CN102139677B - 用于检测车辆后排座位中的乘客的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测车辆后排座位中的乘客的系统和方法，当位于后排座位中的乘客安全装置未被正确地使用时，所述系统向车辆乘员发出警报。通过感测后排中的开关或控制器的任何致动情况并检测由后排乘客发出的声音来确定座位占用情况。处理器接收指示控制器已经被致动的控制活动信号，接收由麦克风产生的音频信号，并使用控制活动信号和音频信号的结合来确定乘客存在。处理器还从乘客安全装置接收指示乘客安全装置未被正确地使用的状态信号。乘员警报装置在处理器确定乘客存在且乘客安全装置未被正确地使用的情况下向乘员发出警报。

Description

用于检测车辆后排座位中的乘客的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种安全带使用情况指示系统，更具体地讲，涉及这样一种系统，该系统监测车辆后排座位(rear seating row)乘客的存在情况，并在位于后排座位中的乘客约束系统未被正确地使用的情况下发出警报。

背景技术

现代汽车通常包括用于车辆前排座位的乘员的安全带使用情况指示系统。如果在汽车运行时前排座位乘员未能正确地系紧他们的安全带，则这些系统将提醒他们。

由于已经认识到所有车辆乘员使用约束带的安全优势，已经提出将安全带使用情况监测的应用扩大到后排座位，以便在位于后排座位中的乘客未使用他/她的约束带的情况下可向车辆乘员(车辆驾驶员和/或车辆乘客)发出警报。

由于只有当后排中的座位被实际占用时这样的警报才是合适和有用的，因此必须提供某种方法来检测位于特定座位中的乘客的存在情况。多种不同类型的座位占用传感器已经被提出。这些传感器包括安装在座位中的压力感测气囊或负载响应电气开关、运用场景识别算法的光学装置以及电容传感器。所有提出的这些装置给车辆增加了相当高的复杂度和费用。

鉴于以上所述，提供一种用于后排的约束带监测系统将会是有利的，该系统能够准确地确定座位占用情况，而几乎无需或无需增加成本和复杂度。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种当位于后排座位中的乘客安全装置未被正确地使用时向车辆驾驶员或其他乘员发出警报的系统，该系统包括：控制器，可由位于后排座位中的乘客致动；麦克风，检测由后排乘客发出的声音；处理器，接收指示控制器已经被致动的控制活动信号以及由麦克风产生的音频信号。处理器利用控制活动信号和音频信号来确定乘客是否存在于后排中，并进一步从乘客安全装置接收指示乘客安全装置未被正确地使用的状态信号。警报装置在处理器确定乘客存在且乘客安全装置未被正确地使用的情况下发出警报。

根据本发明的另一方面，提供一种当位于后排座位中的乘客安全装置未被正确地使用时向车辆乘员发出警报的方法，该方法包括：监测位于后排中的控制器；至少部分基于控制器的多个致动情况来计算控制活动值；感测后排中的声音；计算指示感测到的声音是否包含人的语音的语音输出值；考虑结合控制活动值和语音输出值来确定乘客是否存在于后排座位中；监测乘客安全装置的状态以确定乘客安全装置是否被正确地使用；在乘客存在且乘客安全装置未被正确地使用的情况下向乘员发出警报。

在结合附图阅读下面的说明书之后，由于本发明变得更好理解，所以本发明的其他特点和优点将会被容易地理解。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的系统的示意性表示。

图2是示出根据本发明的实施例的系统的操作的简要(high-level)流程图。

图3是由麦克风输出的音频信号的示例的图形表示。

图4是示出用于本发明的实施例中的数字滤波器的频率响应的曲线图。

图5是根据本发明的实施例的通过离散时间带通滤波器处理之后的图3中示出的输出的背景音乐片段的曲线图。

图6是根据本发明的实施例的通过离散时间带通滤波器处理之后的图3中示出的输出的乘员语音片段的曲线图。

图7是示出图5的背景音乐信号的功率谱密度的曲线图。

图8是示出图6的乘员语音信号的功率谱密度的曲线图。

图9是根据本发明的实施例的从后排活动模块传递到咨询通信模块的信号的示意性表示。

图10是示出不同条件下总的ARA值的示例的曲线图。

具体实施方式

参照附图，具体地讲，参照图1，车辆10包括客舱，该客舱通常可被分成可使用前车门14出入的前排座位12以及可使用后车门18出入的后排座位16。为了描述简要，车辆被示出为只有一排后排座位的四门车辆，但是本发明同样适用于具有任何数量的车门、座位排和座位的车辆。

后排座位16被示出包括横穿车辆的宽度延伸并具有由乘客约束带22限定的左右座位的长座椅(bench seat)20。为了示图简要，在每个座位处仅示出腰式安全带，但也可设置肩式安全带。每个约束带22包括用于围绕乘客将安全带系在其有效位置处的锁扣。每个约束带/锁扣组包括锁扣状态传感器24，以产生指示锁扣处于系紧状态或松开状态的信号。关于锁扣状态开关的其他信息可在第6,501,374号美国专利中找到，其公开的内容通过引用被包含于此。

后排座位16配备有左侧扶手和右侧扶手26、中央扶手28及前中央控制台30。许多机电控制器和开关位于后排中，以由占用后排座位的乘客致动。这样的控制器/开关的示例可包括：例如，位于左侧扶手和右侧扶手26上的门锁致动器32和电动车窗开关34；位于前中央控制台30上的音频娱乐系统控制器36和暖通空调(HVAC)控制器38；位于中央扶手28上的座椅加热器控制器40。视听娱乐控制台42位于前排座椅头枕的后面，以供后排座位中的乘客观看，视听娱乐控制台42包括相关的控制器和开关。还可为视听娱乐控制台42中的一个或两个视听娱乐控制台42设置无线遥控器44。

车门状态开关46与每个车门14、18相关联。车门状态开关46产生指示各个车门14、18处于关闭状态或打开状态的信号。

麦克风48位于客舱内，用于检测由后排乘客发出的语音和/或其他声音。两个麦克风48被示出，一个位于客舱的左侧，另一个位于客舱的右侧。还可设置麦克风48以检测由前排乘员发出的语音和/或其他声音。还可在利用语音识别的语音命令系统和/或免提通信系统中使用一个或多个麦克风48。

如汽车电子领域所熟知的是，来自每个传感器、开关、控制器和/或由开关/控制器操作的系统的电信号被传送到网络通信总线50(例如，举例来说，CAN总线)。为了清楚起见，图1仅示出与网络通信总线50连接的部分组件，但是应该理解的是，所有的相关组件均与总线进行数据通信。

现在参照图2，声信号提取器(ASE)52从网络通信总线50获取由麦克风48产生的声信号，并将该信号传递到后排活动模块(RRAM)54。RRAM 54将特定的滤波和声学特征分析程序(acoustic signature analysis routine)应用于麦克风信号，以识别这些信号何时指示后排乘客的语音。这可通过确定声能级处于具有人的语音特征的基频来实现。

RRAM 54首先应用滑动带通窗口(sliding band pass window)来监测人的语音的特征频带。应用下列形式的离散四阶带通以使低频噪音和高频成分衰减：

$H\left(z\right)=\frac{b\left(z\right)}{a\left(z\right)}=\frac{b_1+b_2{z}^{-1}+b_3{z}^{-2}+b_4{z}^{-3}+b_5{z}^{-4}}{1+a_2{z}^{-1}+a_3{z}^{-2}+a_4{z}^{-3}+a_5{z}^{-4}}---\left(1\right)$

其中，z为离散时间运算的z-变换。

为了进行实时计算，滤波器以下列形式实现：

y(n)＝b(1)x(n)+b(2)x(n-1)+b(3)x(n-2)+b(4)x(n-3)+b(5)x(n-4)-a(2)y(n-1)-a(3)y(n-2)-a(4)y(n-3)-a(5)y(n-4)    (2)

其中，b和a为滤波器的系数，x为输入的麦克风信号，y为输出的滤波后的信号。然后将带通滤波后的后排麦克风信号变换成频域信号：

$X(i+1)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{k+1}{e}^{-2\mathrm{\πj}\frac{\mathrm{ik}}{N}}$ 其中，i＝0...，N-1    (3)

其中，x为在频带内从后排麦克风48获得的滤波后的时域信号，N为采样点的数量。

从下式中得到接收的声能RSE，以对在频带内从后排麦克风48接收的声能进行衡量(通常表示为功率谱密度，PSD)：

${\mathrm{RES}}_{(\mathrm{freq}\_\mathrm{band})}=\frac{1}{n}{\left|X\right|}^2---\left(4\right)$

图3是示出来自检测后排中的声音的麦克风的信号的时域响应的曲线图。在曲线图的由A指示的部分中，麦克风检测到伴随着来自车辆娱乐系统的音乐的乘员语音。在B部分中没有乘员语音，麦克风仅检测到背景音乐。

图4示出在等式(1)和(2)中描述的类型的合适的(tailored)带通滤波器的脉冲响应。频率范围主要在100Hz至3500Hz之间。为了提取声学特征，应用滑动窗口带通响应滤波器(sliding window band-pass response filter)。

图5和图6分别示出了B部分(背景音乐(无语音))和A部分(语音和背景音乐)离散时间滤波后的时域信号。图7和图8示出这两种条件下相应的频率响应(功率谱密度)。

语音输出值V由下式给出：

其中，RSE_T是针对后排语音检测所选的阈值。

如图8中所示，在乘客讲话时出现的相对高的总能级导致计算出的V的值等于1(见等式(5))。相反，在图7中示出的无语音的情况下得到的V的值为0。

将得到的语音输出值V发送到咨询通信模块(ACM)56。如图9中所示，ACM 56还接收控制活动信号，该信号指示可供后排中的乘客使用的任一开关、控制器和/或系统的操作。这样的开关、控制器和/或系统的示例在上面与图1相关的描述中已给出。控制活动信号仅需指示相关开关、控制器或系统的某些致动或操作已经发生，并还可指示或可不指示受控系统的实际状态(开/关、低/中/高、打开/关闭等)。任一后排开关/控制器/系统的致动被称为“事件(event)”，每个事件作为后排中一个或多个乘客的存在情况的指示。RRAM54追踪控制活动信号及其持续时间，并在将该信号转发到ACM 56之前执行信号完整性检查。

ACM 56计算总的后排座位活动值(ARA_value)，ARA_value由下式给出：

$\mathrm{ARA}\_\mathrm{value}={\mathrm{Vw}}_v+\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_n{w}_n---\left(6\right)$

max(ARA_value)＝1.0    (7)

其中，V为语音输出值，P为控制活动值。权重w_v和w_n为基于规则的自适应增益，并可基于后排座位活动的性质和/或水平。N为检测到的后排控制活动/操作(事件)的数量。

如果按照等式(6)计算出的总的后排座位活动值大于限定的阈值，且后排座位约束带22未被正确地系紧，则将警告(recommendation)发送到驾驶员通信接口(DCI)58，以向驾驶员发出警报。如果语音输出值低或未得到，则需要提供更多的后排座位活动事件来满足警告驾驶员所需的阈值。

由DCI 58产生的警报可包括音频、语音、视觉或触觉刺激中的任何类型(或某些类型的组合)，以将一个或多个后排乘客没有系紧她/他的约束带的可能性有效地传送给车辆驾驶员或其他乘员。车辆性能输入(例如，当前车速)也可用来确定何时/是否产生乘员警报。例如，如果车辆是静止的或者以比相对低的阈值速度低的速度行进，则乘员警报可被禁止。

图10是针对语音输出值V且在后排控制活动事件为三个(N＝3)的条件下总的后排座位活动值计算的图例。已选阈值为0.6，从而当总的后排座位活动值等于或大于该阈值时向乘员发出警报。根据各个车主/车辆操作者的需要/要求，阈值可以是固定不变的或者可以是可变的。

如果车辆在设定的时间段内行进时后排乘客松开约束带，则可向乘员发出警报。追踪乘客对警报的反应，如果在发出警报后的设定的时间段之后没有重新系紧约束带，则警报终止。

如果锁扣状态传感器24在任何时候指示约束带已被系紧，则终止乘员警报。车辆乘员可以(例如)通过操作开关或者在车辆配备有语音识别系统的情况下通过传递语音命令使乘员警报终止。如果后排座位约束带保持松开的状态，则可以以紧急的方式逐步增强乘员警报(频率、音量等)。如果在一定的时间段之后安全带锁扣仍保持松开的状态，则可终止乘员警报。

已经以说明性的方式描述了本发明。应该理解的是，使用的术语本质上意在成为描述性文字而非限制性的文字。

根据上述教导，可对本发明进行多种修改和改变。因此，在权利要求的范围之内，可以以与具体描述的方式不同的方式来实施本发明。

Claims (19)

1.一种用于当位于后排中的乘客安全装置未被正确地使用时向车辆乘员发出警报的系统，所述系统包括：

至少一个控制器，能够由位于后排中的乘客致动；

至少一个麦克风，设置在车辆内并检测由位于后排中的乘客发出的声音；

处理器，接收指示所述至少一个控制器已经被致动的控制活动信号，至少部分基于所述至少一个控制器的多个致动情况来计算控制活动值，接收由麦克风产生的音频信号，利用控制活动值和音频信号来确定乘客的存在，并从乘客安全装置接收指示乘客安全装置未被正确地使用的状态信号；

警报装置，在处理器确定乘客存在且乘客安全装置未被正确地使用的情况下发出警报,

其中，所述至少一个控制器包括机电控制器、开关或无线遥控单元。

2.如权利要求1所述的系统，其中，处理器将滑动带通滤波器应用于音频信号，以提取人的语音的声学特征。

3.如权利要求2所述的系统，其中，处理器通过计算声能级处于人的语音的特征频带中来识别人的语音。

4.如权利要求1所述的系统，其中，处理器通过将基于规则的自适应增益应用于从控制活动信号得到的值来计算控制活动值。

5.如权利要求4所述的系统，其中，处理器计算总的后排活动值，其中，控制活动值与语音输出值相结合，语音输出值至少部分取决于在后排中感测到的声音的声能级。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个麦克风用作车辆乘员通信系统的组件。

7.如权利要求1所述的系统，其中，乘客安全装置为安全带，状态信号指示安全带是否系紧。

8.如权利要求1所述的系统，还包括至少一个车门传感器，所述至少一个车门传感器监测车辆的至少一个车门的打开/关闭状态，并产生与所述打开/关闭状态相关的信号，处理器还被配置成使用所述打开/关闭状态来确定是否激活警报装置。

9.一种用于当位于后排中的乘客安全装置未被正确地使用时向车辆乘员发出警报的方法，所述方法包括：

监测位于车辆后排中的控制器，以检测所述控制器的致动情况；

至少部分基于所述控制器的多个致动情况来计算控制活动值；

检测后排中的声音；

基于控制活动值和在后排中检测到的声音来确定后排的占用情况；

监测乘客安全装置；

在后排被占用且监测结果指示乘客安全装置未被正确地使用的情况下发出警报,

其中，所述至少一个控制器包括机电控制器、开关或无线遥控单元。

10.如权利要求9所述的方法，其中，确定占用情况的步骤包括计算语音输出值，所述语音输出值指示检测到的声音是否包括人的语音。

11.如权利要求10所述的方法，其中，计算语音输出值包括确定检测到的声音的声能级。

12.如权利要求10所述的方法，其中，计算语音输出值包括应用滑动带通滤波器，以识别具有人的语音的基频特征的声音。

13.如权利要求9所述的方法，其中，检测声音的步骤由至少一个麦克风执行，所述至少一个麦克风用作车辆乘员通信系统的组件。

14.如权利要求9所述的方法，还包括：

监测车辆的至少一个车门的打开/关闭状态；

对与所述打开/关闭状态相关的信号进行处理，以确定是否向乘员发出警报。

15.如权利要求9所述的方法，其中，发出警报的步骤包括产生音频、语音、视觉和触觉刺激中的至少一种。

16.一种用于当位于后排中的乘客安全装置未被正确地使用时向车辆乘员发出警报的方法，所述方法包括：

监测位于后排中的至少一个控制器；

至少部分基于所述至少一个控制器的多个致动情况来计算控制活动值；

感测后排中的声音；

计算语音输出值，所述语音输出值指示感测到的声音是否包括人的语音；

考虑结合控制活动值和语音输出值来确定乘客是否存在于后排中；

监测乘客安全装置的状态以确定乘客安全装置是否被正确地使用；

在乘客存在且乘客安全装置未被正确地使用的情况下向乘员发出警报,

其中，所述至少一个控制器包括机电控制器、开关或无线遥控单元。

17.如权利要求16所述的方法，其中，计算语音输出值包括确定在后排中感测到的声音的声能级。

18.如权利要求16所述的方法，其中，计算语音输出值包括应用滑动带通滤波器，以识别具有人的语音的基频特征的声音。

19.如权利要求16所述的方法，其中，计算控制活动值的步骤包括将基于规则的自适应增益应用于控制活动值。