CN102056774B - 通过加速度信号和固体声信号确定事故严重程度评判标准的方法 - Google Patents

Abstract

这里介绍一种通过加速度信号和固体声信号确定事故严重程度评判标准的方法，在这种方法中检测加速度信号值的边沿方向。如果加速度信号值的边沿下降，对此时出现的固体声信号进行分析计算，特别是求积分计算，并从中推导出事故严重程度评判标准。所述事故严重程度评判标准可直接用于触发保护装置或结合其他评判标准触发保护装置。

Description

通过加速度信号和固体声信号确定事故严重程度评判标准的方法

技术领域

本发明涉及一种通过加速度信号和固体声信号确定事故严重程度评判标准的方法。

背景技术

为了能在撞车情况下有效保护车内乘客以及其他交通参与者，快速、可靠地检测碰撞，并正确评估事故严重程度是必需的评估。传感器技术应在尽可能短的时间内识别碰撞，但另一方面，只有事故的严重性达到一定程度时，才能让传感器触发对车内乘客以及其他交通参与者的保护装置，因为在很多情况下不采取进一步措施对保护装置无法复位。震动、碰撞路边石、用锤子或碎石打击车辆外壳，首先也会表现出相当明显的振幅，但这种情况不允许触发保护装置。

为此，几十年来，对碰撞时产生的低频、对着行驶方向的加速度，即所谓的延迟进行了分析处理；这种延迟的积分在很大程度上说明碰撞中的速度下降。但由于车辆的安全碰撞变形区，碰撞时车内出现的加速度信号明显延迟。由车辆内部转移到边缘区域的加速度传感器—即所谓的电极捕捉器、前端传感器或侧面辅助传感器，尽管可对相应的碰撞区明显较早地作出反应，但始终只能在局部发挥作用因此必须安装较多的数量，而这又明显提高了成本费用。

因此，近年来，人们积极致力于研究替代传感器方案的使用。这些替代方案中特别注意了碰撞时车身的高频振动，即所谓的固体声。如果加速度传感器对高频振动也足够灵敏，那么除了低频加速度信号外，加速度传感器也可同时探测重叠的高频固体声信号。

固体声是由于力作用于车身时产生的振动而形成的，在此，固体声既对塑性变形也对弹性变形作出反应，并显示了明显更快的信号传播速度，因此可更早识别碰撞。另一方面，即使在通常不触发保护装置的情况下，固体声信号也会以明显的强度出现，这样，在此基础上就很难可靠地判断事故严重程度。

发明内容

因此，本发明的任务是，提出一种通过加速度信号和固体声信号确定事故严重程度评判标准的合适方法，该方法一方面要能对碰撞提早进行评估，另一方面要能针对不触发保护装置的情况对碰撞进行安全可靠的评估。

这一任务是通过具有以下技术特征的借助于加速度信号和固体声信号确定事故严重程度评判标准的方法加以解决的，即：在所述方法中，检测所述加速度信号的值的边沿方向，对于所述事故严重程度评判标准，只有当所述加速度信号的值的边沿下降时，才对所述固体声信号进行分析计算，并从中推导出事故严重程度评判标准。

本发明的主要思想是，发生严重事故时车身会明显出现巨大的塑性变形。发生这些变形时，加速度信号中出现局部边沿换向，也就是说，在一定持续时间内，由于车身部件变形，所述延迟会变得较小。在此出现的固体声信号对事故严重程度尤其重要。

为了确定事故严重程度评判标准，在加速度信号量的下降边沿分析计算此时出现的固体声信号和/或加速度信号，并从中推导出事故严重程度评判标准。通过生成量值，仅对没有正负号的信号振幅加以注意。通常，在被动安全范围内加速度信号在行驶方向的正加速度下，被赋予一个负振幅。因此，下降的信号沿相当于数学意义上的负边沿方向。但如果在行驶方向正向加速度时，给加速度信号赋予一个正振幅，那么在延迟中，下降的信号边沿相当于整个负区域内、数学意义上加速度信号的正边沿方向。为避免这种下降差异，定义了相对加速度信号值的信号边沿，但这最后描述的分别是相同的阶段。

这一事故评判标准可根据车辆本身的要求单独触发相关保护装置，或者还可根据其他标准的存在而触发保护装置。

对于本方法和这类事故严重程度评判标准，仅在规定的边沿方向期间对固体声信号进行分析计算，比如求积分。但这并不排除，为了其他触发标准，也对另外的固体声信号或加速度信号区域进行分析计算，例如可在所有时间范围内进行分析计算。

优选的，对于存在加速度信号的预定边沿方向的持续时间，分析计算固体声信号的强度，尤其是通过固体声信号的振幅值确定积分，也就是说确定这一持续时间内采样值的总和。在本发明的一个设计方案中，在规定的边沿方向期间把积分与阈值进行比较，一旦超过阈值，本事故严重程度评判标准设定到触发判定。在一个实施例中补充规定，这一积分通过有规定边沿方向的多个区间计算确定，在此情况下，如果规定的边沿方向消失，则停止求积分，算出的积分值根据规定的减少过程逐步减少，如果规定的边沿方向重新出现，对在减少过程中相应减少的积分值继续求积分。在整个碰撞过程中增加的加速度变化曲线中各局部下降边沿的强度，与总的加速度相比其实很小，但指明固体声主要由车身部件的塑性变形引起的相应时间区域，因此对事故严重程度非常重要。

优选的，只有当超过加速度的最小值时，才开始确定这一事故严重程度标准，因此在振动较小时不必进一步评估加速度和固体声。优选的，从相续的加速度值之差中识别边沿方向，只有当差值超过规定的阈值时，才将边沿方向变化识别为边沿方向。这会导致某种程度的平滑修正，并且总的来说能更可靠地识别边沿方向，并且不对每个最小的变化作出反应。

在一种替代性的结构形式中，先说明固体声信号的测量以及与最小阈值的比较，也就是说，将固体声信号与最小阈值进行比较，只有在一方面固体声信号超过最小阈值，另一方面加速度信号值的边沿处于下降势态时，才进行分析计算。如果这在要实施比较的顺序方面与前面所述的方法有差异，那么尽管这种结构在此作为第二步骤进行检验，它也同样显示了加速度值下降边沿的基本考虑。

附图说明

下面根据实施例，借助图形对本发明进行详细解释。以下对具有相同功能的部件和/或相同部件可标注相同的参考数字。尺寸说明以及具体时刻的具体数值根据各种不同车辆类型确定，它纯粹只是一种示例，对本发明没有限制。

下图分别显示

图1：在碰撞开始阶段的时间范围内，力、加速度和固体声的变化曲线

图2：可变形车身部件对力变化曲线的影响

图3：举例说明用于触发场面以及不触发测试的加速度和固体声

图4：举例说明替代算法设计中，用于触发场面以及不触发测试的加速度和固体声

图5：取消规定的边沿方向后，带有计数器读数下降示意图的固体声积分计数器的变化曲线

图6：以本发明事故严重程度评判标准为基础的触发示意图举例

图7：一种车内保护系统的方框结构。

具体实施方式

图1举例说明在一碰撞中，作用于车上的力、此时车上可测得的加速度以及产生的固体声的变化曲线。在这里作用力F和加速度G的方向从行驶方向上看是正的，也就是说，碰撞中的振幅相应是负的。

其中时间范围T0代表与变形部件的初次接触。众所周知，这一时间范围已在加速度和固体声中产生明显的振幅，但对严重碰撞还不重要。

但在时间范围T1、T2和T3中，出现了加速度值的局部下降。尽管与加速度的绝对值相比，这一下降相当小，更不适用于单独进行求值计算，但可对它进行测量。此下降是由于车身中定义的碰撞变形区的塑性变形引起的。同时，图2以一连线简要说明带有规定皱褶位置(材料中的凹口)部件中的变化曲线，虚线表明没有这类规定皱褶位置情况下的变化曲线。这些皱褶位置明显导致第一作用力最大值的显著下降。

如果现在再来观察图1中固体声CISS的振幅值变化曲线，那么很明显，固体声已早就具有第一个明显的振幅。但这些振幅还不能明确地被归为严重事故，因为它们仅描述加速度下也应清楚看到的初次碰撞。只有在这之后才开始发生变形，该变形对触发保护装置才有实际意义。

相反，如果计算加速度信号值下降边沿期间出现的固体声信号，那么可从中推导出事故严重程度的评判标准。上述情况下，优选的确定连续加速度值的差异，并且当差值超越规定阈值时，从中识别边沿的方向变化。因此时间窗口T1、T2和T3在此实施例中开始和结束比加速度信号变化曲线略微延迟。但对此事故严重程度的评判标准，仅在这些时间窗口中进行固体声信号的分析计算，尤其是求积分。

在有规定边沿方向的持续时间内，即在T1、T2和T3期间计算固体声信号的强度，比如通过固体声信号振幅值确定积分，其中，在有数字化固体声信号值的情况下，可通过数值相加求积分。在规定的边沿方向期间将积分与阈值进行比较，当积分超过本事故严重程度评判标准的阈值时，设定到触发判定。

其中，在此最终的触发判定当然还可取决于其他参数。但尤其优选的是在有规定边沿方向的多个区间内确定积分，在此情况下，规定的边沿方向消失时，停止求积分，计算出的积分值按规定的减少过程逐步减少，如果重新出现规定的边沿方向，对在减少过程中相应减少的积分值继续求积分。

如果在时间间隔T1和T2中固体声信号本身还太小，不可能超过阈值，那么这已在一定程度上有助于增加积分值。采用不同类型车辆进行的试验表明，严重碰撞的早期时间点已出现相对较大的时间间隔，该时间间隔中具有从数值上看加速度信号下降的边沿，在此加速度信号中可测得极高的固体声信号强度，从而尤其能通过优选的求积分，及早、可靠地作出触发判定。

图3a和图3b的比较更清楚地显示了本方法的特征。图3a说明了每小时64公里的速度下所谓的偏置变形障碍碰撞测试(ODB试验)，这种碰撞测试是普通碰撞测试的组成部分并定义了一种要求触发的碰撞，但这种碰撞会给常规的、纯粹以加速度为基础的保护系统带来问题，因为首次接触后，两个碰撞对象的变形区发生皱褶变形，由此明显延迟了加速度的急剧增加。但可清楚看到，在碰撞变形区皱褶变形阶段中，具有高强度的固体声信号，因为正是碰撞变形区的变形导致相应材料的剧烈振动。

相反，图3b中可看到所谓的安联技术中心试验(AZT试验)，这是通过安联技术中心定义的、仅以每小时16公里的速度与硬障碍物的碰撞试验，此碰撞显示了典型的停车场事故或可比拟的不触发情况的特征，如上所述可见，无论是加速度G还是固体声CISS首先以很快的速度明显增加，使得在此阶段几乎不可能区分触发情形。但是如果观察到加速度信号边沿下降的时间范围，此处再以虚线将其标记为时间窗口，那么可以看到，固体声信号在这一时间窗口的下降明显更快，时间窗口明显较短，这就导致了总的来说一个更低的事故严重程度总值。正是通过在所述加速度边沿下降期间对固体声信号值的积分计算，可得出对事故严重程度特别重要的评判标准。必须说明的是，这两种情况都明显处于一个特定的时间范围之前；在这一特定时间范围中，传统的、纯粹以加速度为基础的算法能够安全可靠地做出触发判定。

图4a和4b显示应用于这两种典型碰撞情况的分析计算替代方法。在这种算法中，还附加将固体声信号与最小阈值进行比较，作为纯粹的范例，我们在此把最小阈值设为20。尽管固体声信号超过这一最小阈值，但只有当另一方面加速度信号值的边沿下降时，才能开始对固体声信号或加速度信号进行分析计算，尤其是求积分。尽管加速度信号值的边沿在算法的时间顺序中处于第二位，但这一边沿条件还是必须重新满足。根据图4中的示例，借助这两种情况更清楚表明，通过边沿评判标准，可将固体声信号的分析计算非常好地限制在典型的事故严重程度范围内。另一方面，明确的是，当固体声信号达到相应强度时，也可在加速信号的下降边沿内对加速度信号进行实质性分析计算。也就是说，作为固体声信号值的求积分替代方法，也可在加速度信号的下降边沿内对加速度信号进行求积分计算，或确定下降边沿的持续时间，并作为事故严重程度的评判标准加以考虑。在严重事故以及塑性变形中，尽管加速度的最大值总的来说大小相似，但下降边沿的持续时间明显比弹性碰撞或振动时的持续时间更长。因此，无论是通过持续时间还是对加速度信号求积分的分析计算，最后所利用的是与固体声分析计算时相同的基本效应。相对于不依赖边沿方向对加速度求积分的传统加速度算法，这种对信号下降边沿的分析计算方法也显示出了自己的优势：本方法专门针对这一变形现象，因而可更灵敏地加以设计，例如用来降低传统的加速度阈值。但在进行这种加速度下降边沿的分析计算时，需要固体声信号，以识别存在的严重事故，因为就是在完全不严重的交通状况或不触发情况下，也始终会出现加速度的下降边沿。

图5还以简图形式对固体声积分计数器，尤其是达到的积分值在时间段内逐步下降的情况进行了说明。这样，在有规定边沿方向的多个区间内进行求积分计算，在此情况下，如果规定的边沿方向消失，则会停止求积分，求得的积分值按规定的减少过程以Δ为步距逐步减少，其中，每一步的时间间隔和强度按各车辆的情况具体确定。

如果规定的边沿方向重新出现，对在减少过程中相应减少的积分值继续求积分。由此，在加速度下降边沿的多个较短时间间隔中，剧烈的固体声也会引发达到触发阈值的情况。

图6说明了整个触发算法的示例。首先规定了带有第一个加速度阈值(加速度判定标准1)的引发区域，只有超越这一阈值，才开始所有其他的分析计算。根据本发明会产生一个加速度信号的边沿识别，并在加速度信号值的下降边沿时间范围内对固体声信号求积分以及与阈值比较。如果比较结果超过阈值，则会设定事故严重程度的评判标准。为了确保以固体声信号为基础的触发判定，还要检测加速度评判标准5。众所周知，也可使用从加速度中推导出的参数，尤其是总积分、时间窗口积分或某一时间窗口内的平均加速度值作为加速度的评判标准，在此情况下，对以固体声信号为基础的触发路径来说，该加速度的评判标准5可能明显小于传统的、纯粹以加速度为基础的算法。

另外，根据客户需要，还规定了纯粹以加速度为基础的冗余触发路径，该路径具有多个以加速度为基础的评判标准2至4，它也可独立导致触发。这样就保证了即使在固体声信号传感器出现故障情况下仍可触发相应的保护装置。

图7再次以简图方式说明实施本方法的保护系统实施例。所述保护系统配置了拥有多个加速度(G(X、Y、Z))和固体声(CISS)用传感器的控制装置ECU，这些传感器可布置在控制装置内部或外部。尤其是也可配置一个共用的、具有相应带宽的固体声和加速度传感器，该传感器提供两个信号分量。从加速度信号中，在ECU内根据软件和硬件提供一系列加速度的评判标准，其中尤其包括用于起动和停止固体声信号求积分的边沿变换。如果作出触发判定，则会通过点火最终阶段对保护装置RS进行控制。

Claims (10)

1.一种借助于加速度信号和固体声信号确定事故严重程度评判标准的方法，在所述方法中，检测所述加速度信号的值的边沿方向，其特征在于，对于所述事故严重程度评判标准，只有当所述加速度信号的值的边沿下降时，才对所述固体声信号进行分析计算，并从中推导出事故严重程度评判标准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于存在预定边沿方向的持续时间，计算所述固体声信号的强度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述预定边沿方向期间对所述固体声信号的振幅值求积分。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将在所述预定边沿方向期间的积分与阈值进行比较，并在超过所述阈值时将所述事故严重程度评判标准设置为触发判定。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在具有所述预定边沿方向的多个区间内求积分，在此，如果所述预定边沿方向消失，则停止求积分，且求得的积分值根据预定的减小过程逐步减小，并且如果所述预定边沿方向重新出现，则对在所述减小过程中相应减小的积分值继续求积分。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于，只有在超过加速度最小值时，才开始确定所述事故严重程度评判标准。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，从连续加速度值的差异中识别所述边沿方向，并且当差值超过规定阈值时，识别边沿方向变化。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，将所述固体声信号与最小阈值进行比较，并且只有当一方面所述固体声信号超过所述最小阈值，另一方面加速度信号的值的边沿下降时，才对所述固体声信号进行分析计算。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，将所述固体声信号与最小阈值进行比较，并且只有当一方面所述固体声信号超过所述最小阈值，另一方面加速度信号的值的边沿下降时，才对所述加速度信号进行分析计算。

10.用于触发汽车中保护装置的控制设备，被设计为执行按照权利要求1至9中任意一项所述的方法。

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