為促進(jìn)高校科研成果賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，服務(wù)國(guó)家的科技發(fā)展，更好地發(fā)揮高校服務(wù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的職能，清華大學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)移研究院于2022年9月15日組織了首場(chǎng)專(zhuān)利開(kāi)放許可路演宣講活動(dòng)，并發(fā)布了首批開(kāi)放許可專(zhuān)利清單。本次活動(dòng)由清華大學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)移研究院，北京市知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，廣東省知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，遼寧省知識(shí)產(chǎn)權(quán)局聯(lián)合主辦，中國(guó)技術(shù)交易所支持，并進(jìn)行了線(xiàn)上直播和互動(dòng)。

我室汽車(chē)安全與輕量化團(tuán)隊(duì)周青教授以“智能汽車(chē)安全防護(hù)及電動(dòng)汽車(chē)托底碰撞裝置”為題，介紹了團(tuán)隊(duì)在智能汽車(chē)安全防護(hù)和電動(dòng)汽車(chē)托底碰撞評(píng)測(cè)兩個(gè)領(lǐng)域的開(kāi)放許可專(zhuān)利。

周青教授在會(huì)場(chǎng)介紹智能汽車(chē)安全防護(hù)及

電動(dòng)汽車(chē)托底碰撞裝置的相關(guān)開(kāi)放專(zhuān)利

智能汽車(chē)安全防護(hù)

利用智能汽車(chē)的感知，當(dāng)判斷碰撞事故大概率不可避免時(shí)，可把傳統(tǒng)的碰撞安全保護(hù)提前至碰撞發(fā)生前幾秒啟動(dòng)，根據(jù)對(duì)事故工況和乘員狀態(tài)的預(yù)判，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的智能安全保護(hù)。智能安全防護(hù)針對(duì)精準(zhǔn)實(shí)時(shí)的車(chē)輛狀態(tài)和乘員狀態(tài)感知及預(yù)估，基于乘員損傷風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的碰撞保護(hù)構(gòu)型決策，并考慮乘員狀態(tài)和碰撞形態(tài)的自適應(yīng)碰撞保護(hù)。周青教授針對(duì)主被動(dòng)一體化智能保護(hù)方法，介紹了一系列開(kāi)放許可專(zhuān)利。

智能汽車(chē)主被動(dòng)一體化防護(hù)

（1）新型滑動(dòng)吸能座椅

追尾碰撞和頸部揮鞭傷是最常見(jiàn)的碰撞及損傷，碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)要求座椅在追尾碰撞下對(duì)頸部提供保護(hù)，現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品多采用基于座椅頭枕或基于座椅調(diào)角器的保護(hù)裝置。周青團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了用于追尾碰撞下頸部保護(hù)的新型滑動(dòng)吸能座椅。利用追尾碰撞產(chǎn)生的沖擊，使得座椅和乘員在一定的約束力作用下以可控的形式向后滑動(dòng)一定的距離，降低乘員軀干和頭部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，減少頸部損傷。下圖展示了該裝置的“滑軌套滑軌”的碰撞滑動(dòng)機(jī)制和滑動(dòng)拉彎鋼片以吸收碰撞能量的機(jī)制。

尾撞滑動(dòng)吸能座椅減少乘員揮鞭傷

本技術(shù)對(duì)現(xiàn)有座椅滑軌結(jié)構(gòu)稍加改動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)乘員頸部的有效保護(hù)，質(zhì)量輕，占用空間小；還可根據(jù)乘員身材和預(yù)判的碰撞強(qiáng)度，調(diào)配滑動(dòng)約束力和滑動(dòng)距離限位，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)保護(hù)。本技術(shù)將追尾碰撞下的頸部保護(hù)裝置放置于座椅滑軌結(jié)構(gòu)，可不影響座椅調(diào)角器以及椅背剛度和強(qiáng)度控制，降低高速追尾下乘員滑出座椅的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）具備行程放大安全帶系統(tǒng)

臨撞前及碰撞中對(duì)座椅安全帶進(jìn)行預(yù)緊是智能碰撞保護(hù)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本技術(shù)方案采用一個(gè)簡(jiǎn)單低成本的驅(qū)動(dòng)行程放大裝置，使得100 mm的座椅安全帶收緊行程只需要50 mm的驅(qū)動(dòng)行程，提升了危險(xiǎn)情況下快速驅(qū)動(dòng)的效率，使之有可能通過(guò)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)；同時(shí)把安全帶預(yù)緊和限力功能合并在同一個(gè)裝置里實(shí)現(xiàn)，可節(jié)省空間、降低裝置的總重量并降低降低成本；還可以通過(guò)安全帶在碰撞發(fā)生前對(duì)乘員的收緊來(lái)實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)融合下的預(yù)警。如果對(duì)安全帶預(yù)緊的驅(qū)動(dòng)可以使用電機(jī)，還可實(shí)現(xiàn)安全帶預(yù)緊功能的可逆。同時(shí)，在具有時(shí)間壓力的碰撞前預(yù)警中，行程放大功能可提升系統(tǒng)的執(zhí)行效率。該系統(tǒng)的成本和技術(shù)成熟度與車(chē)輛中已配置的僅具有預(yù)緊或限力單一功能的裝置相當(dāng)，新添的安全帶收緊行程放大裝置為簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可與安全帶預(yù)緊、限力裝置一起放置或整合。目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品中尚未見(jiàn)到同時(shí)具備上述全部功能的產(chǎn)品集成。

3）多傳感器數(shù)據(jù)融合的汽車(chē)碰撞

感應(yīng)方法

目前的汽車(chē)碰撞感應(yīng)和氣囊點(diǎn)火算法基于放置于乘員艙的加速度計(jì)信號(hào)，判定復(fù)雜碰撞模式和中低速?gòu)?qiáng)度的碰撞時(shí)仍存在誤判、漏判或遲判的問(wèn)題。碰撞感應(yīng)和判定滯后導(dǎo)致必須采用大能量氣囊才能及時(shí)展開(kāi)到位，而大能量氣囊可能造成額外傷害。本技術(shù)通過(guò)在前保險(xiǎn)杠行人碰撞保護(hù)泡沫塑料塊中設(shè)置若干空腔并安放空氣壓力傳感器，當(dāng)車(chē)輛經(jīng)歷前碰撞時(shí)，空腔內(nèi)的空氣被快速壓縮，壓力傳感器捕捉壓力變化信號(hào)；此外，也可在汽車(chē)前端的主要承載結(jié)構(gòu)上（如前縱梁）貼應(yīng)變片，獲取碰撞沖擊在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的彈性和塑性變形作為碰撞信號(hào)。

本技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)包括：對(duì)碰撞強(qiáng)度和模式的區(qū)分度更好，給出碰撞預(yù)判的時(shí)間更快；在乘員艙加速度傳感器的基礎(chǔ)上，增加更多的傳感器信號(hào)，基于多參數(shù)融合數(shù)據(jù)的碰撞感應(yīng)算法更加精準(zhǔn)可靠，可降低算法開(kāi)發(fā)的技術(shù)門(mén)檻。另外，本技術(shù)還可結(jié)合智能汽車(chē)的行車(chē)環(huán)境感知信號(hào)（如攝像頭、雷達(dá)），融合碰撞前和碰撞中的信號(hào)，使得碰撞感應(yīng)算法更加可靠，碰撞保護(hù)手段啟動(dòng)更早。

多傳感器布置策略及多數(shù)據(jù)融合的氣囊引爆算法

（4）多模式的汽車(chē)保險(xiǎn)杠

車(chē)輛低速碰撞下保險(xiǎn)杠的大部分都介入碰撞保護(hù)，而與行人發(fā)生碰撞時(shí)，保險(xiǎn)杠只有局部區(qū)域介入碰撞保護(hù)，現(xiàn)有的保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難以協(xié)調(diào)這兩種碰撞保護(hù)要求。本設(shè)計(jì)方案利用汽車(chē)前端有限的布置空間，在保險(xiǎn)杠的吸能區(qū)域內(nèi)（如泡沫塊）布置離散的半圓弧桿結(jié)構(gòu)，使得保險(xiǎn)杠機(jī)構(gòu)集成兩種吸能模式。當(dāng)行人下肢與保險(xiǎn)杠發(fā)生碰撞接觸時(shí)，離散半圓弧桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，可降低碰撞阻力；當(dāng)保險(xiǎn)杠與較大的外部障礙物發(fā)生接觸碰撞時(shí)，離散半圓弧桿沒(méi)有能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的空間，多個(gè)半圓弧桿被壓潰，碰撞阻力較大。該設(shè)計(jì)可使保險(xiǎn)杠隨外部碰撞物接觸區(qū)域的大小自動(dòng)切換變形吸能模式，便于進(jìn)行同時(shí)滿(mǎn)足低速碰撞法規(guī)和行人保護(hù)法規(guī)的設(shè)計(jì)。吸能塊及半圓弧桿結(jié)構(gòu)均有若干幾何和材料參數(shù)供設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)不同模式下所需要的壓縮強(qiáng)度。該設(shè)計(jì)為匹配更寬的車(chē)速范圍及碰撞場(chǎng)景預(yù)留了可調(diào)的設(shè)計(jì)參數(shù)，賦能保險(xiǎn)杠的智能化實(shí)現(xiàn)。

(a) 新型保險(xiǎn)杠吸能結(jié)構(gòu)示意

(b) 新型保險(xiǎn)杠與行人腿部碰撞試驗(yàn)后示意

(c) 新型保險(xiǎn)杠低速碰撞試驗(yàn)后示意

（5）適于多方向碰撞和復(fù)雜工況評(píng)測(cè)的

假人裝置

碰撞假人都限于評(píng)測(cè)單一碰撞方向，這樣的評(píng)測(cè)方法無(wú)法評(píng)測(cè)實(shí)際道路事故中經(jīng)常出現(xiàn)的斜向碰撞等復(fù)雜工況。并且，未來(lái)使用人體數(shù)字模型對(duì)智能汽車(chē)安全性進(jìn)行虛擬評(píng)測(cè)，人體模型本身可代表多方向的碰撞響應(yīng)，能涵蓋多碰撞方向的評(píng)測(cè)，因此，也需要一個(gè)單一的物理假人能覆蓋所有方向的碰撞響應(yīng)，滿(mǎn)足未來(lái)汽車(chē)虛擬安全評(píng)測(cè)需求。

本技術(shù)針對(duì)人體下肢和胸部?jī)蓚€(gè)常見(jiàn)的碰撞損傷部位，研發(fā)了新型碰撞假人裝置，將多方向和全方向的碰撞響應(yīng)整合在單一結(jié)構(gòu)里。胸部布置彈簧阻尼單元實(shí)現(xiàn)胸部正向、側(cè)向和斜向60°的力學(xué)響應(yīng)逼真度，適用于智能汽車(chē)乘員多朝向座姿下的安全評(píng)測(cè)。肋骨采用了離散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能表征安全帶對(duì)胸部的局部侵入。具有四自由度膝關(guān)節(jié)的人體下肢模塊拓寬了現(xiàn)有下肢模塊的方向性，能輸出所有方向碰撞的損傷參數(shù)，可用于不同碰撞方向和不同步態(tài)行人的安全評(píng)測(cè)。

具有四自由度膝關(guān)節(jié)的行人假人下肢模塊

適合多方向碰撞和局部變形的假人胸部結(jié)構(gòu)

本裝置能代表人體胸部和膝關(guān)節(jié)經(jīng)歷不同方向碰撞的響應(yīng)，生物逼真度更加真實(shí)，能評(píng)測(cè)更多實(shí)際交通事故中施加到人體的碰撞載荷工況，便于與虛擬安全評(píng)測(cè)中使用的數(shù)字化人體模型結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。另外，該胸部裝置和下肢裝置也可替換目前碰撞假人中的下肢模塊和胸部模塊，保留其他未更新升級(jí)等模塊（如頭部、頸部），這樣可以達(dá)到逐步升級(jí)和替代關(guān)鍵模塊的目的。假人裝置的多方向力學(xué)響應(yīng)生物逼真度的提升可以更好評(píng)估智能汽車(chē)碰撞保護(hù)結(jié)構(gòu)和乘員約束系統(tǒng)未來(lái)在復(fù)雜碰撞工況下的保護(hù)效果。

電動(dòng)汽車(chē)托底碰撞安全評(píng)價(jià)及裝置

電動(dòng)汽車(chē)托底碰撞安全及保護(hù)是新問(wèn)題。托底碰撞是指汽車(chē)的底盤(pán)在行駛中碰撞到地面或者地面上凸起的異物等對(duì)象。動(dòng)力電池包安裝在車(chē)輛底部，托底碰撞可能引發(fā)電池包的損傷甚至燃燒。急需對(duì)電動(dòng)車(chē)托底碰撞的安全性進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)測(cè)，業(yè)內(nèi)正在研發(fā)和討論評(píng)測(cè)方法和評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。周青教授針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)托底碰撞評(píng)測(cè)這一痛點(diǎn)問(wèn)題，介紹了相關(guān)的開(kāi)放許可專(zhuān)利。

電動(dòng)汽車(chē)托底碰撞工況示意

美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)(NTSB)報(bào)道的

電動(dòng)汽車(chē)托底碰撞事故

我們研發(fā)了若干簡(jiǎn)單低成本的碰撞加載裝置，固定于實(shí)驗(yàn)室的地面上，當(dāng)被評(píng)測(cè)的車(chē)輛按指定的速度駛過(guò)該裝置時(shí)，能直接對(duì)電動(dòng)車(chē)電池包底部造成托底碰撞并刮蹭。試驗(yàn)前托底加載頭處于收納狀態(tài)，以閃避汽車(chē)的前艙結(jié)構(gòu)，通過(guò)一個(gè)自動(dòng)觸發(fā)裝置彈出，直接對(duì)電池包底部進(jìn)行托底碰撞和刮蹭，來(lái)評(píng)估電池包損傷和抗托底碰撞的保護(hù)性能。該托底試驗(yàn)加載裝置的觸發(fā)能適應(yīng)不同的試驗(yàn)車(chē)速及車(chē)型尺寸，包括不同的車(chē)輛長(zhǎng)度和電池包離地間隙，并能提供若干托底侵入量水平，具有工況普適性，便于標(biāo)準(zhǔn)化。

電動(dòng)汽車(chē)托底測(cè)試裝置示意

電動(dòng)車(chē)托底碰撞試驗(yàn)方法尚在建立和完善過(guò)程中，亦無(wú)規(guī)格化試驗(yàn)裝置。但由于電動(dòng)車(chē)保有量增加很快，托底碰撞事故導(dǎo)致的車(chē)輛燃燒時(shí)有發(fā)生，預(yù)期業(yè)內(nèi)會(huì)很快出臺(tái)電動(dòng)車(chē)托底碰撞試驗(yàn)評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論未來(lái)出臺(tái)的具體評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是什么，比如車(chē)速、托底碰撞位置、底部托底侵入量等，本加載裝置均可適配。

本次所介紹的專(zhuān)利技術(shù)已在中國(guó)技術(shù)交易所的“專(zhuān)利開(kāi)放許可信息發(fā)布和交易服務(wù)平臺(tái)”上線(xiàn)。

本文轉(zhuǎn)載自：汽車(chē)安全與輕量化