CN101516685A - 用于控制人身保护装置的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出用于控制人身保护装置的一种装置及一种方法，其中，事故传感装置产生一个第一信号，根据由该第一信号导出的一个第二信号的一频率来控制所述人身保护装置，其中，根据该第二信号的一个第一信号变化曲线的第一长度及该被累加的第二信号的一个第二信号变化曲线的第二长度来确定该频率。

Description

用于控制人身保护装置的方法及装置

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的类型的用于控制人身保护装置的装置及方法。

背景技术

由DE 102004042467A1公知了一种用于为行人保护装置产生触发信号的方法及装置。其中进行触发检验及传感器数据的可信性检验，在触发检验时为了由传感器数据识别行人将进行特征提取和/或偏移识别，该偏移识别确定目标的碰撞点，其中当在触发检验时识别出与行人的碰撞及传感器数据的可信性检验为肯定时则产生用于行人保护装置的触发信号。

发明内容

相比之下，具有独立权利要求特征的、用于控制人身保护装置的根据本发明的装置及根据本发明的方法具有其优点，即，通过由事故信号导出的信号的频率的确定可实现在碰撞行人与其它物体之间作出非常准确及可靠的区分。这在于，不同的物体具有不同的刚度及因此导致不同的激励频率。根据本发明，该频率通过信号变化曲线的长度来确定，其中，也使用被累加的信号变化曲线，即积分的信号变化曲线。因此当应用在一个行人保护系统中时可实现更好的行人保护。

在本发明中，所述第二信号可以是所述第一信号、被滤波的第一信号、被求平均值的第一信号、或者被积分的或被累加的第一信号。

如果根据本发明的装置或根据本发明的方法在其它碰撞类型如汽车之间的碰撞上使用，则根据本发明可更好地在触发情况与非触发情况之间作出区分。尤其是通过根据本发明的频率分析可更好地识别出误用用物体。因此可达到更高的保护潜力及减小不希望的误触发的危险。

在行人保护方面应注意的是，人体与许多物体-对于这些物体不需要触发行人保护装置-主要可通过其质量及其硬度、即其刚度来区分。图4阐明了这一点。在横坐标上记录重量，在纵坐标上记录刚度。在此情况下各确定三个类别，其中对于重量划分为轻45、中等46及重47。对于刚度划分为软41、中等42及硬43。人体在区域48中变动，确切地为从六岁儿童到成人。在左下区域中例如给定为一个球，其上可为猫、鸟、柱子及在最上面区域为高尔夫球。对于中等重量，在人体的区域的上面可为大的钢柱或垃圾桶。对于重的重量，在硬的刚度情况下可为一个墙或另一汽车。如果现在借助在碰撞时出现的振动的频率来分类出碰撞物体的刚度，则可识别该物体。该频率优选由一个加速度传感器或多个加速度传感器或由震动传感器来检测。在此情况下，振动的固有频率在一个简单的弹簧模型中正比于弹簧常数的平方根。因此硬的物体导致高频的信号，而软的物体导致低频的信号。

触发碰撞与非触发碰撞及误用物体往往在加速度信号的频率特性上有区别。加速度信号的频率特性通过变皱区的破裂过程的顺序来确定。非触发碰撞由于小的碰撞速度及因此缓慢进行的破裂过程而通常具有比触发碰撞频率低的加速度信号。并且误用物体往往具有与碰撞信号明显不同的频率特性。它们一方面可为更低频的，例如砾石堆，而另一方面可为更高频的，例如作为碰撞信号的锤击。目的在于：识别加速度信号中的这些频率的区别。对此，对于正面碰撞最适合的是加速度传感器，它检测汽车纵向上的加速度，该加速度传感器例如在一个中心设置的气囊控制装置中。但也可考虑，对一个横向加速度传感器或一个所谓的最前方传感器(Upfrontsensor)的频率进行分析。该最前方传感器被安装在汽车前部。这样得到的频率信息可被利用来：通过触发阈值的适配来影响此外也基于加速度及其一次与二次积分来工作的主算法。对主算法的干预原则上可用这样的方式进行，该方式与其它附加算法、如最前方算法影响主算法的方式相同。

对于侧面碰撞，最适合的是基于外围的横向加速度传感器来进行频率分析。这些外围的加速度传感器安装在汽车侧面。这样得到的信息可被利用来通过触发阈值的适配来影响主算法。为此，基本上使用根据本发明的用于频率确定的方法。

所述的方法在于：基于信号的长度的测量以及被积分的信号的长度的测量来进行频率分析，其中信号本身也可通过信号处理来改变。

通过从属权利要求中所述的措施及进一步构型可得到在独立权利要求中给出的用于控制人身保护装置的装置以及在独立权利要求中给出的用于控制人身保护装置的方法的有利的改进。

特别有利的是，这样来确定信号变化曲线的长度，即分别使用信号的及被累加的信号的相继的值的差。这些差可以优选以绝对值被相加，以便确定信号的长度。信号的或信号变化曲线的长度是在信号中移动的尺寸。相应地，例如一次积分的长度是在一次积分中移动的尺寸。高频振动的特征则在于：它们建立相对小的积分，这就是说，一个给定的移动将导致积分中相对小的移动。因此将信号与被累加的或被积分的信号相比较。累加的概念则意味着计算技术中积分的一个可能性。因此提出使用这些长度的比。由此得到一个改善的频率估算。

对此优选求得信号的长度与被累加的信号的长度之间的商。在此情况下，为了构成所述的差，通过所述算法的同步来确定一信号的值的间隔。在此，这不依赖于振动是开始于正半波还是开始于负半波。符号不予考虑。

在此情况下频率的确定可连续地进行，即，开始于算法的开始或以确定的间隔重新开始。

如果使用多于一个的事故传感器，例如多于一个的加速度传感器或固体声或震动传感器，则分析处理电路-通常为微控制器-对针对各个事故传感器求得的频率进行加权及然后对这些被加权的值求平均。

有利地，根据被累加的第二信号的长度来进行加权。在此情况下根据信号的一次积分的长度或被累加的信号的长度来进行加权。这意味着，具有一次积分的最大长度的传感器被最重地加权。因此可保证：在行人碰撞时最靠近的传感器-该传感器典型地检测到最强的信号-相应地比其它传感器更强地加入到频率估算中。

如上所述，事故传感器可构造成加速度传感装置，其中也可附加地设有其它的传感器。在此情况下，除加速度传感器外也可使用横摆速率传感器、震动传感器或固体声传感器。

附图说明

本发明的实施例被表示在附图中及在以下的说明中对其详细地描述。

附图表示：

图1：根据本发明的装置的一个框图，

图2a及2b：，用于说明根据本发明的方法的各一个信号流程图，

图3：另一信号流程图，

图4：一个刚度加权图，

图5：角频率为600或300Hz的正弦形加速度的信号变化曲线，

图6：该正弦形的加速度的积分的一个相应的示图，

图7：该正弦形的加速度的相应的二次积分，

图8：一个加速度信号及该加速度信号的相应长度，

图9：一个振动的概要视图，该振动的第二半波的频率高于第一半波，

图10：具有不同频率的正弦曲线的频率估算的结果，

图11：汽车碰撞的频率估算的结果，及

图12：小腿的及与钢柱可比拟的质量的加速度信号及根据本发明的方法的汽车速度或频率分析。

具体实施方式

为了识别碰撞物体，无论是用于行人保护还是用于其它碰撞类型的频率分析均具有很大的优点。在此情况下可以通过加速度信号的、一次积分的以及二次积分的最小值来确定。这例如给出在图5中。图5中的横坐标51上表示时间及纵坐标50上表示加速度。两个信号52及53以时间变化曲线来示出。信号52具有600Hz的角频率，而信号53具有300Hz的角频率。图6表示对这些信号的积分。在此，信号62是具有角频率600Hz的信号及信号63是具有角频率300Hz的信号。根据图7，信号72是具有角频率600Hz的信号及信号73是具有角频率300Hz的信号。因此频率可以追述到两个类型：

1.频率可由加速度的最小值及加速度的一次积分的最小值来计算。即频率可通过一个除法来得到：

$\mathrm{\ω}=2\frac{\stackrel{\‾}{a}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{dv}}}---\left(1\right)$

2.频率可由所述一次积分的最小值及二次积分的最小值来计算。这里也可使用一个除法：

$\mathrm{\ω}=\mathrm{\π}\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{dv}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{ds}}}---\left(2\right)$

该方法在以下几点上具有改善的潜力：

A.如果信号不是如上述那样在一个周期后结束，而是振动维持更长时间，则达不到加速度及一次积分的新的最大值。第一计算规则仍继续提供正确的频率估算。反之，二次积分继续连续地减小及达到一个新的最小值，因此第二计算规则不再适用以及更多地被估算为过低的频率。

B.仅检测第一半波或第一完整的周期。只有当信号或其一次及二次积分的最小值随之而来时才检测一个实际的、通常不是谐波的信号中的后继的信号变化曲线。如果情况不是这样，则即使当信号本身应改变其频率时，频率估算也不再改变。这种例子可在图8中看到。在那里表示出一个线图，横坐标81上表示时间及在纵坐标80上表示加速度。信号83表征加速度。信号82表征该加速度信号的长度。必需是以最大值还是以最小值来计算的区分例如不能以保险杠区域的一个负加速度及一个正加速度的连续过渡来表明。

因此根据本发明提出：不考察一次积分和/或二次积分的信号的最小值，而考虑信号或信号变化曲线的长度。在此情况下优选可对相继的值的差以绝对值来求总和。

这在图8中通过曲线82来表示。一次积分及二次积分的信号的长度用下式来表达：

以下借助加速度信号来进一步阐述本发明。但也可以使用其它的事故信号。

在(3b)中利用了：两个相继的积分器值的差正好是对应于该周期的加速度值。相应地在(3c)中则有：二次积分的两个相继的值的差正好是该周期中一次积分的值。

在图8中表示了加速度信号的长度。我们可看到，信号的长度跟随着信号本身，直到第一信号最大值为止。而接着的回振在长度上不带符号地被考虑及导致进一步的上升。因此信号的长度是“在信号中移动”的尺寸。相应地一次积分的长度是“在该一次积分中移动”的尺寸，高频振动的特征则在于：它建立相对小的积分，这就是说，一个给定的“信号中的移动”将导致相对小的“积分中的移动”。

因此不使用幅值之比(1)，而提出使用所述长度之比。因而作为改进的频率估算我们得到：

式中下标i从算法开始起出现在所有的计算周期上。因此得到作为加速度信号的长度与加速度信号绝对值积分的商的频率。

易于看出，公式(4)与振动开始于正半波还是负半波(a的符号)无关。

并且易于理解，在上面给出的正弦振动的第一半波0＜t＜π/ω期间正好有：

长度(a)＝2a，长度(v)＝v

由此再现了由(1)得出的结果。在这里横线代表a或v的所达到的最小值。

第二半波π/ω＜t＜2π/ω不再有助于(1)，因为在第一半波期间已达到信号及积分的最小值，以及在第二半波中仅还进行至v＝0的反向积分，因此第二半波非常有助于式(4)。如果振动保持谐波的，则在整个周期结束时有：

长度(a)＝4a，长度(v)＝2v

这就是说所述比以及由此所求得的频率都未改变。但如果振动在第二半波中会改变其频率，则这用不同于方法(1)的方法(4)来检测以及导致相应被校正的频率估算。这被表示在图9中。在该例中，信号的第二半波具有与第一半波相同的幅值，但具有更高的频率。但这不影响信号的长度，在该周期结束时有长度(a)＝4a0。而第二半波的更高频率将导致：积分器不会返回到零，而是保持在一个负值-v1上。因此第二半波引起v0-v1的积分器变化。因此积分的长度为：长度(v)＝2v0-v1＜2v0及由此比在振动谐波地延续的情况下小。因此商(4)比商(1)提供了更高的频率估算。

图10中表示频率为100-450Hz的谐波振动的频率估算(4)的结果。这里出现的所求得的频率与精确频率有偏差的原因在于信号处理；在该例中用4.4kHz对传感器进行采样，而分析算法与此不同步地运行在2kHz扫描器中。在相应地高的同步的信号采样及处理的情况下等式(4)将再现精确的频率。

图11表示对于一个给定的汽车平台基于中央仪表-x-传感器对于竞赛类型AZT 16km/h(非触发的维修碰撞)的汽车碰撞相对于对一个可变形障碍物(具有32，40及64km/h的ODB)的40％偏移的碰撞的频率分析。不同碰撞类型在其频率成分上的可分离性被给出。

借助同一方法可用下式来代替公式(2)：

因此得到的频率为加速度信号的绝对值积分与一次积分的绝对值积分的商。

与公式(2)不同地是，该频率估算即使当振动在一个周期后不改变而是继续维持时也还提供正确的结果。然后虽然二次积分及其长度继续增长，但这刚好通过计数器中一次积分的长度的增长得到补偿-所述比及由此频率保持恒定。

在方法(4)及(5)中每一个比代表两个量。在控制器码中这时则提出对这样求得的频率进行阈值询问，例如：

Omega＝分子/分母＜阈值

以以下形式来表达：

分子＜分母*阈值    (6)

由此避免了耗费计算时间的除法。

对于行人保护领域的应用，典型地使用两个或三个加速度传感器。这里出现的难题是：在考虑到各个传感器信号的信号强度的情况下应如何使各个传感器信号的频率彼此组合。在此情况下，对于单独频率，应尽可能地避免在式(4)及(5)中的除法。

这些要求将如下地被满足。在该例中的三个独立的传感器(左，中，右)上使用频率估算(4)首先得到三个单独频率：

现在这样来求三个单独频率的被加权的平均值，即对各个传感器信号根据一次积分的长度来加权。这意味着，具有最大的一次积分长度的传感器被最强地加权。由此来保证：在碰撞行人时离得最近的传感器-该传感器典型地感测到最强的信号-将相应地比其它传感器更强地参与频率估算。借助加权系数

其中下标i及j在这里代表各个传感器，作为总频率则得到：

在所述计数器中所有传感器上的加速度信号的长度被累加，在分母中所有传感器上的一次积分(该一次积分根据(3b)等同于加速度的绝对值积分)的长度被累加。因为式(7)也是一个简单的商，也可以用式(6)在避免除法的情况下来表示一个阈值询问。

类似地，对于三个单独传感器，频率估算(5)得到以下结果：

这里有利地这样来进行被加权的平均，即，对各个传感器根据其二次积分的长度来加权。借助加权系数

则作为总频率得到：

也可以借助该结果以式(6)来表示一个阈值询问。

图12中表示当汽车速度为20km/h时在中间地碰撞到汽车保险杠上的行人腿(小腿碰撞质量13.4kg)的及一个与钢电杆可比拟的质量(12.2kg)的信号。这里两个传感器的基于式(8)的组合的频率分析允许自10ms起可靠地分辨这些物体。

对于行人保护领域中的应用最合适的是：基于公式(4)，(5)，(7)或(8)的阈值询问(6)借助一个阈值来进行，该阈值可根据CAN速度和/或根据识别出的碰撞点和/或根据当前的环境温度来选择。

式(6)的比较可在一个确定的时间窗中用一个恒定的或与时间相关的阈值来进行。

图1表示根据本发明的装置的一个框图。在一个汽车10中在汽车前端示范地安装了四个加速度传感器B1至B4。也可不使用四个加速度传感器而仅使用两个或三个或仅单个加速度传感器。加速度传感器B1至B4例如借助一个微机械单元通过加速度产生电容量的变化，该电容量的变化被放大及被数字化，以传送给控制器ABSG。该控制器ABSG设置在汽车中的中心，但它也可设置在其它部位上。控制器ABSG控制汽车的全部人身保护装置，即行人保护装置和乘员保护装置。为简明起见将不描述控制器ABSG的内部结构。仅要说明的是，在气囊控制器ABSG中可设置固体声传感器K。分析处理电路、例如作为微控制器在气囊控制器ABSG中也可作为用于人身保护装置PS的接口组件及其它的传感器控制电路。

气囊控制装置ABSG根据加速度传感器B1至B4的信号来进行上述的频率分析。借助该频率分析可以识别出碰撞物体，以便由此作出决定：是否应控制人身保护装置PS起作用。人身保护装置PS涉及内部气囊、安全带张紧器及行人保护装置如可提升的前盖和/或外部气囊。

图2a以第一信号流程图表示根据本发明的方法。但示范地这里仅考虑两个加速度传感器B1及B2。加速度传感器B1及B2分别在框20及204中提供它们的信号。然后加速度传感器B1的信号在框21中就信号的相继的值及其差值以绝对值相加。与此并行地，传感器B1的加速度信号在框23中被积分，这就是说也可进行被加权的平均或其它等效形式的积分。并且这里在框24中将相继的值的差值以绝对值相加。然后在框22借助这些信号的长度进行商形成，以便在框25中确定频率。如上所述地，在框201中可由一次积分的值求得用于来自框24中的频率的权重。但也可以进行其它的固定地预先设置的或适应性地作出的加权。这些被加权的频率被输入框203中，该框进行平均值形成。结果就是所述频率。

在信号路径的下半部分中，对于信号B2这也是并行地进行。相继的值彼此相减，在框26中这些差值以绝对值相加。加速度传感器B2的信号在框27中被积分，在这里相继的值的差值然后在框28中也被相加。由此在框29中形成一个商，以便在框200中由此确定出频率。同样地如上所述在框29中示例地由一次积分的值来形成权重，以便将该权重提供给框202中。这里也可以是任何其它的权重，以便使各个传感器的信号在用于频率确定的求平均时被相应地放大或削弱。然后由权重及频率导致被加权的频率，该被加权的频率也参与到平均值形成203中。然后由此求得被加权的平均值。如果仅具有一个传感器，则根据本发明的方法例如在框25中就结束了。则不再需要加权及平均值形成。如果相应地具有多个传感器的更多信号，则重复该信号路径。

图2b表示一个变换的信号流程，在框205中提供传感器B1的加速度信号。该信号例如可已被低通滤波。该信号在框206中就相继的值及这些值的差值以绝对值相加。与此并行地，该信号在框208中被积分及然后在框209中就相继的值及这些值的差值以绝对值相加。如上所述的被以绝对值相加的加速度的和在框207中被相加，在框214中，如上所述的以绝对值相加的被积分的加速度被相加。由此再根据等式(7)，可以在框215中由这两个和值形成一个商，以便由此在框216中确定出频率。因此单独商形成和求平均不再需要。

图3表示根据本发明的方法的一个变型。在框30中产生加速度传感器B1的信号。该信号在框31中被积分。然后在框32中，相继的值的差值被以绝对值相加，其中与此并行地，在框33中被积分的加速度信号再次被积分。并且在这里对相继的值就其差值进行分析及在框34中这些差值被以绝对值相加。由框32及34中被相加的差值及由框35确定出长度，通过商形成在框36中确定出频率。同样地，或由当前的参数或由固定地设定的值在框37中产生权重。由此在框38中确定出被加权的频率。对于相应的其它传感器，在信号39上重复该信号流程。

Claims (14)

1.用于控制人身保护装置(PS)的装置，其中该装置可与一产生一个第一信号的事故传感装置(B1至B4)连接，其特征在于：一分析处理电路的构型使得该分析处理电路根据由所述第一信号导出的一个第二信号的频率(f)来控制所述人身保护装置(PS)，其中，该分析处理电路根据该第二信号的一个第一信号变化曲线的第一长度及该被累加的第二信号的一个第二信号变化曲线的第二长度来确定该频率(f)。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于：所述分析处理电路的构型使得该分析处理电路根据所述第二信号及所述被累加的第二信号的相继的值的当前差的绝对值和来确定所述第一及第二长度。

3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于：所述分析处理电路通过所述第一与第二长度的一商形成来确定所述频率(f)。

4.根据权利要求1至3之一的装置，其特征在于：所述分析处理电路连续地确定所述频率。

5.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于：所述事故传感装置(B1至B4)具有多于一个的事故传感器(B1至B4)，所述分析处理电路对各个故障传感器的所述二个信号的频率加权及求平均。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于：所述分析处理电路根据所述被累加的第二信号的长度进行加权。

7.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于：所述事故传感装置(B1至B4)具有一惯性传感装置、优选一加速度传感装置。

8.根据权利要求1至6之一的装置，其特征在于：所述事故传感装置具有一震动传感装置。

9.用于控制人身保护装置(PS)的方法，其中，一事故传感装置(B1至B4)产生一个第一信号，其特征在于：根据由该第一信号导出的一个第二信号的一频率(f)来控制该人身保护装置(PS)，其中，根据该第二信号的一个第一信号变化曲线的一个第一长度及一被累加的第二信号的一个第二信号变化曲线的所述第二长度来确定该频率(f)。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于：根据所述第二及所述第二被累加的信号的相继的值的当前差的累加来确定所述第一及第二长度。

11.根据权利要求9或10的方法，其特征在于：通过所述第一及第二长度的一商形成来确定所述频率(f)。

12.根据权利要求9至11之一的方法，其特征在于：连续地确定所述频率(f)。

13.根据权利要求9至12之一的方法，其特征在于：在多个事故传感器的情况下，对各个故障传感器的所述第二信号的频率加权及求平均。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于：根据所述被累加的第二信号的长度来进行加权。

Images