一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅

張婷++山巖++惠志強

摘 要：目前，針對汽車乘員保護的措施主要有安全帶和安全氣囊。雖然這些措施在一定程度上可以對乘員提供有效的保護，但是它們無法減輕二次碰撞帶給乘員的嚴重后果。基于人體最佳保護姿態的理論研究，提出了一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅，它能夠在汽車發生碰撞之前立即反應，使座椅幫助乘員完成有利于人體保護的蜷曲動作，盡量減少乘員在車內受到的二次撞擊傷害，且能夠使導致致命傷害的概率減至最小。

關鍵詞：人體卷曲姿態 卷曲運動 驅動機構 安全座椅

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0092-01

隨著國民經濟水平的提高，越來越多的人選擇成為有車一族。科技的發展必然會帶來安全隱患：汽車保有量的增加使交通事故的頻發成為一種必然，其中交通事故以汽車碰撞事故為主，這對駕駛員以及乘客的生命安全造成了嚴重的威脅。

目前，安全帶和安全氣囊是針對乘員的主要安全保護措施。雖然在汽車發生碰撞時，采用安全帶和安全氣囊能夠對乘員提供有效的保護，但是傳統的安全帶由于安全帶織帶的初始松弛，會延遲安全帶的初始作用時間，降低安全帶的防護效果；同時，傳統座椅由于坐墊骨架結構強度不夠，加之乘員乘坐姿勢不正確或者安全帶佩戴不當，在二次碰撞時反而不能給乘員提供有效的保護，甚至會給乘員造成更嚴重的傷害。該文基于人體最佳保護姿態的理論研究，設計了一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅，它能夠在撞擊前立即反應，使乘員座椅幫助乘員完成卷曲動作，盡量減少乘員在車內受到的撞擊傷害。

1 人體卷曲姿態

人體生理學研究指出：人體卷曲姿態是人類的一種自然屬性，當人在受到傷害時，肢體將自發做出屈曲反應，以此來保護自己免受傷害。在汽車碰撞過程中，巨大的減速度或者制動力導致乘員來不及采取自我保護姿態，使得乘員的自我保護效果非常有限。如果能夠借助于人體自身的動能或外部的動力，在碰撞瞬間將腿部向上抬起并保持在座位上，使這種趨勢得以增強或加大，使人體與車內結構件的接觸面積最小，從而形成一種有利于乘員人體自我保護的姿態。

2 人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的設計

2.1 人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的原理

基于人體最佳保護姿態的理論研究，本文提出了一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅，其原理如圖1所示。單片機控制系統對測速模塊和測距模塊的信號進行反應來控制電磁氣閥，使連接氣瓶的汽缸驅動外椅墊上翻和前椅墊的伸出，幫助乘員及時完成身體蜷曲動作，減少了乘員在汽車急停或撞車時在車內受到的撞擊傷害。在車輛正常行駛，加速度未超過預定值時，單片機發出信號使電磁氣閥處于斷開狀態，卷曲機構不發生卷曲，以免給駕駛員的駕駛帶來不便。

2.2 人體卷取運動驅動機構式安全座椅的設計

此人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的組成如圖2所示，包括底座（1），固定在底座（1）上的內椅墊（2），與內椅墊（2）鉸接的外椅墊（3），設置在外椅墊（3）上的前椅墊（9），設置在外椅墊（3）底部的汽缸（5）和活塞桿（6），與汽缸（5）通過管路連接的氣瓶（7），設置在氣瓶（7）連接管路上的控制閥（8），所述活塞桿（6）一端連接有設置在汽缸（5）內部的活塞，活塞桿（6）另一端連接在外椅墊（3）下方。

其中，外椅墊（3）底部設置有滑槽，前椅墊（9）連接有設置在滑槽中的滑桿（4）。活塞桿（6）一端連接有設置在汽缸（5）內部的活塞，活塞桿（6）另一端鉸接在滑桿（4）下方。控制閥（8）連接有控制系統，控制系統連接測距模塊和測速模塊。控制系統可選用51單片機，測距模塊可選用光電開關，測速模塊可選用常見的LM2907頻率/電壓轉換器與轉速傳感器組成的測速電路。控制閥（8）連接繼電器，繼電器由單片機控制。

2.3 人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的工作方式

如圖2所示，當汽車與前面物體距離太近，光電開關對單片機輸入障礙物距離信號。同時，位于車軸上的轉速傳感器配合LM2907頻率/電壓轉換器輸出電壓信號進入模/數轉換器，模/數轉換器對單片機輸入速度信號，單片機結合障礙物距離信號和速度信號進行判斷。如果判斷結果為危險，則單片機控制繼電器，將控制閥（8）打開。

3 汽車碰撞中人體最佳保護姿態的仿真分析

仿真分析結果表明人體卷曲姿態可明顯降低頭部和胸部的縱向水平減速度值、位移量及傷害指標值，從而降低了致命傷害的概率。與不啟動人體卷曲機構相比，乘員的HIC值降低22.1%、頭部水平方向減速度的最大值降低3.8%、頭部合成減速度最大值降低6.5%、胸部水平方向的最大減速度值降低39.1%。因此，人體卷曲姿態是汽車碰撞中乘員自我保護的最佳姿態，且能夠使導致致命傷害的概率減至最小。

4 結語

此人體卷曲運動驅動機構式安全座椅以人體生理學為基礎，充分利用人機工程學、交通功效學等相關理論，其精神在于在車輛發生碰撞以后迅速實施一種有利于乘員人體自我保護的人體卷曲姿態，使人體與車內結構件的接觸面積最小，從而減輕發生碰撞以后的二次碰撞帶給人體的傷害。但是，人體卷曲驅動機構對人體的保護作用有限的，這是由于只有當人體呈卷曲姿態，且其卷曲運動過程與汽車正向前碰撞運動過程相匹配的情況下，才對乘員自我保護起到最佳效果。

參考文獻

[1] 胡耀華.汽車碰撞后乘員最佳保護姿態的仿真研究[D].西北農林科技大學，2002.

[2] 王暢，山巖，張婷.一種安全座椅：中國201420094327.5[P].2014.endprint

摘 要：目前，針對汽車乘員保護的措施主要有安全帶和安全氣囊。雖然這些措施在一定程度上可以對乘員提供有效的保護，但是它們無法減輕二次碰撞帶給乘員的嚴重后果。基于人體最佳保護姿態的理論研究，提出了一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅，它能夠在汽車發生碰撞之前立即反應，使座椅幫助乘員完成有利于人體保護的蜷曲動作，盡量減少乘員在車內受到的二次撞擊傷害，且能夠使導致致命傷害的概率減至最小。

關鍵詞：人體卷曲姿態 卷曲運動 驅動機構 安全座椅

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0092-01

隨著國民經濟水平的提高，越來越多的人選擇成為有車一族。科技的發展必然會帶來安全隱患：汽車保有量的增加使交通事故的頻發成為一種必然，其中交通事故以汽車碰撞事故為主，這對駕駛員以及乘客的生命安全造成了嚴重的威脅。

目前，安全帶和安全氣囊是針對乘員的主要安全保護措施。雖然在汽車發生碰撞時，采用安全帶和安全氣囊能夠對乘員提供有效的保護，但是傳統的安全帶由于安全帶織帶的初始松弛，會延遲安全帶的初始作用時間，降低安全帶的防護效果；同時，傳統座椅由于坐墊骨架結構強度不夠，加之乘員乘坐姿勢不正確或者安全帶佩戴不當，在二次碰撞時反而不能給乘員提供有效的保護，甚至會給乘員造成更嚴重的傷害。該文基于人體最佳保護姿態的理論研究，設計了一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅，它能夠在撞擊前立即反應，使乘員座椅幫助乘員完成卷曲動作，盡量減少乘員在車內受到的撞擊傷害。

1 人體卷曲姿態

人體生理學研究指出：人體卷曲姿態是人類的一種自然屬性，當人在受到傷害時，肢體將自發做出屈曲反應，以此來保護自己免受傷害。在汽車碰撞過程中，巨大的減速度或者制動力導致乘員來不及采取自我保護姿態，使得乘員的自我保護效果非常有限。如果能夠借助于人體自身的動能或外部的動力，在碰撞瞬間將腿部向上抬起并保持在座位上，使這種趨勢得以增強或加大，使人體與車內結構件的接觸面積最小，從而形成一種有利于乘員人體自我保護的姿態。

2 人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的設計

2.1 人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的原理

基于人體最佳保護姿態的理論研究，本文提出了一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅，其原理如圖1所示。單片機控制系統對測速模塊和測距模塊的信號進行反應來控制電磁氣閥，使連接氣瓶的汽缸驅動外椅墊上翻和前椅墊的伸出，幫助乘員及時完成身體蜷曲動作，減少了乘員在汽車急停或撞車時在車內受到的撞擊傷害。在車輛正常行駛，加速度未超過預定值時，單片機發出信號使電磁氣閥處于斷開狀態，卷曲機構不發生卷曲，以免給駕駛員的駕駛帶來不便。

2.2 人體卷取運動驅動機構式安全座椅的設計

此人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的組成如圖2所示，包括底座（1），固定在底座（1）上的內椅墊（2），與內椅墊（2）鉸接的外椅墊（3），設置在外椅墊（3）上的前椅墊（9），設置在外椅墊（3）底部的汽缸（5）和活塞桿（6），與汽缸（5）通過管路連接的氣瓶（7），設置在氣瓶（7）連接管路上的控制閥（8），所述活塞桿（6）一端連接有設置在汽缸（5）內部的活塞，活塞桿（6）另一端連接在外椅墊（3）下方。

其中，外椅墊（3）底部設置有滑槽，前椅墊（9）連接有設置在滑槽中的滑桿（4）。活塞桿（6）一端連接有設置在汽缸（5）內部的活塞，活塞桿（6）另一端鉸接在滑桿（4）下方。控制閥（8）連接有控制系統，控制系統連接測距模塊和測速模塊。控制系統可選用51單片機，測距模塊可選用光電開關，測速模塊可選用常見的LM2907頻率/電壓轉換器與轉速傳感器組成的測速電路。控制閥（8）連接繼電器，繼電器由單片機控制。

2.3 人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的工作方式

如圖2所示，當汽車與前面物體距離太近，光電開關對單片機輸入障礙物距離信號。同時，位于車軸上的轉速傳感器配合LM2907頻率/電壓轉換器輸出電壓信號進入模/數轉換器，模/數轉換器對單片機輸入速度信號，單片機結合障礙物距離信號和速度信號進行判斷。如果判斷結果為危險，則單片機控制繼電器，將控制閥（8）打開。

3 汽車碰撞中人體最佳保護姿態的仿真分析

仿真分析結果表明人體卷曲姿態可明顯降低頭部和胸部的縱向水平減速度值、位移量及傷害指標值，從而降低了致命傷害的概率。與不啟動人體卷曲機構相比，乘員的HIC值降低22.1%、頭部水平方向減速度的最大值降低3.8%、頭部合成減速度最大值降低6.5%、胸部水平方向的最大減速度值降低39.1%。因此，人體卷曲姿態是汽車碰撞中乘員自我保護的最佳姿態，且能夠使導致致命傷害的概率減至最小。

4 結語

此人體卷曲運動驅動機構式安全座椅以人體生理學為基礎，充分利用人機工程學、交通功效學等相關理論，其精神在于在車輛發生碰撞以后迅速實施一種有利于乘員人體自我保護的人體卷曲姿態，使人體與車內結構件的接觸面積最小，從而減輕發生碰撞以后的二次碰撞帶給人體的傷害。但是，人體卷曲驅動機構對人體的保護作用有限的，這是由于只有當人體呈卷曲姿態，且其卷曲運動過程與汽車正向前碰撞運動過程相匹配的情況下，才對乘員自我保護起到最佳效果。

參考文獻

[1] 胡耀華.汽車碰撞后乘員最佳保護姿態的仿真研究[D].西北農林科技大學，2002.

[2] 王暢，山巖，張婷.一種安全座椅：中國201420094327.5[P].2014.endprint

摘 要：目前，針對汽車乘員保護的措施主要有安全帶和安全氣囊。雖然這些措施在一定程度上可以對乘員提供有效的保護，但是它們無法減輕二次碰撞帶給乘員的嚴重后果。基于人體最佳保護姿態的理論研究，提出了一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅，它能夠在汽車發生碰撞之前立即反應，使座椅幫助乘員完成有利于人體保護的蜷曲動作，盡量減少乘員在車內受到的二次撞擊傷害，且能夠使導致致命傷害的概率減至最小。

關鍵詞：人體卷曲姿態 卷曲運動 驅動機構 安全座椅

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0092-01

隨著國民經濟水平的提高，越來越多的人選擇成為有車一族。科技的發展必然會帶來安全隱患：汽車保有量的增加使交通事故的頻發成為一種必然，其中交通事故以汽車碰撞事故為主，這對駕駛員以及乘客的生命安全造成了嚴重的威脅。

目前，安全帶和安全氣囊是針對乘員的主要安全保護措施。雖然在汽車發生碰撞時，采用安全帶和安全氣囊能夠對乘員提供有效的保護，但是傳統的安全帶由于安全帶織帶的初始松弛，會延遲安全帶的初始作用時間，降低安全帶的防護效果；同時，傳統座椅由于坐墊骨架結構強度不夠，加之乘員乘坐姿勢不正確或者安全帶佩戴不當，在二次碰撞時反而不能給乘員提供有效的保護，甚至會給乘員造成更嚴重的傷害。該文基于人體最佳保護姿態的理論研究，設計了一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅，它能夠在撞擊前立即反應，使乘員座椅幫助乘員完成卷曲動作，盡量減少乘員在車內受到的撞擊傷害。

1 人體卷曲姿態

人體生理學研究指出：人體卷曲姿態是人類的一種自然屬性，當人在受到傷害時，肢體將自發做出屈曲反應，以此來保護自己免受傷害。在汽車碰撞過程中，巨大的減速度或者制動力導致乘員來不及采取自我保護姿態，使得乘員的自我保護效果非常有限。如果能夠借助于人體自身的動能或外部的動力，在碰撞瞬間將腿部向上抬起并保持在座位上，使這種趨勢得以增強或加大，使人體與車內結構件的接觸面積最小，從而形成一種有利于乘員人體自我保護的姿態。

2 人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的設計

2.1 人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的原理

基于人體最佳保護姿態的理論研究，本文提出了一種人體卷曲運動驅動機構式安全座椅，其原理如圖1所示。單片機控制系統對測速模塊和測距模塊的信號進行反應來控制電磁氣閥，使連接氣瓶的汽缸驅動外椅墊上翻和前椅墊的伸出，幫助乘員及時完成身體蜷曲動作，減少了乘員在汽車急停或撞車時在車內受到的撞擊傷害。在車輛正常行駛，加速度未超過預定值時，單片機發出信號使電磁氣閥處于斷開狀態，卷曲機構不發生卷曲，以免給駕駛員的駕駛帶來不便。

2.2 人體卷取運動驅動機構式安全座椅的設計

此人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的組成如圖2所示，包括底座（1），固定在底座（1）上的內椅墊（2），與內椅墊（2）鉸接的外椅墊（3），設置在外椅墊（3）上的前椅墊（9），設置在外椅墊（3）底部的汽缸（5）和活塞桿（6），與汽缸（5）通過管路連接的氣瓶（7），設置在氣瓶（7）連接管路上的控制閥（8），所述活塞桿（6）一端連接有設置在汽缸（5）內部的活塞，活塞桿（6）另一端連接在外椅墊（3）下方。

其中，外椅墊（3）底部設置有滑槽，前椅墊（9）連接有設置在滑槽中的滑桿（4）。活塞桿（6）一端連接有設置在汽缸（5）內部的活塞，活塞桿（6）另一端鉸接在滑桿（4）下方。控制閥（8）連接有控制系統，控制系統連接測距模塊和測速模塊。控制系統可選用51單片機，測距模塊可選用光電開關，測速模塊可選用常見的LM2907頻率/電壓轉換器與轉速傳感器組成的測速電路。控制閥（8）連接繼電器，繼電器由單片機控制。

2.3 人體卷曲運動驅動機構式安全座椅的工作方式

如圖2所示，當汽車與前面物體距離太近，光電開關對單片機輸入障礙物距離信號。同時，位于車軸上的轉速傳感器配合LM2907頻率/電壓轉換器輸出電壓信號進入模/數轉換器，模/數轉換器對單片機輸入速度信號，單片機結合障礙物距離信號和速度信號進行判斷。如果判斷結果為危險，則單片機控制繼電器，將控制閥（8）打開。

3 汽車碰撞中人體最佳保護姿態的仿真分析

仿真分析結果表明人體卷曲姿態可明顯降低頭部和胸部的縱向水平減速度值、位移量及傷害指標值，從而降低了致命傷害的概率。與不啟動人體卷曲機構相比，乘員的HIC值降低22.1%、頭部水平方向減速度的最大值降低3.8%、頭部合成減速度最大值降低6.5%、胸部水平方向的最大減速度值降低39.1%。因此，人體卷曲姿態是汽車碰撞中乘員自我保護的最佳姿態，且能夠使導致致命傷害的概率減至最小。

4 結語

此人體卷曲運動驅動機構式安全座椅以人體生理學為基礎，充分利用人機工程學、交通功效學等相關理論，其精神在于在車輛發生碰撞以后迅速實施一種有利于乘員人體自我保護的人體卷曲姿態，使人體與車內結構件的接觸面積最小，從而減輕發生碰撞以后的二次碰撞帶給人體的傷害。但是，人體卷曲驅動機構對人體的保護作用有限的，這是由于只有當人體呈卷曲姿態，且其卷曲運動過程與汽車正向前碰撞運動過程相匹配的情況下，才對乘員自我保護起到最佳效果。

參考文獻

[1] 胡耀華.汽車碰撞后乘員最佳保護姿態的仿真研究[D].西北農林科技大學，2002.

[2] 王暢，山巖，張婷.一種安全座椅：中國201420094327.5[P].2014.endprint