CN1646350A - 汽车安全气囊控制系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种机动车的气囊起动控制设备，能够通过确定是否有人坐在车座中，并且通过当有人在座位上时确定身体形式来优化地控制气囊的操作，其中，一个气泡型压力传感器安装到车座的背部和就座部分中的两者或一者中，以根据来自压力传感器的电输出中是否包括有诸如呼吸和脉动之类的活体信号，以及当包括该活体信号时，根据该输出是否超过特定限制来控制气囊膨胀的量和方向。

Description

汽车安全气囊控制系统
技术领域
本发明涉及一种汽车安全气囊控制系统，该系统使用安装在车座中的用于判断车座中的特定乘客的细节的气动压力传感器，控制安全气囊的诸如其触发或不触发、安全气囊膨胀的力和方向之类的性能参数。
背景技术
安全气囊通过减轻撞击来在交通事故中保护驾驶员和乘客，从而在机动车中获得了广泛的应用。安装在车座的前面或侧面的安全气囊被密封，每一个安全气囊都备有包括固体推进剂的膨胀设备。推进剂在由于撞击而使车辆加速度突然变化的情况下引爆。由引爆的推进剂产生的气体立刻使安全气囊膨胀，从而其使乘客免受撞击的动量的影响。
然而，迄今为止，大多数安全气囊在膨胀时安全气囊的体积、展开的角度等等性能在考虑到成人平均尺寸的情况下已经预先确定。在大多数情况下几乎很少考虑或没有考虑单个乘客的特定体形和体重。采用这样的平均设计的安全气囊在展开时可能会使孕妇和小孩遭受过度的影响，有时几乎与撞击本身一样严重地使他们受到伤害。
迄今为止安全气囊所遇到的另外一个不便是，甚至在座位没有被占据或当在座位上放了行李的情况下它们也可能被触发。不必要地膨胀的安全气囊可能会使这样的行李飞离座位。驾驶员和乘客也可能会受到由于不必要地膨胀的安全气囊使汽车内的气压突然变化的影响。因此，当相关的座位没有被占据或只放了行李时，应该防止安全气囊展开。
发明内容
本发明提供了一种安全气囊控制系统，该系统具有安装到每一个车座上的气动压力传感器，以便判断座位上是否有人。如果传感器输出信号没有表示诸如脉动和呼吸之类的有节奏的身体过程(可以与汽车的撞击和颠簸区别开来)的持续的周期性，则可以区别行李和人。另一方面，如果传感器输出信号代表有节奏的身体过程，则可以基于信号幅度确定座位上的乘客的身体的尺寸。
所有前述的考虑都可以依据座位上的乘客的身体的尺寸及其他因素对安全气囊进行最佳的控制。可选地，可以根据上述传感器输出信号中包含的信息或根据汽车上的某些其他来源使根据本发明的安全气囊控制系统只在汽车行驶过程中处于活动状态。
附图说明
图1是装有在根据本发明的安全气囊控制系统中使用的气动压力传感器的车座的透视图。
图2是图1的每一个压力传感器的放大透视图。
图3是绘制当人坐在车座上时压力传感器输出的曲线的图形，这里的传感器输出表示人的呼吸。
图4是在汽车处于静止状态的情况下平均尺寸的成年人坐着不动时放在座位背部上的压力传感器的输出的图形，座位背部上的压力传感器输出是经过波形分析器处理的。
图5是当汽车在行驶过程中座位没有被占据的情况下座位底部的压力传感器输出的图形，座位底部的压力传感器输出是经过波形分析器处理的。
图6是当汽车在行驶过程中座位上装有行李的情况下座位底部的压力传感器输出的图形，座位底部的压力传感器输出是经过波形分析器处理的。
图7是当汽车在行驶过程中座位上坐着人的情况下座位底部的压力传感器输出的图形，座位底部的压力传感器输出是经过波形分析器处理的。
图8是根据本发明的安全气囊控制系统的方框图，该系统用于通过根据在座位背部和座位底部的压力传感器输出检测座位上的人或行李来优化安全气囊的性能。
图9是在安全气囊控制系统的指示下如何使安全气囊膨胀的说明。
具体实施方式
现在将通过实施例来描述本发明。用于实施本发明的每个气动压力传感器都可以采用如图2所示的结构，一般用标号“2”表示。压力传感器2包括相对较薄的，用橡胶或类似的易弯塑料制成的延长的箱形气动感测包21。感测包21不必完全密封；相反，为便于批量生产和对抗周围温度的变化，它可以具有一些小孔，以使少量的空气流入和流出。然而，不应该允许感测包21变平，而应通过装满海绵等等尽可能长时间地保持其原样。
有一个通向麦克风23的管道22连接到感测包21的一端。因此，在感测包21内形成的气压变化通过管道22传送到麦克风23的隔膜。来自麦克风23的电输出通过导体24发送到电路25，以便按需要进行处理，从而准备通过无线电或通过有线方式进行传输。
麦克风23、导体24和电路25都可以通过放入一个外壳里合并到一个整体结构中。还可以将麦克风23安装在感测包21内，从而去除管道22。
图3用图形方式说明了在人相对于压力传感器2按各种位置坐在座位中的情况下电路25所产生的呼吸信号的振幅。该图形的垂直轴代表压力传感器2所产生的呼吸信号的以毫伏(mV)为单位的振幅，水平轴代表座位上的乘客的位移相对于压力传感器的感测包的百分比。乘客位移百分比是这样计算的：首先从感测包表面的总面积减去驾驶员或乘客实际占据的感测包表面的那一部分的面积，然后，将所得的差除以感测包表面的总面积，然后将除法的结果乘以100。
对该图形仔细研究表明，当乘客位移百分比达到30时，压力传感器输出幅度基本上恒定，当高于该值时突然降低，且当百分比上升到70时变成零。信号强度的急剧下降可以按如下方式来解释：
当乘客位移百分比变得高到只有感测包的一半左右被座位上的乘客压低时，感测包另外的没有负重的部分开始吸收由乘客的呼吸或其他身体活动所引起的内部压力变化的非常大的部分。如此，可以推断，感测包未能将其内部压力变化的相应部分传送到麦克风23。本发明正面地利用车座上的感测包的此感测损失来控制相关安全气囊的性能。
如图1所示，每一个车座都可以备有两个气动压力传感器，每一个传感器都可以采用上文参考图2所阐述的结构。车座1具有安装在其背部中间和内部的一个压力传感器的感测包21A。此感测包21A应该足够大，以覆盖坐在座位上的成人的大部分后背，通常大约为50厘米的垂直尺寸，大约30厘米的水平尺寸。座位背部上的压力传感器另外还包括管道22A、麦克风23A、导体24A和电路25A。电路25A通过无线电或通过有线方式发送座位背部上的传感器信号A。
另一个压力传感器将其感测包21B安装在车座1的底部12的中间和内部。此座位底部的压力传感器的感测包21B应该足够大，以覆盖成年人的大腿，通常在汽车的侧面到侧面的横向尺寸为40厘米，在汽车的前面到后面的深度尺寸大约为25厘米。该座位底部的压力传感器另外还包括管道22B、麦克风23B、导体24B和电路25B。电路25B通过无线电或通过有线方式传输座位底部的传感器信号B。
当汽车静止不动，同时座位没有人坐或在其上面放了行李时，座位背部上的压力传感器和座位底部的压力传感器的输出A和B为0。
图4用图形方式表示了当汽车静止不动，同时当平均尺寸的成人坐在座位上不动时，座位背部上的压力传感器输出A的波形分析的结果。该图形的垂直轴以伏特为单位表示传感器输出幅度，水平轴以秒为单位表示时间。从此图形中可以看出，座位背部上的压力传感器输出几乎为正弦波，周期大致为四秒，表示由于呼吸而产生的座位上的乘客的身体活动。重叠在此正弦波上的是由于诸如脉动之类的不太明显的身体运动所产生的较小波动，这种波动甚至在人坐着不动的情况下也会存在。
座位底部的压力传感器的输出B在同样条件下与座位背部上的压力传感器输出A的波形类似。然而，由于座位背部11和座位底部12之间的缓冲的差异，信号幅度存在差异。
图5是当汽车在行驶过程中而且座位没有被占据的情况下经过波形分析的座位底部的压力传感器输出B的图形表示。从理论上来讲，在上述的条件下，座位底部的压力传感器输出电平应该为0，但是，实际上，在信号电平中可观察到微小的波动。这样的波动是由于汽车振动造成的感测包21B的颤动，以及由于可以由麦克风感应到的包内的压力变化而产生的。不论是什么原因，传感器输出电平中的这些微小的波动没有意义，且可以忽略。
在图6中用图形方式表示当汽车在行驶过程中而且座位(或者更准确地说，在座位底部的压力传感器的感测包21B)上放了行李的情况下经过波形分析的座位底部的压力传感器输出B。在此实验中所使用的行李的形状为箱形，尺寸为30×30×30厘米，重量大致为5公斤。
座位底部的压力传感器输出B包含脉冲，这是因为由于汽车振动所产生的重力变化，特别是在垂直方向上。所有这样的脉冲的持续时间都非常短。座位底部的压力传感器输出B的平均电平为0。
如果座位上的行李不与座位背部上的压力传感器的感测包21A接触，或与其接触少于感测包21A的表面面积的30％，则座位背部上的压力传感器输出A的电平大致为0，与图6的座位背部上的压力传感器输出B类似。另一方面，如果行李的接触大于座位背部感测包21A的表面面积的30％，特别是大于50％，座位背部上的压力传感器输出A在波形上或多或少类似于图6的座位背部上的的压力传感器输出B。
图7是当汽车在行驶过程中而且座位上坐着人的情况下经过波形分析的座位底部的压力传感器输出B的图形表示。输出B包含由于汽车的变化(特别是垂直方向的)和人体所特有的缓冲作用而产生的相当大的振幅和重复率的脉冲。尽管如此，仍将观察到，输出B作为整体具有表示人的呼吸的正弦波。不仅呼吸而且心跳都可以通过将要描述的鉴别器从此传感器输出中检测出来。
下列表中所列出的判断来源于不同幅度(包括零)的座位背部上的压力传感器输出A和座位底部的压力传感器的输出B的各种组合。当汽车处于静止状态时，根据压力传感器输出A和B的诸如表示人的呼吸和心跳的身体过程信号分量的幅度，如表1那样进行判断。由于座位背部和座位底部的不同的缓冲能力，为传感器输出A和B设置了不同的参考值。
表1
  座位背部传感器输出A   座位底部的传感器输出B           判断
    大于参考值Q     大于参考值S   平均身体尺寸或更大的成人
    大于参考值Q     小于参考值S     苗条
    小于参考值Q     大于参考值S     肥胖
    小于参考值Q大于参考值R     小于参考值S大于参考值T     儿童
    小于参考值R大于零     小于参考值T大于零     儿童座位被占据
    零     零     行李或空着
另一方面，当汽车正在行驶时，将不仅根据传感器输出A和B的人的呼吸、心跳等身体过程分量而且还根据表示汽车振动的信号分量，如下面的表2进行判断。正在行驶的汽车的振动会产生随机噪声，甚至在传感器输出A和B通过安全气囊控制系统中包括的呼吸和心跳滤波器之后，该噪声也仍会重叠在传感器输出A和B中。因此，汽车行驶过程中的参考值必须不同于汽车处于静止状态的参考值。
表2
  座位背部传感器输出A   座位底部的传感器输出B     判断
    大于参考值U     大于参考值X 平均身体尺寸或更大的成人
    大于参考值U     小于参考值X     苗条
    小于参考值U     大于参考值X     肥胖
    小于参考值U大于参考值V     小于参考值X大于参考值Y     儿童
    小于参考值V大于参考值W     小于参考值Y大于参考值Z 儿童座位被占据
    小于参考值W     小于参考值Z     行李(儿童座位空着)
    大致为零     大致为零     空着
应该根据诸如车座配置和所使用的感测包的形状和材料之类的变量，在本发明的每一次应用中确定前述判断的特定参考值。通常，各参考值可以在图3的图形中座位上的乘客的位移百分比的35-65的范围内(该范围内传感器输出振幅急剧地变化)选择。
在图8中用方框图的方式显示了根据本发明的安全气囊控制系统的一个优选形式，其中，根据从传感器输出A和B判断的、座位上坐的是人或者没有坐人，对安全气囊性能进行控制，以便达到最佳结果。两个压力传感器的麦克风在图8中的81A和81B处提供了这些传感器输出。座位背部上的压力传感器输出A通过放大器82A被引导到带通滤波器83A。此带通滤波器可以具有从大约0.1Hz到大约1.0Hz的通频带，用于检测呼吸，以及从大约3Hz到大约15Hz的通频带，用于进行心跳检测。
从带通滤波器83A发出的、包含所希望的身体过程信号分量的座位背部传感器输出被输入到电平检测器84A。每次输入信号上升到预先确定的电平时，此电平检测器产生一个脉冲。计数器85A计算来自电平检测器84A的脉冲，并且每隔两个输入的脉冲输出一个脉冲。计时器86A被电平检测器84A的每一个输出脉冲打开，并被计数器85A的每一个输出脉冲关闭，以便测量周期信号的每一个周期的持续时间。
除了被引导到如上所述的电平检测器84A，可能表示座位上的乘客的呼吸和心跳的、来自带通滤波器83A的输出被进行积分，或在87A检测其峰值。来自此电路87A的输出被引导到中央处理单元(CPU)的运算单元88，以便与预先确定的参考值进行比较。
同样，座位底部的压力传感器输出B被按顺序引导到并经过放大器82B、带通滤波器83B、电平检测器84B、计数器85B、计时器86B以及运算单元88。来自带通滤波器83B的输出也被输入到积分器或峰值检测器87B，并输入运算部分88。运算单元88将输入信号与参考值进行比较，并根据表1和2进行必要的判断。这些判断被安全气囊控制器89利用，以便产生用于对安全气囊相应地进行控制的信号。
图8进一步在90指出了汽车行驶信号发生器，该发生器产生表示汽车是否正在行驶的信号。汽车行驶信号发生器90可以根据汽车的某些旋转部件的旋转，以机械方式或以电的方式感应汽车行驶。或者，对压力传感器输出A或B进行滤波，以获得表示汽车行驶的信号分量。
来自汽车行驶信号发生器90的输出通过电平检测器91被引导到运算单元88。根据输入信号判断汽车是否正在行驶，运算单元88切换参考值以用于进行比较。还可以根据汽车是正在行驶还是处于静止状态而将安全气囊限定于一个规定的操作模式。
图9说明了安全气囊在安全气囊控制器89的指示下如何进行操作。在1处显示了车座的侧视图，在车座的前面有仪表板，该仪表板具有盖子91，该盖子91通常遮住仪表板的安全气囊隔室。显示的安全气囊隔室盖子91是打开的，实线所表示的安全气囊为完全膨胀状态，即，膨胀到通常的标准尺寸。
假设在压力传感器输出A和B分别大于参考值U和X的情况下发生了碰撞。然后安全气囊控制器89使安全气囊激励器(未显示)将安全气囊正常地展开，即，完全展开，如图9中的实线轮廓92所示。
如果传感器输出A和B使得运算单元88判断坐了一个小孩，安全气囊控制器89然后将使安全气囊在适合该小孩的方向膨胀到适当的程度。以这样的方式膨胀的安全气囊由图9中的点划线轮廓92A描绘。对于身体的尺寸在其之间的座位乘客，安全气囊可以如虚线轮廓92B所描述的那样膨胀。
为了如上文所述的那样控制安全气囊膨胀的程度，可以准备多个剂量不同的安全气囊推进剂，并可以引爆多个剂量不同的这样的推进剂。安全气囊展开的方向可以通过安全气囊隔室盖子91的打开角度来进行控制。
如此，借助于本发明，可以判断车座是否被占用，占用车座的是人还是行李，如果是人，则他或她的身体尺寸是多少。依据这些判断确定是否触发安全气囊，且当安全气囊被触发时，在对于特定座位乘客的最佳方向膨胀到最佳的程度，从而防止乘客遭受撞击，不会遭受附加的损害。因此，本发明作为机动车(特别是客车)的安全设备具有特别的用途。

Claims (4)

1.一种用于控制安装在车座附近的安全气囊的汽车安全气囊控制系统，包括：
(a)安装到车座背部的气动压力传感器，用于提供表示诸如呼吸和脉动之类的身体过程的身体过程信号；
(b)用于将身体过程信号的幅度与预定义的参考值进行比较的装置；以及
(c)用于根据身体过程信号与参考值的比较结果控制安全气囊膨胀的程度和方向的装置。
2.一种用于控制安装在车座附近的安全气囊的汽车安全气囊控制系统，包括：
(a)安装到车座底部的气动压力传感器，用于提供表示诸如呼吸和脉动之类的身体过程的身体过程信号；
(b)用于将身体过程信号的幅度与预定义的参考值进行比较的装置；以及
(c)用于根据身体过程信号与参考值的比较结果控制安全气囊膨胀的程度和方向的装置。
3.一种用于控制安装在车座附近的安全气囊的汽车安全气囊控制系统，包括：
(a)安装到车座背部的第一气动压力传感器，用于提供表示诸如呼吸和脉动之类的身体过程的第一身体过程信号；
(b)安装到车座底部的第二气动压力传感器，用于提供表示诸如呼吸和脉动之类的身体过程的第二身体过程信号；
(c)用于将第一和第二身体过程信号的幅度分别与第一和第二预定义的参考值进行比较的装置；以及
(d)用于根据第一和第二身体过程信号与第一和第二参考值的比较结果的各种组合来控制安全气囊膨胀的程度和方向的装置。
4.根据权利要求3的安全气囊控制系统，进一步包括当第一和第二身体过程信号两者都不包含在第一和第二压力传感器的输出的情况下防止安全气囊膨胀的装置。
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