CN103158657A - 用于估算实时车辆碰撞参数的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆安全系统，更具体地，涉及确定车辆的实时碰撞参数的方法。估算实时车辆碰撞参数的方法，该方法确定内部车辆碰撞参数，包括确定涉及碰撞参数的与车辆有关的输入；通过将与车辆有关的输入与预定的碰撞参数进行比较来计算实时与车辆有关的碰撞参数；以及确定与乘员有关的碰撞参数；确定外部碰撞参数，包括获得涉及附近的车辆的信息；获得涉及附近的基础设施的信息；以及计算与附近的车辆或基础设施碰撞的可能性；以及根据碰撞对抗措施应用的可行性来确定减轻乘员损伤和车辆损毁的适当措施。

Description

用于估算实时车辆碰撞参数的方法和系统

技术领域

本发明总体上涉及车辆安全系统，并且更具体地，涉及用于提高车辆及其乘员的碰撞存活率的方法。 

背景技术

为了使车辆安全系统适应于对不同的乘员和碰撞模式做出反应，该系统变得愈加复杂。例如，安全气囊排气和充气被控制在各种水平上，并且与其他约束对抗措施如座椅安全带预张紧、负载限制、座椅、转向柱等协调地调节，以调整系统对于已知碰撞情况做出的反应。这些情况包括乘员质量、座椅安全带使用、乘员位置等等。该信息最好在碰撞之前识别时使用，此时可以为预期的碰撞情况特别调节约束系统变量。 

典型的传感器检测内部和外部与碰撞有关的因素。至于车辆本身，制造商例行地确定车辆信息，如重量、轴距、宽度、车身样式等等，并且这种信息对于车载处理器典型地可用。此外，具有这种安全系统的车辆可以确定乘员特点，如座椅安全带使用、位置、重量等等。此外，已知的预碰撞传感器和相关联的处理器可以估算与预期的碰撞相关的因素，如撞击的时间、碰撞的类型(完全正面或部分的)，以及外部物体的分类，如人、小型汽车、卡车等。然而，为了最优保护，车辆安全系统应当提供关于碰撞物体特性的附加信息。对于预碰撞传感器来说，空载的小型运货汽车和满载的小型运货汽车的后面看起来是相似的物体，但是可以直观地理解，它们具有截然不同的碰撞特性。因此，尽管车辆对车辆以及车辆对基础设施的讯息可以提供车辆或基础设施物体的基础碰撞特性，也需要附加信 息。然而，即使根据附加的外部信息，也没有信息可用来表示实时车辆参数与制造的值有多大差别。 

因此，仍然需要提供一种可以根据实时车辆信息识别并起作用的系统来提高碰撞存活率。 

发明内容

本发明克服了现有技术的缺点并通过给出如下面说明中所描述的方法和系统提供了额外的优势。 

在一个非限制的示例性方面，提供了估算实时车辆碰撞参数的方法。估算实时车辆碰撞参数的方法，该方法包含确定内部车辆碰撞参数，其包括确定涉及碰撞参数的与车辆有关的输入；通过将与车辆有关的输入与预定的碰撞参数进行比较来计算实时的与车辆有关的碰撞参数；以及确定与乘员有关的碰撞参数。该方法还包含确定外部碰撞参数，其包括获得涉及附近车辆的信息；获得涉及附近的基础设施的信息；以及计算与附近的车辆或基础设施碰撞的可能性。 

在一个实施例中，该方法还包含根据碰撞对抗措施应用的可行性确定用于减轻乘员损伤和车辆损毁的适当措施。 

在一个实施例中，与车辆有关的输入为车辆负载状态和滚动半径。 

在一个实施例中，使用关于由车辆的轮胎压力监测系统所测量的每个轮胎的压力和平均轮胎压力中的至少一个信息来确定车辆负载状态。 

在一个实施例中，使用由车辆的防抱死制动系统所测量的车辆负载状态来确定滚动半径。 

在一个实施例中，估算的碰撞参数被传播至中央服务器。 

在一个实施例中，车辆选自包含运动车辆、非运动车辆、有对抗措施车辆(countermeasure vehicle)、无对抗措施车辆(non-countermeasure vehicle)及其组合的群组。 

在一个实施例中，提供了一种用于估算实时车辆碰撞参数的系统，该系统包含用于确定内部车辆碰撞参数的装置，其包括使用与车辆有关的输入来确定车辆负载状态的轮胎压力监测系统；配置为基于确定的车辆负载状态来计算车辆滚动半径的防抱死制动系统。该系统还包含，用于通过将与车辆有关的输入与预定的碰撞参数进行比较来计算实时的与车辆有关的碰撞参数的电子控制单元；乘员识别器，用以确定与乘员有关的碰撞参数；用于确定外部碰撞参数的装置，其包括GPS传感器和预碰撞感应设备中的至少一种以获得涉及附近的车辆和附近的基础设施的信息，其中预碰撞感应设备计算与附近的车辆和基础设施中的至少一种碰撞的可能性；可连接至轮胎压力监测系统、防抱死制动系统、乘员识别器、GPS传感器以及预碰撞感应设备的计算单元，用以接收相应的信息并处理接收的信息以估算车辆碰撞参数。 

在一个实施例中，该系统还包含可连接至计算装置的约束装置，其用于接收估算的碰撞参数以根据碰撞对抗措施应用的可行性来确定减轻乘员损伤和车辆损毁的适当措施。 

在一个实施例中，一种包含用于估算实时车辆碰撞参数的系统的车辆，该系统包含用于确定内部车辆碰撞参数的装置，其包括使用与车辆有关的输入来确定车辆负载状态的轮胎压力监测系统；配置为基于确定的车辆负载状态来计算车辆滚动半径的防抱死制动系统。该系统还包含，用于通过将与车辆有关的输入与预定的碰撞参数进行比较来计算实时的与车辆有关的碰撞参数的电子控制单元；乘员识别器，用以确定与乘员有关的碰撞参数；用于确定外部碰撞参数的装置，其包括GPS传感器和预碰撞感应设备中的至少一种以获得涉及附近的车辆和附近的基础设施的信息，其中预碰撞感应设备计算与附近的车辆和基础设施中的至少一种碰撞的可能性；可连接至轮胎压力监测系统、防抱死制动系统、乘员识别器、GPS传感器以及预碰撞感应设备的计算单元，用以接收相应的信息并处理接收的信息以估算车辆碰撞参数。 

前述发明内容只是说明性的并且不受任何方式的限制。除了上文所述的说明性的方面、实施例和特征，其他的方面、实施例和特征将通过引用 附图和下面详细的说明而变得显而易见。 

附图说明

本发明的新颖特征和特性在权利要求中列出。然而，本发明本身以及其使用的优选模式、其他目标和优势，通过参考下面的说明性实施例详细的说明并结合附图可以更好地理解。现在仅仅通过示例的方式，参考附图说明一个或多个实施例，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中： 

图1A是根据本发明一实施例的说明确定用于计算车辆负载状态的平均轮胎压力的方法的流程图。 

图1B是根据本发明一实施例的说明用于估算实时车辆碰撞参数的方法的流程图。 

图1C是根据本发明一实施例的说明用于确定与附近车辆或基础设施碰撞的可能性的过程的流程图。 

图1D是根据本发明一实施例的说明用于估算乘员损伤和车辆损毁减轻的方法的流程图。 

图1E是根据本发明另一实施例的基于碰撞对抗措施应用的可行性来确定乘员损伤信息的方法的流程图。 

图1F是根据本发明另一实施例的说明用于确定乘员损伤信息的进一步方法的流程图。 

图1G是根据本发明一实施例的用于确定乘员损伤信息的方法的流程图。 

图2是根据本发明的用于估算车辆的碰撞参数的系统的示例性框图。 

图3表示碰撞严重程度相对于物体类型的示例性图表。 

具体实施方式

实施例

尽管主要以乘用车辆说明了的本发明的各种实施例，但是所公开的方法也同样适用于广泛的控制问题。总体上，本发明可以适用于控制问题，其中可能的物理系统(如车辆、乘员和姿势)的范围较窄；需要特别响应的可能事件(碰撞情形)的范围也较窄并且具有较短的瞬态特性；并且物理系统的复杂性高到足以使确定性的状态估测不能实行。术语“较窄”仅仅意味着其可以用概率密度函数表达。 

这种问题的一个实例是用于工业机械的故障事件控制器。例如，其总体上可以指机械故障检测以及选择“最好的”缓解动作。因此，应当理解，各种实施例都适用于乘员约束装置之外的领域。 

还应当理解，各种实施例不仅仅适用于“正面车辆碰撞”。本发明适用于任何一般的“车辆碰撞”，例如在不同的碰撞情形(如侧撞击、后撞击、翻车等等)中应用算法、方法和系统。 

图1A是根据本发明一实施例的说明用于确定内部车辆信息的过程的示例性流程图。车辆的内部信息包括车辆说明书中所提供的初始信息，以及由传感器设备收集的动态信息。初始信息包括从车辆数据和下文详细说明的感应系统收集的车身样式、安全容量和轮胎/车轮参数。动态数据包括车辆轮胎压力监测系统、防抱死制动系统、预碰撞感应设备等等。 

在步骤101，初始信息由电子控制单元(ECU)读取，其充当车载处理器。如果点火开启，则在步骤102，ECU从任何用于保存车辆信息的存储位置读取车辆轮胎和设计参数。使用此信息，在步骤103重置或标准化所有可变值。测量循环在步骤104开始，其中相对预置标准检测循环反复的次数(步骤104)，并且收集给定数量的样本。在每个循环反复的过程中，关于每个轮胎的压力和旋转次数的信息在步骤105和106分别被实时收集。其他车辆系统，尤其是轮胎压力监测系统和防抱死制动系统(ABS)理所当然地收集此信息，因此不需要执行特定测量来获得此信息。在没有那些系统的情况下，本领域技术人员可以容易地执行系统以感应并储存此数据。 

图1B是说明开始于图1A中的方法的延续的流程图，这是通过估算实时车辆碰撞参数实现的。在这里，收集并储存关于车辆负载状态的实时状态及其乘员的数据。在步骤201，确定车辆在给定时间段中所行驶的在步骤104中被监控的距离。例如，该信息可以从车载GPS系统，或者从预碰撞感应系统，或者车辆到基础设施等等中获得。 

接着，在步骤202，可以通过利用给定轮胎的滚动半径、负载和轮胎压力之间存在的已知关系来确定车辆负载状态。使用在步骤106中所确定的每个轮胎的旋转的次数并将其与步骤201中所行驶的距离进行比较，可以确定轮胎的滚动半径。知道这个以及在步骤105中所获得的轮胎压力，就可以通过方程式或查找表来确定轮胎的实际负载状态。为了减小轮胎压力变化的影响，可以使用多个数据样本考虑每个单独的轮胎负载状态的平均值。然而，可以确定每个轮胎精确的轮胎压力以计算车辆负载状态。因此，用于确定车辆负载状态所计算的平均轮胎压力不应视为对如本发明中所公开的技术的限制。 

接下来，在步骤203获得位于座椅上的车辆乘员和货物信息。术语“乘员”，指的是任何生物，不论是车辆内的人还是其他动物，并且货物可以指车辆内的其他物品。位于座椅上的货物和乘员信息可以使用乘员识别器、读取可用的与乘客相关的数据如座椅板压力测量、座椅安全带抽出以及座椅位置的装置来确定。处理器分析实时感应的数据并将其与之前收集的数据进行比较以形成最可能的乘员数量和位置的概率评估。 

使用之前由步骤102、203和204所确定的信息，可以确定碰撞参数(车辆质量、速度、乘员信息等)，并且如步骤204和205中所示，通过车辆到车辆以及车辆到基础设施来传播至其他系统。 

获得关于车辆及其乘客的信息后，系统需要关于车辆的环境的数据。多个感应系统是机动车辆上常用的，或者可以容易地执行，它们都能够提供关于车辆的环境的信息，如图1C的流程图中所示。基于超声波、红外线、激光或雷达信号的系统在本领域中都是公知的。考虑到对快速、实时数据的需要，雷达和激光系统提供高精度和快速响应。尽管这种系统可能 不能普遍执行以提供360°数据，但是本领域技术人员能够改进现有系统以提供这种覆盖范围。然而，这些感应系统受它们确定数据的能力而不是物体的位置和一般分类的限制。为了提供关于外部环境和潜在目标的附加信息，也可以包含车辆到车辆以及车辆到基础设施信息。 

在步骤301和302，感应系统获得关于周围车辆和静止物体的数据，其可以总体上被称为“基础设施”。在步骤303，该信息可以与上述所收集的数据结合以确定是否存在短期的碰撞危险。如果计算出碰撞是很可能的，则各种报警系统会发出声音以警告驾驶员避免发生事故。此外，该系统接着进入流程图的下一部分。图1D的流程图说明了确定很可能与车辆碰撞的物体在实际碰撞之前是否具有独立启动对抗措施的能力，以及测量乘员损伤和车辆损毁减轻的动作，这是基于图1C中在步骤303所确定的碰撞信息的可能性实现的。在步骤401，该系统确定很可能与车辆碰撞的物体在实际碰撞之前是否具有独立启动对抗措施并且可以传达其的能力。 

在步骤402，该系统评估如果预期的碰撞确实出现时乘员损伤的可能性。这里，该系统必须考虑碰撞以及关于乘员的个人数据，包括关于每个乘员的个体特征、每个乘员的位置、被动约束装置的展开的预期后果，以及安全气囊展开的可能的后果。显然，该系统不能够详细估测后果，但是将收集足够的信息来允许估测可能损伤的严重程度，至少可分类为“低严重程度”和“高严重程度”。 

在确定潜在乘员损伤之后，系统接着基于预期的乘员损伤的严重程度，在步骤403分叉。如果预期的乘员损伤严重程度较低，则在步骤404进行车辆损毁减轻动作如制动、转向、暂停等的确定。基于在前面步骤中所收集的数据，电子控制单元确定车辆损毁减轻动作和约束装置是否以及何时应当被执行，这是基于指示在预期的碰撞过程中各种约束装置约束机制的行为的一组规则实现的。如果ECU确定动作适当，则在步骤405启动那些动作。在步骤406，在激活减轻动作之后更新潜在乘员损伤信息。 

如果乘员损伤严重程度在步骤403中被估测为“不低”，则接下来执行图1E中所示的动作。这里，乘员损伤减轻是确定执行何种动作的主要因 素，其在步骤501确定。何时启动减轻动作的决定在步骤502确定。在步骤503，潜在乘员损伤信息在激活减轻动作之后以类似于上文步骤404、405和406中所述的方式更新。然而，在这里系统在确定适当动作时考虑乘员损伤严重程度可能性的预期增加的水平。 

当系统将要与之碰撞的物体可以启动对抗措施和/或传达步骤401(图1D)中所确定的碰撞严重程度信息时，该过程转换至图1F，其中不仅仅估算主车辆的乘员的潜在损伤信息，也估算那些很可能要碰撞的客体的乘员的潜在损伤信息。如果主和客体乘员的乘员损伤严重程度都较低，则接下来在步骤603、604和605驱动损毁减轻动作。计算以与上文所述相同的方式进行。 

如果任一(主或客体)乘员损伤严重程度不低，则在图1G的步骤701，系统启动乘员减轻动作。乘员减轻动作在步骤702和703以与上文所述相同的方式执行。 

用于实时估算车辆的碰撞参数的最优安全系统800的示例性框图的一实施例在图2中示意性地加以说明。在该系统的中心是电子控制单元(ECU)801，其提供完成上文所述的分析步骤的计算能力。本领域技术人员将理解，ECU可以将其资源的一部分贡献给这里所述的任务，或者那些任务可以在多线程或分时架构上执行。本领域技术人员将理解如何应用任一设计结构。 

轮胎压力信息由轮胎压力监测系统802提供。该系统总体上是传统的并且这里不需要进一步讨论。足以注意到，系统可以提供不是平均就是单独感应的轮胎压力数据，其接着可以用于分析车辆的实时负载状态。 

防抱死制动系统(ABS)804是这里所采用的提供辅助确定车辆碰撞参数的数据的另一传统系统。在这里，ABS804提供用于计算车辆速度的数据。ABS804还监测轮胎旋转，并且该数据在确定车辆轮胎的滚动半径中有用。 

乘员识别器805包括收集涉及车辆乘员的数量和位置信息的传感器。该信息可以通过感应座椅板压力、座椅安全带抽出、座椅位置以及乘员位置来收集。 

进一步地，预碰撞感应设备803确定外部物体和潜在碰撞参数。外部碰撞参数包括涉及附近的车辆以及基础设施物体的信息。该数据可以与车辆数据结合来计算与附近的车辆或基础设施物体碰撞的可能性。使用此信息可以执行最优安全系统800以在碰撞中或碰撞之前提高乘员和车辆的碰撞存活率。 

如上述说明中所强调的，外部信息，例如但不限于车辆将要与之碰撞的物体的类型，在估算车辆的碰撞参数中起重要作用。例如，如果车辆将要碰撞气球，则碰撞的严重程度与车辆碰撞建筑物或电线杆相比要小。这是因为气球的质量小于建筑物或电线杆的质量。因此，车辆碰撞的物体的类型的质量决定了碰撞的严重程度。因此，这使确定物体的类型的质量成为在车辆中构建安全系统的必要。 

所列出的系统与计算装置801互连。每个所列出的装置都将输入数据提供至ECU，接着其执行上文所述的计算步骤。应当认识到，技术中的进步将很有可能在未来引起改进或不同的感应装置，但这种改变并不会影响本发明的范围。 

参考图3和上文说明性实例，可以看出，碰撞严重程度随着预期碰撞的质量的增加而增加。这意味着车辆和任何预期的撞击物体的质量都是用于碰撞中的车辆安全的主要参数。 

现有的车辆数据包含关于车辆负载状态的有限信息。这种系统不能表明车辆是空载、部分负载还是满载的。在这里，车辆设计数据被加以限制地利用，这是因为车辆负载在不同的行车条件下变化。本发明提供了一种使用实际负载状态的方法和系统，并且其使用该信息来调整安全系统响应。 

本说明书提供了多个具体示例性实施例，但本领域技术人员将理解，这些实施例中的变化将会自然地出现在具体实施方式和环境中体现本发 明的主题的过程中。还应当理解，这种变化和其他变化，都属于本发明的范围内。那些可能的变化和上文所述的具体实例都不是为了限制本发明的范围。相反，要求保护的发明的范围由权利要求唯一限定。 

尽管这里已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这里所公开的各个方面和实施例是出于说明的目的，而不是为了限制，下面的权利要求表明了真实范围和思想。 

Claims (18)

1.一种估算实时车辆碰撞参数的方法，其特征在于，该方法包含：

确定内部车辆碰撞参数，包括：

确定涉及碰撞参数的与车辆有关的输入；

通过将与车辆有关的输入与预定的碰撞参数进行比较来计算实时与车辆有关的碰撞参数；以及

确定与乘员有关的碰撞参数；以及

确定外部碰撞参数，包括

获得涉及附近的车辆的信息；

获得涉及附近的基础设施的信息；以及

计算与附近的车辆或基础设施碰撞的可能性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含根据碰撞对抗措施应用的可行性来确定用于减轻乘员损伤和车辆损毁的适当措施。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与车辆有关的输入为车辆负载状态和滚动半径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用关于由车辆的轮胎压力监测系统所测量的每个轮胎的压力和平均轮胎压力中的至少一个信息来确定车辆负载状态。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用由车辆的防抱死制动系统所测量的车辆负载状态来确定滚动半径。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，估算的碰撞参数被传播至中央服务器。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，车辆选自包含运动车辆、非运动车辆、有对抗措施车辆、无对抗措施车辆及其组合的群组。

8.一种用于估算实时车辆碰撞参数的系统，其特征在于，该系统包含：

用于确定内部车辆碰撞参数的装置，包括：

使用与车辆有关的输入来确定车辆负载状态的轮胎压力监测系统；

配置为基于确定的车辆负载状态来计算车辆滚动半径的防抱死制动系统；

用于通过将与车辆有关的输入与预定的碰撞参数进行比较来计算实时的与车辆有关的碰撞参数的电子控制单元；

乘员识别器，用以确定与乘员有关的碰撞参数；

用于确定外部碰撞参数的装置，包括：

GPS传感器和预碰撞感应设备中的至少一种以获得涉及附近的车辆和附近的基础设施的信息，其中预碰撞感应设备计算与附近的车辆和基础设施中的至少一种碰撞的可能性；以及

可连接至轮胎压力监测系统、防抱死制动系统、乘员识别器、GPS传感器以及预碰撞感应设备的计算单元，用以接收相应的信息并处理接收的信息以估算车辆碰撞参数。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，该系统还包含可连接至计算装置的约束装置，其用于接收估算的碰撞参数以根据碰撞对抗措施应用的可行性来确定减轻乘员损伤和车辆损毁的适当措施。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，与车辆有关的输入为车辆负载状态和滚动半径。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，使用关于由车辆的轮胎压力监测系统所测量的每个轮胎的压力和平均轮胎压力中的至少一个信息来确定车辆负载状态。

12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，使用由车辆的防抱死制动系统所测量的车辆负载状态来确定滚动半径。

13.一种车辆，其特征在于，包含权利要求8所述的系统。

14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，使用乘员识别器来确定乘员信息。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，乘员识别器是读取下列各项中的至少一项的装置：

座椅板压力测量；

座椅安全带抽出；以及

座椅位置。

16.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，车辆配置为将碰撞严重程度信息传达至将要与之碰撞的物体。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，至少在下列情况时物体采用对抗措施：

计算的乘员损伤严重程度较低；以及

计算的乘员损伤严重程度较高。

18.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，车辆配置为根据下列各项中的至少一项执行最优对抗措施：

估算的乘员损伤严重程度；以及

估算的车辆损毁。

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