CN109435883B - 汽车自适应人体智能进入系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车自适应人体智能进入系统和方法，系统包括汽车控制子系统用于车辆外感应人体并唤醒车辆内的自动调节控制功能；以及人体检测子系统用于接收汽车控制子系统的指令进行车辆外人体参数外形参数检测，并将检测结果传输至汽车控制子系统进行车辆内的自动调节。本发明于车辆外获取人体参数，并进行座位、方向盘等的自动调节，便捷且给人带来较高的舒适体验；尤其是在更换驾驶司机或乘坐人员存在较大身高体型差异的情况下，不用像传统技术中耗费时间由人工手动调节车内电动座椅和方向盘，本发明在人未进入车辆前，便自动调节好适合的驾驶或乘坐环境，舒适性大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及汽车智能调节技术领域，具体而言，为一种汽车自适应人体智能进入系统和方法。
背景技术
目前，公知的汽车电动座椅主要有三种，一种不带记忆性的电动座椅每次更换驾驶司机或乘车人员都需要由人工调节电动座椅的前后距离、高度和靠背的角度；第二种带有记忆功能的电动座椅每次更换开车司机或乘车人员也需要录入新的个人标签；第三种是目前最新的舒适进入系统，会将座椅调节至最后，座椅靠背角度尽可能调大以方便乘坐人员进入车辆。这导致在下雨天、或者需要紧急出勤的特殊情况下，更换的司机或乘车人员在进入车辆时极其不便(因有时人与人在身高体型上存在较大差异，所以在更换驾驶司机或乘车人员时都需要耗费大量时间在调节座椅和方向盘上)造成时间的浪费，乘车体验驾车体验的满意度降低。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种汽车自适应人体智能进入系统和方法。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种汽车自适应人体智能进入系统，包括
汽车控制子系统：用于车辆外感应人体并唤醒车辆内的自动调节控制功能；以及
人体检测子系统：用于接收汽车控制子系统的指令进行车辆外人体参数外形参数检测，并将检测结果传输至汽车控制子系统进行车辆内的自动调节。
进一步的，上述的汽车自适应人体智能进入系统：所述人体检测子系统包括结构光检测装置，结构光检测装置包括结构光投射器、红外相机以及数据处理单元；所述投射器用于投射结构光到待测人或物体表面；所述红外相机设置单个或多个在汽车车体上，用于拍摄所述待测人或物体表面的结构光图像，并将图像信息发送至数据处理单元以进行计算。
进一步的，上述的汽车自适应人体智能进入系统：人体检测子系统还包括数据库单元，用于提供人体参数与车辆调节指令的对应关系，以在获得人体参数后输出车辆调节指令至汽车控制子系统。
进一步的，上述的汽车自适应人体智能进入系统：所述处理模块执行的程序包括：
S1.接收ECU启动指令，控制红外相机和投射器工作；
S2.接收初步成像后进行微调控制程序；
S3.接收测量成像进行计算。
进一步的，上述的汽车自适应人体智能进入系统：所述投射器、红外相机分别设置在电动转盘上，电动转盘的驱动电机电连接所述处理模块；步骤S1.还包括控制电动转盘工作。
进一步的，上述的汽车自适应人体智能进入系统：汽车控制子系统包括安装在车体内的基站和与之匹配的智能钥匙；基站与智能钥匙之间通过无线通信传输；还包括车身控制模块和电子立柱锁，均通过CAN总线与基站相连。
另一方面，本发明提供了一种汽车自适应人体智能进入方法，包括：
通过汽车控制子系统在车辆外感应人体并唤醒车辆内的自动调节控制功能；以及
通过人体检测子系统接收汽车控制子系统的指令进行车辆外人体参数外形参数检测，并将检测结果传输至汽车控制子系统进行车辆内的自动调节。
进一步的，上述的汽车自适应人体智能进入方法：所述通过人体检测子系统接收汽车控制子系统的指令进行车辆外人体参数外形参数检测，包括
建立身高体型检测装置，获取车辆外被测人的身高体型参数；
建立身高体型数据库，存储身高体型参数与其对应的车辆调节指令，以根据获取被测人的身高体型参数输出指令进行车辆内的自动调节。
进一步的，上述的汽车自适应人体智能进入方法：建立身高体型检测装置，获取车辆外被测人的身高体型参数包括；
在车辆上设置身高体型检测装置，包括投射器、红外相机以及处理模块；
其中处理器执行程序包括：
控制红外相机和投射器工作；
接收初步成像后进行微调控制程序。
接收测量成像进行计算。。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明基于结构光检测获取人体参数，人在车辆之外即可被感知并进行座位、方向盘等的自动调节，便捷且给人带来较高的舒适体验；尤其是在更换驾驶司机或乘坐人员存在较大身高体型差异的情况下，不用像传统技术中耗费时间由人工手动调节车内电动座椅和方向盘，本发明在人未进入车辆前，便自动调节好适合的驾驶或乘坐环境，舒适性大大提高。
附图说明
图1是本发明提供的汽车自适应人体智能进入系统的结构框图；
图2是图1所示汽车自适应人体智能进入系统的工作流程图；
图3是本发明汽车自适应人体智能进入系统中红外相机的成像光路图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1-2所示，一种汽车自适应人体智能进入系统，包括
汽车控制子系统：包括安装在车体内的基站(PEPS ECU，下称ECU)，和与之匹配的智能钥匙；基站与智能钥匙之间通过无线通信传输；
汽车控制子系统包括PEPS ECU(Electronic ControlUnit，电子控制单元)，BCM(Body Control Module，车身控制模块，是集成车身灯、方向盘、门锁、窗锁及座椅调节功能的控制模块，在PEPS系统中，BCM通过CAN总线与ECU相连，根据后者提供的指令完成对方向盘、车门、车窗及车灯和座椅等的控制调节)，智能钥匙以及电子立柱锁；所述PEPS ECU与BCM设置在汽车内部并通过CAN总线连接；
其中，所述电子控制单元，是PEPS系统的核心组件，用于对汽车的所述智能钥匙进行身份识别，BCM通过CAN总线与ECU连接，以根据ECU发送的指令完成对车门、车窗以车灯和座椅的控制调节。若ECU经过识别智能钥匙合法，则通过CAN总线将操作指令发送给BCM；BCM控制电子立柱锁的解锁。电子立柱锁即汽车的门锁、后备箱锁等，其通过内置的小型电机驱动锁舌的伸缩动作，实现汽车的门锁、后备箱锁的闭锁/解锁功能；电子立柱锁通过LIN(local interconnect network)总线连接所述BCM。
汽车的电子门把手内置有低频天线和微动开关(或感应开关)，低频天线和微动开关(或感应开关)均通过电路连接至所述PEPS ECU；低频天线用来探测钥匙位置，微动开关用来唤醒PEPS系统，令其从睡眠模式切换到工作模式。
当人体接近汽车电子门把手时，上述微动开关或感应开关感应到这一信息后向ECU发送感应脉冲，唤醒PEPS ECU，PEPS ECU驱动低频天线向外发送唤醒报文以对智能钥匙进行的身份验证；其中所述低频天线能以自身为中心，
若ECU识别出此ID号与自身系统的钥匙编码相匹配时，就会通过低频信号向智能钥匙发送验证码，收到验证码的智能钥匙会通过跳转码算法，对该验证码进行数据加密，并将加密结果通过高频信号发回ECU。PEPS ECU将收的加密数据与自身的计算结果进行比对，如两者匹配，就会将相应的操作指令通过CAN总线发送给BCM，由后者完成解锁门锁等后续操作。整个认证构成在实际应用中仅需耗费几十毫秒，所以对用户而言不会产生任何迟滞的感觉。
还包括人体检测子系统为身高体型检测装置；该身高体型检测装置的一种具体实施例为结构光检测装置；结构光检测装置包括投射器、红外相机以及处理模块；所述投射器用于投射结构光到待测人或物体表面；所述红外相机设置单个或多个在汽车车体上，用于拍摄所述待测人或物体表面的结构光图像，并将图像信息发送至处理模块进行计算；测量过程中，基于三角测量原理经过图像三维解析计算从而获得被测物三维外形特征(身高、体型)，将此信息输入数据库单元中，获得对应座椅调节指令，通过CAN总线将调节指令发送给BCM。
本发明给出的实施例中，结构光投射器为红外光点阵投射器，红外光点阵投射器会投射出密密麻麻的不可见光点投影，在人体走近时由红外相机至少拍两张照片，由于两张照片中人体的远近不同(人体与车身距离是相机利用红外线或者激光的传递速度来计算出)，人体上的红外光点数量或标记也不同，再将图像与系统中存储的模型进行比对，以确认身高体型。
具体的，投射器、红外相机分别设置在电动转盘上，电动转盘的驱动电机电连接所述处理模块；处理模块即处理器，主要用于负责控制指令的发送以及数据的接收和处理，本实施例中，在ECU确认钥匙匹配后，通过CAN总线发送指令至该处理器，处理器执行程序：
S1.接收ECU启动指令，控制红外相机和投射器以及电动转盘工作；
S2.接收初步成像后进行微调控制程序；
S3.接收测量成像进行计算。
其中，S2.接收初步成像后进行微调控制程序包括：
S21.接收红外相机捕捉到的初步成像，根据预设规则调整负载红外相机的电动转盘和负载投射器的电动转盘旋转，使得投射光和相机视角均正对被测人；并调整红外相机的工作参数，以达到最佳成像视角。如果装置启动后未捕捉到到初步成像，则电动转盘旋转至捕捉到初步成像。
由于人在车前的位置时非固定的，处理器参考红外相机捕捉的初步人像通过电动转盘调整红外相机和投射器的工作视角以获得最佳成像，继而计算出更为精确的身高体型数据。
最佳成像要求红外相机上的像点始终位于焦平面上，投射器投射光在人体上时，红外相机感光元件受光面须与其成像光轴成一夹角，以建立物方光斑与像光斑位移的精确关系，利于提高测量精度。
其中基于三角测量原理，红外相机物方入射光斑及其像点位移关系如图3中Z与I的关系；其中，Z、I分别为物方入射光斑及其像点的位移量；它们之间的关系由d0、di、α及β四个参数确定。其中，d0是光束轴线与成像物镜L光轴的交点O到成像物镜光心M的距离(即基准点的物距)；di是感光元件与成像物镜光轴的交点O′到透镜光心M的距离(即基准点的像距)；α为光束轴线与成像物镜光轴的夹角；β为感光元件像面与成像物镜光轴的夹角。
则根据高斯定理(Scheimpflug)，当投射在人体表面上的光斑恰好位于成像物镜光轴上时(可将这个位置O点，作为测量的参考零点)，为使光斑在感光元件线阵上成清晰实像，则
S22.预设规则
式中，f为透镜焦距。
对于光轴以外的光斑，也要使其在红外相机感光元件线阵上成清晰实像，设此时物距和像距分别为d'0和d'i也必须满足高斯定理，因此有
同时，光束轴线、透镜主平面、感光元件线阵三者的延长线交于一点C。因此有几何关系：
d0tanα＝ditanβ
公知的，相机将光束投射到被测物或人上，所形成的光斑作为传感信号，用透镜成像原理将收集到的漫反射光会聚到相机感光元件上形成像点。当入射光斑随被测物面移动时，像点在光接收器上作相应的移动，根据像移大小和相机工作参数可以确定被测物面的位移量或表面形貌等；本发明利于该原理并满足上述结构光条件下的三角法测量，就可获得清晰实像，该像作为测试成像用于计算人体身高体型数据。
S3.处理器接收测量成像进行计算包括通过步骤S2.的方式获取预设时间差内的至少两张清晰实像作为测量成像，计算人体身高体型参数。
其中，红外相机采集的上述所有成像(都为结构光图像)为经过调制的图像；可采用时间调制，时间调制为飞行时间法，记录光脉冲在空间的飞行时间，通过飞行时间确定实际被测人距离，以便于计算成像中被测人体的身高体型信息。
数据库单元存储有身高体型参数对应的座椅、方向盘调节指令，存在一一的映射关系；数据库单元获取处理模块的计算结果，匹配出相应的调节指令由处理模块通过CAN总线将调节指令发送给ECU继而令BCM进行自动调节。
具体实施时，汽车两侧B柱内嵌安装结构光检测装置(如要扩大感应范围可以在汽车A柱和C柱再加装结构光检测装置)。B柱即在驾驶舱的前座和后座之间，从车顶延伸到车底部的竖梁；A柱即在发动机舱和驾驶舱之间,左右后视镜的上方的竖梁。C柱在后坐头枕的两侧。
驾驶员/乘员进入汽车PEPS系统可探测区域后，可通过随身携带的智能钥匙向汽车发射触发信号，ECU接收到触发信号，由睡眠状态变为工作状态，并通过低频天线向智能钥匙发射低频唤醒信号，智能钥匙通过内置的低频天线接收此信号，与内置信息对比，一致则唤醒。
ECU还可以是在人体触摸到车辆把手上的微动开关后，由微动开关传输触发信号至ECU，ECU接收到触发信号，并通过低频天线向智能钥匙发射低频唤醒信号，唤醒智能钥匙。
智能钥匙唤醒后，与ECU进行高频通信，确认身份。同时，通过低频天线的交叉检测，判断出智能钥匙的当前位置。
身份确认后，ECU通过CAN总线向结构光检测装置发送指令和钥匙位置信息，结构光投射器向对应位置投射2～3米*1～3米范围的结构光，红外相机接收经人体调制的结构光图像，将信息输入处理模块，经过图像三维解析计算从而获得被测物三维形面特征(身高体型)；将此信息通过CAN总线发给数据库单元。
数据库单元将身高体型信息与数据库单元内数据比对，生成控制指令，将此指令与开门指令一并通过CAN总线发送给BCM，自动调节方向盘的高度、前后距离和角度以及调节车内车外的后视镜角度，自动打开位于驾驶员目视范围右前方的主后视镜，并完成后开门动作。
本发明基于结构光检测获取人体参数，人在车辆之外即可被感知并进行座位、方向盘等的自动调节，便捷且给人带来较高的舒适体验；尤其是在更换驾驶司机或乘坐人员存在较大身高体型差异的情况下，不用像传统技术中耗费时间由人工手动调节车内电动座椅和方向盘，本发明在人未进入车辆前，便自动调节好适合的驾驶或乘坐环境，舒适性大大提高。
本发明还提供了基于上述自适应人体智能进入系统实施的方法，包括通过汽车控制子系统在车辆外感应人体并唤醒车辆内的自动调节控制功能；以及通过人体检测子系统接收汽车控制子系统的指令进行车辆外人体参数外形参数检测，并将检测结果传输至汽车控制子系统进行车辆内的自动调节。
其中，所述通过人体检测子系统接收汽车控制子系统的指令进行车辆外人体参数外形参数检测，包括
建立身高体型检测装置，获取车辆外被测人的身高体型参数；
建立身高体型数据库，存储身高体型参数与其对应的车辆调节指令，以根据获取被测人的身高体型参数输出指令进行车辆内的自动调节。
具体的，
a1.汽车两侧B柱内嵌安装结构光检测装置(如要扩大感应范围可以在汽车A柱和C柱再加装结构光检测装置)。
结构光检测装置包括投射器和红外相机以及处理模块，固定在B柱上，作为优选，投射器和红外相机分别通过电动转盘固定在B柱上，可调节投射方向和成像视角；投射器、红外相机以及电动转盘的电机均电连接至处理模块，即处理器；其设置方式具体可参考上述汽车自适应人体智能进入系统部分的相关描述。
本发明方法中，该处理模块执行程序包括：
a2.控制红外相机和投射器以及电动转盘工作；
a3.接收初步成像后进行微调控制程序；
a31.接收红外相机捕捉到的初步成像，根据预设规则调整负载红外相机的电动转盘和负载投射器的电动转盘旋转，使得投射光和相机视角均正对被测人；并调整红外相机的工作参数，以达到最佳成像视角。如果装置启动后未捕捉到到初步成像，则电动转盘旋转至捕捉到初步成像。
预设规则中，d0是光束轴线与成像物镜光轴的交点到成像物镜光心的距离(即基准点的物距)；di是感光元件与成像物镜光轴的交点到透镜光心的距离(即基准点的像距)；f为透镜焦距。
a4.接收测量成像进行计算，包括获取预设时间差内的至少两张清晰实像作为测量成像，计算人体身高体型参数；
根据本发明上述的三角测量原理，可以导出三角测量法的物像位移关系。取透镜光轴与激光束轴线交点O为物方零位参考点，对应感光元件上的像点O′为像方零点。当投射光斑偏离O点向上移动至B点时，由成像原理可得，其像点位于B′。设此时物方位移为Z，像方位移为I，则根据几何关系有：
同理，透射光斑偏离O点向下移动至A点时，其像点位于A′点，此时的几何关系为：
综上
式中，符号“+”对应于物面由O点向B点方向移动，符号“－”对应于物面由O点向A点方向移动。因此，根据像点位移I，由上述几何关系式子，就可求出物方位移Z，由于成像都是经过调制的图像，可得出位移对应的实际距离，得出被测人的形貌参数。
获得的参数输入到数据库单元，确定身高体型对应的指令，并通过ECU控制座椅、方向盘等进行自动调节，至适合当前驾驶人的位置。
本发明上述程序(也称为软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)来编写，并且计算机程序可以用任何形式来部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或者适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序并非必须对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保持其他程序或数据(例如标记语言文档中所存储的一个或多个脚本)的文件的部分中，存储在专用于所描述的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如存储一个或多个模块、子程序或者代码的部分的文件)中，通过处理器执行。
本文中的处理器为单片机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种汽车自适应人体智能进入系统，其特征在于：包括
汽车控制子系统：用于车辆外感应人体并唤醒车辆内的自动调节控制功能；以及
人体检测子系统：用于接收汽车控制子系统的指令进行车辆外人体参数外形参数检测，并将检测结果传输至汽车控制子系统进行车辆内的自动调节；
所述人体检测子系统包括结构光检测装置，结构光检测装置包括结构光投射器、红外相机以及数据处理单元；所述投射器用于投射结构光到待测人或物体表面；所述红外相机设置单个或多个在汽车车体上，用于拍摄所述待测人或物体表面的结构光图像，并将图像信息发送至数据处理单元以进行计算；
所述人体检测子系统还包括数据库单元，用于提供人体参数与车辆调节指令的对应关系，以在获得人体参数后输出车辆调节指令至汽车控制子系统；
所述投射器、红外相机分别设置在电动转盘上，电动转盘的驱动电机电连接所述数据处理单元；
所述汽车控制子系统包括安装在车体内的基站和与之匹配的智能钥匙；基站与智能钥匙之间通过无线通信传输；还包括车身控制模块和电子立柱锁，均通过CAN总线与基站相连；
所述汽车自适应人体智能进入系统采用包括以下步骤的方法实现自适应人体智能进入：
通过汽车控制子系统在车辆外感应人体并唤醒车辆内的自动调节控制功能；以及
通过人体检测子系统接收汽车控制子系统的指令进行车辆外人体参数外形参数检测，并将检测结果传输至汽车控制子系统进行车辆内的自动调节；
所述通过人体检测子系统接收汽车控制子系统的指令进行车辆外人体参数外形参数检测，包括：
建立身高体型检测装置，获取车辆外被测人的身高体型参数；
建立身高体型数据库，存储身高体型参数与其对应的车辆调节指令，以根据获取被测人的身高体型参数输出指令进行车辆内的自动调节；
建立身高体型检测装置，获取车辆外被测人的身高体型参数包括；
在车辆上设置身高体型检测装置，包括投射器、红外相机以及处理模块；
其中处理器执行程序包括：
控制红外相机和投射器工作；
接收初步成像后进行微调控制程序；
接收测量成像进行计算；
其中，所述接收初步成像后进行微调控制程序，包括：
接收红外相机捕捉到的初步成像，根据预设规则调整，根据预设规则调整负载红外相机的电动转盘和负载投射器的电动转盘旋转，使得投射光和相机视角均正对被测人；并调整红外相机的工作参数，以达到最佳成像视角；如果装置启动后未捕捉到到初步成像，则电动转盘旋转至捕捉到初步成像；
预设规则中，，d0是光束轴线与成像物镜光轴的交点到成像物镜光心的距离；di是感光元件与成像物镜光轴的交点到透镜光心的距离；f为透镜焦距；
所述接收测量成像进行计算，包括：
获取预设时间差内的至少两张清晰实像作为测量成像，计算人体身高体型参数；
根据三角测量原理，可以导出三角测量法的物像位移关系；取透镜光轴与激光束轴线交点O为物方零位参考点，对应感光元件上的像点O′为像方零点；当投射光斑偏离O点向上移动至B点时，由成像原理可得，其像点位于B′；设此时物方位移为Z，像方位移为I，则根据几何关系有：
；
同理，透射光斑偏离O点向下移动至A点时，其像点位于 A′点，此时的几何关系为：
；
综上
；
式中，符号“＋”对应于物面由O点向B点方向移动，符号“－”对应于物面由O点向A点方向移动；根据像点位移I，由几何关系式子，求出物方位移Z，由于成像都是经过调制的图像，可得出位移对应的实际距离，得出被测人的形貌参数。
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