CN113939433A - 带小腿保护的车顶安装式乘员气囊 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于在碰撞情况下有助于保护自动驾驶车辆的乘员的设备和方法。气囊具有处于车辆车顶中的展开前储存状态。气囊能够在车辆乘员的前方朝向车辆地板向下展开。气囊包括用于接纳乘员的头部和躯干的上部部分。下部部分从上部部分向下和向前延伸。下部部分用于接纳乘员的小腿。

Description

带小腿保护的车顶安装式乘员气囊

相关申请

本申请要求于2019年5月28日提交的美国临时申请序列号62/853,220的权益，该申请的公开内容通过援引以其全文并入本文。

背景技术

已知提供可充气的车辆乘员保护装置(例如气囊)以有助于保护车辆乘员。一种特定类型的气囊是能够在车辆的前排座椅的乘员与车辆的仪表板之间充气的正面气囊。此类气囊可以是驾驶员气囊或乘员气囊。当被充气时，驾驶员气囊和乘员气囊有助于保护乘员免于比如车辆的仪表板和/或方向盘等车辆部件的撞击。

典型地，乘员气囊以放气状态被储存在安装在车辆仪表板上的壳体中。气囊门可与壳体和/或仪表板连接以有助于包围并且隐藏储存状态下的气囊。在乘员气囊展开时，气囊门打开以允许气囊移动到充气状态。气囊门打开是由于气囊充气而施加到门上的力的结果。

典型地，驾驶员气囊以放气的状态被储存在安装在车辆方向盘上的壳体中。气囊盖件可与壳体和/或方向盘连接以有助于包围并且隐藏储存状态下的气囊。在驾驶员气囊展开时，气囊盖件打开以允许气囊移动到充气状态。气囊盖件打开是由于驾驶员气囊充气而施加到盖件上的力的结果。

汽车工业中存在使车辆更宽敞的趋势。造型上已经使仪表板更小，从而离乘员更远。展望未来，没有驾驶员的自动驾驶车辆将更加宽敞。人们对自动驾驶车辆的考虑已经有一段时间，并且现在即将迎来大规模采用。自动驾驶车辆可以省去传统上用于支撑各种车辆安全装置的一些结构。

在这些现实背景下，乘员安全系统的范式必须转变。在过去，车辆操作者/驾驶员的必要性导致某种标准的车辆客厢构型。在美国，驾驶员是可触及车辆控制件和仪表装置(方向盘、踏板、仪表板、控制台等)的左侧前排座椅上的面向前方的乘员。这种驾驶员构型有助于确定车辆的其余部分(前排座椅上的面向前方的乘员侧乘员，后排座椅(第二排、第三排等)上的面向前方的乘员)的布局。因此，在过去，典型地，在设计乘员安全系统时考虑这种客厢布局以及相关联的乘员位置和取向。

自动驾驶车辆消除了操作者/驾驶员，这消除了以常规方式对操作者/驾驶员进行定位和定向的必要性。车辆制造商自由地利用他们认为合适的客厢空间，而不必受限于预定的乘员布置(例如，所有乘员面向前方)，或者车辆结构构型(例如，方向盘/仪表板构型、中控台构型、脚部空间踏板控制件等)。

这样不仅提出了要在哪里安放气囊系统的挑战，而且还提出了要找到定位气囊的反作用表面以便气囊可以吸收撞击的挑战。典型地，安装在仪表板和方向盘上的正面气囊利用这些结构作为气囊搁置的反作用表面，以便气囊可以抵抗、缓冲并吸收撞击乘员的撞击能量并且提供期望的下乘(ride-down)效果。然而，在自动驾驶车辆中，车辆可能根本不具有仪表板或方向盘，并且乘员可以以非传统方式进行定位和定向。这样可能使得难以或无法利用车辆中的传统结构作为反作用表面。

发明内容

一种用于在碰撞情况下有助于保护自动驾驶车辆的乘员的设备包括气囊。气囊具有处于车辆车顶中的展开前储存状态。气囊能够在车辆乘员的前方从车辆车顶朝向车辆地板向下展开。气囊包括被配置成接纳乘员的头部和躯干的上部部分、以及从上部部分向下和向前延伸的下部部分。下部部分被配置成接纳乘员的小腿。

根据一个方面，气囊可以被配置成使得乘员的头部和躯干撞击上部部分导致气囊旋转，从而使下部部分对乘员的小腿施加向下的力。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，下部部分可以被配置成接合乘员的小腿并且抵抗小腿围绕膝盖的向前和向上摆动。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，下部部分可以被配置成在胫骨的区域中接合乘员的小腿，使得小腿围绕膝盖向前和向上摆动的力分布在小腿结构的较大区域上。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，气囊的上部部分可以被配置成响应于乘员的头部和躯干的向前运动而向前枢转或旋转。这种向前枢转/旋转运动可以被配置成产生气囊的下部部分的向前和向下运动以抵抗乘员的小腿围绕膝盖的向前和向上摆动。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，气囊可以被配置成维持一定的加压水平，使得下部部分可以响应于乘员的小腿围绕膝盖的向前和向上摆动而抵抗相对于上部部分的运动。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，下部部分可以被配置成从上部部分分支并且从上部部分向前和向下延伸。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，上部部分可以被配置成在乘员的头部和躯干的前方从车辆车顶向下延伸、终止于乘员的大腿附近，并且下部部分可以被配置成在上部部分的下部末端上方的某个位置处从上部部分分支。

一种用于在碰撞情况下有助于保护自动驾驶车辆中座椅上的乘员的方法可以包括使气囊在乘员的前方从车辆车顶向下展开到展开位置。该方法还可以包括将气囊的上部部分配置为定位成当处于展开位置时接纳乘员的头部和躯干。该方法可以进一步包括将气囊的下部部分配置为从上部部分向下和向前延伸、并且定位成当处于展开位置时接纳乘员的小腿。

根据一个方面，该方法还可以包括将气囊配置成使得乘员的头部和躯干撞击上部部分导致气囊旋转，从而使下部部分对乘员的小腿施加向下的力。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，该方法还可以包括将下部部分配置成接合乘员的小腿并且抵抗小腿围绕膝盖的向前和向上摆动。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，该方法还可以包括将下部部分配置成在胫骨的区域中接合乘员的小腿，使得小腿围绕膝盖向前和向上摆动的力分布在小腿结构的较大区域上。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，该方法还可以包括将气囊的上部部分配置成响应于乘员的头部和躯干的向前运动而向前枢转或旋转。这种向前枢转/旋转运动可以被配置成产生气囊的下部部分的向前和向下运动以抵抗乘员的小腿围绕膝盖的向前和向上摆动。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，该方法还可以包括将气囊加压到一定水平，使得下部部分可以响应于乘员的小腿围绕膝盖的向前和向上摆动而抵抗相对于上部部分的运动。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，该方法还可以包括将下部部分配置成从上部部分分支并且从上部部分向前和向下延伸。

根据另一方面，单独地或与任何其他方面组合地，该方法还可包括将上部部分配置成在乘员的头部和躯干的前方从车辆车顶向下延伸、并且终止于乘员的大腿附近。该方法还可以包括将下部部分配置成在上部部分的下部末端上方的某个位置处从上部部分分支。

附图说明

图1是包括车辆乘员安全系统的车辆的示意性展示，描绘了处于展开前状态的该系统；

图2是车辆的示意性展示，描绘了根据车辆乘员安全系统第一构型的处于展开状态的该系统；

图3是车辆的示意性展示，描绘了根据车辆乘员安全系统第二构型的处于展开状态的该系统。

具体实施方式

由于自动驾驶车辆构型而存在挑战的一种特定情况为在腿部保护方面。参考图1，自动驾驶车辆20包括车辆座椅30，车辆乘员40坐在该车辆座椅上。车辆座椅30包括连接至车辆20、例如连接至地板22的底座32。座椅底座32支撑座椅底部34。座椅靠背36从座椅底部34向上延伸并且具有可以调整的斜倚位置。头枕38定位在座椅靠背36的上端处。

乘员40坐在座椅30上，他/她的躯干42搁置在座椅靠背36上，头部44定位在头枕38处或附近，并且臀部46和腿部50(更具体地说，大腿52)搁置在底座32上。乘员的小腿56从膝盖54向下朝向车辆地板22延伸，乘员的脚58搁置在该车辆地板上。在图1的典型的乘员位置中，乘员的手臂60在他/她的身侧，其中上臂62与躯干42相邻并且平行、在肘部64弯曲，下臂/前臂66和手70搁置在大腿56上。

如图1所示，乘员40受座椅安全带80约束，该安全带为常规的三点式约束，包括跨过乘员的肩部72延伸的肩部安全带部分82、以及跨过乘员的大腿部(即大腿50与躯干42相交处)延伸的大腿部安全带部分84。座椅安全带80经由锚定至车辆20的锁扣86固定。为了简化附图，图2和图3中没有展示座椅安全带80。在图2和图3中，乘员40佩戴座椅安全带，该座椅安全带未在图中示出。因此参考图2和图3展示并描述的乘员活动是正常使用图1所展示的座椅安全带80时会发生的那些。

参考图1和图2，车辆安全系统10有助于保护自动驾驶车辆20的乘员40。如图1和图2所示，系统10包括安装在车辆20的车顶24中的气囊90。作为自动驾驶车辆20，客舱或客厢没有操作者控制件，例如方向盘、踏板、仪表装置、中控台等，从而表示了自动驾驶车辆。相应地，将仪表板减小尺寸和/或完全移除，以使客厢中的空间最大化。例如，可以在车辆20的位于前排和/或后排乘员之间的中控台区域中设置用于气候控制、GPS、导航、娱乐等的控制接口。

在这种开放式客厢构型中，车辆座椅30可以以各种方式进行配置、定位和布置，而不受便利于车辆驾驶员/操作者的需求的约束。例如，在图1中，座椅30是面向前方的座椅，面向大体上由标号为A的箭头所指示的车辆向前行驶的方向。作为另一个示例(未示出)，座椅18可以面向彼此布置，其中前排向后面向后排。

对于图1的常规、前向座位布置，在发生正面碰撞的情况下，乘员40在车辆中被向前推动，如图2所示。如图2所示，气囊90约束乘员40，尤其是约束头部44和躯干42，而不约束手臂60和腿部50。因此，可以看到腿部50由于惯性而伸出，如总体上由标记为B的箭头所指示的。这可能对腿部50造成压力，例如膝盖54过度伸展。非自动驾驶车辆具有用于阻止该运动的结构，例如仪表板/脚部空间(前排乘员)和前向座椅的座椅靠背(后排乘员)。自动驾驶车辆可能不包括这些特征。

参考图3，车辆安全系统10包括提供小腿保护的气囊100。在图3的示例性构型中，气囊100被储存在车辆车顶24中并且能够在乘员40的前方向下朝向地板22充气。气囊100可以例如可操作地连接至充气装置，该充气装置可以被致动以对气囊充气并使其展开。充气装置可以可操作地连接至气囊控制单元(“ACU”)，ACU响应于感测到的车辆碰撞而致动充气装置，以对气囊100充气并使其展开。

气囊100被配置成在展开时接合乘员的腿部50。气囊100包括上部的头部/躯干接合部分102和下部的腿部接合部分104。腿部接合部分104从头部/躯干接合部分102向下和向前延伸或分支，以定位在乘员的小腿56前方、脚58上方。气囊100的上部部分102和下部部分104的尺寸、形状、比例、定位、范围等是为了示例性展示的目的，并且给出了这些部分的相对尺寸、形状、比例、定位、范围等的概念。本领域技术人员将理解，这些不是限制性的，并且上部部分102和下部部分104以及气囊100本身的相对尺寸、形状、比例、定位、范围等可以变化。

气囊100可以由任何合适的材料构造，例如尼龙(例如，编织尼龙6-6纱线)，并且可以以任何合适的方式构造。例如，气囊可以包括一个或多个材料件或材料嵌片。如果使用多于一个材料件或材料嵌片，这些材料件或材料嵌片可以以已知方式(例如缝合、超声焊接、热粘合或粘合剂)互连来形成气囊。气囊可以是未经涂覆的、涂覆有比如不透气的氨基甲酸乙酯等材料的、或层压有比如不透气的膜等材料的。因此，气囊可以具有气密或基本上气密的构造。本领域技术人员将理解，替代性材料(例如聚酯纱线)以及替代性的涂层(例如硅酮)也可以用于构造气囊。

在感测到期望气囊充气的事件(例如车辆碰撞)发生时，ACU向充气装置提供信号。在接收到来自ACU的信号时，充气装置被致动并且以已知方式向气囊100的可充气体积提供充气流体。充气的气囊对它们各自的壳体施加力，这导致壳体打开。这使气囊从在它们各自壳体中的储存状态释放出来，充气并展开到它们各自的展开状态。气囊在充气的同时通过吸收乘员的撞击来有助于保护车辆乘员40。这可以通过多种方式实现。

在图3的示例性构型中，出于展示示例性构型的目的，车辆具有单个面向前方的座椅30，乘员40坐在该座椅上。在车辆20和乘员40沿向前方向移动的碰撞中，该方向在图3中总体上由标记为“A”的箭头指示。响应于该运动，乘员的小腿56趋于向上摆动，如图3中总体上由标记为“B”的箭头所指示的。

气囊100的下部部分104被配置成接合小腿56并限制小腿以免于箭头B的运动。下部部分104接合胫骨(小腿56的大骨)，使得运动的小腿的力分布在小腿结构的较大区域上。

同时，乘员的头部44和躯干42接合气囊100的上部部分102。头部44和躯干42的运动总体上由图3中标记为“C”的箭头指示。因此，箭头C还表示由撞击中的乘员40施加在气囊100的上部部分102上的运动。上部部分102沿箭头C方向的运动使气囊100枢转或旋转，这使得气囊的下部部分104沿图3中总体上由标记为“D”的箭头所指示的方向相应地枢转或旋转。

由于气囊100的加压，上部部分102和下部部分104可以具有足够的刚度以致能够产生反作用于撞击中的乘员40的力，这些力足以提供期望水平的约束和保护。由于这种刚度，下部部分104的旋转(箭头D)可以限制乘员的小腿56的摆动运动(箭头C)。下部部分的运动(箭头D)可以抵抗小腿56响应于碰撞力而产生的运动来向下/向后推动小腿。

结果是，气囊100的车辆测试生成的碰撞测试数据指示，胫骨指数可以低于甚至大大低于100％，该胫骨指数用于通过测量碰撞测试假人的小腿的加速度来测量小腿保护的有效性。目前，低于100％是有效小腿保护的基准。

从对本发明的上述描述中，本领域技术人员将意识到落入本发明的精神和范围内的对所公开的系统和方法的改进、变化和修改。所附权利要求旨在涵盖这些改进、变化和/或修改。

Claims (16)

1.一种用于在碰撞情况下有助于保护自动驾驶车辆的乘员的设备，所述设备包括气囊，所述气囊具有处于车辆车顶中的展开前储存状态，所述气囊能够在车辆乘员的前方从所述车辆车顶朝向车辆地板向下展开，其中，所述气囊包括被配置成接纳所述乘员的头部和躯干的上部部分、以及从所述上部部分向下和向前延伸的下部部分，所述下部部分被配置成接纳所述乘员的小腿。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述气囊被配置成使得所述乘员的头部和躯干撞击所述上部部分导致所述气囊旋转，从而使所述下部部分对所述乘员的小腿施加向下的力。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述下部部分被配置成接合所述乘员的小腿并且抵抗所述小腿围绕膝盖的向前和向上摆动。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述下部部分被配置成在胫骨的区域中接合所述乘员的小腿，使得所述小腿围绕膝盖向前和向上摆动的力分布在小腿结构的较大区域上。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述气囊的上部部分被配置成响应于所述乘员的头部和躯干的向前运动而向前枢转或旋转，并且其中，这种向前枢转/旋转运动被配置成产生所述气囊的下部部分的向前和向下运动以抵抗所述乘员的小腿围绕膝盖的向前和向上摆动。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述气囊被配置成维持一定的加压水平，使得所述下部部分能够响应于所述乘员的小腿围绕膝盖的向前和向上摆动而抵抗相对于所述上部部分的运动。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述下部部分从所述上部部分分支并且从所述上部部分向前和向下延伸。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述上部部分被配置成在所述乘员的头部和躯干前方从所述车辆车顶向下延伸、终止于所述乘员的大腿附近，并且所述下部部分在所述上部部分的下部末端上方的某个位置处从所述上部部分分支。

9.一种用于在碰撞情况下有助于保护自动驾驶车辆中座椅上的乘员的方法，所述方法包括：

使气囊在所述乘员的前方从车辆车顶向下展开到展开位置；

将所述气囊的上部部分配置为定位成当处于所述展开位置时接纳所述乘员的头部和躯干；以及

将所述气囊的下部部分配置为从所述上部部分向下和向前延伸、并且定位成当处于所述展开位置时接纳所述乘员的小腿。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括将所述气囊配置成使得所述乘员的头部和躯干撞击所述上部部分导致所述气囊旋转，从而使所述下部部分对所述乘员的小腿施加向下的力。

11.如权利要求9所述的方法，进一步包括将所述下部部分配置成接合所述乘员的小腿并且抵抗所述小腿围绕膝盖的向前和向上摆动。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括将所述下部部分配置成在胫骨的区域中接合所述乘员的小腿，使得所述小腿围绕膝盖向前和向上摆动的力分布在小腿结构的较大区域上。

13.如权利要求9所述的方法，进一步包括将所述气囊的上部部分配置成响应于所述乘员的头部和躯干的向前运动而向前枢转或旋转，其中，这种向前枢转/旋转运动被配置成产生所述气囊的下部部分的向前和向下运动以抵抗所述乘员的小腿围绕膝盖的向前和向上摆动。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括将所述气囊加压到一定水平，使得所述下部部分能够响应于所述乘员的小腿围绕膝盖的向前和向上摆动而抵抗相对于所述上部部分的运动。

15.如权利要求9所述的方法，进一步包括将所述下部部分配置成从所述上部部分分支并且从所述上部部分向前和向下延伸。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括将所述上部部分配置成在所述乘员的头部和躯干的前方从所述车辆车顶向下延伸并且终止于所述乘员的大腿附近，并且将所述下部部分配置成在所述上部部分的下部末端上方的某个位置处从所述上部部分分支。

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