【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及汽车座椅安全，特别涉及一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅及控制方法。
技术介绍
1、随着车辆智能化程度的不断发展，座舱形式发生了较大程度的改变，为了适应驾驶人员舒适度的需求，零重力座椅逐渐取代了传统座椅。然而零重力座椅使得驾乘人员在发生碰撞时相较于传统坐姿更容易受到伤害，因此需要提出针对零重力座椅下的驾乘人员的安全保护方案。现有方案中有针对零重力座椅的主被动安全控制方法，然而均存在结构单一，控制方法无针对性等问题，无法为零重力座椅下的乘员提供有效的保护。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅及控制方法，已解决上述技术问题。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅，包括座椅底座、座椅靠背、头托、腿托、气囊、滑轨及控制系统，所述控制系统包括监控模块、损伤预测模块、上位机、头托控制模块、腿托控制模块、座椅底座控制模块、座椅靠背控制模块、滑轨控制模块、气囊控制模块，所述上位机用于收集信号进行判断并输出反馈信号；
4、所述座椅底座置于所述滑轨之上，通过所述滑轨与汽车车架相连，所述座椅底座包括底座底层骨架、底座中层气垫、底座表层海绵三层结构，底座中层气垫与所述气囊控制模块相连，用于控制所述底座中层气垫充气状态；
5、所述座椅靠背包括靠背底层骨架、靠背中层气垫、靠背表层海绵三层结构，所述座椅骨架与所述座椅靠背控制模块相连，所述
6、所述头托位于所述座椅靠背上方通过且连杆机构与所述座椅靠背相连，所述头托控制模块置于对应连杆机构的连接处，所述头托控制模块用于接受反馈信号，控制所述头托角度；
7、所述腿托位于所述座椅底座下方且通过连杆机构与所述座椅底座相连，腿托控制模块置于连杆连接处，所述腿托控制模块用于接收反馈信号，控制所述腿托角度；
8、所述气囊包括正碰气囊与侧碰气囊，其中所述正碰气囊置于所述座椅靠背后侧，所述侧碰气囊位于座椅扶手两侧；
9、所述滑轨位于车架与所述座椅底座之间，所述滑轨包括滑动机构与磁流变液装置，其中所述滑动机构包括固定架与滑块，所述固定架与车架通过焊接相连包括纵向与横向两种方向，所述固定架上开设有多个等间距设置的圆形孔洞，所述滑块上设置有与所述固定架上圆形孔洞相配合的定位销，可实现纵向与横向两方向的自由度移动，所述磁流变液装置位于滑块上，用于控制所述滑块滑动速度，滑轨控制模块用于接收反馈信号，控制所述滑轨机构与所述磁流变液装置。
10、本专利技术的进一步设置为：所述监控模块包括车内环境监控子模块及车外环境监控子模块，其中所述车内环境监控子模块用于提取乘员特征信息以及车速、加速度，所述车外环境监控子模块用于获取周围车辆目标位置以及与自车的相对速度。
11、本专利技术的进一步设置为：所述损伤预测模块包括模型生成子模块、仿真子模块、损伤状态预测子模块，所述模型生成子模块包括初始的人-座椅耦合模型，通过网格变形技术获取与乘员体态相符的人-椅耦合模型，所述仿真子模块用于对人-椅耦合模型进行碰撞工况仿真，所述损伤状态预测子模块用于对仿真结果进行处理，输出正碰、侧碰不同车速区间对应的头颈部最大应力，胸腔最大应力，腿部最大应力。
12、本专利技术的进一步设置为：所述仿真边界条件包括正碰、侧碰以及车速10-100km/h。
13、通过上述的高安全零重力座椅，本专利技术还提供一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
14、步骤1，通过所述车内环境监控子模块获取乘员的特征信息，将特征信息输入到所述损伤预测模块，根据特征信息通过人体数据库查询到相应的人体点云信息；
15、步骤2，将步骤1查询到的人体点云信息输入到所述模型生成子模块，通过网格变形将预设的人体模型进行变形，得到与乘员特征对应的人体模型并与座椅进行耦合；
16、步骤3，将步骤2中生成的人-椅耦合模型输入到所述仿真子模块，对人-椅耦合模型进行边界条件设置及仿真计算，通过所述损伤状态预测子模块对仿真结果进行处理，得到头颈部最大应力，胸腔最大应力，下肢最大应力，并设定损伤状态区间，所述损伤状态区间为0-50mpa为ais0，50-100mpa为ais1，100-150mpa为ais2，150-200mpa为ais3，200-250mpa为ais4，250-300mpa为ais5，＞300mpa为ais6；
17、步骤4，通过所述车外环境监控子模块获取周围车辆相对位置以及车速，当相对位置为0时，所述车内环境监控子模块获取自车车速，并与周围车辆车速共同计算相对车速；
18、步骤5，将步骤4中获取的车辆相对位置，若周围车辆位于自车侧面则为侧碰，若周围车辆位于自车前方或后方则为正碰，以及相对车速，输入到所述损伤状态预测子模块，查询对应的人体头颈部、胸部、下肢损伤状态；
19、步骤6，将步骤5中获取的人体头颈部、胸部、下肢损伤状态及碰撞形式输入到上位机，若人体头颈部、胸部、下肢损伤状态区间＞ais0，则形成反馈信号，所述反馈信号包括人体头颈部损伤反馈信号、人体胸部损伤反馈信号、人体下肢损伤反馈信号；
20、步骤7，将人体头颈部损伤反馈信号输入到所述头托控制模块、所述滑轨控制模块、所述气囊控制模块，所述头托控制模块接收人体头颈部损伤反馈信号后进行判断，根据头颈部损伤状态区间值驱动头托控制模块进行所述头托角度控制，ais1对应头托角度60°，ais2对应头托角度65°，以此类推，每5°对应一个损伤状态区间值，所述滑轨控制模块接收人体头颈部损伤反馈信号后进行判断，若为正碰则所述滑轨控制模块控制所述滑轨机构收起纵向的定位销，同时驱动所述磁流变液装置为横向驱动，同时根据人体头颈部损伤状态区间值调整所述磁流变液装置电流值，3a对应ais1，2.5a对应ais2，以此类推，每0.5a对应一个损伤状态区间值，同时滑轨机构上预留的6个圆孔分别由近及远对应ais1-ais6，当移动到损伤区间值对应的圆孔处时即落下定位销，座椅停止移动，若为侧碰，则同理，所述气囊控制模块接收人体头颈部损伤反馈信号后进行判断，若为正碰且损伤区间值高于ais2时，则开启所述正碰气囊，若为侧碰，则同理；
21、步骤8，将人体胸部损伤反馈信号输入到所述座椅靠背控制模块、所述滑轨控制模块、所述气囊控制模块，所述座椅靠背控制模块接收人体胸部损伤反馈信号后进行判断，根据胸部损伤状态区间值驱动所述座椅靠背控制模块进行座椅靠背角度控制，ais1对应靠背角度30°，ais2对应靠背角度40°，以此类推，每10°对应一个损伤状态区间值，同时若胸部损伤状态区间值高于ais2，所述座椅靠背控制模块控制气垫排气为无充气状态使得乘员下沉，所述滑轨控制模块接收人体胸部损伤反馈信本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅，包括座椅底座(3)、座椅靠背(2)、头托(1)、腿托(4)、气囊、滑轨(5)及控制系统，其特征在于：所述控制系统包括监控模块、损伤预测模块、上位机、头托控制模块、腿托控制模块、座椅底座控制模块、座椅靠背控制模块、滑轨控制模块、气囊控制模块，所述上位机用于收集信号进行判断并输出反馈信号；
2.根据权利要求1所述的一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅，其特征在于：所述监控模块包括车内环境监控子模块及车外环境监控子模块，其中所述车内环境监控子模块用于提取乘员特征信息以及车速、加速度，所述车外环境监控子模块用于获取周围车辆目标位置以及与自车的相对速度。
3.根据权利要求2所述的一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅，其特征在于：所述损伤预测模块包括模型生成子模块、仿真子模块、损伤状态预测子模块，所述模型生成子模块包括初始的人-座椅耦合模型，通过网格变形技术获取与乘员体态相符的人-椅耦合模型，所述仿真子模块用于对人-椅耦合模型进行碰撞工况仿真，所述损伤状态预测子模块用于对仿真结果进行处理，输出正碰、侧碰不同车速区间对应的
4.根据权利要求3所述的一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅，其特征在于：所述仿真边界条件包括正碰、侧碰以及车速10-100km/h。
5.根据权利要求3-4任意一项所述的一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅的控制方法，其特征在于：步骤3中所述边界条件包括碰撞形式，以及车速10-100km/h。
...【技术特征摘要】
1.一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅，包括座椅底座(3)、座椅靠背(2)、头托(1)、腿托(4)、气囊、滑轨(5)及控制系统，其特征在于：所述控制系统包括监控模块、损伤预测模块、上位机、头托控制模块、腿托控制模块、座椅底座控制模块、座椅靠背控制模块、滑轨控制模块、气囊控制模块，所述上位机用于收集信号进行判断并输出反馈信号；
2.根据权利要求1所述的一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅，其特征在于：所述监控模块包括车内环境监控子模块及车外环境监控子模块，其中所述车内环境监控子模块用于提取乘员特征信息以及车速、加速度，所述车外环境监控子模块用于获取周围车辆目标位置以及与自车的相对速度。
3.根据权利要求2所述的一种基于人体损伤预测的高安全零重力座椅，其特征在于：所述损伤预测模块包括模型生成子模块、仿真子...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐世伟，袁秋奇，秦云，黎彬，
申请(专利权)人：湖南大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：
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