张婷++山岩++惠志强

摘 要：目前，针对汽车乘员保护的措施主要有安全带和安全气囊。虽然这些措施在一定程度上可以对乘员提供有效的保护，但是它们无法减轻二次碰撞带给乘员的严重后果。基于人体最佳保护姿态的理论研究，提出了一种人体卷曲运动驱动机构式安全座椅，它能够在汽车发生碰撞之前立即反应，使座椅帮助乘员完成有利于人体保护的蜷曲动作，尽量减少乘员在车内受到的二次撞击伤害，且能够使导致致命伤害的概率减至最小。

关键词：人体卷曲姿态 卷曲运动 驱动机构 安全座椅

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0092-01

随着国民经济水平的提高，越来越多的人选择成为有车一族。科技的发展必然会带来安全隐患：汽车保有量的增加使交通事故的频发成为一种必然，其中交通事故以汽车碰撞事故为主，这对驾驶员以及乘客的生命安全造成了严重的威胁。

目前，安全带和安全气囊是针对乘员的主要安全保护措施。虽然在汽车发生碰撞时，采用安全带和安全气囊能够对乘员提供有效的保护，但是传统的安全带由于安全带织带的初始松弛，会延迟安全带的初始作用时间，降低安全带的防护效果；同时，传统座椅由于坐垫骨架结构强度不够，加之乘员乘坐姿势不正确或者安全带佩戴不当，在二次碰撞时反而不能给乘员提供有效的保护，甚至会给乘员造成更严重的伤害。该文基于人体最佳保护姿态的理论研究，设计了一种人体卷曲运动驱动机构式安全座椅，它能够在撞击前立即反应，使乘员座椅帮助乘员完成卷曲动作，尽量减少乘员在车内受到的撞击伤害。

1 人体卷曲姿态

人体生理学研究指出：人体卷曲姿态是人类的一种自然属性，当人在受到伤害时，肢体将自发做出屈曲反应，以此来保护自己免受伤害。在汽车碰撞过程中，巨大的减速度或者制动力导致乘员来不及采取自我保护姿态，使得乘员的自我保护效果非常有限。如果能够借助于人体自身的动能或外部的动力，在碰撞瞬间将腿部向上抬起并保持在座位上，使这种趋势得以增强或加大，使人体与车内结构件的接触面积最小，从而形成一种有利于乘员人体自我保护的姿态。

2 人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的设计

2.1 人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的原理

基于人体最佳保护姿态的理论研究，本文提出了一种人体卷曲运动驱动机构式安全座椅，其原理如图1所示。单片机控制系统对测速模块和测距模块的信号进行反应来控制电磁气阀，使连接气瓶的汽缸驱动外椅垫上翻和前椅垫的伸出，帮助乘员及时完成身体蜷曲动作，减少了乘员在汽车急停或撞车时在车内受到的撞击伤害。在车辆正常行驶，加速度未超过预定值时，单片机发出信号使电磁气阀处于断开状态，卷曲机构不发生卷曲，以免给驾驶员的驾驶带来不便。

2.2 人体卷取运动驱动机构式安全座椅的设计

此人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的组成如图2所示，包括底座（1），固定在底座（1）上的内椅垫（2），与内椅垫（2）铰接的外椅垫（3），设置在外椅垫（3）上的前椅垫（9），设置在外椅垫（3）底部的汽缸（5）和活塞杆（6），与汽缸（5）通过管路连接的气瓶（7），设置在气瓶（7）连接管路上的控制阀（8），所述活塞杆（6）一端连接有设置在汽缸（5）内部的活塞，活塞杆（6）另一端连接在外椅垫（3）下方。

其中，外椅垫（3）底部设置有滑槽，前椅垫（9）连接有设置在滑槽中的滑杆（4）。活塞杆（6）一端连接有设置在汽缸（5）内部的活塞，活塞杆（6）另一端铰接在滑杆（4）下方。控制阀（8）连接有控制系统，控制系统连接测距模块和测速模块。控制系统可选用51单片机，测距模块可选用光电开关，测速模块可选用常见的LM2907频率/电压转换器与转速传感器组成的测速电路。控制阀（8）连接继电器，继电器由单片机控制。

2.3 人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的工作方式

如图2所示，当汽车与前面物体距离太近，光电开关对单片机输入障碍物距离信号。同时，位于车轴上的转速传感器配合LM2907频率/电压转换器输出电压信号进入模/数转换器，模/数转换器对单片机输入速度信号，单片机结合障碍物距离信号和速度信号进行判断。如果判断结果为危险，则单片机控制继电器，将控制阀（8）打开。

3 汽车碰撞中人体最佳保护姿态的仿真分析

仿真分析结果表明人体卷曲姿态可明显降低头部和胸部的纵向水平减速度值、位移量及伤害指标值，从而降低了致命伤害的概率。与不启动人体卷曲机构相比，乘员的HIC值降低22.1%、头部水平方向减速度的最大值降低3.8%、头部合成减速度最大值降低6.5%、胸部水平方向的最大减速度值降低39.1%。因此，人体卷曲姿态是汽车碰撞中乘员自我保护的最佳姿态，且能够使导致致命伤害的概率减至最小。

4 结语

此人体卷曲运动驱动机构式安全座椅以人体生理学为基础，充分利用人机工程学、交通功效学等相关理论，其精神在于在车辆发生碰撞以后迅速实施一种有利于乘员人体自我保护的人体卷曲姿态，使人体与车内结构件的接触面积最小，从而减轻发生碰撞以后的二次碰撞带给人体的伤害。但是，人体卷曲驱动机构对人体的保护作用有限的，这是由于只有当人体呈卷曲姿态，且其卷曲运动过程与汽车正向前碰撞运动过程相匹配的情况下，才对乘员自我保护起到最佳效果。

参考文献

[1] 胡耀华.汽车碰撞后乘员最佳保护姿态的仿真研究[D].西北农林科技大学，2002.

[2] 王畅，山岩，张婷.一种安全座椅：中国201420094327.5[P].2014.endprint

摘 要：目前，针对汽车乘员保护的措施主要有安全带和安全气囊。虽然这些措施在一定程度上可以对乘员提供有效的保护，但是它们无法减轻二次碰撞带给乘员的严重后果。基于人体最佳保护姿态的理论研究，提出了一种人体卷曲运动驱动机构式安全座椅，它能够在汽车发生碰撞之前立即反应，使座椅帮助乘员完成有利于人体保护的蜷曲动作，尽量减少乘员在车内受到的二次撞击伤害，且能够使导致致命伤害的概率减至最小。

关键词：人体卷曲姿态 卷曲运动 驱动机构 安全座椅

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0092-01

随着国民经济水平的提高，越来越多的人选择成为有车一族。科技的发展必然会带来安全隐患：汽车保有量的增加使交通事故的频发成为一种必然，其中交通事故以汽车碰撞事故为主，这对驾驶员以及乘客的生命安全造成了严重的威胁。

目前，安全带和安全气囊是针对乘员的主要安全保护措施。虽然在汽车发生碰撞时，采用安全带和安全气囊能够对乘员提供有效的保护，但是传统的安全带由于安全带织带的初始松弛，会延迟安全带的初始作用时间，降低安全带的防护效果；同时，传统座椅由于坐垫骨架结构强度不够，加之乘员乘坐姿势不正确或者安全带佩戴不当，在二次碰撞时反而不能给乘员提供有效的保护，甚至会给乘员造成更严重的伤害。该文基于人体最佳保护姿态的理论研究，设计了一种人体卷曲运动驱动机构式安全座椅，它能够在撞击前立即反应，使乘员座椅帮助乘员完成卷曲动作，尽量减少乘员在车内受到的撞击伤害。

1 人体卷曲姿态

人体生理学研究指出：人体卷曲姿态是人类的一种自然属性，当人在受到伤害时，肢体将自发做出屈曲反应，以此来保护自己免受伤害。在汽车碰撞过程中，巨大的减速度或者制动力导致乘员来不及采取自我保护姿态，使得乘员的自我保护效果非常有限。如果能够借助于人体自身的动能或外部的动力，在碰撞瞬间将腿部向上抬起并保持在座位上，使这种趋势得以增强或加大，使人体与车内结构件的接触面积最小，从而形成一种有利于乘员人体自我保护的姿态。

2 人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的设计

2.1 人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的原理

基于人体最佳保护姿态的理论研究，本文提出了一种人体卷曲运动驱动机构式安全座椅，其原理如图1所示。单片机控制系统对测速模块和测距模块的信号进行反应来控制电磁气阀，使连接气瓶的汽缸驱动外椅垫上翻和前椅垫的伸出，帮助乘员及时完成身体蜷曲动作，减少了乘员在汽车急停或撞车时在车内受到的撞击伤害。在车辆正常行驶，加速度未超过预定值时，单片机发出信号使电磁气阀处于断开状态，卷曲机构不发生卷曲，以免给驾驶员的驾驶带来不便。

2.2 人体卷取运动驱动机构式安全座椅的设计

此人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的组成如图2所示，包括底座（1），固定在底座（1）上的内椅垫（2），与内椅垫（2）铰接的外椅垫（3），设置在外椅垫（3）上的前椅垫（9），设置在外椅垫（3）底部的汽缸（5）和活塞杆（6），与汽缸（5）通过管路连接的气瓶（7），设置在气瓶（7）连接管路上的控制阀（8），所述活塞杆（6）一端连接有设置在汽缸（5）内部的活塞，活塞杆（6）另一端连接在外椅垫（3）下方。

其中，外椅垫（3）底部设置有滑槽，前椅垫（9）连接有设置在滑槽中的滑杆（4）。活塞杆（6）一端连接有设置在汽缸（5）内部的活塞，活塞杆（6）另一端铰接在滑杆（4）下方。控制阀（8）连接有控制系统，控制系统连接测距模块和测速模块。控制系统可选用51单片机，测距模块可选用光电开关，测速模块可选用常见的LM2907频率/电压转换器与转速传感器组成的测速电路。控制阀（8）连接继电器，继电器由单片机控制。

2.3 人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的工作方式

如图2所示，当汽车与前面物体距离太近，光电开关对单片机输入障碍物距离信号。同时，位于车轴上的转速传感器配合LM2907频率/电压转换器输出电压信号进入模/数转换器，模/数转换器对单片机输入速度信号，单片机结合障碍物距离信号和速度信号进行判断。如果判断结果为危险，则单片机控制继电器，将控制阀（8）打开。

3 汽车碰撞中人体最佳保护姿态的仿真分析

仿真分析结果表明人体卷曲姿态可明显降低头部和胸部的纵向水平减速度值、位移量及伤害指标值，从而降低了致命伤害的概率。与不启动人体卷曲机构相比，乘员的HIC值降低22.1%、头部水平方向减速度的最大值降低3.8%、头部合成减速度最大值降低6.5%、胸部水平方向的最大减速度值降低39.1%。因此，人体卷曲姿态是汽车碰撞中乘员自我保护的最佳姿态，且能够使导致致命伤害的概率减至最小。

4 结语

此人体卷曲运动驱动机构式安全座椅以人体生理学为基础，充分利用人机工程学、交通功效学等相关理论，其精神在于在车辆发生碰撞以后迅速实施一种有利于乘员人体自我保护的人体卷曲姿态，使人体与车内结构件的接触面积最小，从而减轻发生碰撞以后的二次碰撞带给人体的伤害。但是，人体卷曲驱动机构对人体的保护作用有限的，这是由于只有当人体呈卷曲姿态，且其卷曲运动过程与汽车正向前碰撞运动过程相匹配的情况下，才对乘员自我保护起到最佳效果。

参考文献

[1] 胡耀华.汽车碰撞后乘员最佳保护姿态的仿真研究[D].西北农林科技大学，2002.

[2] 王畅，山岩，张婷.一种安全座椅：中国201420094327.5[P].2014.endprint

摘 要：目前，针对汽车乘员保护的措施主要有安全带和安全气囊。虽然这些措施在一定程度上可以对乘员提供有效的保护，但是它们无法减轻二次碰撞带给乘员的严重后果。基于人体最佳保护姿态的理论研究，提出了一种人体卷曲运动驱动机构式安全座椅，它能够在汽车发生碰撞之前立即反应，使座椅帮助乘员完成有利于人体保护的蜷曲动作，尽量减少乘员在车内受到的二次撞击伤害，且能够使导致致命伤害的概率减至最小。

关键词：人体卷曲姿态 卷曲运动 驱动机构 安全座椅

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0092-01

随着国民经济水平的提高，越来越多的人选择成为有车一族。科技的发展必然会带来安全隐患：汽车保有量的增加使交通事故的频发成为一种必然，其中交通事故以汽车碰撞事故为主，这对驾驶员以及乘客的生命安全造成了严重的威胁。

目前，安全带和安全气囊是针对乘员的主要安全保护措施。虽然在汽车发生碰撞时，采用安全带和安全气囊能够对乘员提供有效的保护，但是传统的安全带由于安全带织带的初始松弛，会延迟安全带的初始作用时间，降低安全带的防护效果；同时，传统座椅由于坐垫骨架结构强度不够，加之乘员乘坐姿势不正确或者安全带佩戴不当，在二次碰撞时反而不能给乘员提供有效的保护，甚至会给乘员造成更严重的伤害。该文基于人体最佳保护姿态的理论研究，设计了一种人体卷曲运动驱动机构式安全座椅，它能够在撞击前立即反应，使乘员座椅帮助乘员完成卷曲动作，尽量减少乘员在车内受到的撞击伤害。

1 人体卷曲姿态

人体生理学研究指出：人体卷曲姿态是人类的一种自然属性，当人在受到伤害时，肢体将自发做出屈曲反应，以此来保护自己免受伤害。在汽车碰撞过程中，巨大的减速度或者制动力导致乘员来不及采取自我保护姿态，使得乘员的自我保护效果非常有限。如果能够借助于人体自身的动能或外部的动力，在碰撞瞬间将腿部向上抬起并保持在座位上，使这种趋势得以增强或加大，使人体与车内结构件的接触面积最小，从而形成一种有利于乘员人体自我保护的姿态。

2 人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的设计

2.1 人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的原理

基于人体最佳保护姿态的理论研究，本文提出了一种人体卷曲运动驱动机构式安全座椅，其原理如图1所示。单片机控制系统对测速模块和测距模块的信号进行反应来控制电磁气阀，使连接气瓶的汽缸驱动外椅垫上翻和前椅垫的伸出，帮助乘员及时完成身体蜷曲动作，减少了乘员在汽车急停或撞车时在车内受到的撞击伤害。在车辆正常行驶，加速度未超过预定值时，单片机发出信号使电磁气阀处于断开状态，卷曲机构不发生卷曲，以免给驾驶员的驾驶带来不便。

2.2 人体卷取运动驱动机构式安全座椅的设计

此人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的组成如图2所示，包括底座（1），固定在底座（1）上的内椅垫（2），与内椅垫（2）铰接的外椅垫（3），设置在外椅垫（3）上的前椅垫（9），设置在外椅垫（3）底部的汽缸（5）和活塞杆（6），与汽缸（5）通过管路连接的气瓶（7），设置在气瓶（7）连接管路上的控制阀（8），所述活塞杆（6）一端连接有设置在汽缸（5）内部的活塞，活塞杆（6）另一端连接在外椅垫（3）下方。

其中，外椅垫（3）底部设置有滑槽，前椅垫（9）连接有设置在滑槽中的滑杆（4）。活塞杆（6）一端连接有设置在汽缸（5）内部的活塞，活塞杆（6）另一端铰接在滑杆（4）下方。控制阀（8）连接有控制系统，控制系统连接测距模块和测速模块。控制系统可选用51单片机，测距模块可选用光电开关，测速模块可选用常见的LM2907频率/电压转换器与转速传感器组成的测速电路。控制阀（8）连接继电器，继电器由单片机控制。

2.3 人体卷曲运动驱动机构式安全座椅的工作方式

如图2所示，当汽车与前面物体距离太近，光电开关对单片机输入障碍物距离信号。同时，位于车轴上的转速传感器配合LM2907频率/电压转换器输出电压信号进入模/数转换器，模/数转换器对单片机输入速度信号，单片机结合障碍物距离信号和速度信号进行判断。如果判断结果为危险，则单片机控制继电器，将控制阀（8）打开。

3 汽车碰撞中人体最佳保护姿态的仿真分析

仿真分析结果表明人体卷曲姿态可明显降低头部和胸部的纵向水平减速度值、位移量及伤害指标值，从而降低了致命伤害的概率。与不启动人体卷曲机构相比，乘员的HIC值降低22.1%、头部水平方向减速度的最大值降低3.8%、头部合成减速度最大值降低6.5%、胸部水平方向的最大减速度值降低39.1%。因此，人体卷曲姿态是汽车碰撞中乘员自我保护的最佳姿态，且能够使导致致命伤害的概率减至最小。

4 结语

此人体卷曲运动驱动机构式安全座椅以人体生理学为基础，充分利用人机工程学、交通功效学等相关理论，其精神在于在车辆发生碰撞以后迅速实施一种有利于乘员人体自我保护的人体卷曲姿态，使人体与车内结构件的接触面积最小，从而减轻发生碰撞以后的二次碰撞带给人体的伤害。但是，人体卷曲驱动机构对人体的保护作用有限的，这是由于只有当人体呈卷曲姿态，且其卷曲运动过程与汽车正向前碰撞运动过程相匹配的情况下，才对乘员自我保护起到最佳效果。

参考文献

[1] 胡耀华.汽车碰撞后乘员最佳保护姿态的仿真研究[D].西北农林科技大学，2002.

[2] 王畅，山岩，张婷.一种安全座椅：中国201420094327.5[P].2014.endprint