事故已经无法避免时，本发明要求车辆进行完全制动直到人体头部与车体首次发生撞击的t1时刻；接着松开制动监测到人体位于发动机罩盖中部时，通过控制车辆速度使发动机罩盖后沿与人体保持一定距离运动；监测到人体被抛向发动机罩盖两侧时，控制车辆使发动机罩盖两侧沿与人体保持一定距离，并朝相应方向以一定角度转向，即需调整轮胎转角参数以控制车辆进行转弯，否则无法再次接住行人；继续控制车辆并使发动机罩盖纵向中心线与人体胸部保持一定距离共同运动；t2为车辆二次接触行人的时间点，而为避免车辆驶入其他车道或碾压到行人，车辆在t2时刻回正方向并开始再次完全制动；检测到人体即将在汽车前方落地时，引爆前部气囊，保持车辆完全制动直到车辆静止。由此便可降低人地接触时对人体造成的伤害。
优选地，步骤S1中的t1视为人体头部与车体第一次碰撞的时刻，部分案例头部未直接撞击车体，此时t1指人体整体被抛出的时刻，在此时刻前保持车辆完全制动是为降低车体对人体的伤害。
优选地，人车碰撞后，人体会被车体以与车辆速度接近的速度抛射出去。据此可推断t1时刻松开车辆制动不会显著加重车辆对人体的二次伤害，因两者速度接近。
优选地，步骤S2中如监测到人体位于发动机罩盖中部时，控制车辆速度使发动机罩盖后沿与人体之间保持的距离d′指发动机罩盖后沿与人体胸部在汽车纵向平面上保持的距离，为递减变量。过大的距离d′会使发动机罩盖不能接到掉落的人体；过小的d′特别是负的d′会使人体掉到挡风玻璃甚至车顶上去。
优选地，步骤S2中如监测到人体位于发动机罩盖中部时，车辆速度由以下方法计算获得：
假定某时刻发动机罩盖后沿与人体胸部在汽车纵向平面上的距离为d0，车辆检测到人体胸部在车辆纵向平面上的运行速度为v1，要求在δt时间内将距离调整至d′，则车辆在δt时间内的运行速度v为：
Figure BDA0002956305480000031
优选地，步骤S2中如监测到人体被抛向发动机罩盖两侧时，发动机罩盖两侧沿与人体之间保持的距离d指发动机罩盖左/右侧沿与人体胸部在车辆横向平面上保持的距离，为递减变量，其值应不超过汽车车身宽度w的一半，即d≤0.5w；d值可根据人体胸部最高离地高度hmax、发动机罩盖侧沿离地高度h1(近似视为侧沿中点离地高度)、t时刻发动机罩盖侧沿至人体胸部的横向距离d1及此时胸部的高度h2共同决定：
Figure BDA0002956305480000032
通过如此方式确定d一方面使转向过程中逐步改变车速使发动机罩盖侧沿逐步趋近于人体而无需额外加速，另一方面使转向后人体可以落到发动机罩盖上。
优选地，步骤S2中监测到当人体被抛向车身左侧或右侧，随之控制车辆对应朝左侧或右侧以一定角度转向，进而使转向轮偏转。轮胎转向角θ指轮胎在地面上纵向切线与轮胎质心和人体胸部连线在地面上的投影线之间的夹角，θ不应超过轮胎设计最大转向角(一般均不超过45度即
Figure BDA0002956305480000033
)。
优选地，将车辆发动机罩盖侧沿在地面上的投影线与轮胎在地面上的纵向切线近似视为重合，即发动机罩盖左/右侧沿与人体胸部在车辆横向平面上保持的距离d等于轮胎在地面上的纵向切线与人体胸部在车辆横向平面上保持的距离；并设轮胎质心和人体胸部连线在地面上的投影线长度为b，即可得出轮胎转向角θ和发动机罩盖左/右侧沿与人体胸部在车辆横向平面上保持的距离d存在下列关系：
Figure BDA0002956305480000034
又因为
Figure BDA0002956305480000035
当人体胸部达到最高离地高度hmax时，d值也为最大即有dmax，此时
Figure BDA0002956305480000036
θ值随着d值的减小而减小，已知d值、b值便可得出θ的值；随着d值的不同，轮胎转向角θ随之不同，即可通过上述方式控制轮胎转向角。
优选地，为避免驶入其他车道或撞向障碍物造成二次事故，应控制车辆进行小转弯(θ值不应过大)。小转弯是指，制动控制前车辆与道路平行，控制过程中只改变轮胎角度，从而使车辆有较小幅度的转弯，但整个过程中车辆没有驶出原有车道或只有一半以下车身超出了原有车道，一般不会影响两侧车辆的正常行驶(车辆全程在原有车道行驶)。
优选地，步骤S3中发动机罩盖纵向中心线与人体胸部保持的距离d2指发动机罩盖纵向中心线与人体胸部在车辆横向平面上的距离，其为递减变量，按照如下方法限定其范围：
Figure BDA0002956305480000041
其中w为汽车车身宽度，hmax为人体胸部最高离地高度、h1为发动机罩盖侧沿离地高度(近似视为侧沿中点离地高度)、d1为t时刻发动机罩盖侧沿至人体胸部的横向距离、h2为t时刻人体胸部的高度。通过此种方式控制该距离，一方面可避免在汽车转向过程中加速过多，继续控制车辆使人体逐渐接近于发动机罩盖，另一方面尽可能使人体落到发动机罩盖中间区域，进而使车辆制动后人体从车体前方掉落。
优选地，人体胸部到达最高位置点指到达此位置时人体胸部在垂直方向的速度少于或等于零，一般均高于发动机罩盖高度。如若检测到人体被抛出后高度低于发动机罩盖高度，此时则不需转向否则可能会二次撞击人体，因此应立即制动。
优选地，随着车辆的转向，d值、d2值均在不断减小，直至人体落入发动机罩盖中部。S4中的车辆接到人体的时刻视为t2时刻，此时就应停止转向，并且回正方向，再次完全制动车辆，防止车辆继续往前行驶甚至驶入其他车道。
优选地，S5中的汽车前部气囊安装在车辆前保险杠内，引爆装置与汽车中控台连接，气囊弹出后形状为弧形。气囊弹出后纵向最大长度为L＝1.5m，气囊最大宽度W为汽车宽度w与气囊弹出后最大长度L的二倍之和，即W＝w+L×2，气囊与前保险杠下沿离地距离同高。
优选地，通过控制制动的方法，可缩短车辆与行人第一落地点之间的距离，改善行人第一落地点位置，从而可以增大车辆外部安全气囊对行人的保护潜力。S5中的前部气囊弹出后形状为弧形，且向左右延展，由此可以增大对从汽车前方坠落行人的保护范围。
优选地，S5中的检测到人体即将掉向地面均是指人体头部、胸部或臀部之一的高度低于发动机罩盖前沿高度时刻。此时引爆气囊，既可以防止气囊冲击人体，又可避免因气囊过早引爆而妨碍车辆的运动。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：车人事故发生后，当车辆检测到人体即将抛出方向偏向车辆两侧时，需调整转向轮转角参数控制车辆向相应方向小幅度转弯。而后车辆接到行人，随后再次完全制动车辆。适时弹出前部气囊来接住人体以降低人地碰撞伤害，来对本可能坠落至车身两侧的行人进行保护。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为引爆后的前部安全气囊正视图。
图3为引爆后的前部安全气囊俯视图。
图4为引爆后的前部安全气囊侧视图。
图5为引爆后的前部安全气囊三维视图。
其中，图中对应的附图标记为：1-发动机罩盖左侧沿，2-发动机罩盖右侧沿，3-引爆后安全气囊高度，4-发动机罩盖纵向中心线，5-引爆后安全气囊最大宽度，6-引爆后安全气囊纵向最大长度。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
下面结合附图和＝实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1：
对于某一采用本控制方法的智能汽车，当检测到车人事故已经不可避免时，其通过如下途径保护行人：
S1：当检测到事故不可避免后立刻保持车辆完全制动直到人体头部与车体首次接触时刻t1。
S2：监测到人体被抛向发动机罩盖右侧时，控制车辆使发动机罩盖右侧沿与人体之间保持一定距离，并朝右以一定角度转向，控制轮胎朝右偏转5度。
其中，发动机罩盖右侧沿与人体胸部在车辆横向平面上保持的距离d可根据人体胸部最高离地高度hmax、发动机罩盖右侧沿离地高度h1(近似视为右侧沿中点离地高度)、t时刻发动机罩盖右侧沿至人体胸部的横向距离d1及此时胸部的高度h2共同决定：
Figure BDA0002956305480000061
轮胎转向角θ指轮胎在地面上纵向切线与轮胎质心和人体胸部连线在地面上的投影线之间的夹角，θ通过以下方式确定：
Figure BDA0002956305480000062
其中，b为轮胎质心和人体胸部连线在地面上的投影线长度，d为发动机罩盖右侧沿与人体胸部在车辆横向平面上保持的距离，根据此时的d值、b值计算得出应控制转向角为5度。
S3：继续控制车辆并使发动机罩盖纵向中心线与人体胸部保持一定距离共同运动。
其中，发动机罩盖纵向中心线与人体胸部在车辆横向平面上保持的距离d2，按照如下方法限定其范围：
Figure BDA0002956305480000063
不等式中w为汽车车身宽度，hmax为人体胸部最高离地高度、h1为发动机罩盖右侧沿离地高度(近似视为右侧沿中点离地高度)、d1为t时刻发动机罩盖右侧沿至人体胸部的横向距离、h2为t时刻人体胸部的高度。
S4：随着车辆的转向，d值、d2值均在不断减小，直至人体落入发动机罩盖中部。监测到人体落入发动机罩盖上后，此时回正方向并完全制动。
S5：监测到人体即将掉向地面上时弹出前部气囊，并保持完全制动直到车辆静止。
本发明提出了一种结合气囊来防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法：车人事故发生后，当车辆检测到人体即将抛出方向偏向车辆两侧时，需调整转向轮转角参数控制车辆向相应方向小幅度转弯。而后车辆接到行人，随后再次完全制动车辆。适时弹出前部气囊来接住人体以降低人地碰撞伤害，来对本可能坠落至车身两侧的行人进行保护。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法，其特征在于：通过对汽车进行横向控制并辅之以安装于车辆前保险杠下方的安全气囊，在允许人体掉落地面的同时减少人地碰撞损伤，具体实施步骤如下：
S1：当监测到事故不可避免时，完全制动直到人体头部与车体撞击的t1时刻；
S2：t1后如监测到人体位于发动机罩盖中部时，控制车辆速度使发动机罩盖后沿与人体之间保持一定距离运动而后直接进行步骤S4(但无需回正方向)；如监测到人体被抛向发动机罩盖两侧时，控制车辆使发动机罩盖两侧沿与人体之间保持一定距离，并朝相应方向以一定角度转向；
S3：继续控制车辆并使发动机罩盖纵向中心线与人体胸部保持一定距离共同运动；
S4：监测到人体落到发动机罩盖上后，回正方向并完全制动车辆；
S5：监测到人体即将掉向地面上时弹出前部气囊，并保持完全制动直到车辆静止。
2.根据权利要求1所述的一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法，其特征在于：步骤S2中如监测到人体位于发动机罩盖中部时，控制车辆速度使发动机罩盖后沿与人体之间保持的距离d′指发动机罩盖后沿与人体胸部在汽车纵向平面上保持的距离，为递减变量。
3.根据权利要求1所述的一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法，其特征在于：步骤S2中如监测到人体位于发动机罩盖中部时，车辆速度由以下方法计算获得：假定某时刻发动机罩盖后沿与人体胸部在汽车纵向平面上的距离为d0，车辆检测到人体胸部在车辆纵向平面上的运行速度为v1，要求在δt时间内将距离调整至d′，则车辆在δt时间内的运行速度v为：
Figure FDA0002956305470000011
4.根据权利要求1所述的一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法，其特征在于：步骤S2中如监测到人体被抛向发动机罩盖两侧时，发动机罩盖左/右侧沿与人体胸部在车辆横向平面上保持的距离d为递减变量；d值可根据人体胸部最高离地高度hmax、发动机罩盖侧沿离地高度h1(近似视为侧沿中点离地高度)、t时刻发动机罩盖侧沿至人体胸部的横向距离d1及此时胸部的高度h2共同决定：
Figure FDA0002956305470000021
5.根据权利要求3所述的一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法，其特征在于：步骤S2中监测到当人体被抛向车身左侧或右侧，随之控制车辆对应朝左侧或右侧以一定角度转向。一定角度即轮胎转向角θ，指轮胎在地面上纵向切线与轮胎质心和人体胸部连线在地面上投影线之间的夹角。θ值由发动机罩盖左/右侧沿与人体胸部在车辆横向平面上保持的距离d、轮胎质心和人体胸部连线在地面上的投影线长度b共同决定：
Figure FDA0002956305470000022
6.根据权利要求1所述的一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法，其特征在于：步骤S3中发动机罩盖纵向中心线与人体胸部保持的距离d2指发动机罩盖纵向中心线与人体胸部在车辆横向平面上的距离，其为递减变量，按照如下方法限定其范围：
Figure FDA0002956305470000023
其中w为汽车车身宽度，hmax为人体胸部最高离地高度、h1为发动机罩盖侧沿离地高度(近似视为侧沿中点离地高度)、d1为t时刻发动机罩盖侧沿至人体胸部的横向距离、h2为t时刻人体胸部的高度。
7.根据权利要求1所述的一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法，其特征在于：步骤S5中的汽车前部气囊安装在车辆前保险杠内，引爆装置与汽车中控台连接，气囊弹出后形状为弧形。气囊弹出后纵向最大长度为L＝1.5m，气囊最大宽度W为汽车宽度w与气囊弹出后最大长度L的二倍之和，即W＝w+L×2，气囊与前保险杠下沿离地距离同高。
8.根据权利要求7所述的一种结合气囊防护人地碰撞损伤的车辆运动控制方法，其特征在于：S5中的检测到人体即将落地均是指人体头部、胸部或臀部之一的高度低于发动机罩盖前沿高度时刻。
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