一种将高速事故中人体固定于车顶的方法及装置与流程

本发明涉及智能汽车领域，更具体地，涉及一种将高速事故中人体固定于车顶的方法及装置。

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。

随着科技的发展可预期车体对行人的保护能力会越来越强，由此可能导致地面伤害成为事故中人体的最大伤害来源，在高速下则更可能；且在高速撞击下，人的致死率并非100%。故无论从从致死概率还是从未来事故中人体伤害特性来看，保护高速撞击下的行人是一个值得且必须研究的课题。

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；车头气囊由专利cn107690399a提出，事故发生后通过改变车头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。

考虑到未来智能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。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。为尽可能地降低人体下坠高度，本发明提出一种将高速事故中人体固定于车顶的方法及装置，以确保未来智能汽车能用车顶接住高速冲击下的人体。

技术实现要素：

为降低高速事故中的人地碰撞损伤，提出一种将人体固定于车顶的方法，该方法通过控制车辆运行速度以让移动的车顶接住人体后再通过安装在车顶的网状装置阻止人体坠落，该装置由安装在车顶四角的小型圆柱状气囊及安装在车顶的网构成。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人体头部与车体首次撞击的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，控制车辆速度以保证人体胸部与车顶中央在水平方向保持一定距离并一起向前运动；

s5：检测到人体与车顶接触后，引爆气囊将安装在车顶的网带出，并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人体头部与车体首次撞击的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共同向前运动；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，控制车辆速度以保证人体胸部与车顶中央在水平方向保持一定距离并共同向前运动；当检测到人体与车顶接触后，引爆气囊将网带出，并开始完全制动直到车辆静止。通过安装于车顶的网阻止人体从车顶坠落地面，实现将高速事故中人体固定于车顶进而降低人地碰撞损伤的目的。

优选地，步骤s1中t1为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中人体胸部与车顶中央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为车顶长度的一半。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车顶中央位置。

优选地，步骤s4中车辆速度计算方法如下：

假定某时刻车顶中央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，当人体靠近车顶中央时，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接近为零。

优选地，步骤s5中检测到人体与车顶接触指人体臀部、胸部或头部之一与车顶接触。此时人车在水平方向速度趋于一致，受到碰撞的影响，人、车之间相对移动会很少，不会出现人体急剧冲出车顶的情况。

优选地，步骤s5中气囊安装在车顶四角，引爆后的气囊将呈圆柱状、直径0.05米、高0.6米，每个气囊均与安装在车顶的网的上缘连接。气囊的作用是爆炸后将网带出。

优选地，步骤s5中的网安装在车顶内呈长方体形状，工作时通过引爆后的气囊带出；带出后网的宽度、长度分别与车顶宽度、长度一致，高0.6米。网的下缘与车顶四周固定连接，网的上缘除与气囊连接外还与4根可收缩的绳索连接且绳索分别与车顶一角固定连接。当人体有滑落地面趋势时，通过拉扯网而使得网口收缩，确保人体不能从网口坠出。

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的网，利用移动的车顶接住下坠的人体降低人体下坠高度从而降低在接人过程中的可能碰撞损伤，利用安装在车顶的网阻止人体坠落地面，以此隔绝人地碰撞从而实现对人地碰撞损伤的防护。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为展开的车顶网结构主视图。

图3为展开的车顶网结构俯视图。

图4为展开的车顶网结构侧视图。

图5为一根连接网上缘可收缩绳索的示意图。

其中，图中对应的附图标记为：1-车顶，2-网，3-引爆后的圆柱状气囊，4-前挡风玻璃，5-后挡风玻璃，6-连接网上缘的绳索；7-绳索扣；8-绳索与车顶固结处。

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

对于某一未来智能轿车，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首次与车辆撞击的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，控制车辆速度以保证人体胸部与车顶中央在水平方向保持一定距离并一起向前运动；

其中，胸部与车顶中央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为车顶长度的一半。

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：检测到人体与车顶接触后，引爆气囊，通过引爆的气囊将安装于车顶内的长方体状网展开以防止人体从车顶滑落地面，同时开始完全制动直到车辆静止。

本发明提出了一种将高速事故中人体固定于车顶的方法及装置，装置包括安装于车顶的网及安装在车顶四角的气囊，该方法通过移动车辆及安装在车顶的网，利用移动的车顶接住下坠的人体降低人体下坠高度从而降低在接人过程中的可能碰撞损伤，利用安装在车顶的网而将人体固定于车顶，以此隔绝人地碰撞从而实现对人地碰撞损伤的保护。

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。