CN109383442A - 速度变化量的测量方法和安全气囊的点火方法 - Google Patents

速度变化量的测量方法和安全气囊的点火方法 Download PDF

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江永斌
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Abstract

本发明提出了一种速度变化量的测量方法和安全气囊的点火方法；所述速度变化量的测量方法包括以下步骤：步骤S1、获取时间窗的窗宽；获取时间窗的分区数；获取滤波系数；每隔分区时间获取车辆的制动加速度，并对该制动加速度进行滤波，得到滤波输出加速度；步骤S2、每隔分区时间计算车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值；本发明的速度变化量的测量方法和安全气囊的点火方法简单、实用可靠。

Description

速度变化量的测量方法和安全气囊的点火方法
技术领域
本发明涉及车辆领域，尤其涉及一种速度变化量的测量方法和安全气囊的点火方法。
背景技术
对车辆进行安全气囊点火时刻的标定是通过测量加速度或者速度变化量完成的，即当测量的加速度或者速度变化量达到预设的阈值时，发出点火指令。具体地，目前对车辆进行安全气囊点火时刻的标定主要有以下几种方法：加速度峰值法、速度变化量法、加速度坡度法以及移动时间窗算法。这里，在采用加速度峰值法作为标定安全气囊点火时刻的判断指标时，其抗干扰能力差；而采用速度变化量法作为标定安全气囊点火时刻的判断指标时，其对碰撞不够敏感。而采用加速度坡度法时，需要对加速度信号进行很好的滤波。而移动时间窗算法是速度变化量法的一个变形，具体是：先计算s(t,w)：
这里，a(t)为加速度；t为积分当前时刻；w为时间窗的窗宽；s(t,w)为移动时间窗的积分值。
然后，判断积分值s(t,w)是否大于预设阈值，若是，则点爆气囊。然而，该算式是基于以下两个假设：1)加速度方向与汽车行进方向完全一致；2)汽车在水平路面上行驶。在当加速度方向与汽车行进方向不一致或汽车不在水平路面上行驶时，重力加速度会在x轴和/或y轴和/或z轴方向上产生投射，导致x轴和/或y轴和/或z轴方向上存在初始加速度值，这会导致速度变化量s(t,w)的不准确，从而导致安全气囊误点火的状况。
发明内容
本发明针对在现有移动时间窗算法中，在当加速度方向与汽车行进方向不一致或汽车不在水平路面上行驶时，速度变化量s(t,w)的计算会不准，导致安全气囊误点火的问题，提出了一种速度变化量的测量方法和安全气囊的点火方法。
本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：
本发明提出了一种速度变化量的测量方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取时间窗的窗宽；获取时间窗的分区数；获取滤波系数；每隔分区时间获取车辆的制动加速度，并对该制动加速度进行滤波，得到滤波输出加速度；车辆在ti时刻时的滤波输出加速度通过下列算式计算得到：
这里，a(ti)表示车辆在ti时刻时的滤波输出加速度，i为整数；
a0(ti)表示车辆在ti时刻时的制动加速度，i为正数；
α表示滤波系数；
h为分区时间；
w为时间窗的窗宽；
n为时间窗的分区数；
步骤S2、每隔分区时间计算车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值；定义所述计算车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值时的时刻为t时刻，则t时刻时车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值通过下列计算式计算得到：
这里，s(t,w)表示t时刻时车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值；
a(ti)表示车辆在ti时刻时的滤波输出加速度，i为整数；
w为时间窗的窗宽；
n为时间窗的分区数；
h为分区时间。
本发明还提出了一种安全气囊的点火方法，包括以下步骤：
获取积分阈值；并采用如权利要求1所述的速度变化量的测量方法，每隔分区时间计算车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值；
判断积分值是否大于积分阈值，若是，则点爆安全气囊。
本发明上述安全气囊的点火方法中，w小于1s。
本发明上述安全气囊的点火方法中，w为700ms；积分阈值为3.0m/s；h为20ms。
本发明上述安全气囊的点火方法中，当滤波系数α为1/32，且t时刻的积分值大于积分阈值时，将滤波系数α变更为1/256，再计算滤波系数α为1/256时t时刻的积分值，并判断该积分值是否大于积分阈值，若是，则点爆安全气囊。
本发明上述安全气囊的点火方法中，在滤波系数α为1/256情况下，若滤波输出加速度变为0时，则将滤波系数α再修改为1/32。
本发明通过采用滤波算法滤除了重力加速度对积分值的影响，从而避免了安全气囊误点爆的问题，本发明还通过权衡和变更滤波系数的方式，消除了车辆在急减速时滤波输出加速度的误差。本发明的速度变化量的测量方法和安全气囊的点火方法简单、实用可靠。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为当测试制动加速度的设备水平放置时，重力加速度在x轴上的投影测试示意图；
图2为当测试制动加速度的设备水平放置时，重力加速度在y轴上的投影测试示意图；
图3为当测试制动加速度的设备水平放置时，重力加速度在z轴上的投影测试示意图；
图4为当测试制动加速度的设备水平放置，且滤波系数α分别为1/8、1/16、1/24时，与重力加速度在z轴上的投影对应的滤波输出加速度的测试示意图；
图5为当测试制动加速度的设备水平放置，且滤波系数α分别为1/8、1/16、1/24时，与重力加速度在z轴上的投影对应的滤波输出加速度的积分值的测试示意图；
图6为当测试制动加速度的设备倾斜放置时，重力加速度在x轴上的投影测试示意图；
图7为当测试制动加速度的设备倾斜放置时，重力加速度在y轴上的投影测试示意图；
图8为当测试制动加速度的设备倾斜放置时，重力加速度在z轴上的投影测试示意图；
图9为当测试制动加速度的设备倾斜放置，且滤波系数α分别为1/8、1/16、1/24时，与重力加速度在z轴上的投影对应的滤波输出加速度的测试示意图；
图10为当测试制动加速度的设备倾斜放置，且滤波系数α分别为1/8、1/16、1/24时，与重力加速度在z轴上的投影对应的滤波输出加速度的积分值的测试示意图；
图11为车辆在经过路障、急加速、急减速、正常刹车和点刹的情况下所采集的制动加速度的示意图；
图12为分别采用1/8、1/16、1/32作为滤波系数α，对图11所示的制动加速度进行滤波后的滤波输出加速度的示意图；
图13为对图12所示的滤波输出加速度在窗宽内进行积分的积分值的示意图；
图14为车辆在急减速状态下所采集的制动加速度的示意图；
图15为分别采用1/8、1/16、1/32作为滤波系数α，对图14所示的制动加速度进行滤波后的滤波输出加速度的示意图；
图16为对图15所示的滤波输出加速度在窗宽内进行积分的积分值的示意图。
具体实施方式
本发明要解决的技术问题是：在现有移动时间窗算法中，在当加速度方向与汽车行进方向不一致或者汽车不在水平路面上时，速度变化量的计算会不准，，从而导致安全气囊误点火的状况。本发明就上述技术问题而提出的技术思路是：由于加速度计或车辆行驶引起的重力加速度在x轴和/或y轴和/或z轴方向上引起的投射分量(x轴、y轴和z轴两两垂直，下同)，是一个频率变化很低的数值，这样，本发明采用一个采用软件算法将该值滤除。其中，该软件算法为：Y(K)＝а·X(K)+(1-а)·Y(K-1)；其中，X(K)为当前数据；Y(K-1)为前次的滤波输出值；а为滤波系数，且а﹤1；Y(K)为本次的滤波输出值。
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更加清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
本发明的速度变化量的测量方法包括以下步骤：
步骤100、获取时间窗的窗宽；获取时间窗的分区数；获取滤波系数；每隔分区时间获取车辆的制动加速度，并对该制动加速度进行滤波，得到滤波输出加速度；车辆在ti时刻时的滤波输出加速度通过下列算式计算得到：
这里，a(ti)表示车辆在ti时刻时的滤波输出加速度，i为整数；
a0(ti)表示车辆在ti时刻时的制动加速度，i为正数；
α表示滤波系数；
h为分区时间；
w为时间窗的窗宽；
n为时间窗的分区数；
步骤200、每隔分区时间计算车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值；定义所述计算车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值时的时刻为t时刻，则t时刻时车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值通过下列计算式计算得到：
这里，s(t,w)表示t时刻时车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值；
a(ti)表示车辆在ti时刻时的滤波输出加速度，i为整数；
w为时间窗的窗宽；
n为时间窗的分区数；
h为分区时间。
在移动时间窗算法中，积分值s(t,w)为时间窗的窗宽w内的速度变化量。
当车辆正常行驶时，车辆的加速度方向以上下为主，且加速度的作用时间很短；当车辆在正常减速时，加速度作用时间过长，车辆在窗宽w内的速度变化量也不会超过积分阈值。而车辆在紧急制动情况下，车辆的加速度作用时间足够长，且车辆在窗宽w内的速度变化量会大于预设的积分阈值。
因此，本发明可以采用车辆的积分值s(t,w)作为用于标定安全气囊的点火时刻的参数，从而使本发明的安全气囊的点火方法具有较强的抗干扰能力和可靠性。
具体地，本发明提出了一种基于上述速度变化量的测量方法的安全气囊的点火方法，包括：
获取积分阈值；
判断积分值是否大于积分阈值，若是，则点爆安全气囊。
进一步地，本发明通过对车辆在不同工况(路障、急加速、急减速、正常刹车和点刹)下加速度的特征进行研究，确定了窗宽、积分阈值和分区时间的优选值，具体来说，窗宽w为700ms，积分阈值应取3.0m/s；分区时间h采用20ms。这里，对车辆在不同工况下加速度的特征研究再此并不一一赘述。
为了确定滤波系数，本发明将测试制动加速度的设备水平放置，并测试重力加速度在x轴、y轴和z轴上的投影，如图1-3所示。可以发现，重力加速度在z轴上的噪音比较大，然后，假设滤波系数α分别为1/8、1/16、1/24，并分别计算与重力加速度在z轴上的投影对应的滤波输出加速度，如图4所示。并计算对应的积分值s(t,w)，如图5所示。同时，本发明还将测试制动加速度的设备倾斜放置，并测试重力加速度在x轴、y轴和z轴上的投影，如图6-8所示。可以发现，重力加速度在z轴上的噪音比较大，然后，假设滤波系数α分别为1/8、1/16、1/24，并分别计算与重力加速度在z轴上的投影对应的滤波输出加速度，如图9所示。并计算对应的积分值s(t,w)，如图10所示。
从图4、5、9和10可以看出，本发明所采用的滤波公式是有效的，重力加速度在z轴上的投影可以有效地被滤除。其中，滤波系数α越大，滤波效果越好。
进一步地，本发明还分别采集了路障、急加速、急减速、正常刹车和点刹的情况下的制动加速度进行采集，并以滤波系数α分别为1/8、1/16、1/32为基础，分别计算与制动加速度对应的滤波输出加速度，并进行对应积分，如图11-13所示。
从图11-13可以看出，滤波系数α越大，滤波输出加速度随制动加速度变化越快，可以迅速反应出状态切换后的真实加速度，但是，滤波输出加速度会减小，不容易辨别车辆的不同工况(如点刹和颠簸难以分清)。所以，本发明采用1/32作为滤波系数，既可以较好地反映真实加速度变化，又可以辨别不同情况。在这里，经测试，我们发现，当滤波系数α为1/8-1/256时，无论车辆是在平面上行驶，还是在斜坡上行驶，重力加速度对制动加速度的影响都可以被滤除。
进一步地，本发明对车辆在急减速状态下的制动加速度、滤波系数为1/8、1/32、1/256的滤波输出加速度以及积分值进行更细致的研究，如图14-16。
从图14-16可以看出，车辆在137s-145s进行急减速后，并没有任何加速行为，而在采用滤波系数为1/8或1/32来滤波后，滤波输出加速度出现了对称情况，这导致积分值包含了加速方向的积分。这样，选用1/8或1/32的滤波系数，都会对积分值产生较大影响。
因此，我们可以在选定1/32作为滤波参数的基础上，一旦积分值达到积分阈值时，则判断选择滤波系数为1/256时的积分值是否达到积分阈值，若是，则点爆安全气囊。而一旦车辆趋于匀速，则将滤波参数调整为1/32，这样，既不会错误判定急加速，也不会漏判急减速后的急加速行为。
本发明通过采用滤波算法滤除了重力加速度对积分值的影响，从而避免了安全气囊误点爆的问题，本发明还通过权衡和变更滤波系数的方式，消除了车辆在急减速时滤波输出加速度的误差。本发明的速度变化量的测量方法和安全气囊的点火方法简单、实用可靠。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种速度变化量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、获取时间窗的窗宽；获取时间窗的分区数；获取滤波系数；每隔分区时间获取车辆的制动加速度，并对该制动加速度进行滤波，得到滤波输出加速度；车辆在ti时刻时的滤波输出加速度通过下列算式计算得到：
这里，a(ti)表示车辆在ti时刻时的滤波输出加速度，i为整数；
a0(ti)表示车辆在ti时刻时的制动加速度，i为正数；
α表示滤波系数；
h为分区时间；
w为时间窗的窗宽；
n为时间窗的分区数；
步骤S2、每隔分区时间计算车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值；定义所述计算车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值时的时刻为t时刻，则t时刻时车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值通过下列计算式计算得到：
这里，s(t,w)表示t时刻时车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值；
a(ti)表示车辆在ti时刻时的滤波输出加速度，i为整数；
w为时间窗的窗宽；
n为时间窗的分区数；
h为分区时间。
2.一种安全气囊的点火方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取积分阈值；并采用如权利要求1所述的速度变化量的测量方法，每隔分区时间计算车辆的滤波输出加速度在时间窗内对时间的积分值；
判断积分值是否大于积分阈值，若是，则点爆安全气囊。
3.根据权利要求2所述的安全气囊的点火方法，其特征在于，w小于1s。
4.根据权利要求3所述的安全气囊的点火方法，其特征在于，w为700ms；积分阈值为3.0m/s；h为20ms。
5.根据权利要求4所述的安全气囊的点火方法，其特征在于，
当滤波系数α为1/32，且t时刻的积分值大于积分阈值时，将滤波系数α变更为1/256，再计算滤波系数α为1/256时t时刻的积分值，并判断该积分值是否大于积分阈值，若是，则点爆安全气囊。
6.根据权利要求4所述的安全气囊的点火方法，其特征在于，在滤波系数α为1/256情况下，若滤波输出加速度变为0时，则将滤波系数α再修改为1/32。
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