CN103201142A - 用于行人保护装置的碰撞感测和识别系统 - Google Patents

Abstract

一种用于识别在碰撞过程中与车辆保险杠（105）碰撞的对象（103）的系统。所述从多个传感器（201，203，205）中的每一个传感器接收加速度值（301，303，305），并且基于所述加速度值来计算中心强度值（SCTR，333）。所述中心强度值表示施加到所述车辆保险杠的中间的力的量。然后所述系统至少部分地基于所述加速度值来确定所述车辆保险杠上的初始碰撞位置（325）。基于所述中心强度值、所述碰撞位置和保险杠刚度因子来计算归一化的侵入值（341）。所述保险杠刚度因子表示在所述碰撞位置处的所述保险杠的刚度。然后所述系统至少部分地基于所述归一化的侵入值来识别与所述车辆保险杠碰撞的所述对象。

Description

用于行人保护装置的碰撞感测和识别系统

技术领域

本发明涉及一种用于识别碰撞期间与车辆的前保险杠接触的对象的系统。在许多涉及行人的车辆事故中，行人被车辆的前保险杠撞击。如果行人的头部撞击车辆的发动机盖，则会发生严重的伤害。因此，一些车辆配备有被动行人保护系统，诸如行人友好型的保险杠。还可以使用主动行人保护系统。一些主动行人保护系统在检测到行人碰撞时升高车辆的发动机盖，以更好地吸收与行人碰撞的力。

发明内容

为了适当地激活主动行人保护系统，车辆系统必须能够准确地区分行人与在碰撞期间可能与车辆保险杠碰撞的其它对象。然而，保险杠的刚度不是同质的，并且保险杠感测区域相对较宽。当对象撞击车辆保险杠时，保险杠取决于对象质量、碰撞速度和碰撞位置处的保险杠刚度而不同地变形。假设对象碰撞的条件相同（即，相同的质量和速度），因为保险杠刚度不是同质的，所以保险杠的侵入值（intrusion）取决于碰撞位置而有所不同。结果，如果保险杠刚度特征是已知的，则能够通过保险杠的侵入值来对对象类型进行分类。

本发明的一些实施例提供了确定保险杠表面上的不同的位置处的保险杠刚度的方法。刚度的这些变化表示为保险杠刚度曲线。使用利用相同对象质量和速度在不同碰撞位置的测试数据，可以通过加速度信号的双重积分来计算在每个碰撞位置处的侵入值。基于简单的保险杠的弹簧-质量系统模型，可以通过取侵入值曲线的倒数来得到保险杠刚度曲线。保险杠刚度曲线用于对象分类。

在一些实施例中，使用来自安装在保险杠仪表板中的三个加速度计的数据。使用基于所计算的偏移和中心强度的二维数据分析来识别对象碰撞位置。可以通过比较左侧传感器和右侧传感器所检测到的侵入值的差异，来计算距保险杠中心的偏移距离。然而，由于保险杠的整个表面上的刚度的差异，难以仅通过偏移值实现碰撞位置的精确识别。

在一个实施例中，本发明提供了一种用于识别在碰撞过程中与车辆保险杠碰撞的对象的系统。该系统包括设置为检测车辆保险杠相对于车辆的加速度的多个传感器。如由传感器检测到的加速度的变化表示由与车辆保险杠碰撞的对象引起的至保险杠表面中的侵入值。该多个传感器包括左侧传感器、右侧传感器和中间传感器。该系统还包括处理器和用于存储指令的存储器。当由该处理器执行该指令时，该系统从多个传感器中的每一个传感器接收加速度值，并且基于加速度值的绝对值总和来计算中心强度值。该中心强度值表示在车辆保险杠的中间位置处检测到的力的量。然后该系统至少部分地基于加速度值来确定车辆保险杠上的初始碰撞位置。基于中心强度值、碰撞位置和保险杠刚度因子来计算归一化的侵入值。该保险杠刚度因子表示在碰撞位置处的保险杠的刚度。然后该系统至少部分地基于归一化的侵入值来识别与车辆保险杠碰撞的对象。在本发明的一些实施例中，该系统至少部分地基于该归一化的侵入值来识别对象为行人，然后激活行人保护系统。

在本发明的一些实施例中，通过收集校准数据来确定保险杠刚度因子，该校准数据包括通过测量由车辆保险杠的表面上的多处位置中的每一处的碰撞所引起的保险杠的加速度而得到的多个加速度值。该多处位置中的每一处的碰撞由以限定速度行进的限定质量的对象所引起。然后通过计算多个加速度值的双重积分来针对保险杠的表面限定侵入曲线。然后通过取该侵入曲线的倒数来确定保险杠表面的每处位置的保险杠刚度。

在本发明的一些实施例中，该系统通过识别多个传感器中检测到最大侵入值的传感器来确定车辆保险杠上的碰撞位置。然后确定冻结时间（freeze-time）作为当该传感器检测到的侵入的速度在大于零一段时间之后等于或小于零时的时间点。该时间点表示当车辆保险杠在被碰撞压缩之后开始朝向其原始形状反弹时的时刻。通过将该冻结时间时由该左侧传感器检测到的侵入值与该冻结时间时由该右侧传感器检测到的侵入值之间的差的绝对值除以该冻结时间时由该右侧传感器、该左侧传感器和该中间传感器检测到的侵入值的总和，来计算归一化的偏移值。

通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将会变得显而易见。

附图说明

图1是在车辆保险杠已经检测到碰撞之后激活的行人保护系统的透视图。

图2A是行人保护系统的部件的示意图。

图2B是示出在碰撞期间保险杠的整个表面上的力的分布的曲线图。

图3是用于计算归一化的侵入值的系统的流程图。

图4是示出用于确定图3的方法中的归一化的侵入值的冻结时间的曲线图。

图5是示出投影到-45°特征线上的数据点以便确定所计算的碰撞的中心强度与距保险杠中心的偏移之间的相关性的曲线图。

图6A是示出碰撞的中心强度与距中心的偏移之间的关系的原始测试数据的曲线图。

图6B是投影到如图5所示的-45°中心线的图6A的原始测试数据的曲线图。

图7是示出由校准数据确定的保险杠侵入曲线的曲线图。

图8是示出由图7的保险杠侵入曲线确定的保险杠刚度曲线的曲线图。

图9是示出当与保险杠碰撞的对象是行人时如何使用根据图3的方法计算的归一化的侵入值来识别。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明在其应用方面并不限于在以下描述中阐述的或在以下附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明能够有其它实施例，并能够以各种方式来实践或执行。

图1示出了部署的行人保护系统。车辆101撞击到行人103。在确定车辆保险杠105撞击到行人103之后，车辆发动机盖107略微升高，以更好地吸收行人103与车辆发动机盖107之间的碰撞力。图2A示出了用于评估施加在车辆保险杠105上的力和用于确定与保险杠105碰撞的对象是行人103还是诸如小动物、交通锥标或垃圾桶（未示出）等其它对象。仅当确定与保险杠碰撞的对象是行人时，行人保护系统升高车辆的发动机盖107以吸收碰撞。如果行人保护系统确定该对象不是行人103时则不会升高车辆发动机盖107。

如图2A所示，该系统包括安装在保险杠仪表板（fascia）207中的三个加速度计201、203和205。将三个传感器设置在保险杠的左侧（传感器201）、保险杠的中心（传感器203）和保险杠的右侧（传感器205）。每个传感器测量保险杠仪表板207相对于车辆101的其余部分的加速度。这些加速度值表示对象碰撞和造成侵入的保险杠仪表板207的形状变形。将由传感器201、203和205中的每一个传感器感测的加速度值发送到处理器209。处理器209执行存储于存储器211的计算机可读指令，来对加速度信号进行评估并且确定与保险杠仪表板207碰撞的对象是否为行人。如果处理器确定该对象是行人，则处理器激活行人保护系统213，并将车辆发动机盖107升高以更好地吸收碰撞。

图3示出了评估从三个传感器201、203和205中的每一个传感器接收的加速度信号以确定归一化的侵入值的方法，该归一化的侵入值可用于确定车辆保险杠是否碰撞到行人，而无论保险杠上的碰撞位置。对来自三个传感器中的每一个传感器的加速度信号301、303和305进行一次积分（步骤307、309和311）以确定在每个传感器的位置处的侵入的速度的变化，并且进行第二次积分（步骤313、315和317）以确定侵入深度的变化。通过比较每个传感器的侵入深度（步骤319）来识别主导（dominant）碰撞传感器。选择该主导碰撞传感器的侵入速度的变化（步骤321），并将其用于确定碰撞的冻结时间（步骤323）。

由于保险杠仪表板在碰撞到对象之后会振动，所以冻结时间被限定为评估从加速度传感器接收的数据以确定车辆是否撞击到行人的时刻。图4示出了如何基于主导碰撞传感器的速度变化来限定冻结时间。当主导碰撞传感器的德尔塔（delta）速度Dv_dominant超过了预义阈值（DvThdUp）时，锁定主导碰撞传感器的位置。在从速度的绝对值开始增大直到速度回到零时的时间段期间，对象保持与保险杠仪表板207接触，且对象向保险杠内的侵入值持续增大。当Dv_dominant下降到低于DvThdDn时，向保险杠仪表板207内的侵入值不再增大，并且保险杠仪表板的形状将会向其原始形状反弹。由于在保险杠仪表板207反弹时从传感器201、203和205接收的数据不表示对象所引起的侵入值，所以在冻结时间之后接收的任何数据将不会用于确定碰撞位置（或距保险杠中心的偏移）。在一些实施例中，阈值包括滞后以避免由于噪声引起的不想要的结果。

在识别了主导传感器并且确定了冻结时间之后，系统前进到确定碰撞位置或碰撞距保险杠中心的距离。偏移的计算（步骤325）基于冻结时间时来自每个传感器的侵入值。如上所述，通过确定来自三个传感器201、203和205中的每一个传感器的加速度信号的双重积分来得到侵入值。图2B示出了如何由三个传感器201、203和205检测来自保险杠仪表板上的碰撞的力的示例。碰撞发生在距保险杠的中心距离c处。由于对于给定的刚度值碰撞力大致与侵入值成正比，所以可以通过下面的公式来表示中间传感器所检测到的力。

力=(刚度)×(侵入值)×(距中心的偏移距离)         （1）

保险杠偏移的初始计算假定整个保险杠仪表板上的每一处位置的保险杠的刚度是均匀的。因此，可以通过下面的公式来表示由三个传感器201、203和205中的每一个传感器所检测到的碰撞的旋转平衡。

DsL×(d-c)=DsM×c+DsR×(d+c)                   （2）

因此，可以通过下面的公式来得到来自保险杠的中心的碰撞的归一化偏移值。

$\frac{c}{d}=\frac{\mathrm{DsL}-\mathrm{DsR}}{\mathrm{DsL}+\mathrm{DsM}+\mathrm{DsR}}+\frac{\mathrm{DsL}-\mathrm{DsR}}{\mathrm{\ΣDs}}---\left(3\right)$

然而，保险杠的刚度是均匀的假设并不准确。因此，图3所示的方法对其它方面进行评估以确定更准确的投影偏移值。系统所评估的另一方面是施加在保险杠仪表板中心的总碰撞的比例（下文中称为“中心强度”）。针对每个传感器计算加速度的绝对值总和（步骤327、329和331）。加速度的绝对值总和表示碰撞强度。根据下面的公式计算中心强度（步骤333）。

$S_{\mathrm{CTR}}=\frac{\mathrm{AbsDvM}}{\mathrm{AbsDvL}+\mathrm{AbsDvM}+\mathrm{AbsDvR}}---\left(4\right)$

然后对初始偏移值和中心强度值进行二维域分析，在该二维域分析中将中心强度和初始偏移值的每个组合投影到具有-45°斜率的特征线上（步骤335）。因为具有距中心的小偏移的碰撞将会具有高中心强度值，具有距中心的大偏移的碰撞将会具有低中心强度值，所以将值投影到这样的特征线上是合适的。图5示出了如何将数据点投影到的特征线上。特征线上的投影点被限定为从实际数据点（中心强度，偏移）延伸的线与特征线垂直相交处的点，可以使用图5中所示的公式计算该特征线。图6A和6B进一步示出了如何将数个原始数据点投影到特征线上。图6A示出了相对于特征线的原始数据点。在图6B中，数据点已被投影到特征线上。

如上所述，因为假设保险杠的整个表面上的保险杠的刚度是均匀的，所以由步骤325计算出的初始偏移值并不准确。然而，通过将数据点投影到特征线上，系统基于碰撞的中心强度计算出新的、更准确的投影偏移。投影偏移值是如图5所示的投影点的x变量。

车辆保险杠结构包括缓冲梁（bumper beam）、吸能（EA）泡沫或塑料和保险杠仪表板。当对象撞击车辆保险杠时，保险杠取决于对象质量、碰撞速度和碰撞位置处的保险杠刚度而发生变形。即使不管碰撞位置如何对象质量和碰撞速度保持相同，在保险杠的整个表面上保险杠刚度的变化影响碰撞位置处引起的侵入值。事实上，保险杠刚度与对象所引起的侵入值成反比。当通过相同的对象质量和速度来将相同的碰撞力施加在不同的碰撞位置时，每个碰撞位置将会取决于碰撞位置处的保险杠刚度而呈现出不同的侵入量。

因此，为了更准确地识别与车辆保险杠碰撞的对象，系统基于所计算的投影偏移和一组预定的保险杠刚度值来计算归一化的侵入值。查找表用于识别投影偏移位置处的保险杠刚度因子（BuS因子）（步骤337）。通过在取冻结时间时的侵入值的总和（DsSum）（步骤339）并且将该总和（DsSum）与投影偏移位置处的保险杠刚度因子（BuS因子）相乘，来计算归一化侵入值（步骤341）。

在一些系统中，基于校准数据来产生用于识别在保险杠的每个位置处的适用的保险杠刚度因子的查找表。在测试条件下，将均匀的力施加在保险杠的整个表面上的多个位置处。由以限定速度的限定质量的对象来施加力。由每个位置处的碰撞引起的侵入值被用来限定如图7所示的侵入曲线。由于对象的质量和速度保持相同，所以每个位置处的侵入值表示该位置处的保险杠刚度。因此，通过取侵入曲线的倒数来产生保险杠刚度曲线（如图8所示）。图8的保险杠刚度曲线用于产生查找表，该查找表限定保险杠的整个表面上的每个位置处的适用保险杠刚度因子。

根据图3计算的归一化的侵入值表示与车辆保险杠碰撞的对象的类型而不管保险杠表面上的碰撞位置如何。因此，可以将归一化的侵入值与阈值进行比较来确定对象是行人或是不同的对象。如图9所示，小动物或垃圾桶会比小孩的腿或行人造成更小的归一化的侵入值。因此，如果归一化的侵入值大于阈值，系统确定保险杠撞击到行人，并激活行人保护系统，使得车辆发动机盖如图1所示的升高。

在其它实施例中，根据图3计算的归一化的侵入值用于更进一步的数据处理。例如，诸如树或电线杆等静止对象会引起比行人更大的侵入值。因此，在一些实施例中，如果归一化的侵入值大于第二阈值，则系统确定对象不是行人并且不激活行人保护系统。类似地，静止对象会导致侵入的发生比诸如行人等可移动对象更快。因此，在一些实施例中，仅当归一化的侵入值大于第一阈值并且冻结时间（表示侵入的速度）大于第二阈值时，系统才将碰撞对象识别为行人。

因此，除了其它方面以外，本发明还提供了一种系统和方法，用于确定用来识别与车辆保险杠碰撞的对象的类型的归一化的侵入值而不管碰撞位置。在下面的权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (14)

1.一种用于识别在碰撞过程中与车辆保险杠碰撞的对象的系统，所述系统包括：

多个传感器，包括所设置的左侧传感器、右侧传感器和中间传感器；

处理器；以及

存储器，用于存储指令，当所述指令由所述处理器执行时，使所述系统执行以下步骤：

从所述多个传感器中的每一个传感器接收加速度值，

基于所述加速度值来计算碰撞的中心强度值，所述中心强度值表示施加到所述车辆保险杠的中间位置的力的量，

至少部分地基于所述加速度值来确定所述车辆保险杠上的碰撞位置，

基于所述中心强度值、所述碰撞位置和保险杠刚度因子来计算归一化的侵入值，所述保险杠刚度因子表示在所述碰撞位置处的所述保险杠的刚度，并且

基于所述归一化的侵入值来识别与所述车辆保险杠碰撞的所述对象。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，通过以下步骤来确定所述保险杠刚度因子：

收集校准数据，所述校准数据包括通过测量由所述车辆保险杠的表面上的多处位置中的每一处的碰撞所引起的所述保险杠的加速度而得到的多个加速度值，其中所述多处位置中的每一处的所述碰撞是由以限定速度行进的限定质量的对象所引起的，

通过计算所述多个加速度值的双重积分来限定所述车辆保险杠的所述表面的侵入曲线，以及

确定所述侵入曲线的倒数。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器包括指令，当所述指令由所述处理器执行时，使所述系统通过以下步骤确定所述车辆保险杠上的碰撞位置：

识别所述多个传感器中检测到最大侵入值的传感器，

确定冻结时间作为当所述传感器检测到的侵入的速度在大于零一段时间之后等于或小于零时的时间点，所述时间点表示当所述车辆保险杠在被所述碰撞压缩之后开始朝向其原始形状反弹时的时刻，并且

通过将所述冻结时间时由所述左侧传感器检测到的侵入值与所述冻结时间时由所述右侧传感器检测到的侵入值之间的差的绝对值除以所述冻结时间时由所述右侧传感器、所述左侧传感器和所述中间传感器检测到的所述侵入值的总和，来计算归一化的偏移值。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器包括指令，当所述指令由所述处理器执行时，使所述系统通过以下步骤计算中心强度值：

计算在一段时间期间从所述中间传感器接收的加速度值的第一绝对值总和，

计算在所述一段时间期间从所述左侧传感器、所述中间传感器和所述右侧传感器中的每一个传感器接收的加速度值的第二绝对值总和，以及

通过将所述第一绝对值总和除以所述第二绝对值总和来计算所述中心强度值。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器包括指令，当所述指令由所述处理器执行时，使所述系统通过以下步骤计算归一化的侵入值：

基于所计算的碰撞位置和所述中心强度值来确定投影偏移，

基于所述投影偏移来根据查找表识别所述保险杠刚度因子，以及

将所述保险杠刚度因子乘以从所述左侧传感器、所述中间传感器和所述右侧传感器中的每一个传感器接收的侵入值的总和。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器包括指令，当所述指令由所述处理器执行时，使所述系统通过向查找表中输入所述归一化的侵入值和车辆速度来识别与所述车辆保险杠碰撞的所述对象。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器包括指令，当所述指令由所述处理器执行时，还使所述系统在所述系统识别与所述车辆保险杠碰撞的所述对象为行人时激活行人保护系统。

8.一种在碰撞过程中识别与车辆保险杠碰撞的对象的方法，所述方法包括：

从多个传感器中的每一个传感器接收加速度值，所述多个传感器包括左侧传感器、右侧传感器和中间传感器；

基于所述加速度值计算碰撞的中心强度值，所述中心强度值表示施加到所述车辆保险杠的中间位置的力的量；

至少部分地基于所述加速度值来确定所述车辆保险杠上的碰撞位置；

确定保险杠刚度因子；

基于所述中心强度值、所述碰撞位置和所述保险杠刚度因子来计算归一化的侵入值；以及

基于所述归一化的侵入值来识别与所述车辆保险杠碰撞的所述对象。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过以下步骤来确定所述保险杠刚度因子：

收集校准数据，所述校准数据包括通过测量由所述车辆保险杠的表面上的多处位置中的每一处的碰撞所引起的所述保险杠的加速度而得到的多个加速度值，其中所述多处位置中的每一处的所述碰撞是由以限定速度行进的限定质量的对象所引起的，

通过计算所述多个加速度值的双重积分来限定所述车辆保险杠的所述表面的侵入曲线，以及

确定所述侵入曲线的倒数。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述车辆保险杠上的碰撞位置的动作包括：

识别所述多个传感器中检测到最大侵入值的传感器，

确定冻结时间作为当所述传感器检测到的所述侵入的速度在大于零一段时间之后等于或小于零时的时间点，所述时间点表示当所述车辆保险杠在被所述碰撞压缩之后朝向其原始形状反弹时的时刻，以及

通过将所述冻结时间时由所述左侧传感器检测到的侵入值与所述冻结时间时由所述右侧传感器检测到的侵入值之间的差的绝对值除以所述冻结时间时由所述右侧传感器、所述左侧传感器和所述中间传感器检测到的所述侵入值的总和，来计算归一化的偏移值。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，计算中心强度值的动作包括：

计算在一段时间期间从所述中间传感器接收的加速度值的第一绝对值总和，

计算在所述一段时间期间从所述左侧传感器、所述中间传感器和所述右侧传感器中的每一个传感器接收的加速度值的第二绝对值总和，以及

通过将所述第一绝对值总和除以所述第二绝对值总和来计算所述中心强度值。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，计算所述归一化的侵入值的动作包括：

基于所计算的碰撞位置和所述中心强度值来确定投影偏移，

基于所述投影偏移来根据查找表识别保险杠刚度因子，以及

将所述保险杠刚度因子乘以从所述左侧传感器、所述中间传感器和所述右侧传感器中的每一个传感器接收的侵入值的总和。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，识别与所述车辆保险杠碰撞的所述对象的动作包括：向第二查找表中输入所述归一化的侵入值和车辆速度。

14.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述系统识别与所述车辆保险杠碰撞的所述对象为行人时激活行人保护系统。

Images