本發(fā)明屬于汽車安全領域，尤其涉及一種機動車氣囊式安全座椅裝置及其控制方法。

背景技術：

機動車座椅是乘員保護的重要組成部分。在機動車發(fā)生緊急剎車或正面碰撞時，受安全帶約束的后排乘員在慣性力的作用下向前沖撞，首先，后排乘員腿部撞擊前排座椅靠背后部下方；其后，后排乘員頭部撞擊前排座椅頭枕后部，或撞擊前排座椅靠背后部上方，或先撞擊前排座椅頭枕后部，再撞擊前排座椅靠背后部上方；最終導致后排乘員頭部、頸部、腿部等部位受到不同程度的傷害。

在機動車緊急剎車或正面碰撞中，受安全帶約束的后排乘員頭部的撞擊位置受多種因素影響，例如后排乘員的性別、體型；前、后排座椅的間距；靠背的高度、傾角；頭枕的高度等等。

技術實現要素：

針對上述情況，本發(fā)明提供一種機動車氣囊式安全座椅裝置及其控制方法，在機動車發(fā)生緊急剎車或正面碰撞時，能夠有效保護后排乘員安全。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現上述技術目的的。

機動車氣囊式安全座椅裝置，包括座椅系統(tǒng)、控制器(簡稱“ECU”)、車速傳感器。所述座椅系統(tǒng)包括頭枕、頭枕導桿、靠背、坐墊、頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊、氣體壓力傳感器A、氣體壓力傳感器B、氣體壓力傳感器C、進氣控制閥A、進氣控制閥B、進氣控制閥C、泄氣控制閥A、泄氣控制閥B、泄氣控制閥C、供氣裝置、進氣管路、泄氣管路。所述車速傳感器安裝于車輪軸上，車速傳感器能實時采集車輛的行駛速度，并與ECU相連。

最上端為頭枕，頭枕下方為頭枕導桿，頭枕與頭枕導桿固定連接，頭枕導桿插入靠背中，靠背底端前方連接有坐墊。頭枕氣囊位于頭枕后部，靠背上部氣囊位于靠背后部的上方，靠背下部氣囊位于靠背后部的下方。所述氣體壓力傳感器A、氣體壓力傳感器B、氣體壓力傳感器C分別用于實時采集頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊內部的氣體壓力，且都與ECU相連。

所述進氣控制閥A、進氣控制閥B、進氣控制閥C通過進氣管路與供氣裝置相連通，可分別向頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊供氣，泄氣控制閥A、泄氣控制閥B、泄氣控制閥C通過泄氣管路與大氣相連通，分別用于排出頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊內的空氣，三個進氣控制閥與ECU相連，三個泄氣控制閥也與ECU相連，且三個泄氣控制閥的開度可調。

通常情況下，所有的進氣控制閥與泄氣控制閥都處于關閉狀態(tài)；頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊內部都充滿空氣，都處于最大膨脹狀態(tài)，與頭枕、靠背、坐墊共同構成座椅系統(tǒng)的外輪廓。當頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊處于最大膨脹狀態(tài)時，其內部的氣體壓力值由試驗測得。

優(yōu)選地，所述氣體壓力傳感器A、氣體壓力傳感器B、氣體壓力傳感器C分別固定在頭枕后部、靠背后部的上方、靠背后部的下方；所述進氣控制閥A、進氣控制閥B、進氣控制閥C分別固定在頭枕后部、靠背后部的上方、靠背后部的下方；所述泄氣控制閥A、泄氣控制閥B、泄氣控制閥C分別固定在頭枕后部、靠背后部的上方、靠背后部的下方；所述供氣裝置為提供壓縮空氣的裝置，例如空氣壓縮機,供氣裝置與ECU相連。

機動車氣囊式安全座椅裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)機動車開始行駛以后，車速傳感器實時采集車輛的行駛速度，并發(fā)送至ECU，當ECU根據車速傳感器實時采集的車輛行駛速度，判定機動車發(fā)生緊急剎車或正面碰撞時，ECU決定機動車氣囊式安全座椅裝置開始工作；

(2)氣體壓力傳感器A、氣體壓力傳感器B、氣體壓力傳感器C分別實時采集頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊內部的氣體壓力，并發(fā)送至ECU，ECU根據氣囊內部的實時氣壓，通過實時控制泄氣控制閥的開度，調節(jié)氣囊內部的氣體壓力；

(3)當受安全帶約束的后排乘員腿部撞擊靠背下部氣囊時，ECU根據氣體壓力傳感器C實時采集的靠背下部氣囊內部的氣體壓力(變化)信息，實時控制泄氣控制閥C的開度，使得靠背下部氣囊內的氣體外泄，從而通過靠背下部氣囊的泄氣吸收撞擊能量，最大程度地減輕或避免后排乘員腿部傷害；

(4)當受安全帶約束的后排乘員頭部撞擊頭枕氣囊時，ECU根據氣體壓力傳感器A實時采集的頭枕氣囊內部的氣體壓力(變化)信息，實時控制泄氣控制閥A的開度，使得頭枕氣囊內的氣體外泄，從而通過頭枕氣囊的泄氣吸收撞擊能量，最大程度地減輕或避免后排乘員頭部傷害；

(5)當受安全帶約束的后排乘員頭部撞擊靠背上部氣囊時，ECU根據氣體壓力傳感器B實時采集的靠背上部氣囊內部的氣體壓力(變化)信息，實時控制泄氣控制閥B的開度，使得靠背上部氣囊內的氣體外泄，從而通過靠背上部氣囊的泄氣吸收撞擊能量，最大程度地減輕或避免后排乘員頭部傷害；

(6)當緊急剎車或正面碰撞結束后，ECU打開進氣控制閥A、進氣控制閥B、進氣控制閥C，并關閉所有的泄氣控制閥，供氣裝置分別通過進氣控制閥A、進氣控制閥B、進氣控制閥C，將壓縮空氣充入頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊內，使三個氣囊恢復原有膨脹狀態(tài)，與頭枕、靠背、坐墊重新共同構成座椅系統(tǒng)的外輪廓，以便下次使用；

(7)當ECU根據氣體壓力傳感器A、氣體壓力傳感器B、氣體壓力傳感器C實時采集的頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊內部的氣體壓力信息，判定三個氣囊已恢復原有膨脹狀態(tài)時，ECU關閉進氣控制閥A、進氣控制閥B、進氣控制閥C，并決定機動車氣囊式安全座椅裝置終止工作。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中，靠背下部氣囊的泄氣量根據后排乘員腿部對靠背下部氣囊的撞擊力而定，泄氣量與撞擊力的具體對應關系根據不同撞擊力的試驗或仿真結果測得；所述步驟(4)中，頭枕氣囊的泄氣量根據后排乘員頭部對頭枕氣囊的撞擊力而定，泄氣量與撞擊力的具體對應關系根據不同撞擊力的試驗或仿真結果測得；所述步驟(5)中，靠背上部氣囊的泄氣量根據后排乘員頭部對靠背上部氣囊的撞擊力而定，泄氣量與撞擊力的具體對應關系根據不同撞擊力的試驗或仿真結果測得；當后排乘員頭部先撞擊前排座椅頭枕后部，再撞擊靠背后部上方時，有步驟(4)與步驟(5)；當后排乘員頭部只撞擊前排座椅頭枕后部時，有步驟(4)，但無步驟(5)；當后排乘員頭部只撞擊前排座椅靠背后部上方時，有步驟(5)，但無步驟(4)。

所述ECU用于決定機動車氣囊式安全座椅裝置是否工作，實時控制泄氣控制閥A、泄氣控制閥B、泄氣控制閥C的開度，打開或關閉進氣控制閥A、進氣控制閥B、進氣控制閥C；所述頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊織袋選用摩擦系數小，耐劃傷的織物制成，可重復使用；所述泄氣控制閥通過泄氣管路直通大氣，由于氣囊內的氣體是壓縮空氣，因此泄氣控制閥可將氣囊內的氣體直接排至大氣中。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明所述的機動車氣囊式安全座椅裝置，能夠在機動車緊急剎車或正面碰撞中，有效減輕或避免后排乘員傷害。與傳統(tǒng)氣囊相比，本發(fā)明中的頭枕氣囊、靠背上部氣囊、靠背下部氣囊可以重復使用；泄出的氣體無害，可直接排入大氣中；同時消除了傳統(tǒng)氣囊起爆對乘員造成的沖擊傷害和灼傷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的機動車氣囊式安全座椅裝置的結構示意圖。

圖中標號名稱為：1、頭枕；2、頭枕導桿；3、靠背；4、坐墊；5、頭枕氣囊；6、靠背上部氣囊；7、靠背下部氣囊；81、氣體壓力傳感器A；82、氣體壓力傳感器B；83、氣體壓力傳感器C；91、泄氣控制閥A；92、泄氣控制閥B；93、泄氣控制閥C；101、進氣控制閥A；102、進氣控制閥B；103、進氣控制閥C；11、供氣裝置；12、泄氣管路；13、進氣管路；14、ECU；15、車速傳感器。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

如圖1所示，一種機動車氣囊式安全座椅裝置，由座椅系統(tǒng)、ECU14與車速傳感器15組成。座椅系統(tǒng)包括頭枕1、頭枕導桿2、靠背3、坐墊4、頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7、氣體壓力傳感器A81、氣體壓力傳感器B82、氣體壓力傳感器C83、泄氣控制閥A91、泄氣控制閥B92、泄氣控制閥C93、進氣控制閥A101、進氣控制閥B102、進氣控制閥C103、供氣裝置11、泄氣管路12、進氣管路13。

ECU14以不同端口分別連接氣體壓力傳感器A81、氣體壓力傳感器B82、氣體壓力傳感器C83、泄氣控制閥A91、泄氣控制閥B92、泄氣控制閥C93、進氣控制閥A101、進氣控制閥B102、進氣控制閥C103、供氣裝置11以及車速傳感器15。

最上端為頭枕1，頭枕1下方為頭枕導桿2，頭枕1與頭枕導桿2固定連接，頭枕導桿2插入靠背3中，靠背3底端前方連接有坐墊4。頭枕氣囊5為長方體形狀，固定于頭枕1后表面、且兩者共用頭枕后表面，靠背上部氣囊6為長方體形狀，半嵌入式地固定于靠背3后表面的上端，靠背上部氣囊6的左面和底面為共用的靠背后表面，靠背下部氣囊7為長方體形狀，半嵌入式地固定于靠背3后表面的下端，靠背下部氣囊7的左面和頂面為共用的靠背后表面。通常情況下或不使用時，所有的進氣控制閥與泄氣控制閥都處于關閉狀態(tài)；頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7內部都充滿空氣，且都處于最大膨脹狀態(tài)，與頭枕1、靠背3、坐墊4共同構成座椅系統(tǒng)的外輪廓。當頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7處于最大膨脹狀態(tài)時，其內部的氣體壓力值由試驗測得。

所述車速傳感器15安裝于車輪軸上，用于實時采集車輛的行駛速度，并將采集的車輛行駛速度信號發(fā)送至ECU14。

所述氣體壓力傳感器A81、氣體壓力傳感器B82、氣體壓力傳感器C83分別用于實時采集頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7內部的氣體壓力，并將采集的氣體壓力信息發(fā)送至ECU14。所述泄氣控制閥A91、泄氣控制閥B92、泄氣控制閥C93通過泄氣管路12與大氣相連通，分別用于將頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7內的空氣排入大氣，ECU14可實時控制泄氣控制閥A91、泄氣控制閥B92、泄氣控制閥C93的開度。所述進氣控制閥A101、進氣控制閥B102、進氣控制閥C103通過進氣管路13與供氣裝置11相連通，可分別向頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7供應壓縮空氣。

具體的，所述氣體壓力傳感器A81、氣體壓力傳感器B82、氣體壓力傳感器C83分別固定在頭枕1后表面、靠背3后表面的上端、靠背3后表面的下端；所述泄氣控制閥A91、泄氣控制閥B92、泄氣控制閥C93分別固定在頭枕1后表面、靠背3后表面的上端、靠背3后表面的下端；所述進氣控制閥A101、進氣控制閥B102、進氣控制閥C103分別固定在頭枕1后表面、靠背3后表面的上端、靠背3后表面的下端；所述供氣裝置為提供壓縮空氣的裝置，例如空氣壓縮機。所述供氣裝置11通過進氣管路13分別連接進氣控制閥A、進氣控制閥B、進氣控制閥C，用于向頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7充氣；所述供氣裝置11與ECU14相連，在ECU14的控制下進行工作。

ECU14是整個裝置的核心，可以整合在車輛的中央控制器中。ECU14根據車速傳感器15實時采集的車輛行駛速度，判斷機動車是否發(fā)生緊急剎車或正面碰撞，進而確定機動車氣囊式安全座椅裝置是否工作。在機動車發(fā)生緊急剎車或正面碰撞時，ECU14根據氣體壓力傳感器采集的氣囊內部氣體壓力(變化)信息，判斷后排乘員腿部或頭部撞擊氣囊的劇烈程度，實時調節(jié)泄氣控制閥的開度，從而通過氣囊泄氣最大程度地保護后排乘員安全。當緊急剎車或正面碰撞結束后，ECU打開進氣控制閥，關閉泄氣控制閥，供氣裝置11依次通過進氣管路13、進氣控制閥向氣囊充入壓縮空氣，使頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7恢復原有膨脹狀態(tài)，與頭枕1、靠背3、坐墊4重新共同構成座椅系統(tǒng)的外輪廓，以便下次使用。最后，通過氣體壓力傳感器檢測充滿氣體后，ECU終止機動車氣囊式安全座椅裝置工作。

為了達到在機動車緊急剎車或正面碰撞時，有效保護后排乘員安全的目的，本發(fā)明通過以下步驟實現：

(1)機動車開始行駛以后，車速傳感器15實時采集車輛的行駛速度，并將采集到的車輛行駛速度信號發(fā)送至ECU14，當ECU14根據車速傳感器15實時采集的車輛行駛速度，判定機動車發(fā)生緊急剎車或正面碰撞時，ECU14決定機動車氣囊式安全座椅裝置開始工作；

(2)當受安全帶約束的后排乘員腿部撞擊靠背下部氣囊7時，ECU14根據氣體壓力傳感器C83實時采集的靠背下部氣囊7內部的氣體壓力(變化)信息，當壓力變化超過設置的閾值時，實時控制泄氣控制閥C93的開度，使得靠背下部氣囊7內的氣體外泄，從而通過靠背下部氣囊7的泄氣吸收撞擊能量，最大程度地減輕或避免后排乘員腿部傷害；

(3)當受安全帶約束的后排乘員頭部撞擊頭枕氣囊5時，ECU14根據氣體壓力傳感器A81實時采集的頭枕氣囊5內部的氣體壓力(變化)信息，當壓力變化超過設置的閾值時，實時控制泄氣控制閥A91的開度，使得頭枕氣囊5內的氣體外泄，從而通過頭枕氣囊5的泄氣吸收撞擊能量，最大程度地減輕或避免后排乘員頭部傷害；

(4)當受安全帶約束的后排乘員頭部撞擊靠背上部氣囊6時，ECU14根據氣體壓力傳感器B82實時采集的靠背上部氣囊6內部的氣體壓力(變化)信息，當壓力變化超過設置的閾值時，實時控制泄氣控制閥B92的開度，使得靠背上部氣囊6內的氣體外泄，從而通過靠背上部氣囊6的泄氣吸收撞擊能量，最大程度地減輕或避免后排乘員頭部傷害；

(5)當緊急剎車或正面碰撞結束后，ECU14打開進氣控制閥A101、進氣控制閥B102、進氣控制閥C103，并關閉所有的泄氣控制閥，供氣裝置11分別通過進氣控制閥A101、進氣控制閥B102、進氣控制閥C103，將壓縮空氣充入頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7內，使三個氣囊恢復原有膨脹狀態(tài)，與頭枕1、靠背3、坐墊4重新共同構成座椅系統(tǒng)的外輪廓，以便下次使用；

(6)當ECU14根據氣體壓力傳感器A81、氣體壓力傳感器B82、氣體壓力傳感器C83實時采集的頭枕氣囊5、靠背上部氣囊6、靠背下部氣囊7內部的氣體壓力信息，判定三個氣囊已恢復原有膨脹狀態(tài)時，ECU14關閉進氣控制閥A101、進氣控制閥B102、進氣控制閥C103；

(7)最后，ECU14終止機動車氣囊式安全座椅裝置工作。

其中，步驟(2)、(3)、(4)中，泄氣控制閥的開度或氣囊的泄氣量根據后排乘員對氣囊的撞擊力而定，其對應關系根據不同撞擊力的試驗或仿真結果測得；當后排乘員頭部先撞擊前排座椅頭枕后部，再撞擊靠背后部上方時，有步驟(3)與步驟(4)；當后排乘員頭部只撞擊前排座椅頭枕后部時，有步驟(3)，但無步驟(4)；當后排乘員頭部只撞擊前排座椅靠背后部上方時，有步驟(4)，但無步驟(3)。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。