一种高速轿车保护人地碰撞损伤的方法与流程

本发明涉及行人保护领域，更具体地，涉及一种高速轿车保护人地碰撞损伤的方法。

背景技术：

车人碰撞事故因与每个人的日常生活紧密相关而受到大众关注。相对于车内乘员，行人在事故中因受到坚硬车体的撞击更容易受到致命伤害。人体在车人碰撞事故中的伤害主要来源于第一次与车体的撞击及其后与地面的第二次撞击。已有研究表明，无论在高速还是低速下，车体撞击所导致的人体损伤都更严重，但在低速下地面撞击亦不容忽视。更有研究发现，当车速低于40km/h时，如能避免地面撞击损伤则人体在事故中所受到的总伤害可以降低2/3。故现有研究大都关注低速撞击下地面损伤，但对高速撞击的研究则很少。

虽然高速撞击下人体受到车体的伤害更严重，但高速撞击下人体因地面撞击所受伤害亦不可忽略。在高速撞击下，人的致死率并非100%，无论从人道主义角度还是从致死概率看，保护高速撞击下的行人依然是一个值得且必须研究的课题。在这种情况下，有理由相信如能降低高速撞击下人地碰撞损伤，对降低整个人体在事故中所受到的伤害极具价值。

目前，国内外关于人地碰撞损伤防护方法的研究成果不多，人们更多聚焦于人地碰撞损伤机理的研究，仅有少量研究成果从粘液型外壳、车头安全气囊等探讨防护人地损伤的方法。粘液型外壳由专利us9340178b1提出，事故发生后通过车头粘液将人体粘住不让其落地；车头安全气囊由专利cn107690399a提出，事故发生后通过改变车头安全气囊气压从而让气囊撞击取代地面撞击。但在高速撞击下，人体会从车体处获得一个很大的向斜上方的速度，此种情况下强行粘住人体或仅通过车头安全气囊恐很难保护好行人，需要更多的人体保护方案。

考虑到未来汽车具备足够能力监控人体实时位置，此时如能通过移动的车辆并辅之以车载安全设备接住人体，则能完全避免人地碰撞，自然就降低了人地碰撞损伤。对于轿车而言，可以接住人体的部位有车头（挡风玻璃及发动机罩盖）、车顶及车尾（后窗玻璃）。注意到高速撞击下车辆受制动影响须适当加速才能追上抛出的行人，此时需要良好的控制策略才能保证因加速而产生的车辆动能不传导或少传导到人体上，故车头接可行但需良好控制策略；车顶接的最大优势在于人体下降高度最低，自然其重力势能转化为动能就越少，但难度在于需要良好车载装备以保证人体与车顶碰撞后不坠落；而用车尾接的话既可以保证人体下坠高度不高，又能开发出非常方便的安装于车顶后沿的倒u形袋状安全气囊，自然可以成为保护人地碰撞的优选“接人”位置。

技术实现要素：

针对现有方案仅通过从车头阻止人车分离以保护人地碰撞损伤，一种高速轿车保护人地碰撞损伤的方法，提出通过移动车辆并辅之以安装于车顶后沿的倒u形袋状安全气囊从车尾接住行人以阻止人地碰撞。发明实施步骤如下：

s1：当检测到事故不可避免时，保持车辆完全制动至t1时刻；

s2：t1时刻后，控制车辆速度以使车顶前沿与人体胸部之间在水平方向保持一定距离一起向前运动；

s3：如果检测到人体抛出的最高高度不能超过车顶高度时，完全制动直到车辆静止；

s4：如果检测到人体整体位置高于车顶时，引爆安全气囊并控制车辆速度以保证人体胸部与后窗玻璃前沿在水平方向保持一定距离并一起向前运动；

s5：检测到人体与安全气囊接触后，开始完全制动直到车辆静止。

当检测到车人碰撞事故不可避免时，本发明要求车辆保持完全制动直至t1时刻；然后通过控制车辆速度使得车顶前沿与人体胸部之间在水平方向保持一定距离并一起向前运动；如检测到人体抛出的最高高度不能超过车顶高度时，完全制动直到车辆静止；如检测到人体整体位置高于车顶时，引爆安全气囊并控制车辆速度以保证人体胸部与后窗玻璃前沿在水平方向保持一定距离并一起向前运动；当检测到人体与安全气囊接触后，开始完全制动直到车辆静止。通过袋状安全气囊接住行人以阻止其掉落地面进而实现对人地碰撞损伤的保护。

优选地，步骤s1中t1指人体头部与车辆首次撞击的时刻；极个别案例中因受肩部、上肢等部位影响头部不与车辆直接撞击，此时t1指人体被车辆首次抛出的时刻。在t1之前保持车辆完全制动，能够确保人体与车辆的撞击速度不变，从而保证在整个控制过程中不改变车体撞击所致的人体损伤。

优选地，步骤s2中车顶前沿与人体胸部之间在水平方向保持的距离d为递减向量。d的值根据人体胸部离地高度h1、车顶高度h2、t1时刻车顶前沿至胸部的水平距离d1及t1时刻胸部的高度h20共同决定

通过这样的方式控制距离d，既能保证整个过程中人体逐渐向车顶靠拢又无需急剧改变车辆的运行速度且能避免人体在此过程中受到挡风玻璃的再次撞击。

优选地，步骤s2中车辆速度计算方法如下：

假定某时刻车顶前沿与人体胸部位置之间的距离为d0，车辆检测到人体胸部在x方向的运行速度为v20，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

。

优选地，步骤s3中检测到人体抛出的最高高度时刻指人体胸部在垂直方向速度少于或等于零的时刻。对于轿车高速撞击行人这一事故形态而言，人体抛出的最高高度不能超过车顶高度的情况极为罕见，但为了防止个别案例中出现这一罕见情况而使车辆加速撞击人体，故依然需对此进行检测。

优选地，步骤s4中检测到人体整体位置高于车顶时指人体头部、胸部、臀部及大腿部位的高度均高于车顶。

优选地，步骤s4中人体胸部与后窗玻璃前沿在水平方向保持的距离d2按照如下方法确定：

当检测到胸部在垂直方向的速度大于零时，表明人体还处于上升阶段，d2由下式计算获得

当检测到胸部在垂直方向的速度开始小于等于零时，表明人体开始下降，此时d2由下式计算获得

式中hmax为人体胸部的最高高度，h1为人体胸部离地高度、h2为车顶高度、d3为车顶长度。通过此种方式控制该距离，可以避免对车辆进行急剧的加减速控制，且能确保人体最终掉落到后窗玻璃前沿位置。

优选地，步骤s4中车辆速度计算方法如下：

假定某时刻后窗玻璃前沿与人体胸部位置之间的距离为d0，车辆检测到人体胸部在x方向的运行速度为v21，要求在δt时间内将距离调整至d2，则车辆在δt时间内的运行速度v为

由上式可以发现，当人体靠近后窗玻璃前沿时，人、车在水平方向的速度将趋于一致，意味着人体再次碰撞车体时其水平方向所受冲击力将大幅度降低。

优选地，步骤s4中安全气囊安装在车顶内靠近后窗玻璃前沿处，引爆装置与车辆中控台连接，气囊与车辆同宽，与后窗玻璃长度一致，呈倒u形袋状，与后窗玻璃接触部分较厚，非接触部分较薄。

优选地，步骤s5中检测到人体与安全气囊接触指人体臀部、胸部或头部与安全气囊接触。此时受安全气囊影响人体在水平方向速度必然降低，受制动系统协调时间影响车辆虽开始完全制动但其速度却未及时下降，由此导致人相对于车向后运动，加之重力的作用，可以确保人体滚入袋状安全气囊内。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：通过移动车辆及安装在车顶靠近后窗玻璃前沿位置的倒u形袋状安全气囊接住下坠的人体，通过控制车速从而降低接住时刻人体在水平方向受到车体的冲击力；通过降低人体下坠高度从而降低接住时刻人体在垂直方向受到车体的冲击力；通过安全气囊裹住人体不让其坠地从而彻底杜绝人地碰撞，以此保护高速冲击下的人地碰撞损伤。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为引爆后的安全气囊主视图。

图3为引爆后的安全气囊俯视图。

图4为引爆后的安全气囊侧视图。

其中，图中对应的附图标记为：1-车顶，2-后窗玻璃，3-引爆后安全气囊，4-气囊安装位置，5-后保险杠，6-车宽。

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

对于某一未来轿车，当其在高速行驶过程中检测到车人碰撞不可避免时，采取如下步骤以保护人地碰撞损伤：

s1：当检测到事故不可避免时，立刻开始完全制动车辆直到其检测到人体头部与车辆撞击的t1时刻。

s2：t1时刻后，控制车辆速度以使车顶前沿与人体胸部之间在水平方向保持一定距离并一起向前运动。

其中，车顶前沿与人体胸部之间在水平方向保持的距离d根据人体胸部离地高度h1、车顶高度h2、t1时刻车顶前沿至胸部的水平距离d1及t1时刻胸部的高度h20共同决定

。

而车辆速度则由以下计算方法获得：

假定某时刻车顶前沿与人体胸部位置之间的距离为d0，车辆检测到人体胸部在x方向的运行速度为v20，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

。

s3：如果检测到人体胸部在垂直方向速度少于或等于零时人体抛出高度依然未能超过车顶，则完全制动直到车辆静止。否则进行步骤s4。

s4：当检测到人体头部、胸部、臀部及大腿部位均高于车顶时，引爆安全气囊并控制车辆速度以保证人体胸部与后窗玻璃前沿在水平方向保持一定距离并一起向前运动；

其中，胸部与后窗玻璃前沿在水平方向保持的距离d2按照如下方法确定：

当检测到胸部在垂直方向的速度大于零时

当检测到胸部在垂直方向的速度开始小于等于零时

式中hmax为人体胸部的最高高度，h1为人体胸部离地高度、h2为车顶高度、d3为车顶长度。

而车辆速度通过以下计算方法获得：

假定某时刻后窗玻璃前沿与人体胸部位置之间的距离为d0，车辆检测到人体胸部在x方向的运行速度为v21，要求在δt时间内将距离调整至d2，则车辆在δt时间内的运行速度v为

。

s5：检测到人体与安全气囊接触后，开始完全制动直到车辆静止。

本发明提出了一种高速轿车保护人地碰撞损伤的方法，该方法通过移动车辆及安装在车顶后沿处的倒u形袋状安全气囊接住下坠的人体，通过控制车速从而降低接住时刻人体在水平方向受到车体的冲击力；通过降低人体下坠高度从而降低接住时刻人体在垂直方向受到车体的冲击力；通过安全气囊裹住人体不让其坠地从而彻底杜绝人地碰撞，以此保护高速冲击下的人地碰撞损伤。

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。