安装在地板上的乘客小腿保护设备和方法

摘要

一种有助于在碰撞情况下保护车辆乘员的设备，该设备包括具有储存在车辆地板中的展开前状态的可展开的约束装置。该约束装置可从地板展开以约束乘员的脚和/或小腿响应于车辆碰撞而向前和向上的摆动。在一种构型中，可展开的约束装置可以包括模块，该模块包括气囊和用于使所述气囊充气并展开的充气装置。所述模块可以包括响应于所述气囊的展开而打开的门，并且所述门用作所述气囊的反作用表面。在另一构型中，可展开的约束装置可以包括约束板，所述约束板被配置成移动到在所述车辆地板上方邻近所述乘员的小腿和脚延伸的展开位置。

说明书

本申请要求于2019年5月14日提交的美国临时申请序列号62/847,369的权益，该申请的公开内容通过援引整体并入本文。

背景技术

已知提供可充气的车辆乘员保护装置(例如气囊)来帮助保护车辆乘员。一种特定类型的气囊是能够在车辆的前排座椅的乘员与车辆的仪表板之间充气的正面气囊。此类气囊可以是驾驶员气囊或乘客气囊。当被充气时，驾驶员安全气囊和乘客安全气囊帮助保护乘员免于诸如车辆的仪表板和/或方向盘等车辆零件的撞击。

典型地，乘客气囊以放气的状态被储存在安装在车辆仪表板上的壳体中。气囊门可与壳体和/或仪表板连接以帮助包围并且隐藏储存状态下的气囊。在乘客气囊展开时，气囊门打开以允许气囊移动到充气状态。气囊门打开是由于气囊充气而施加到门上的力的结果。

典型地，驾驶员气囊以放气的状态被储存在安装在车辆方向盘上的壳体中。气囊盖件可与壳体和/或方向盘连接以帮助包围并且隐藏储存状态下的气囊。在驾驶员气囊展开时，气囊盖件打开以允许气囊移动到充气状态。气囊盖件打开是由于驾驶员气囊充气而施加到盖件上的力的结果。

汽车工业中存在使车辆更宽敞的趋势。造型已经使仪表板更小，且因此更远离乘员。展望未来，没有驾驶员的自动驾驶车辆将更加宽敞。自动驾驶车辆已经被考虑了一段时间，并且现在它们的大规模采用正在接近。自动驾驶车辆可以省去传统上用于支撑各种车辆安全装置的一些结构。

在这些现实背景下，乘员安全系统的范式必须转变。在过去，车辆操作者/驾驶员的必要性导致某种标准的车辆客厢构型。在美国，驾驶员是可触及车辆控制件和仪表装置(方向盘、踏板、仪表板、控制台等)的左侧前座椅上的面向前方的乘员。这种驾驶员构型有助于确定车辆的其余部分(前座椅上的面向前方的乘客侧乘员，后座椅(第二排、第三排等)上的面向前方的乘员)的布局。因此，在过去，典型地，在设计乘员安全系统时考虑这种客厢布局以及相关联的乘员位置和取向。

自动驾驶车辆消除了操作者/驾驶员，这消除了以常规方式对操作者/驾驶员进行定位和定向的必要性。车辆制造商自由地利用他们认为合适的客厢空间，而不必受限于预定的乘客布置(例如，所有乘员面向前方)，或者车辆结构构型(例如，方向盘/仪表板构型、中控台构型、脚部空间踏板控制件等)。

这样不仅提出了要在哪里安放气囊系统的挑战，而且还提出了要找到定位气囊所抵靠的反作用表面以便气囊可以吸收冲击的挑战。典型地，安装在仪表板和方向盘上的正面气囊利用这些结构作为气囊搁置所抵靠的反作用表面，以便气囊可以反抗、缓和并吸收受冲击中的乘员的冲击能量并且提供期望的缓冲(ride-down)效果。然而，在自动驾驶车辆中，车辆可能根本不具有仪表板或方向盘，并且乘员可以以非传统方式进行定位和定向。这样可能使得难以或不可能利用车辆中的传统结构作为反作用表面。

发明内容

一种有助于在碰撞情况下保护车辆乘员的设备，该设备包括具有储存在车辆地板中的展开前状态的可展开的约束装置。该约束装置可从地板展开以约束乘员的脚和/或小腿响应于车辆碰撞而向前和向上的摆动。

根据一个方面，所述约束装置可以是安装在所述车辆地板中或之上的模块的部件，并且所述车辆在所述地板和模块部件之外没有其他结构用于提供支撑所述约束装置的反作用表面。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，该可展开约束装置可以包括气囊和用于使气囊充气并展开的充气装置。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，所述模块可以包括响应于气囊展开而打开的门。该门可以被配置成用作气囊的反作用表面。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，所述模块可以包括用于限制所述门的运动的系绳，从而使得所述门可以用作所述气囊的反作用表面。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，可展开的约束装置可以包括约束板，所述约束板被配置成移动到在所述车辆地板上方邻近所述乘员的小腿和脚延伸的展开位置。该约束板在展开时可以与乘员的脚接合以防止乘员的脚和小腿响应于车辆碰撞而向前和向上摆动。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，所述模块可以包括致动器，该致动器用于致动约束板枢转或以其它方式运动到展开位置。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，所述致动器可以包括烟火式致动器。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，所述烟火式致动器可以被配置成限制所述约束板在展开后的运动，使得所述约束板可以用作接纳所述乘员的脚和腿部的反作用表面。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，所述车辆可以是自动驾驶车辆。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，一种安全模块可以包括根据前述方面中的任一方面所述的设备，除此之外还可以包括被配置成安装在车辆地板中的壳体。该车辆安全系统还可以包括传感器/控制器以用于感测期望可展开的约束装置展开的事件的发生。该传感器/控制器可以被配置成响应于感测到期望展开的事件的发生而致动可展开的约束装置。

一种有助于在碰撞情况下保护车辆乘员的方法，所述方法可以包括从所述车辆地板展开约束装置以约束乘员的脚和/或小腿响应于车辆碰撞向前和向上的摆动。

所述约束装置可以是气囊模块，所述气囊模块包括气囊和用于使所述气囊充气并展开的充气装置。所述模块可以包括响应于所述气囊的展开而打开的门，所述门被配置成用作所述气囊的反作用表面。所述模块可以进一步包括用于限制所述门的运动的系绳，从而使得所述门可以用作所述气囊的反作用表面。

根据另一方面，单独或与任意其他方面组合，可展开的约束装置可以是包括约束板的模块，所述约束板被配置成移动到在所述车辆地板上方邻近所述乘员的小腿和脚延伸的展开位置。该约束板在展开时可以与乘员的脚接合以防止乘员的脚和小腿响应于车辆碰撞而向前和向上摆动。所述模块可以包括用于致动所述约束板枢转或以其他方式运动到展开位置的致动器。所述致动器可以是烟火式致动器。所述烟火式致动器可以被配置成限制所述约束板在展开后的运动，使得所述约束板可以用作接纳所述乘员的脚和腿部的反作用表面。

附图说明

图1是包括有车辆乘员安全系统的车辆的示意性展示，其中描绘了处于展开前状态的该系统。

图2是车辆的示意性展示，描绘了根据车辆乘员安全系统第一构型的处于展开状态的该系统。

图3是车辆的示意性展示，描绘了根据车辆乘员安全系统第二构型的处于展开状态的该系统。

图4是车辆的示意性展示，描绘了根据车辆乘员安全系统第三构型的处于展开状态的该系统。

图5是车辆的示意性展示，描绘了根据车辆乘员安全系统第四构型的处于展开状态的该系统。

具体实施方式

由于自动驾驶车辆构型而出现挑战的一种特定情况是在腿部保护领域。参考图1，自动驾驶车辆20包括车辆座椅30，车辆乘员40就坐于该车辆座椅上。车辆座椅30包括连接至车辆20、例如连接至地板22的底座32。座椅底座32支撑座椅底部34。座椅靠背36从座椅底部34向上延伸并且具有可以调整的斜倚位置。头枕38定位在座椅靠背36的上端处。

乘员40就坐于座椅30上，他/她的躯干42搁置在座椅靠背36上，头部44定位在头枕38处或附近，并且臀部46和腿部50(更具体地大腿52)搁置在底座32上。乘员的小腿56从膝盖54向下朝向车辆地板22延伸，乘员的脚58搁置在该车辆地板上。在图1的典型的乘员位置中，乘员的手臂60在他/她的身侧，其中上臂62与躯干42相邻并且平行，在肘部64弯曲，下臂/前臂66和手70搁置在大腿56上。

如图1所示，乘员40受座椅安全带80约束，该安全带是常规的三点式安全带，包括横跨乘员肩部72延伸的肩部安全带部分82以及横跨乘员大腿(即大腿50与躯干42相交处)延伸的大腿部安全带部分84。座椅安全带80经由锚定至车辆20的锁扣86固定。为了简化附图，图2至图5中没有展示座椅安全带80。在图2至图5中，乘员40佩戴有座椅安全带，该座椅安全带仅未在图中示出。因此参考图2至图5展示并描述的乘员活动是正常使用图1所展示的座椅安全带80时会发生的那些。

参考图1和图2，车辆安全系统10有助于保护自动驾驶车辆20的乘员40。如图1和图2所示，系统10包括安装在车辆20的车顶24中的气囊90。作为自动驾驶车辆20，乘客舱或客厢没有操作员控制件，例如方向盘、踏板、仪表、中控台等，并且因此代表了自动驾驶车辆。因此，仪表板可以被减小尺寸和/或被完全去除，以便使客厢中的空间最大化。例如，可以在车辆20的位于前排和/或后排乘客之间的中控台区域中提供用于气候控制、GPS、导航、娱乐等的控制接口。

在这种开放式客厢构型中，车辆座椅30可以以各种方式进行配置、定位和布置，而不受便利于车辆驾驶员/操作者的需求的约束。例如，在图1中，座椅30是面向前方的座椅，面向大体上由标号为A的箭头所指示的车辆向前行驶的方向。如图4所示，座椅18可以布置成面向彼此，其中前排FR向后面向后排RR。

对于图1中常规的、面向前方的座位布置，在发生正面碰撞的情况下，乘员40在车辆中被向前推动，如图2所示。如图2所示，气囊90约束乘员40，尤其是约束头部44和躯干42，而不约束手臂60和腿部50。结果是，可以看到腿部50由于惯性而伸出，如大体上由标号B的箭头所指示的。这可能对腿部50造成压力，例如膝盖54过度伸展。非自动驾驶车辆具有用于阻止该运动的结构，例如仪表板/搁脚空间(前排乘客)和前排座椅的座椅靠背(后排乘客)。自动驾驶车辆可能不包括这些特征。

参考图3，车辆安全系统10包括小腿保护装置100。在图3的示意性构型中，保护装置100包括可充气气囊102和用于对该气囊进行充气的充气装置104，这两者都储存在车辆地板22中的壳体106内。充气装置104可以例如由响应于车辆碰撞而使得气囊90充气的同一气囊控制单元(“ACU”)操纵。该ACU可以响应于感测到的车辆碰撞而致动充气装置104以使得气囊102充气并展开。

气囊102、充气装置104和壳体106是气囊模块110的部件，该气囊模块还包括在储存状态(见图1)下隐藏气囊的门112。当气囊102展开时，门112摆动打开(见箭头C)。保持构件114、例如缆绳或条带，限制门112摆动打开的程度。这可以允许门112(单独地或与地板22组合)用作气囊102的反作用表面。当小腿56响应于碰撞而摆动(箭头B)时，气囊102可以接纳乘员的腿部50。因此气囊102可以为小腿56和脚58提供缓冲，减小它们响应于碰撞的加速，并且提供期望的缓冲(ride-down)效果。

气囊102可以具有被配置成接纳乘员腿部50的各种不同形状。例如，气囊可以是弯曲的以便在乘员的脚58上方和周围延伸并且为小腿56提供缓冲。替代性地，气囊102可以具有更大、更圆形的整体形状(见图4)。气囊102的形状和范围可以被选择成与车辆20的结构和布局相对应。

参考图4，该车辆具有前排FR和后排RR座椅，其中乘员40面对彼此。在图4的示意性构型中，车辆安全系统10包括小腿保护装置120。在图4的示意性构型中，保护装置120包括可充气气囊122和用于对该气囊进行充气的充气装置124，这两者都储存在车辆地板22中的壳体126内。充气装置124可以例如由响应于车辆碰撞而使得气囊90充气的同一气囊控制单元(“ACU”)操纵。该ACU可以响应于感测到的车辆碰撞而致动充气装置124以使得气囊122充气并展开。

气囊122、充气装置124和壳体126是气囊模块130的部件，该气囊模块在储存状态(见图1)下隐藏气囊。气囊122例如通过可破裂的壳体封闭构件(例如撕裂缝)从门展开。当小腿56响应于碰撞而摆动(箭头B)时，气囊122可以接纳前排座椅和/或后排座椅乘员的腿部50。图4中，气囊122接纳前排座椅乘员40的腿部50。气囊122为小腿56和脚58提供缓冲，减小它们响应于碰撞的加速，并且提供期望的缓冲(ride-down)效果。

在图4的车辆中，后排座椅30的乘员40使用气囊120。这是因为当沿着向前方向(见箭头A)行驶时，后排座椅乘员的小腿56响应于碰撞沿着箭头B的方向摆动。当车辆20沿着箭头A的向前方向行驶时，后排乘员40的小腿56响应于碰撞不会伸展。而是，前排座椅乘员40被推靠在座椅靠背36上并且他/她的腿部50被向前推靠在座椅30和车辆地板22上。因此，前排座椅乘员40可能很少或不使用气囊122。

气囊122可以具有被配置成接纳乘员腿部50的各种不同形状。例如，气囊可以是弯曲的或波状外形的(见例如图2)以便从前排或后排座椅30向乘员的脚58上方和周围延伸并且为小腿56提供缓冲。替代性地，气囊122可以具有所展示的更大、更圆形的整体形状。气囊122的形状和范围可以被选择成与车辆20的结构和布局相对应。

气囊102、122可以由任何合适的材料构造，例如尼龙(例如，纺织尼龙6-6纱线)，并且可以以任何合适的方式构造。例如，气囊可以包括一个或多个材料件或材料嵌片。如果使用多于一个材料件或材料嵌片，这些材料件或材料嵌片可以以已知方式(例如缝合、超声焊接、热粘合或粘合剂)互连来形成气囊。气囊可以是未经涂覆的、涂覆有材料(例如不透气的氨基甲酸乙酯)的、或层压有材料(例如不透气的膜)的。因此，气囊可以具有气密或基本上气密的构造。本领域技术人员将意识到，替代性的材料(例如聚酯纱线)以及替代性的涂层(例如硅酮)也可以用于构造气囊。

在感测到期望气囊充气的事件(例如车辆碰撞)发生时，ACU向充气装置提供信号。在接收到来自ACU的信号时，充气装置被致动并且以已知方式向气囊90、102、122的可充气体积提供充气流体。充气的气囊对它们各自的壳体施加力，这导致壳体打开。这使得气囊从它们在它们各自壳体中的储存状态释放出来，充气并展开到它们各自的展开位置。气囊在充气的同时通过吸收乘员的冲击来帮助保护车辆乘员40。这可以通过多种方式实现。

参考图5，出于展示示意性构型的目的，车辆具有单个面向前方的座椅30，乘员40就坐于该座椅上。在图5的示意性构型中，车辆安全系统10包括小腿保护装置140。在图4的示意性构型中，保护装置140包括脚/小腿约束板142和致动器144，该致动器可致动以将约束板142移动到所展示的展开位置。在展开前状态(见图1)下，约束板142和致动器144储存在车辆地板22中的壳体126内。约束板142可以是用于充气装置的盖件并且可以与车辆地板22齐平。致动器144可以例如由响应于车辆碰撞而使得气囊90充气的同一气囊控制单元(“ACU”)操纵。该ACU可以响应于感测到的车辆碰撞而致动充气装置144以使得气囊142充气并展开。

约束板142、致动器144和壳体146是模块140的部件。约束板142例如通过可破裂的壳体封闭构件(例如撕裂缝)从地板22展开。约束板142可以接纳前排和/或后排座椅乘员的脚58，这有助于防止由于响应于碰撞的摆动(箭头B)造成的小腿56的旋转和过度伸展。约束板142限制了小腿朝向过度伸展的运动并且降低了脚58和小腿56响应于碰撞的加速。

致动器144可以具有能够在必要时间内将约束板142展开的任何构型。例如，致动器144可以是包括烟火材料的烟火式致动器、例如附接至约束板142的活塞或柱塞，该烟火材料在被致动(例如经由引燃器)时发生化学反应，从而产生压力以使得致动器部件移动。致动器144可以被配置成锁定在其最远展开位置以防止约束板142朝向其展开前状态向回移动。

在感测到期望约束板展开的事件(例如车辆碰撞)发生时，ACU向气囊充气装置和致动器144提供信号。在接收到来自ACU的信号时，充气装置被致动并且以已知方式向气囊的可充气体积提供充气流体。致动器144被致动以展开约束板142，这有助于通过限制小腿和脚的运动来保护乘员40。

从对本发明的上述描述中，本领域技术人员将意识到落入本发明的精神和范围内的对所公开的系统和方法的改进、变化和修改。所附权利要求旨在涵盖这些改进、变化和/或修改。