一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅

張婷++山巖++惠志強

摘 要：目前，針對汽車乘員保護(hù)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(hù)，但是它們無法減輕二次碰撞帶給乘員的嚴(yán)重后果。基于人體最佳保護(hù)姿態(tài)的理論研究，提出了一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅，它能夠在汽車發(fā)生碰撞之前立即反應(yīng)，使座椅幫助乘員完成有利于人體保護(hù)的蜷曲動作，盡量減少乘員在車內(nèi)受到的二次撞擊傷害，且能夠使導(dǎo)致致命傷害的概率減至最小。

關(guān)鍵詞：人體卷曲姿態(tài) 卷曲運動 驅(qū)動機構(gòu) 安全座椅

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

隨著國民經(jīng)濟水平的提高，越來越多的人選擇成為有車一族。科技的發(fā)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(fā)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(yán)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(hù)措施。雖然在汽車發(fā)生碰撞時，采用安全帶和安全氣囊能夠?qū)Τ藛T提供有效的保護(hù)，但是傳統(tǒng)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(hù)效果；同時，傳統(tǒng)座椅由于坐墊骨架結(jié)構(gòu)強度不夠，加之乘員乘坐姿勢不正確或者安全帶佩戴不當(dāng)，在二次碰撞時反而不能給乘員提供有效的保護(hù)，甚至?xí)o乘員造成更嚴(yán)重的傷害。該文基于人體最佳保護(hù)姿態(tài)的理論研究，設(shè)計了一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅，它能夠在撞擊前立即反應(yīng)，使乘員座椅幫助乘員完成卷曲動作，盡量減少乘員在車內(nèi)受到的撞擊傷害。

1 人體卷曲姿態(tài)

人體生理學(xué)研究指出：人體卷曲姿態(tài)是人類的一種自然屬性，當(dāng)人在受到傷害時，肢體將自發(fā)做出屈曲反應(yīng)，以此來保護(hù)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(dǎo)致乘員來不及采取自我保護(hù)姿態(tài)，使得乘員的自我保護(hù)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(nèi)結(jié)構(gòu)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(hù)的姿態(tài)。

2 人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅的設(shè)計

2.1 人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅的原理

基于人體最佳保護(hù)姿態(tài)的理論研究，本文提出了一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅，其原理如圖1所示。單片機控制系統(tǒng)對測速模塊和測距模塊的信號進(jìn)行反應(yīng)來控制電磁氣閥，使連接氣瓶的汽缸驅(qū)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(nèi)受到的撞擊傷害。在車輛正常行駛，加速度未超過預(yù)定值時，單片機發(fā)出信號使電磁氣閥處于斷開狀態(tài)，卷曲機構(gòu)不發(fā)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(qū)動機構(gòu)式安全座椅的設(shè)計

此人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)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(nèi)椅墊（2），與內(nèi)椅墊（2）鉸接的外椅墊（3），設(shè)置在外椅墊（3）上的前椅墊（9），設(shè)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(shè)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(shè)置在汽缸（5）內(nèi)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(shè)置有滑槽，前椅墊（9）連接有設(shè)置在滑槽中的滑桿（4）。活塞桿（6）一端連接有設(shè)置在汽缸（5）內(nèi)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(tǒng)，控制系統(tǒng)連接測距模塊和測速模塊。控制系統(tǒng)可選用51單片機，測距模塊可選用光電開關(guān)，測速模塊可選用常見的LM2907頻率/電壓轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)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(qū)動機構(gòu)式安全座椅的工作方式

如圖2所示，當(dāng)汽車與前面物體距離太近，光電開關(guān)對單片機輸入障礙物距離信號。同時，位于車軸上的轉(zhuǎn)速傳感器配合LM2907頻率/電壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓信號進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對單片機輸入速度信號，單片機結(jié)合障礙物距離信號和速度信號進(jìn)行判斷。如果判斷結(jié)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(hù)姿態(tài)的仿真分析

仿真分析結(jié)果表明人體卷曲姿態(tài)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(biāo)值，從而降低了致命傷害的概率。與不啟動人體卷曲機構(gòu)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(tài)是汽車碰撞中乘員自我保護(hù)的最佳姿態(tài)，且能夠使導(dǎo)致致命傷害的概率減至最小。

4 結(jié)語

此人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅以人體生理學(xué)為基礎(chǔ)，充分利用人機工程學(xué)、交通功效學(xué)等相關(guān)理論，其精神在于在車輛發(fā)生碰撞以后迅速實施一種有利于乘員人體自我保護(hù)的人體卷曲姿態(tài)，使人體與車內(nèi)結(jié)構(gòu)件的接觸面積最小，從而減輕發(fā)生碰撞以后的二次碰撞帶給人體的傷害。但是，人體卷曲驅(qū)動機構(gòu)對人體的保護(hù)作用有限的，這是由于只有當(dāng)人體呈卷曲姿態(tài)，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(hù)起到最佳效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡耀華.汽車碰撞后乘員最佳保護(hù)姿態(tài)的仿真研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，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(hù)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(hù)，但是它們無法減輕二次碰撞帶給乘員的嚴(yán)重后果。基于人體最佳保護(hù)姿態(tài)的理論研究，提出了一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅，它能夠在汽車發(fā)生碰撞之前立即反應(yīng)，使座椅幫助乘員完成有利于人體保護(hù)的蜷曲動作，盡量減少乘員在車內(nèi)受到的二次撞擊傷害，且能夠使導(dǎo)致致命傷害的概率減至最小。

關(guān)鍵詞：人體卷曲姿態(tài) 卷曲運動 驅(qū)動機構(gòu) 安全座椅

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

隨著國民經(jīng)濟水平的提高，越來越多的人選擇成為有車一族。科技的發(fā)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(fā)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(yán)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(hù)措施。雖然在汽車發(fā)生碰撞時，采用安全帶和安全氣囊能夠?qū)Τ藛T提供有效的保護(hù)，但是傳統(tǒng)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(hù)效果；同時，傳統(tǒng)座椅由于坐墊骨架結(jié)構(gòu)強度不夠，加之乘員乘坐姿勢不正確或者安全帶佩戴不當(dāng)，在二次碰撞時反而不能給乘員提供有效的保護(hù)，甚至?xí)o乘員造成更嚴(yán)重的傷害。該文基于人體最佳保護(hù)姿態(tài)的理論研究，設(shè)計了一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅，它能夠在撞擊前立即反應(yīng)，使乘員座椅幫助乘員完成卷曲動作，盡量減少乘員在車內(nèi)受到的撞擊傷害。

1 人體卷曲姿態(tài)

人體生理學(xué)研究指出：人體卷曲姿態(tài)是人類的一種自然屬性，當(dāng)人在受到傷害時，肢體將自發(fā)做出屈曲反應(yīng)，以此來保護(hù)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(dǎo)致乘員來不及采取自我保護(hù)姿態(tài)，使得乘員的自我保護(hù)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(nèi)結(jié)構(gòu)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(hù)的姿態(tài)。

2 人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅的設(shè)計

2.1 人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅的原理

基于人體最佳保護(hù)姿態(tài)的理論研究，本文提出了一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅，其原理如圖1所示。單片機控制系統(tǒng)對測速模塊和測距模塊的信號進(jìn)行反應(yīng)來控制電磁氣閥，使連接氣瓶的汽缸驅(qū)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(nèi)受到的撞擊傷害。在車輛正常行駛，加速度未超過預(yù)定值時，單片機發(fā)出信號使電磁氣閥處于斷開狀態(tài)，卷曲機構(gòu)不發(fā)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(qū)動機構(gòu)式安全座椅的設(shè)計

此人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)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(nèi)椅墊（2），與內(nèi)椅墊（2）鉸接的外椅墊（3），設(shè)置在外椅墊（3）上的前椅墊（9），設(shè)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(shè)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(shè)置在汽缸（5）內(nèi)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(shè)置有滑槽，前椅墊（9）連接有設(shè)置在滑槽中的滑桿（4）。活塞桿（6）一端連接有設(shè)置在汽缸（5）內(nèi)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(tǒng)，控制系統(tǒng)連接測距模塊和測速模塊。控制系統(tǒng)可選用51單片機，測距模塊可選用光電開關(guān)，測速模塊可選用常見的LM2907頻率/電壓轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)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(qū)動機構(gòu)式安全座椅的工作方式

如圖2所示，當(dāng)汽車與前面物體距離太近，光電開關(guān)對單片機輸入障礙物距離信號。同時，位于車軸上的轉(zhuǎn)速傳感器配合LM2907頻率/電壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓信號進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對單片機輸入速度信號，單片機結(jié)合障礙物距離信號和速度信號進(jìn)行判斷。如果判斷結(jié)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(hù)姿態(tài)的仿真分析

仿真分析結(jié)果表明人體卷曲姿態(tài)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(biāo)值，從而降低了致命傷害的概率。與不啟動人體卷曲機構(gòu)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(tài)是汽車碰撞中乘員自我保護(hù)的最佳姿態(tài)，且能夠使導(dǎo)致致命傷害的概率減至最小。

4 結(jié)語

此人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅以人體生理學(xué)為基礎(chǔ)，充分利用人機工程學(xué)、交通功效學(xué)等相關(guān)理論，其精神在于在車輛發(fā)生碰撞以后迅速實施一種有利于乘員人體自我保護(hù)的人體卷曲姿態(tài)，使人體與車內(nèi)結(jié)構(gòu)件的接觸面積最小，從而減輕發(fā)生碰撞以后的二次碰撞帶給人體的傷害。但是，人體卷曲驅(qū)動機構(gòu)對人體的保護(hù)作用有限的，這是由于只有當(dāng)人體呈卷曲姿態(tài)，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(hù)起到最佳效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡耀華.汽車碰撞后乘員最佳保護(hù)姿態(tài)的仿真研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，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(hù)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(hù)，但是它們無法減輕二次碰撞帶給乘員的嚴(yán)重后果。基于人體最佳保護(hù)姿態(tài)的理論研究，提出了一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅，它能夠在汽車發(fā)生碰撞之前立即反應(yīng)，使座椅幫助乘員完成有利于人體保護(hù)的蜷曲動作，盡量減少乘員在車內(nèi)受到的二次撞擊傷害，且能夠使導(dǎo)致致命傷害的概率減至最小。

關(guān)鍵詞：人體卷曲姿態(tài) 卷曲運動 驅(qū)動機構(gòu) 安全座椅

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

隨著國民經(jīng)濟水平的提高，越來越多的人選擇成為有車一族。科技的發(fā)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(fā)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(yán)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(hù)措施。雖然在汽車發(fā)生碰撞時，采用安全帶和安全氣囊能夠?qū)Τ藛T提供有效的保護(hù)，但是傳統(tǒng)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(hù)效果；同時，傳統(tǒng)座椅由于坐墊骨架結(jié)構(gòu)強度不夠，加之乘員乘坐姿勢不正確或者安全帶佩戴不當(dāng)，在二次碰撞時反而不能給乘員提供有效的保護(hù)，甚至?xí)o乘員造成更嚴(yán)重的傷害。該文基于人體最佳保護(hù)姿態(tài)的理論研究，設(shè)計了一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅，它能夠在撞擊前立即反應(yīng)，使乘員座椅幫助乘員完成卷曲動作，盡量減少乘員在車內(nèi)受到的撞擊傷害。

1 人體卷曲姿態(tài)

人體生理學(xué)研究指出：人體卷曲姿態(tài)是人類的一種自然屬性，當(dāng)人在受到傷害時，肢體將自發(fā)做出屈曲反應(yīng)，以此來保護(hù)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(dǎo)致乘員來不及采取自我保護(hù)姿態(tài)，使得乘員的自我保護(hù)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(nèi)結(jié)構(gòu)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(hù)的姿態(tài)。

2 人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅的設(shè)計

2.1 人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅的原理

基于人體最佳保護(hù)姿態(tài)的理論研究，本文提出了一種人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅，其原理如圖1所示。單片機控制系統(tǒng)對測速模塊和測距模塊的信號進(jìn)行反應(yīng)來控制電磁氣閥，使連接氣瓶的汽缸驅(qū)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(nèi)受到的撞擊傷害。在車輛正常行駛，加速度未超過預(yù)定值時，單片機發(fā)出信號使電磁氣閥處于斷開狀態(tài)，卷曲機構(gòu)不發(fā)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(qū)動機構(gòu)式安全座椅的設(shè)計

此人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)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(nèi)椅墊（2），與內(nèi)椅墊（2）鉸接的外椅墊（3），設(shè)置在外椅墊（3）上的前椅墊（9），設(shè)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(shè)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(shè)置在汽缸（5）內(nèi)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(shè)置有滑槽，前椅墊（9）連接有設(shè)置在滑槽中的滑桿（4）。活塞桿（6）一端連接有設(shè)置在汽缸（5）內(nèi)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(tǒng)，控制系統(tǒng)連接測距模塊和測速模塊。控制系統(tǒng)可選用51單片機，測距模塊可選用光電開關(guān)，測速模塊可選用常見的LM2907頻率/電壓轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)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(qū)動機構(gòu)式安全座椅的工作方式

如圖2所示，當(dāng)汽車與前面物體距離太近，光電開關(guān)對單片機輸入障礙物距離信號。同時，位于車軸上的轉(zhuǎn)速傳感器配合LM2907頻率/電壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓信號進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對單片機輸入速度信號，單片機結(jié)合障礙物距離信號和速度信號進(jìn)行判斷。如果判斷結(jié)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(hù)姿態(tài)的仿真分析

仿真分析結(jié)果表明人體卷曲姿態(tài)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(biāo)值，從而降低了致命傷害的概率。與不啟動人體卷曲機構(gòu)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(tài)是汽車碰撞中乘員自我保護(hù)的最佳姿態(tài)，且能夠使導(dǎo)致致命傷害的概率減至最小。

4 結(jié)語

此人體卷曲運動驅(qū)動機構(gòu)式安全座椅以人體生理學(xué)為基礎(chǔ)，充分利用人機工程學(xué)、交通功效學(xué)等相關(guān)理論，其精神在于在車輛發(fā)生碰撞以后迅速實施一種有利于乘員人體自我保護(hù)的人體卷曲姿態(tài)，使人體與車內(nèi)結(jié)構(gòu)件的接觸面積最小，從而減輕發(fā)生碰撞以后的二次碰撞帶給人體的傷害。但是，人體卷曲驅(qū)動機構(gòu)對人體的保護(hù)作用有限的，這是由于只有當(dāng)人體呈卷曲姿態(tài)，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(hù)起到最佳效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡耀華.汽車碰撞后乘員最佳保護(hù)姿態(tài)的仿真研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2002.

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