CN103826930B

CN103826930B - 车辆安全系统

Info

Publication number: CN103826930B
Application number: CN201280033312.1A
Authority: CN
Inventors: M·拉乌斐; A·齐恩; P·哈达; P·尼尔松; A·阿克塞尔松; A·沃格尔
Original assignee: Autoliv Development AB; Volvo Car Corp
Current assignee: Vinier Passive Systems Co ltd; Vinninger Swedish Security Systems; Volvo Car Corp
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2018-06-26
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: WO2013006127A1; JP6097747B2; EP2543552A1; JP2014518177A; US9809194B2; EP2543552B1; KR20140035983A; KR101923510B1; CN103826930A; US20140324296A1

Abstract

用于车辆的安全设备，该车辆至少具有包括一个或多个车轮的前轮设备和包括一个或多个车轮的后轮设备，该安全设备包括：控制单元；一个或多个车辆惯性传感器，用于检测车辆经受的加速度，惯性传感器连接于控制单元，以使控制单元接收来自惯性传感器的输出信号；以及一个或多个车辆安全系统，车辆安全系统能够由控制单元激活，其中控制单元被配置为处理接收自惯性传感器的信号，并确定车轮设备中的至少一个车轮是否与车辆行驶的表面未接触。

Description

车辆安全系统

技术领域

本发明涉及车辆安全系统，具体涉及用于确定车辆的至少某些车轮何时离地、评估车辆再次着地时的碰撞激烈程度、并在发生这种情况时帮助保护车辆乘员的系统。

背景技术

先前已经提出了确定车辆的一个或多个车轮是否不再与地面接触的技术。US6904350公开了一种设备，其中使用来自惯性传感器的信号来确定车辆同侧的两个车轮是否与地面不再接触，以帮助对翻车情况进行早期检测。US2007/0185623公开了一种设备，其中提供了悬挂传感器来根据与车辆的车轮相关联的悬挂系统的行为判断车轮是否仍然与地面接触。该文献也涉及了对翻车情况的检测。

发明内容

本发明的目标是提供改进的这种类型的车辆安全系统。

因此，本发明的一个方面提供了用于车辆的安全设备，该车辆至少具有包括一个或多个车轮的前轮设备和包括一个或多个车轮的后轮设备，该安全设备包括：控制单元；一个或多个车辆惯性传感器，用于检测车辆经受的加速度，惯性传感器连接于控制单元，以使控制单元接收来自惯性传感器的输出信号；以及一个或多个车辆安全系统，车辆安全系统能够由控制单元激活，其中控制单元被配置为处理接收自惯性传感器的信号，并确定至少一个车轮设备是否与车辆行驶的表面未接触。

有利地，所述惯性传感器包括垂直加速度传感器，其中如果垂直加速度超过了预定的垂直加速度阈值，所述控制单元则做出所述至少一个车轮设备与所述表面未接触的确定结果。

优选地，所述惯性传感器包括俯仰传感器，其中如果俯仰率超过了预定的俯仰率阈值，所述控制单元则做出所述至少一个车轮设备与所述表面未接触的确定结果。

方便地，所述惯性传感器包括纵向加速度传感器。

有利地，如果垂直加速度超过了预定的垂直加速度阈值并且纵向加速度低于预定的纵向加速度阈值，所述控制单元则做出所述一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果。

优选地，如果车辆的纵向加速度低于预定的纵向加速度阈值，则减小垂直加速度阈值。

方便地，如果所述俯仰率高于预定的俯仰角阈值并且俯仰率与车辆的纵向加速度基本不相关，所述控制单元则做出一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果。

有利地，如果能够得到至少一个车轮设备与所述表面未接触的确定结果的条件持续超过预定的时间长度，所述控制单元则可操作为确认一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果。

优选地，如果所述控制单元做出了确认一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果，所述控制单元则可操作为计算当车辆的所述一个或多个车轮设备与所述表面再次接触时撞击的估计的严重程度。

方便地，所述估计的严重程度基于所述车辆累积的动能。

有利地，如果所述撞击的估计的严重程度超过预定的阈值，则在所述一个或多个车轮设备与所述表面未接触时，激活可逆式的或不可逆式的安全带拉紧器。

优选地，如果所述撞击的估计的严重程度超过预定的阈值并且车辆的俯仰角超过预定的阈值，则在所述一个或多个车轮设备与所述表面未接触时，激活可逆式的或不可逆式的安全带拉紧器。

方便地，所述车辆包括至少一个前排安全气囊；以及如果做出了一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果，所述控制单元则适于确定当所述车辆撞击所述表面时是否触发所述前排安全气囊，如果确定将触发所述前排安全气囊，所述控制单元可操作为在所述一个或多个车轮设备与所述表面未接触时激活可逆式的或不可逆式的安全带拉紧器。

有利地，所述车辆进一步包括离位传感器，其中如果确定将触发所述前排安全气囊并且乘员处于离位状态，则将激活所述安全带拉紧器。

优选地，如果做出了确认一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果，并且车辆传感器指示所述一个或多个车轮设备与所述表面再次接触，则激活安全带拉紧器。

本发明的另一方面提供了并入有上述安全设备的车辆。

附图说明

为了使本发明容易理解，下面将如下参照附图示例性地对其实施方式进行描述，其中：

图1示出了正常行驶状态下的车辆；

图2示出了一对前轮与道路表面脱离接触的车辆；以及

图3示出了两个前轮和两个后轮均与道路表面脱离接触的车辆。

具体实施方式

首先参照图1，示出了车辆1在正常行驶状态下处于平坦的道路表面4上，车辆1的前轮2和后轮3均与道路表面4接触。

车辆1装配有惯性传感器5，至少一些惯性传感器5优选地位于车辆1的重心处或其附近。然而，惯性传感器5可以分布在车辆1上并位于任何适当位置，并且在某些实施方式中确实没有任何惯性传感器位于车辆的重心处或其附近。

如本说明书中所用的，惯性传感器包括（但不限于）偏航率传感器、侧倾率传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、垂直加速度传感器和俯仰率传感器。

提供了包括一个或多个车载处理器的控制单元6。尽管控制单元在图中示出为一个部件，但构成控制单元6的处理器可以分布在车辆1内的多个位置处。控制单元6连接为接收来自惯性传感器5的输出信号。本发明的实施方式允许控制单元6通过接收自惯性传感器5的信号确定一对前轮2或一对后轮3中的一个或多个是否离开了道路表面从而使车辆1完全或部分悬空。

参见图2，示意性地示出了车辆遇到道路表面4的陡斜面部分7的情形。当车辆到达该陡斜面部分7时，前轮2与道路表面4失去接触。图3示出了稍后车辆的四个车轮2、3都与道路表面4失去接触的情形。

在图2所示的情形中，认为车辆1部分悬空。在图3所示的情形中，认为车辆1完全悬空。本说明书中提到的车辆悬空可以包括这两种可能性。

在优选的实施例中，传感器5包括垂直加速度传感器。当车辆1处于停驶或者如图1所示的正常行驶状态下，由于作用在垂直加速度传感器上的重力，该加速度传感器将记录默认的“零”设置。然而，当车辆的两个前轮2如图2所示离开道路表面4、7时，车辆1将有效地处于自由降落，并且垂直加速度传感器将记录加速度的变化，该变化等于车辆正经历的向下加速度。

在正常驾驶的过程中，当车辆通过斜坡、山丘、不平整的表面、减速带等时，车辆1当然也会具有向上加速度和向下加速度。然而，发现超过一定阈值的垂直加速度才会认为是车辆已离开道路表面并变为悬空的相对可靠的指示。在图1至图3所示的一系列事件中，在源于重力的反作用力消失后，检测到的垂直加速度将从大约10m/s²变为0。在一个实施例中，大约10m/s²改变可用作垂直加速度阈值。然而，在车辆1变为悬空的其它情形中，该变化可能更少，这可能是因为车辆1的车轮2、3中的仅一部分车轮离开了地面，也可能因为在车辆1变为悬空之前检测到的垂直加速度小于某些m/s²，例如在车辆1驶过山丘的山脊时。因此可以使用例如9m/s²、8m/s²、7m/s²这些更小的阈值。

除此之外，即使是相对平坦的道路表面，也会有颠簸、不规则处和不平整处。因此，当车辆1驶过这样的道路表面时，车辆1在正常行驶条件中经受的垂直加速度将在短时间（例如在十分之一秒到几秒）内快速变化。然而，由于当车辆1变为悬空时道路表面中的颠簸和不规则处将不会传递至车辆1（在车辆1部分悬空时颠簸和不规则处将仅传递至某些车轮），因此垂直加速度的变化将在短时间内显著减小。结合明显的垂直加速度，这也指示了车辆的车轮2、3中的至少一些车轮不再与道路表面4接触。

在图1至图3所示的一系列事件中，道路表面4明显呈陡坡下降且远离车辆1，使得车辆1的前轮2和后轮3相继离开道路表面4。然而，在其它情形中，车辆1可能遇到会使车辆1悬空的颠簸或道路表面4中的其它凸起特征，例如减速带。在这种情况下，车辆1将经历明显的向上的垂直加速度，然后经历指示悬空的向下垂直加速度，这将是车辆1的车轮2、3中的一些车轮与道路表面失去接触的可靠指示。

以上第一实施例使用了垂直加速度作为车辆1是否悬空的主要指示。

在本发明的优选实施例中，车辆传感器5包括纵向加速度传感器。当车辆1悬空时，车辆1的车轮2、3将不能对车辆施加加速度或制动力。因此在车辆1悬空时，车辆1的纵向加速度会较低。在某些实施例中，如果车辆1的垂直加速度超过阈值并且车辆1的纵向加速度低于另一阈值（例如可约为2m/s²或3m/s²），则可确定车辆1悬空。

在可选的实施例中，通过将垂直加速度与阈值进行比较来确定车辆1是否悬空。然而，如果纵向加速度低于一定阈值，则可减小用于测量垂直加速度的阈值。

在本发明的第二实施例中，车辆传感器5包括俯仰传感器，其测量车辆1的俯仰率。在第二实施例中，也提供纵向加速度传感器。

在正常行驶条件下，例如如图1所示，车辆1的俯仰率与车辆的纵向加速度相关。如果车辆1向前加速，车辆1的车头将趋于上升。相反，如果制动力施加到车辆1上，车辆1的车头将趋于下降。

当车辆通过山丘时、坡道和减速带时，车辆的俯仰角也将发生变化。然而，与这些事件相关的俯仰率将相对较低。

然而，如果车辆1变为悬空，车辆1经受的俯仰率很可能将变化相对较大。除此之外，俯仰率和车辆1经受的纵向加速度基本不相关。此外，如上所述，当车辆1悬空时，车辆1很可能将经受非常小的纵向加速度。因此，车辆1的俯仰率的明显变化和较小的纵向加速度共同作为车辆1完全或部分悬空的可靠指示。对于不同类型的车辆，将指示车辆1悬空的俯仰率可以是不同的。

在某些实施例中，高于某一阈值的俯仰率可以确定车辆悬空。

在其它实施例中，如果俯仰率高于某一阈值并且俯仰率与车辆的纵向加速度基本不相关，则确定车辆悬空。

在进一步的实施例中，如果俯仰率高于某一阈值并且纵向加速度低于某一阈值，则确定车辆1悬空。

在上文讨论的本发明的第一实施例中，优选地不提供俯仰传感器。然而，这些实施例中也可以可选地使用俯仰传感器。

在上文讨论的第二实施例中，优选地不提供垂直加速度传感器。然而，在可选的实施例中，也可以提供俯仰传感器。

第一和第二实施例中的元素可以相结合，例如，可以在车辆经受高的垂直加速度、俯仰率超过阈值、并且纵向加速度低于阈值时确定车辆悬空。以这种方式将这些指示相结合将有助于减小控制单元6做出车辆1悬空的“假阳性”或“假阴性”确定的可能性。

应该理解，以上讨论的实施例对于确定一对前轮2和/或一对后轮3是否与道路表面4失去接触（而不是例如在急转弯或翻车的情况中，与车辆1同侧的两个车轮同时离开道路表面）是有用的。

在本发明的实施例中，控制单元6通过监测来自各传感器5的输出来确认车辆悬空的确定结果。如果指示车辆1悬空的条件在预定的时间长度（例如大约200ms）内持续保持满足，则将确认该确定结果。

对于确认车辆1悬空的确定结果，还可以考虑其他因素，作为上述因素的补充或替代。

在本发明的优选实施例中，车辆传感器5包括横向加速度传感器。当车辆1悬空时，横向加速度可能非常低。如果车辆1经受的横向加速度在关注的一段时间内保持为小于阈值，则指示车辆1悬空。

在进一步的实施例中，车辆传感器可包括侧倾传感器，其检测车辆1的侧倾率。如果在关注的一段时间内侧倾率高于预定的阈值，则指示车辆1悬空。

除此之外，在正常驾驶情况下，车辆1经受的侧倾率将与车辆1经受的横向加速度大致相关。如果车辆1进行向左急转弯，车辆1将向右侧倾，反之亦然。然而，如果车辆1的侧倾率在关注的时间段内大于阈值，并且该侧倾率与车辆1经受的横向加速度基本不相关，那么这基本就是车辆1悬空的可靠指示。

在本发明的优选实施例中，仅使用惯性传感器来确定车辆1是否悬空。这是优选的，因为大多数现代车辆都包括这种传感器，因而不需要安装额外的传感器就能基于可用信息来做出确定。在本发明的某些实施方式中，仅适用于惯性传感器来确定车辆1是否悬空。

也可以使用其他指示。例如，控制单元6可以连接为接收来自车辆的刹车踏板和/或油门踏板的信号。如果这两个踏板之一或者二者都被踩下，但是车辆的纵向加速度却没有改变，那么这就是车辆1的至少驱动轮未与道路表面4接触的可靠指示，由此也指示了车辆1悬空。

控制单元6还可以连接为接收指示车辆的车轮2、3中的一个或多个的转动速率的信号。如果驾驶员加速或减速，车轮速度则会急剧地增大或减小。如果未伴随着车辆1的纵向加速度（或者车辆的纵向速度，例如由GPS系统测量）的相应变化，那么这也将是关注的车轮2、3未与道路表面4接触并且车辆1悬空的指示。

控制单元6还可以连接为接收指示方向盘的转动位置的信号。如果驾驶员转动方向盘，并且没有伴随着车辆的横向加速度/方向变化，那么这将指示至少车辆1与转向相关的车轮未与道路表面4接触。

可以提供一个或多个悬挂传感器，来监测与车轮2、3相关的悬挂的活动。例如，可使用悬挂力传感器。如果车辆1的车轮离开道路表面4，作用在与该车轮相关的悬挂上的力将降至零或者非常低的水平，这可以用于帮助确定车辆1悬空。可选地，可提供悬挂高度传感器。应该理解，如果车辆1的车轮离开地面，车辆在车轮上方的有效高度将增大，这也将提供对车辆1悬空的指示。以上任意一种都可以用于主动悬挂系统或被动悬挂系统。还应该认识到，这些传感器不必直接位于悬挂系统的组件上。例如，在某些主动悬挂系统中，传感器可以位于车辆1的轮胎内，并且可以测量例如压力、垂直负载和沿着一个、两个、三个或更多轴的加速度等参数。这种传感器可以向车辆的系统传送信息，这些信息可以用来控制主动悬挂系统。

通过利用来自更多不同传感器的输入，可以对车辆1悬空做出更精确的确定。因此，优选地，使用来自尽可能多的可用传感器的输入，以增加确定处理的鲁棒性。

在本发明的优选实施例中，一旦控制单元6做出车辆1悬空的确认确定，控制单元6就评估车辆1撞击地面时碰撞的可能的严重程度。在优选的实施例中，这可以通过计算车辆1悬空时累积的动能来实现。在一个实施例中，该能量可以通过下式来近似：

其中M是车辆的总质量，A是车辆的加速度，V是车辆的速度，τ是车辆1悬空的时间。控制单元6可以估计道路表面4相对于车辆1的位置，或者可以替换地/额外地依赖于车辆传感器（例如前向摄像头、雷达或激光雷达）来检测或估计距离道路表面4的距离和/或道路表面4相对于车辆1的角度，由此预测车辆1将何时撞击道路表面4。

为了在车辆1撞击道路表面4时保护车辆1的乘员，可以激活一个或多个乘员保护系统。例如，可以触发可逆式（例如机动化）安全带拉紧器、不可逆式（例如烟火式）安全带拉紧器、一个或多个安全气囊（例如前排安全气囊）、可逆式膝部衬垫元件、车门或天窗关闭系统、座椅靠背复位系统、方向盘和/或转向柱、或改变车辆悬挂的硬度的系统。

在本发明的一些实施例中，无论何时控制系统6做出确认车辆1悬空的确定，都将激活可逆式安全带拉紧器。在一些实施例中，一旦做出确认确定，就可以激活不可逆式安全带拉紧器，但这并不是优选的。

在其它实施例中，当做出确认车辆1悬空的确定结果，并且车辆1接触道路表面4时受到冲击的可能的严重程度大于某一阈值（即，车辆1累积的能量超过阈值）时，激活不可逆式安全带拉紧器。

在提供俯仰传感器的实施例中，如果车辆的俯仰角大于阈值（即，如果车辆1的车头下降的程度大于预定的量），并且车辆1接触道路表面4时冲击的可能的剧烈程度大于阈值，那么在车辆1悬空时可激活安全带拉紧器。显然，如果车辆1向前倾斜，那么确保在车辆1撞击道路表面4之前将乘员向后拉向座位是非常重要的。

在进一步的实施例中，当做出了确认车辆1悬空的确定，并且车辆传感器指示车辆1已撞击地面时，激活可逆式或不可逆式安全带拉紧器。

车辆1将很可能具有位于至少一个乘员前方的前排安全气囊。典型地，如果车辆经受的纵向加速度超过预定的阈值，则将触发该安全气囊。在一些实施例中，如果做出了确认车辆1悬空的确定，则可减小该阈值，以便当车辆撞击地面时前排安全气囊容易被触发。

在一些实施例中，车辆的传感器可以包括一个或多个离位传感器。这些传感器可以包括位于车辆车厢内的一个或多个红外光束发生器和检测器，以检测乘员位置。如果乘员离位（例如前倾），那么将安全带拉紧器激活以在车辆1撞击地面之前将车座上的乘员拉入正确的位置也是非常重要的。这不仅有助于使车辆撞击地面时的伤害最小化，而且如果前排安全气囊被触发，并且乘员在安全气囊被激活时处于前倾状态，还会有对车辆乘员造成严重伤害的风险。

在优选实施例中，一旦做出了确认车辆1悬空的确定，控制单元6还可操作为估计车辆1撞击道路表面4时将出现的力，并由此得出车辆1撞击道路表面4时是否触发安全气囊。如果预测出在该冲击下将触发安全气囊，则可在车辆还处于悬空时就激活安全带拉紧器（优选为不可逆式拉紧器）。在进一步的实施例中，拉紧器将还仅在确定乘员离位时激活。

以上描述针对具有一对前轮和一对后轮的四轮车。然而，本领域技术人员应该理解，本发明同样可以应用于具有不同数量车轮的车辆，例如，具有一对前轮或后轮以及单个后轮或前轮的三轮车。本发明还可以应用于例如摩托车的两轮车。一般说来，本发明应用于具有前轮设备和后轮设备的车辆，其中前轮设备或后轮设备都具有一个或多个车轮。如果在前轮设备或后轮设备中具有两个或更多个车轮，这些车轮则在垂直于车辆行驶的正常向前方向的方向上相互大致对准，但是不必由公共轴连接。前轮设备与后轮设备在基本平行于车辆行驶的正常向前方向的方向是相互隔开的。

在本发明的一些实施例中，使用惯性传感器之外的传感器（例如上文讨论的非惯性传感器中的一些或全部传感器）来确定车辆1是否悬空，而不使用来自惯性传感器的输入确定车辆1是否悬空。

在本说明书中，参照了供车辆行驶的道路表面。应该理解，该术语涵盖了任何室外或室内表面，包括离地表面。

应该理解，本发明的实施例提供了用于指示车辆是否悬空的鲁棒且可靠的系统，并且有助于在确认车辆悬空的情况下做出适当的安全部署。

在本说明书和权利要求书中，术语“包括”及其变体意味着具体的特征、步骤或整体被包含在内。该术语不应被解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。

以上说明书、所附的权利要求书或附图中公开的特征（表现为具体形式、用于执行公开的功能的装置、或用于获得公开的结果的方法或处理）可以根据需要单独地或者以其任意组合用来以各种形式实现本发明。

Claims

1.用于车辆的安全设备，所述车辆具有包括一个或多个车轮的前轮设备和包括一个或多个车轮的后轮设备，所述安全设备包括：

控制单元；

一个或多个车辆惯性传感器，用于检测车辆经受的加速度，所述惯性传感器连接于所述控制单元，以使所述控制单元接收来自所述惯性传感器的输出信号；以及

一个或多个车辆安全系统，所述车辆安全系统能够由所述控制单元激活，

其中所述控制单元被配置为处理接收自所述惯性传感器的信号，并通过接收来自所述惯性传感器的信号，确定所述前轮设备的所有车轮是否与车辆行驶的表面未接触和/或所述后轮设备的所有车轮是否与车辆行驶的表面未接触；

所述惯性传感器包括俯仰传感器和纵向加速度传感器，如果所述俯仰率高于预定的俯仰角阈值并且俯仰率与车辆的纵向加速度基本不相关，所述控制单元则做出一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果。

2.根据权利要求1所述的安全设备，其中，所述惯性传感器包括垂直加速度传感器，其中如果垂直加速度超过了预定的垂直加速度阈值，所述控制单元则做出所述至少一个车轮设备与所述表面未接触的确定结果。

3.根据权利要求2所述的安全设备，其中，如果垂直加速度超过了预定的垂直加速度阈值并且纵向加速度低于预定的纵向加速度阈值，所述控制单元则做出一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果。

4.根据权利要求2所述的安全设备，其中，如果车辆的纵向加速度低于预定的纵向加速度阈值，则减小垂直加速度阈值。

5.根据权利要求1所述的安全设备，其中，如果能够得到至少一个车轮设备与所述表面未接触的确定结果的条件持续超过预定的时间长度，所述控制单元则可操作为确认一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果。

6.根据权利要求5所述的安全设备，其中，如果所述控制单元做出了确认一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果，所述控制单元则可操作为计算当车辆的所述一个或多个车轮设备与所述表面再次接触时撞击的估计的严重程度。

7.根据权利要求6所述的安全设备，其中，所述估计的严重程度基于所述车辆累积的动能。

8.根据权利要求6所述的安全设备，其中，如果所述撞击的估计的严重程度超过预定的阈值，则在所述一个或多个车轮设备与所述表面未接触时，激活可逆式的或不可逆式的安全带拉紧器。

9.根据权利要求6所述的安全设备，其中，所述惯性传感器包括俯仰传感器，如果俯仰率超过了预定的俯仰率阈值，所述控制单元则做出所述至少一个车轮设备与所述表面未接触的确定结果，如果所述撞击的估计的严重程度超过预定的阈值并且车辆的俯仰角超过预定的阈值，则在所述一个或多个车轮设备与所述表面未接触时，激活可逆式的或不可逆式的安全带拉紧器。

10.根据权利要求6所述的安全设备，其中：

所述车辆包括至少一个前排安全气囊；以及

如果做出了一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果，所述控制单元则适于确定当所述车辆撞击所述表面时是否触发所述前排安全气囊，如果确定将触发所述前排安全气囊，所述控制单元可操作为在所述一个或多个车轮设备与所述表面未接触时激活可逆式的或不可逆式的安全带拉紧器。

11.根据权利要求10所述的安全设备，其中，所述车辆进一步包括离位传感器，其中如果确定将触发所述前排安全气囊并且乘员处于离位状态，则将激活所述安全带拉紧器。

12.根据权利要求5所述的安全设备，其中，如果做出了确认一个或多个车轮设备与所述表面未接触的确定结果，并且车辆传感器指示所述一个或多个车轮设备与所述表面再次接触，则激活安全带拉紧器。