本发明属于汽车安全领域，尤其涉及一种机动车气囊式安全座椅装置及其控制方法。
背景技术：
机动车座椅是乘员保护的重要组成部分。在机动车发生紧急刹车或正面碰撞时，受安全带约束的后排乘员在惯性力的作用下向前冲撞，首先，后排乘员腿部撞击前排座椅靠背后部下方；其后，后排乘员头部撞击前排座椅头枕后部，或撞击前排座椅靠背后部上方，或先撞击前排座椅头枕后部，再撞击前排座椅靠背后部上方；最终导致后排乘员头部、颈部、腿部等部位受到不同程度的伤害。
在机动车紧急刹车或正面碰撞中，受安全带约束的后排乘员头部的撞击位置受多种因素影响，例如后排乘员的性别、体型；前、后排座椅的间距；靠背的高度、倾角；头枕的高度等等。
技术实现要素：
针对上述情况，本发明提供一种机动车气囊式安全座椅装置及其控制方法，在机动车发生紧急刹车或正面碰撞时，能够有效保护后排乘员安全。
本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的。
机动车气囊式安全座椅装置，包括座椅系统、控制器(简称“ECU”)、车速传感器。所述座椅系统包括头枕、头枕导杆、靠背、坐垫、头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊、气体压力传感器A、气体压力传感器B、气体压力传感器C、进气控制阀A、进气控制阀B、进气控制阀C、泄气控制阀A、泄气控制阀B、泄气控制阀C、供气装置、进气管路、泄气管路。所述车速传感器安装于车轮轴上，车速传感器能实时采集车辆的行驶速度，并与ECU相连。
最上端为头枕，头枕下方为头枕导杆，头枕与头枕导杆固定连接，头枕导杆插入靠背中，靠背底端前方连接有坐垫。头枕气囊位于头枕后部，靠背上部气囊位于靠背后部的上方，靠背下部气囊位于靠背后部的下方。所述气体压力传感器A、气体压力传感器B、气体压力传感器C分别用于实时采集头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊内部的气体压力，且都与ECU相连。
所述进气控制阀A、进气控制阀B、进气控制阀C通过进气管路与供气装置相连通，可分别向头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊供气，泄气控制阀A、泄气控制阀B、泄气控制阀C通过泄气管路与大气相连通，分别用于排出头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊内的空气，三个进气控制阀与ECU相连，三个泄气控制阀也与ECU相连，且三个泄气控制阀的开度可调。
通常情况下，所有的进气控制阀与泄气控制阀都处于关闭状态；头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊内部都充满空气，都处于最大膨胀状态，与头枕、靠背、坐垫共同构成座椅系统的外轮廓。当头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊处于最大膨胀状态时，其内部的气体压力值由试验测得。
优选地，所述气体压力传感器A、气体压力传感器B、气体压力传感器C分别固定在头枕后部、靠背后部的上方、靠背后部的下方；所述进气控制阀A、进气控制阀B、进气控制阀C分别固定在头枕后部、靠背后部的上方、靠背后部的下方；所述泄气控制阀A、泄气控制阀B、泄气控制阀C分别固定在头枕后部、靠背后部的上方、靠背后部的下方；所述供气装置为提供压缩空气的装置，例如空气压缩机,供气装置与ECU相连。
机动车气囊式安全座椅装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)机动车开始行驶以后，车速传感器实时采集车辆的行驶速度，并发送至ECU，当ECU根据车速传感器实时采集的车辆行驶速度，判定机动车发生紧急刹车或正面碰撞时，ECU决定机动车气囊式安全座椅装置开始工作；
(2)气体压力传感器A、气体压力传感器B、气体压力传感器C分别实时采集头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊内部的气体压力，并发送至ECU，ECU根据气囊内部的实时气压，通过实时控制泄气控制阀的开度，调节气囊内部的气体压力；
(3)当受安全带约束的后排乘员腿部撞击靠背下部气囊时，ECU根据气体压力传感器C实时采集的靠背下部气囊内部的气体压力(变化)信息，实时控制泄气控制阀C的开度，使得靠背下部气囊内的气体外泄，从而通过靠背下部气囊的泄气吸收撞击能量，最大程度地减轻或避免后排乘员腿部伤害；
(4)当受安全带约束的后排乘员头部撞击头枕气囊时，ECU根据气体压力传感器A实时采集的头枕气囊内部的气体压力(变化)信息，实时控制泄气控制阀A的开度，使得头枕气囊内的气体外泄，从而通过头枕气囊的泄气吸收撞击能量，最大程度地减轻或避免后排乘员头部伤害；
(5)当受安全带约束的后排乘员头部撞击靠背上部气囊时，ECU根据气体压力传感器B实时采集的靠背上部气囊内部的气体压力(变化)信息，实时控制泄气控制阀B的开度，使得靠背上部气囊内的气体外泄，从而通过靠背上部气囊的泄气吸收撞击能量，最大程度地减轻或避免后排乘员头部伤害；
(6)当紧急刹车或正面碰撞结束后，ECU打开进气控制阀A、进气控制阀B、进气控制阀C，并关闭所有的泄气控制阀，供气装置分别通过进气控制阀A、进气控制阀B、进气控制阀C，将压缩空气充入头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊内，使三个气囊恢复原有膨胀状态，与头枕、靠背、坐垫重新共同构成座椅系统的外轮廓，以便下次使用；
(7)当ECU根据气体压力传感器A、气体压力传感器B、气体压力传感器C实时采集的头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊内部的气体压力信息，判定三个气囊已恢复原有膨胀状态时，ECU关闭进气控制阀A、进气控制阀B、进气控制阀C，并决定机动车气囊式安全座椅装置终止工作。
优选地，所述步骤(3)中，靠背下部气囊的泄气量根据后排乘员腿部对靠背下部气囊的撞击力而定，泄气量与撞击力的具体对应关系根据不同撞击力的试验或仿真结果测得；所述步骤(4)中，头枕气囊的泄气量根据后排乘员头部对头枕气囊的撞击力而定，泄气量与撞击力的具体对应关系根据不同撞击力的试验或仿真结果测得；所述步骤(5)中，靠背上部气囊的泄气量根据后排乘员头部对靠背上部气囊的撞击力而定，泄气量与撞击力的具体对应关系根据不同撞击力的试验或仿真结果测得；当后排乘员头部先撞击前排座椅头枕后部，再撞击靠背后部上方时，有步骤(4)与步骤(5)；当后排乘员头部只撞击前排座椅头枕后部时，有步骤(4)，但无步骤(5)；当后排乘员头部只撞击前排座椅靠背后部上方时，有步骤(5)，但无步骤(4)。
所述ECU用于决定机动车气囊式安全座椅装置是否工作，实时控制泄气控制阀A、泄气控制阀B、泄气控制阀C的开度，打开或关闭进气控制阀A、进气控制阀B、进气控制阀C；所述头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊织袋选用摩擦系数小，耐划伤的织物制成，可重复使用；所述泄气控制阀通过泄气管路直通大气，由于气囊内的气体是压缩空气，因此泄气控制阀可将气囊内的气体直接排至大气中。
本发明的有益效果：
本发明所述的机动车气囊式安全座椅装置，能够在机动车紧急刹车或正面碰撞中，有效减轻或避免后排乘员伤害。与传统气囊相比，本发明中的头枕气囊、靠背上部气囊、靠背下部气囊可以重复使用；泄出的气体无害，可直接排入大气中；同时消除了传统气囊起爆对乘员造成的冲击伤害和灼伤。
附图说明
图1为本发明所述的机动车气囊式安全座椅装置的结构示意图。
图中标号名称为：1、头枕；2、头枕导杆；3、靠背；4、坐垫；5、头枕气囊；6、靠背上部气囊；7、靠背下部气囊；81、气体压力传感器A；82、气体压力传感器B；83、气体压力传感器C；91、泄气控制阀A；92、泄气控制阀B；93、泄气控制阀C；101、进气控制阀A；102、进气控制阀B；103、进气控制阀C；11、供气装置；12、泄气管路；13、进气管路；14、ECU；15、车速传感器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种机动车气囊式安全座椅装置，由座椅系统、ECU14与车速传感器15组成。座椅系统包括头枕1、头枕导杆2、靠背3、坐垫4、头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7、气体压力传感器A81、气体压力传感器B82、气体压力传感器C83、泄气控制阀A91、泄气控制阀B92、泄气控制阀C93、进气控制阀A101、进气控制阀B102、进气控制阀C103、供气装置11、泄气管路12、进气管路13。
ECU14以不同端口分别连接气体压力传感器A81、气体压力传感器B82、气体压力传感器C83、泄气控制阀A91、泄气控制阀B92、泄气控制阀C93、进气控制阀A101、进气控制阀B102、进气控制阀C103、供气装置11以及车速传感器15。
最上端为头枕1，头枕1下方为头枕导杆2，头枕1与头枕导杆2固定连接，头枕导杆2插入靠背3中，靠背3底端前方连接有坐垫4。头枕气囊5为长方体形状，固定于头枕1后表面、且两者共用头枕后表面，靠背上部气囊6为长方体形状，半嵌入式地固定于靠背3后表面的上端，靠背上部气囊6的左面和底面为共用的靠背后表面，靠背下部气囊7为长方体形状，半嵌入式地固定于靠背3后表面的下端，靠背下部气囊7的左面和顶面为共用的靠背后表面。通常情况下或不使用时，所有的进气控制阀与泄气控制阀都处于关闭状态；头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7内部都充满空气，且都处于最大膨胀状态，与头枕1、靠背3、坐垫4共同构成座椅系统的外轮廓。当头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7处于最大膨胀状态时，其内部的气体压力值由试验测得。
所述车速传感器15安装于车轮轴上，用于实时采集车辆的行驶速度，并将采集的车辆行驶速度信号发送至ECU14。
所述气体压力传感器A81、气体压力传感器B82、气体压力传感器C83分别用于实时采集头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7内部的气体压力，并将采集的气体压力信息发送至ECU14。所述泄气控制阀A91、泄气控制阀B92、泄气控制阀C93通过泄气管路12与大气相连通，分别用于将头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7内的空气排入大气，ECU14可实时控制泄气控制阀A91、泄气控制阀B92、泄气控制阀C93的开度。所述进气控制阀A101、进气控制阀B102、进气控制阀C103通过进气管路13与供气装置11相连通，可分别向头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7供应压缩空气。
具体的，所述气体压力传感器A81、气体压力传感器B82、气体压力传感器C83分别固定在头枕1后表面、靠背3后表面的上端、靠背3后表面的下端；所述泄气控制阀A91、泄气控制阀B92、泄气控制阀C93分别固定在头枕1后表面、靠背3后表面的上端、靠背3后表面的下端；所述进气控制阀A101、进气控制阀B102、进气控制阀C103分别固定在头枕1后表面、靠背3后表面的上端、靠背3后表面的下端；所述供气装置为提供压缩空气的装置，例如空气压缩机。所述供气装置11通过进气管路13分别连接进气控制阀A、进气控制阀B、进气控制阀C，用于向头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7充气；所述供气装置11与ECU14相连，在ECU14的控制下进行工作。
ECU14是整个装置的核心，可以整合在车辆的中央控制器中。ECU14根据车速传感器15实时采集的车辆行驶速度，判断机动车是否发生紧急刹车或正面碰撞，进而确定机动车气囊式安全座椅装置是否工作。在机动车发生紧急刹车或正面碰撞时，ECU14根据气体压力传感器采集的气囊内部气体压力(变化)信息，判断后排乘员腿部或头部撞击气囊的剧烈程度，实时调节泄气控制阀的开度，从而通过气囊泄气最大程度地保护后排乘员安全。当紧急刹车或正面碰撞结束后，ECU打开进气控制阀，关闭泄气控制阀，供气装置11依次通过进气管路13、进气控制阀向气囊充入压缩空气，使头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7恢复原有膨胀状态，与头枕1、靠背3、坐垫4重新共同构成座椅系统的外轮廓，以便下次使用。最后，通过气体压力传感器检测充满气体后，ECU终止机动车气囊式安全座椅装置工作。
为了达到在机动车紧急刹车或正面碰撞时，有效保护后排乘员安全的目的，本发明通过以下步骤实现：
(1)机动车开始行驶以后，车速传感器15实时采集车辆的行驶速度，并将采集到的车辆行驶速度信号发送至ECU14，当ECU14根据车速传感器15实时采集的车辆行驶速度，判定机动车发生紧急刹车或正面碰撞时，ECU14决定机动车气囊式安全座椅装置开始工作；
(2)当受安全带约束的后排乘员腿部撞击靠背下部气囊7时，ECU14根据气体压力传感器C83实时采集的靠背下部气囊7内部的气体压力(变化)信息，当压力变化超过设置的阈值时，实时控制泄气控制阀C93的开度，使得靠背下部气囊7内的气体外泄，从而通过靠背下部气囊7的泄气吸收撞击能量，最大程度地减轻或避免后排乘员腿部伤害；
(3)当受安全带约束的后排乘员头部撞击头枕气囊5时，ECU14根据气体压力传感器A81实时采集的头枕气囊5内部的气体压力(变化)信息，当压力变化超过设置的阈值时，实时控制泄气控制阀A91的开度，使得头枕气囊5内的气体外泄，从而通过头枕气囊5的泄气吸收撞击能量，最大程度地减轻或避免后排乘员头部伤害；
(4)当受安全带约束的后排乘员头部撞击靠背上部气囊6时，ECU14根据气体压力传感器B82实时采集的靠背上部气囊6内部的气体压力(变化)信息，当压力变化超过设置的阈值时，实时控制泄气控制阀B92的开度，使得靠背上部气囊6内的气体外泄，从而通过靠背上部气囊6的泄气吸收撞击能量，最大程度地减轻或避免后排乘员头部伤害；
(5)当紧急刹车或正面碰撞结束后，ECU14打开进气控制阀A101、进气控制阀B102、进气控制阀C103，并关闭所有的泄气控制阀，供气装置11分别通过进气控制阀A101、进气控制阀B102、进气控制阀C103，将压缩空气充入头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7内，使三个气囊恢复原有膨胀状态，与头枕1、靠背3、坐垫4重新共同构成座椅系统的外轮廓，以便下次使用；
(6)当ECU14根据气体压力传感器A81、气体压力传感器B82、气体压力传感器C83实时采集的头枕气囊5、靠背上部气囊6、靠背下部气囊7内部的气体压力信息，判定三个气囊已恢复原有膨胀状态时，ECU14关闭进气控制阀A101、进气控制阀B102、进气控制阀C103；
(7)最后，ECU14终止机动车气囊式安全座椅装置工作。
其中，步骤(2)、(3)、(4)中，泄气控制阀的开度或气囊的泄气量根据后排乘员对气囊的撞击力而定，其对应关系根据不同撞击力的试验或仿真结果测得；当后排乘员头部先撞击前排座椅头枕后部，再撞击靠背后部上方时，有步骤(3)与步骤(4)；当后排乘员头部只撞击前排座椅头枕后部时，有步骤(3)，但无步骤(4)；当后排乘员头部只撞击前排座椅靠背后部上方时，有步骤(4)，但无步骤(3)。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。