一种客车车顶安全气囊装置及其控制方法与流程

本发明涉及汽车被动安全的安全气囊保护领域，尤其涉及一种客车车顶安全气囊装置及其控制方法。

背景技术：

随着汽车行业和国家经济的快速发展，我国汽车保有量已跻身世界前列。客车与公交车已成为我国公路客运的主要交通工具，但是客车中乘客较多、质量和体积较大，质心较高，所以相较于中小型汽车，其稳定性较差且一旦发生碰撞会造成群死群伤的严重后果。安全气囊是减少伤害的重要被动保护措施，将在事故中减小二次碰撞的伤害。

为解决上述问题，市场上已出现许多且种类繁多的安全气囊保护装置。如那景新等发明的“一种舱门气囊客车侧翻安全防护装置”（申请号201210424198.7），其通过传感器检测客车行驶状态，从而判断客车是否发生侧翻。当判断客车发生侧翻后，通过弹射装置将侧翻侧的舱门打开，同时舱门内置的安全气囊打开，吸收侧翻碰撞产生的能量，减少车身变形。但该发明虽然对车身变形起到一定的缓解作用，但是乘客在车内依然会发生运动，造成二次碰撞，且该发明对这种二次碰撞没有缓解作用。

d·克鲁瑟等发明的“用于车辆的帘式安全气囊”（申请号201180062895.6），该发明用于当车辆发生侧碰时，从侧面展开帘式安全气囊，在驾驶员与汽车侧围形成缓冲带，减少乘客在二次碰撞中受到的伤害。但是，该发明结构较为复杂，成本较高，且因其结构特点，安装与维修难度加大。

落合史治和宫本和明发明的“帘式安全气囊装置”（申请号201380019698.5）该发明安装于驾驶仓斜上方的纵梁中，当发生碰撞时，供气机对气囊织带充气，气囊织带为含有主仓和副仓，在充气膨胀后呈窗帘状，防止乘客与汽车顶部结构和侧围结构发生碰撞。但是该发明的能量来自供气机，一旦在碰撞中供气机受到损坏，则该安全气囊失效；同时，该发明结构较为复杂，成本较高，不便于安装和维修。

综上所述，目前还没有针对客车侧翻时，避免乘客与车顶发生二次碰撞且阻止乘客横向运动的安全气囊保护装置。客车发生侧翻时，横向远离旋转轴的乘客会随着客车的侧翻脱离座椅，撞击车顶并向客车另一侧运动，最终受重力作用与客车另一侧的内饰、乘客和侧围结构等发生二次碰撞。所以发生侧翻时，远离旋转轴的乘客在发生二次碰撞时会受到更大的伤害。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种客车车顶安全气囊装置及其控制方法，结构简单，精度高，相应速度快且不影响客车正常行驶时的外观。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种客车车顶安全气囊装置，客车的车顶为双层结构、包含外壳和内壳，客车车顶安全气囊装置包含车身感应模块、控制模块、电源模块和若干安全气囊单元；

所述车身感应模块包含水平仪传感器和陀螺仪传感器、均设置在客车的质心位置，且均用于检测客车的车身侧倾角度，并将测得的车身倾斜角度传递给所述控制模块；

所述车顶内壳在客车过道两侧均匀设有若干和所述安全气囊单元一一对应的安装孔；

所述安全气囊单元包含安全气囊板、弹射单元和电动插销；

所述安全气囊板包含壳体、第一气体发生器、气囊织带和塑料薄板；其中，所述壳体为下端开口的空心柱状体；所述塑料薄板和所述壳体的下端固连、和所述壳体配合形成密闭腔体；所述第一气体发生器、气囊织带均设置在所述塑料薄板、壳体形成的腔体内；所述第一气体发生器用于在接收到指令后释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板，进而实现安全气囊的打开；

所述安全气囊单元设置在其对应的安装孔内，壳体远离客车过道的一端和所述车顶内壳铰接、靠近客车过道的一端设有和所述电动插销的插头相匹配的插孔；所述电动插销固定在车顶内壳上，客车车顶安全气囊装置未打开时，电动插销的插头伸出插入壳体上的插孔，使得安全气囊单元的塑料薄板和车顶内壳的下端面在同一平面上；客车车顶安全气囊装置打开时，电动插销的插头缩回、离开壳体上的插孔，使得壳体和靠近客车过道的一端和车顶内壳脱离；

所述弹射单元包含气缸、第二气体发生器、导轨、滑块和传动杆；

所述气缸、导轨均固定在车顶外壳的下端面上；所述导轨和客车过道所在直线垂直；所述滑块设置在所述导轨上、能够沿所述导轨自由滑动；

所述第二气体发生器设置在气缸的杆体内，气缸的活塞杆和所述滑块固连，所述第二气体发生器用于在接收到指令后释放气体推动气缸的活塞杆往外运动、进而推动所述滑块沿所述导轨朝客车过道方向运动；

所述传动杆一端和所述滑块铰接，另一端和所述壳体靠近客车过道的一端铰接；

所述电源模块用于供电；

所述控制模块分别与水平仪传感器、陀螺仪传感器、第一气体发生器、第二气体发生器、电动插销、电源模块电气连接，用于根据水平仪传感器和陀螺仪传感器的信号判断车身是否发生侧翻，进而控制第一气体发生器、第二气体发生器、电动插销工作。

作为本发明一种客车车顶安全气囊装置进一步的优化方案，客车车顶安全气囊装置打开时，所述安全气囊板壳体的上端面和车顶内壳之间的夹角为30º。

作为本发明一种客车车顶安全气囊装置进一步的优化方案，客车车顶安全气囊装置未打开时，所述传动杆与安全气囊板壳体的上端面之间的夹角为15°，客车车顶安全气囊装置打开时，所述传动杆与安全气囊板壳体的上端面之间的夹角为90º。

本发明还公开了一种该客车车顶安全气囊装置的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），水平仪传感器、陀螺仪传感器分别采集车身侧倾角信号，并传输给所述控制模块。

步骤2），控制模块采用卡尔曼滤波对陀螺仪传感器和水平仪传感器采集车身侧倾角信号进行信息糅合，得到糅合后的车身侧倾角，并通过糅合后的车身侧倾角判断车身是否发生侧翻以及侧翻方向；

步骤3），如果客车向右发生侧翻，控制模块控制客车过道左侧的各个安全气囊单元打开；如果客车向左发生侧翻，控制模块控制客车过道右侧的各个安全气囊单元打开；其中，打开安全气囊单元的具体步骤如下：

步骤3.1），控制模块控制电动插销工作，使电动插销的插头缩回、离开安全气囊单元壳体上的插孔；

步骤3.2），控制模块向第二气体发生器发出点火信号，控制第二气体发生器释放气体，推动气缸的活塞杆使得滑块沿导轨朝客车过道方向运动，进而通过传动杆使得安全气囊板朝下转动；

步骤3.3），控制模块向第一气体发生器发出点火信号，控制第一气体发生器释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板，实现安全气囊的打开。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.结构简单，充分利用客车顶部结构的空余空间，易于安装且不影响客车正常行驶时的内饰。

2.控制精度高：本专利同时采用水平仪传感和陀螺仪传感器来检测车身姿态，采用卡尔曼滤波进行信息糅合，降低了误差，提高了检测精度，避免因路况变化而出现误判。

3.响应速度快：本发明中的弹射装置采用的时气压传动，可以已较快的速度弹出安全气囊且气压稳定可提供有效的支撑。

4.保护方式更有效：安全气囊采用帘式，在乘客旁形成一道屏障，缓解乘客与车顶的碰撞，同时防止乘客横向运动，与客车侧围、内饰或其他乘客发生碰撞。

附图说明

图1是本发明未打开时的整体状态示意图；

图2是本发明打开时的整体状态示意图；

图3是本发明未打开时的结构示意图；

图4是本发明打开时的结构示意图；

图5是本发明中安全气囊板的结构示意图；

图6是本发明的控制流程图。

图中，1-弹射单元，2-安全气囊板，3-第二气体发生器，4-气缸，5-气缸的活塞杆，6-滑块，7-传动杆，8-车顶外壳，9-车顶内壳，10-电动插销，11-第一气体发生器，12-气囊织带，13-塑料薄板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1和图2所示，本发明公开了一种客车车顶安全气囊装置，客车的车顶为双层结构、包含外壳和内壳，客车车顶安全气囊装置安装于客车过道两侧，发生侧翻时各个安全气囊单元从车顶中弹出、在乘客与车顶之间形成缓冲带，在乘客过道侧形成屏障。图1、图2所示为客车左侧乘客区的安装方式，其右侧安装方式与左侧对称。

如图3、图4所示，本发明包含车身感应模块、控制模块、电源模块和若干安全气囊单元；

所述车身感应模块包含水平仪传感器和陀螺仪传感器、均设置在客车的质心位置，且均用于检测客车的车身侧倾角度，并将测得的车身倾斜角度传递给所述控制模块；

所述车顶内壳在客车过道两侧均匀设有若干和所述安全气囊单元一一对应的安装孔；

所述安全气囊单元包含安全气囊板、弹射单元和电动插销；

如图5所示，所述安全气囊板包含壳体、第一气体发生器、气囊织带和塑料薄板；其中，所述壳体为下端开口的空心柱状体；所述塑料薄板和所述壳体的下端固连、和所述壳体配合形成密闭腔体；所述第一气体发生器、气囊织带均设置在所述塑料薄板、壳体形成的腔体内；所述第一气体发生器用于在接收到指令后释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板，进而实现安全气囊的打开；

所述安全气囊单元设置在其对应的安装孔内，壳体远离客车过道的一端和所述车顶内壳铰接、靠近客车过道的一端设有和所述电动插销的插头相匹配的插孔；所述电动插销固定在车顶内壳上，客车车顶安全气囊装置未打开时，电动插销的插头伸出插入壳体上的插孔，使得安全气囊单元的塑料薄板和车顶内壳的下端面在同一平面上；客车车顶安全气囊装置打开时，电动插销的插头缩回、离开壳体上的插孔，使得壳体和靠近客车过道的一端和车顶内壳脱离；

所述弹射单元包含气缸、第二气体发生器、导轨、滑块和传动杆；

所述气缸、导轨均固定在车顶外壳的下端面上；所述导轨和客车过道所在直线垂直；所述滑块设置在所述导轨上、能够沿所述导轨自由滑动；

所述第二气体发生器设置在气缸的杆体内，气缸的活塞杆和所述滑块固连，所述第二气体发生器用于在接收到指令后释放气体推动气缸的活塞杆往外运动、进而推动所述滑块沿所述导轨朝客车过道方向运动；

所述传动杆一端和所述滑块铰接，另一端和所述壳体靠近客车过道的一端铰接；

所述电源模块用于供电；

所述控制模块分别与水平仪传感器、陀螺仪传感器、第一气体发生器、第二气体发生器、电动插销、电源模块电气连接，用于根据水平仪传感器和陀螺仪传感器的信号判断车身是否发生侧翻，进而控制第一气体发生器、第二气体发生器、电动插销工作。

客车车顶安全气囊装置未打开时，所述传动杆与安全气囊板壳体的上端面之间的夹角为15°，客车车顶安全气囊装置打开时，所述传动杆与安全气囊板壳体的上端面之间的夹角为90º，所述安全气囊板壳体的上端面和车顶内壳之间的夹角为30º。

如图6所示，本发明还公开了一种该客车车顶安全气囊装置的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），水平仪传感器、陀螺仪传感器分别采集车身侧倾角信号，并传输给所述控制模块。

步骤2），控制模块采用卡尔曼滤波对陀螺仪传感器和水平仪传感器采集车身侧倾角信号进行信息糅合，得到糅合后的车身侧倾角，并通过糅合后的车身侧倾角判断车身是否发生侧翻以及侧翻方向；

步骤3），如果客车向右发生侧翻，控制模块控制客车过道左侧的各个安全气囊单元打开；如果客车向左发生侧翻，控制模块控制客车过道右侧的各个安全气囊单元打开；其中，打开安全气囊单元的具体步骤如下：

步骤3.1），控制模块控制电动插销工作，使电动插销的插头缩回、离开安全气囊单元壳体上的插孔；

步骤3.2），控制模块向第二气体发生器发出点火信号，控制第二气体发生器释放气体，推动气缸的活塞杆使得滑块沿导轨朝客车过道方向运动，进而通过传动杆使得安全气囊板朝下转动；

步骤3.3），控制模块向第一气体发生器发出点火信号，控制第一气体发生器释放气体对气囊织带进行充气、使得气囊织带膨胀撞破塑料薄板，实现安全气囊的打开。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。