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技术领域

本发明属于交通运输工程技术领域，特别是涉及一种车辆顶部安全气囊索网结构及控制方法。

背景技术

机动车内置的安全气囊是保障机动车内人员安全的最后一道防线，如果安全气囊在车辆发生碰撞时能够及时打开，就能最大限度地降低车内人员所受到的伤害。安全气囊最早应用在车辆前排的驾驶员和副驾驶位置，随着人们对行车安全要求的不断提高，为保护后排乘客也安装了安全气囊。最近，有人提出了在车外侧(即保险杠位置和车门两侧)安装安全气囊，从而可以最大程度地降低机动车碰撞过程中对车体和对碰撞物所造成的伤害。

然而，有一种车祸情况使目前所有类型的安全气囊都无法发挥保护作用，即：当重物从天而降落在机动车顶部时，机动车内的安全气囊即使打开也无法保护车内人员。经常见到新闻报道称：某地大型车辆发生倾覆时将旁边的小型车辆压成薄板，车内人员全部遇难。造成此类悲剧的原因当然与大型车辆驾驶员的操作有直接关系，但是，此类事故的屡屡发生也暴露出当前机动车设计中的安全漏洞，即无法抵御来自上方的冲击。上方冲击的作用位置恰好是车内人员的头部位置，所以极易造成死亡。因此，有必要针对此类问题展开创新设计，以增强机动车抵御竖向冲击荷载的能力，具有重要的现实意义。

综上所述，如果能提供一种安装在机动车顶部的安全气囊，将会大大提高对车内人员的安全保护能力，避免大型车辆倾覆时对旁边小型车辆所造成的毁灭性破坏，体现出对生命权的尊重，不仅具有较高的社会效益，同时也具有潜在的经济效益。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种安全性好且结构简单的车辆顶部安全气囊索网结构及控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构包括两根前部支撑柱、四根顶部横梁、两根后部立柱、多根液压伸缩杆、多个球铰、预应力拉索网、安全气囊、多个索力传感器和控制器；其中两根前部支撑柱和两根后部立柱的下端分别通过一根液压伸缩杆安装在机动车驾驶室内底盘四角部位，并且每根后部立柱的上端分别安装有一根液压伸缩杆；四根顶部横梁构成方形架，方形架前侧的两个连接端部分别通过一个球铰连接在一根前部支撑柱的上端，后侧的两个连接端部分别通过一个球铰连接在一根后部立柱上端的液压伸缩杆上，设置于汽车顶部蒙皮和内部装饰板之间；预应力拉索网设置在由四根顶部横梁围成的方形架空间内，并且边缘与顶部横梁相连接；索力传感器设置在预应力拉索网上；安全气囊固定在预应力拉索网表面；控制器为设置在驾驶室内部的单片机，其与液压伸缩杆、安全气囊和索力传感器电连接。

所述的预应力拉索网由纵向索、横向索和斜向索编织而成。

所述的索力传感器的数量为6个，分别设置在预应力拉索网的四个角部及中部。

所述的控制器设置于驾驶员操作面板位置。

本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

1)系统上电自检的S1阶段；在此阶段中，控制器将判断多根液压伸缩杆、安全气囊和多个索力传感器是否能正常连接；如果出现异常则提醒用户检查，如果连接正常则进入S2阶段；

2)判断索力传感器检测的索力值是否超出临界阈值的S2阶段：在此阶 段中，控制器将判断索力传感器检测的索力值是否超出临界阈值，如果判断结果为是，则进入S3阶段，否则返回S1阶段的入口；

3)伸长液压伸缩杆，同时打开安全气囊的S3阶段：在此阶段中，控制器将控制多根液压伸缩杆伸长，同时打开安全气囊，然后进入S4阶段；

4)空闲模式的S4阶段；在此阶段中，等待进行下一步操作；

5)判断是否回缩液压伸缩杆的S5阶段：在此阶段中，系统将等待用户是否通过控制器输入回缩液压伸缩杆的操作指令，如果用户输入该操作指令，则进入S6阶段，否则返回S4阶段的入口；

6)回缩液压伸缩杆的S6阶段：在此阶段中，多根液压伸缩杆将自动回缩而恢复原位。

本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构及控制方法具有如下优点：1)安全性高。安全气囊同索网构成了索膜结构，安全可靠，能有效抵御竖向冲击荷载对车辆顶部的冲击作用。2)逃生时间充分。当车辆顶部受压时，液压伸缩杆将伸出而支撑住索膜结构，同时索膜结构呈倾斜状，能将坠落在车顶上的土、石等外来物分散到车头位置，以降低直接冲击的伤害。同时由于车顶倾斜，车门不会因受到竖向冲击作用而无法打开，因此，车内人员可以迅速撤离，避免竖向荷载继续增加超过索膜结构的极限承载力而导致车内人员伤亡。3)经济性好。利用较少资金对车体进行简单改造就可以大大提高车辆的安全性，具有较好的经济性。

附图说明

图1为安装有本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构的机动车侧视图。

图2为本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构立体图。

图3a、图3b分别为本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构中的气囊打开前后对比图。

图4为气囊打开后本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构立体图。

图5为本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构及控制实施方法进行详细说明。

如图1—图4所示，本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构包括两根前部支撑柱1、四根顶部横梁2、两根后部立柱3、多根液压伸缩杆4、多个球铰5、预应力拉索网6、安全气囊7、多个索力传感器8和控制器；其中两根前部支撑柱1和两根后部立柱3的下端分别通过一根液压伸缩杆4安装在机动车驾驶室内底盘四角部位，并且每根后部立柱3的上端分别安装有一根液压伸缩杆4；四根顶部横梁2构成方形架，方形架前侧的两个连接端部分别通过一个球铰5连接在一根前部支撑柱1的上端，后侧的两个连接端部分别通过一个球铰5连接在一根后部立柱3上端的液压伸缩杆4上，设置于汽车顶部蒙皮10和内部装饰板11之间；预应力拉索网6设置在由四根顶部横梁2围成的方形架空间内，并且边缘与顶部横梁2相连接；索力传感器8设置在预应力拉索网6上；安全气囊7固定在预应力拉索网6表面；控制器为设置在驾驶室内部的单片机，其与液压伸缩杆4、安全气囊7和索力传感器8电连接。

所述的预应力拉索网6由纵向索、横向索和斜向索编织而成。

所述的索力传感器8的数量为6个，分别设置在预应力拉索网6的四个角部及中部。

所述的控制器设置于驾驶员操作面板位置。

现将本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构安装及使用方法阐述如下：首先由工作人员在两根前部支撑柱1和两根后部立柱3的下端分别安装一根液压伸缩杆4，并将这些液压伸缩杆4的下端分别固定在机动车驾驶室 内底盘四角部位，然后在两根后部立柱3的上端分别安装一根液压伸缩杆4；在前部支撑柱1上端和后部立柱3顶部的液压伸缩杆4上分别安装一个球铰5，并通过球铰5与顶部横梁2连接；在顶部横梁2上设置预应力拉索网6，并在预应力拉索网6上设置多个索力传感器8；在预应力拉索网6的表面设置安全气囊7；将控制器设置于驾驶员操作面板位置，并与多根液压伸缩杆4、安全气囊7和多个索力传感器8相连接；最后在安全气囊7的上方和预应力拉索网6的下方分别安装汽车顶部蒙皮10和内部装饰板11，从而完成车辆顶部安全气囊索网结构的安装。

在车辆使用过程中，索力传感器8将实时检测其所处位置的索力值，并将检测值传送给控制器。当车辆顶部受到外力的冲击而受压时，该外力将通过汽车顶部蒙皮10及安全气囊7传递给索力传感器8，一旦控制器检测到索力传感器8传送的索力值超出临界阈值，其将向多根液压伸缩杆4和安全气囊7发出指令，以控制多根液压伸缩杆4伸长，同时打开安全气囊7，这时，四根顶部横梁2将升高，由此顶破汽车顶部蒙皮10。由于两根后部立柱3的上端分别安装有一根液压伸缩杆4，而两根前部支撑柱1上端没有安装液压伸缩杆4，所以由四根顶部横梁2构成的方形架后部将高于前部，即处于倾斜状态，这样能使坠落在汽车顶部的土、石等外来物滑落到车头位置，从而可以降低直接冲击的伤害。如果在救援时需要液压伸缩杆4回缩，用户可通过控制器输入回缩液压伸缩杆4的操作指令，这时液压伸缩杆4将自动回缩而恢复原位。

如图5所示，本发明提供的车辆顶部安全气囊索网结构的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

1)系统上电自检的S1阶段；在此阶段中，控制器将判断多根液压伸缩杆4、安全气囊7和多个索力传感器8是否能正常连接；如果出现异常则提醒用户检查，如果连接正常则进入S2阶段；

2)判断索力传感器检测的索力值是否超出临界阈值的S2阶段：在此阶段中，控制器将判断索力传感器8检测的索力值是否超出临界阈值，如果判断结果为是，则进入S3阶段，否则返回S1阶段的入口；

3)伸长液压伸缩杆，同时打开安全气囊的S3阶段：在此阶段中，控制器将控制多根液压伸缩杆4伸长，同时打开安全气囊7，然后进入S4阶段；

4)空闲模式的S4阶段；在此阶段中，等待进行下一步操作；

5)判断是否回缩液压伸缩杆的S5阶段：在此阶段中，系统将等待用户是否通过控制器输入回缩液压伸缩杆的操作指令，如果用户输入该操作指令，则进入S6阶段，否则返回S4阶段的入口；

6)回缩液压伸缩杆的S6阶段：在此阶段中，多根液压伸缩杆4将自动回缩而恢复原位。