CN115257618B - 一种可旋转的主驾驶安全气囊总成及车辆 - Google Patents

一种可旋转的主驾驶安全气囊总成及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可旋转的主驾驶安全气囊装置及车辆，包括安全气囊子系统模块和显示屏模块。所述显示屏模块安装在所述安全气囊子系统模块的背面，形成可旋转子系统。所述可旋转子系统通过与其连接的切换机构带动，实现翻转，使旋转气囊总成在状态A即气囊状态面朝向驾驶员和状态B即显示屏状态面朝向驾驶员两种状态之间切换。本发明将显示屏集成到驾驶员安全气囊，省去仪表上的显示屏。并通过控制算法实现安全气囊和显示屏的自动切换，可以在满足驾驶员娱乐、导航、查看驾驶信息等功能的同时，也保证驾驶员的安全防护需求。

Description

一种可旋转的主驾驶安全气囊总成及车辆
技术领域
本发明涉及车辆被动安全保护技术领域，尤其涉及安全气囊及其控制技术。
背景技术
目前车辆的方向盘中间位置安装驾驶员安全气囊，用来显示如速度、转速等驾驶信息的显示屏位于仪表板上，严重限制了仪表板的造型设计。有设计将显示屏集成到安全气囊的盖板上，但气囊展开时，屏幕易碎产生飞溅。还有设计将气囊安装在顶棚遮阳板的位置(又称顶部气囊)，这样就可以释放方向盘中间的位置，如安装显示屏，显示驾驶信息并提供娱乐功能，但顶部气囊存在人员保护效果差、成本高的问题。
发明内容
针对以上存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种可旋转的驾驶员安全气囊总成，将显示屏集成到安全气囊背面，通过算法识别是否需要点爆气囊，来控制整个集成机构的旋转，已达到在不需要气囊保护时，显示屏面朝驾驶员，提供驾驶员娱乐或查看驾驶、导航等信息，在需要气囊保护，气囊面朝驾驶员，提供安全保护。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
为实现上述目的，本发明提供一种可旋转的主驾驶安全气囊总成，主要包括安全气囊子系统模块、显示屏模块和控制算法模块。所述显示屏模块用来显示娱乐、车辆基础信息等，安装在所述安全气囊子系统模块的背面，形成可旋转子系统。所述可旋转子系统通过与其连接的切换机构带动，实现翻转，使旋转气囊总成在状态A即气囊状态面朝向驾驶员和状态B即显示屏状态面朝向驾驶员两种状态之间切换。
所述切换的方法可以是通过状态开关模块进行人工切换，或者是通过控制算法模块自动切换。
所述控制算法模块的优先级高于状态开关模块，当可旋转子系统处于控制算法模块控制中时，状态开关失效，当可旋转子系统处于人工切换过程中时，可随时由控制算法模块接管并按照控制算法模块的输入进行切换。控制算法模块决定了车辆在何时以什么策略进行状态的切换。
进一步，所述控制算法模块实施监测可旋转子系统的状态，默认处于状态B，当车辆速度小于阈值时，控制可旋转子系统处于状态B；当车辆速度大于阈值时，控制算法模块控制可旋转子系统旋转至状态A。
所述当车辆速度大于阈值时，所述控制算法模块选择保持状态B，或者选择策略1或策略2控制可旋转子系统旋转至状态A，以上所述策略指的是可旋转子系统实现180°旋转的旋转速度，即旋转角度与时间的特性曲线。所述策略2的旋转速度慢于所述策略1。即策略2与策略1相比，旋转速度更慢，以避免旋转过程中触碰驾驶员的手、胳膊等部位。
进一步，当车辆速度大于阈值时，控制算法模块开始计算临界碰撞时间TTC，当TTC≤TTCthre时：通过摄像头模块判断驾驶员双手是否处于可旋转子系统的旋转包络面内，如果是，则进行预警，提示驾驶员手离开显示屏位置，并按策略2进行状态的切换，实现从状态B向状态A的切换；如果驾驶员双手不处于可旋转子系统的旋转包络面内，则保持状态B，直到满足TTC≤TTCbrake时，按照策略1实现从状态B向状态A的切换；当TTC＞TTCthre，则保持状态B；其中TTCthre是标定的阈值，TTCbrake为最晚制动时刻。
所述显示屏无论方向盘处于什么角度，显示屏的内置图像永远保持不变。具体来说，假设方向盘的转角为θ，则对显示屏的内置图像做-θ的偏转。
进一步，所述切换机构可以是各种形式。本发明中，包括切换机构电机和齿轮，电机的输出轴上安装内齿轮，内齿轮与外齿轮啮合，外齿轮与可旋转子系统一侧的安装凸台连接，当电机转动时，带动可旋转子系统旋转，实现可旋转子系统的翻转。
进一步，所述可旋转子系统的另一侧也有一个凸台，凸台与轴承的一个端面连接，轴承的内圈与空心线管连接，连接方式可以是过盈配合或销子连接，气囊点爆的点火线与显示屏输入线通过管道分别连接气囊发生器和显示屏输入接口。显示屏的背面支撑板需要提供足够的强度，同时在支撑板内测放入止振棉，以避免气囊起爆过程中屏幕被反向作用力冲击而受损。方向盘轮毂与方向盘支架通过螺钉连接，方向盘支架与转向管接口通过焊接连接，转向管接口通过螺纹与转向管柱实现连接。
本发明还提供一种车辆，所述车辆配置有以上所述的可旋转的主驾驶安全气囊总成。
本发明的有益效果如下：
本发明通过设计一种可旋转的主驾驶安全气囊装置，将显示屏集成到驾驶员安全气囊，省去仪表上的显示屏。并通过控制算法实现安全气囊和显示屏的自动切换，如需要点爆安全气囊，控制旋转气囊总成的“气囊”状态面朝向驾驶员，为驾驶员提供碰撞保护，否则将“显示屏”状态面朝向驾驶员，以供驾驶员娱乐或查看驾驶、导航等信息。因此，本发明可以在满足驾驶员娱乐、导航、查看驾驶信息等功能的同时，也保证驾驶员的安全防护需求。
附图说明：
图1可旋转的主驾驶安全气囊总成的构成示意图；
图2可旋转子系统的示意图；
图3主驾驶安全气囊总成的俯视图(显示屏状态)；
图4驾驶安全气囊的正视图(显示屏状态)；
图5控制算法模块的控制逻辑图；
图6主驾驶安全气囊总成的俯视图(气囊状态)；
图7旋转策略图。
图中：
1-显示屏、2-支撑板、3-止振棉、4-轴承、5-空心线管、6-显示屏输入线、7-点火线、8-右凸台、9-气囊壳体、10-气囊、11-左凸台、12-外齿轮、13-电机、14-内齿轮、15-集成开关、16-电机包装外壳、17-方向盘轮毂、18-轴承包装外壳、19-状态开关、20-方向盘支架、21-转向管柱连接口。
需要说明的是，以上附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
参见图1，本实施例提供一种可旋转的主驾驶安全气囊总成的构架，主要由车内摄像头模块、ADAS模块、控制算法模块、电机模块及可旋转子系统模块构成。所述控制算法模块通过获取车内摄像头模块和ADAS模块的信息，计算判断后，输出控制指令给电机模块，控制可旋转子系统的旋转，实现安全气囊和显示屏的自动切换。
其中，进一步的实施例公开可旋转子系统的一种结构实现方式，如图2所示，显示屏1安装在所述安全气囊10背面形成可旋转子系统。显示屏1与气囊壳体9通过支撑板2和止振棉3隔开，以避免气囊点爆的冲击力击碎屏幕。气囊壳体9的左端焊接有左凸台11，外齿轮12与左凸台11通过销子连接，外齿轮12与内齿轮14啮合，内齿轮14与电机13的芯轴通过销子(图中未体现)连接，由电机带动。气囊壳体9的右端焊接有右凸台8，右凸台8和轴承4通过销子(图中未体现)连接，轴承4与空心线管5同轴装配，连接方式为过盈配合或焊接，气囊点火用的点火线7和显示屏输入线6通过空心管线5分别连接气囊发生器和显示屏的输入接口(图中未体现)。电机13转动带动可旋转子系统的翻转，实现显示屏状态和气囊状态的转换。
进一步如图3所示，电机13的左端部与方向盘轮毂17左侧固定连接，并被电机包装外壳16包裹，电机包装外壳16上设置有集成开关15。空心线管5的右端部与方向盘轮毂17右侧固定连接，并被轴承包装外壳18包裹，轴承包装外壳18上页设置有集成开关15。集成开关15是为了满足多功能方向盘的需求。
进一步如图4所示，方向盘支架20上端与方向盘轮毂17固定连接，方向盘支架20下端部与转向管柱连接口21连接，转向管柱连接口连接实现与转向管柱的连接。
本发明中，可旋转子系统存在两种状态，分别为“显示屏”状态和“气囊”状态，所述“显示屏”状态指显示屏朝向处于自然驾车的驾驶员头部，本实施例定义为状态B，所述“气囊”状态指气囊盖板面朝向处于自然驾车的驾驶员头部，本实施例定义为状态A。这两种状态可相互转换，转换的方式有两种，一是通过状态开关19进行人工切换，二是通过控制算法模块自动切换。控制算法模块的优先级高于状态开关模块，也就说，当可旋转子系统处于控制算法模块切换过程中时，状态开关失效，当可旋转子系统处于人工切换过程中时，可随时由控制算法模块接管并按照控制算法模块的输入进行切换。
控制算法模块决定了车辆在何时以什么策略进行状态的切换。控制算法模块实施监测可旋转子系统的状态，并根据从车内摄像头模块、ADAS模块获得的信息，决策可旋转子系统是保持状态B，还是根据策略1或策略2控制可旋转子系统旋转至状态A。
在本申请的实施例中，公开了控制算法模块的一种控制逻辑，如图5所示，当车辆上电，可旋转子系统的默认状态为“显示屏”状态，即状态B(如图6所示)，当车辆处于静止状态，状态开关处于失效状态，即无法通过状态开关切换可旋转子系统的状态。所述显示屏无论方向盘处于什么角度，显示屏的内置图像永远保持不变。具体来说，假设方向盘的转角为θ，则对显示屏的内置图像做-θ的偏转。
当车辆速度V＞0km/h，且V＜20km/h时，可旋转子系统的默认状态为“显示屏”状态，即状态B，状态开关处于激活状态，也就是说驾驶员可通过状态开关进行可旋转子系统状态的切换。
当车辆速度V≥20km/h时，开始计算车辆临界碰撞时间TTC，并设立阈值TTCthre，当TTC≤TTCthre时，监测车内摄像头模块对“双手是否影响旋转”的判断结果，当“双手是否影响旋转”的结果为“是”，则可通过声音或文字提醒驾驶员暂时不要操作显示屏，并按照策略2旋转可旋转子系统，使得可旋转子系统处于“气囊”状态，即状态A；当“双手是否影响旋转”的结果为“否”，则不做动作，当TTC≤TTCbrake时，并按照策略1进行旋转，使得可旋转子系统处于“气囊”状态，即状态A。所述“双手是否影响旋转”指可旋转子系统在旋转180°产生的圆柱形包络是否会触碰到驾驶员的手、胳膊等，如果会，则判定结果为“是”，该过程由车内摄像头模块通过机器学习的方法判定。
但车辆速度V＜0km/h，即车辆处于倒车状态，默认为“显示屏”状态，状态开关处于激活状态。
本实施例中，所述TTC的计算公式如下：
其中，Δv，Δa，Δd，分别表示自车(ego)和目标车(obj)的相对速度、相对加速度和相对位移，vego，aego，vobj，aobj分别表示自车速度、自车加速度、目标车速度和目标车加速度。
在实施例中，所述TTCthre是人为设定的阈值，该值可通过实车的体验进行标定，TTCthre过大会导致可旋转子系统过早的旋转至“气囊”状态，即状态A，容易误触发，驾驶体验差，TTCthre设置过小导致双手影响旋转的场景下，子系统触碰到驾驶员的手，驾驶体验差。合理的做法是，以显示屏旋转速度不会导致驾驶员手部产生明显疼痛为目标，一般地，可设置TTCthre＝2.6s。
在本实施例中，所述TTCbrake为最晚制动时刻，表征的是在只通过制动操作来避免两车碰撞的情况中，进行制动操作刚好能避免碰撞事故的最晚时间，计算公式如下：
其中
amax,xobj分别表示自车驾驶员踩的最大制动减速度和自车的纵向位移，一个具体的实例为，amax取4.5m/s2。
以上计算TTC和TTB所需要的参数中，关于自车的参数可从整车网络获取，目标车的相关参数从ADAS信号获得。
所述策略指的是可旋转子系统实现180°旋转的旋转速度，即旋转角度与时间的特性曲线。所述策略2的旋转速度慢于所述策略1。即策略2与策略1相比，旋转速度更慢，以避免旋转过程中触碰驾驶员的手、胳膊等部位
进一步，一个具体的实施例如图7所示，对于策略2，可旋转系统的旋转速度分为两个阶段，两个阶段的分界点为TTCbrake，开始旋转的时刻为TTCthre，TTCbrake对应的旋转角度为90°，这样可以保证如果有驾驶员的双手影响旋转时，旋转90°不会造成手部被挤压，同时系统的警告会保证驾驶员手部离开包络区，在第二阶段采取更快的速度旋转，以保证在碰撞0时刻前，系统处于“显示屏”状态。对于策略1，可旋转系统旋转过程中不会触碰到驾驶员的任何部位，可在较晚的时刻开始旋转，开始旋转的时刻为TTCbrake，这样的设置可保证系统较少的误触发，同时保证，在碰撞之前保证“气囊”状态是朝向驾驶员头部的，为碰撞做好防护。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (4)

1.一种主驾驶安全气囊总成的旋转控制方法，所述主驾驶安全气囊总成包括安全气囊子系统模块和显示屏模块；其特征在于，所述显示屏模块安装在所述安全气囊子系统模块的背面，形成可旋转子系统；所述可旋转子系统通过与其连接的切换机构带动，实现翻转，使旋转气囊总成在状态A即气囊状态面朝向驾驶员和状态B即显示屏状态面朝向驾驶员两种状态之间切换；所述切换的方法是通过控制算法模块自动切换；
所述控制算法模块实施监测可旋转子系统的状态，默认处于状态B，当车辆速度小于阈值时，可旋转子系统处于状态B；
当车辆速度大于阈值时，控制算法模块开始计算临界碰撞时间TTC，当TTC≤TTCthre时：通过摄像头模块判断驾驶员双手是否处于可旋转子系统的旋转包络面内，如果是，则进行预警，提示驾驶员手离开显示屏位置，并按策略2进行状态的切换，实现从状态B向状态A的切换；如果驾驶员双手不处于可旋转子系统的旋转包络面内，则保持状态B，直到满足TTC≤TTCbrake时，按照策略1实现从状态B向状态A的切换；当TTC＞TTCthre，则保持状态B；其中TTCthre是标定的阈值，TTCbrake为最晚制动时刻；
所述策略指的是可旋转子系统实现180°旋转的旋转速度，即旋转角度与时间的特性曲线，所述策略2的旋转速度慢于所述策略1；在执行所述策略2时，可旋转子系统的旋转速度分为两个阶段，两个阶段的分界点为TTCbrake，开始旋转的时刻为TTCthre，在第二阶段的旋转速度大于第一阶段，TTCbrake对应的旋转角度为90°。
2.根据权利要求1所述的主驾驶安全气囊总成的旋转控制方法，其特征在于，所述临界碰撞时间TTC的计算公式如下：
其中，Δv，Δa，Δd，分别表示自车ego和目标车obj间的相对速度、相对加速度和相对位移，vego，aego，vobj，aobj分别表示自车速度、自车加速度、目标车速度和目标车加速度。
3.根据权利要求1所述的主驾驶安全气囊总成的旋转控制方法，其特征在于，所述最晚制动时刻TTCbrake计算公式如下：
其中
amax,xobj分别表示自车驾驶员踩的最大制动减速度和目标车的纵向位移，一个具体的实例为，amax取4.5m/s2。
4.一种车辆，其特征在于，所述车辆配置可旋转的主驾驶安全气囊总成，所述主驾驶安全气囊总成由车内摄像头模块、ADAS模块、控制算法模块、电机模块及可旋转子系统模块构成，所述控制算法模块采用权利要求1-3任一项所述的方法，通过获取车内摄像头模块和ADAS模块的信息，计算判断后，输出控制指令给电机模块，控制可旋转子系统模块的旋转，实现安全气囊和显示屏的自动切换。
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