CN110139780A - 使用低计算开销检测车辆的轻度撞击 - Google Patents

Abstract

检测了对车辆的轻度撞击或中度撞击。将所测量的加速度和横摆率与基线状态中的基线阈值进行比较。当所述加速度在所述阈值以上时，确定从估计的撞击位置到车辆重心的距离。当所述确定的距离小于车辆边缘距离时，那么如果所述加速度和所述横摆率中的至少一个在预定持续时间内在所述相应阈值以上时，将进入怀疑撞击状态。在所述怀疑撞击状态下，对多个车辆动态行为进行监测，以便确认所述轻度撞击的发生。如果所述加速度和所述横摆率未能保持在所述相应阈值以上或者如果所述计算距离未能保持小于所述边缘距离，则返回所述基线状态。当所述行为中的至少一个确认所述发生时检测出所述撞击。

Description

使用低计算开销检测车辆的轻度撞击

背景技术

本发明总体上涉及机动车辆撞车检测，且更具体地，涉及检测严重程度小于将触发诸如气囊等被动式约束装置的部署的严重程度的轻度到中度撞击事件的发生。

车辆撞车检测是在被动式约束系统的背景下的成熟技术，所述被动式约束系统在撞车期间部署以便保护车辆乘员。专用传感器和强大的检测算法在检测具有足够的严重程度的碰撞起始的过程中提供高可靠性，以自动地激活被动式约束装置。

典型的撞车感测系统可以由例如加速度计的阵列组成。来自加速度计的纵向和侧向加速度传感器信号可以生成在做出部署决策的约束控制模块(RCM)内，或传达给所述约束控制模块。安装在RCM中的加速度计具有从约﹣50g至约+50g的检测范围。远程定位在车辆的前方和侧面的卫星加速度计通常具有从约-250g至约+250g的范围。使用现有加速度计无法可靠地检测出涉及较低加速度水平的轻度到中度撞击。然而，将有益的是有能力检测轻度撞击，即当撞击严重程度小于RCM模块用于启动约束部署的撞击严重程度时。

虽然车辆之间的轻度撞击不会对驾驶员或乘客直接造成严重伤害，但是所述撞击可能会开始可以引起诸如进一步撞击或翻转事故等不期望的结果的一系列后撞击事件。因此，车辆所有者、车队操作人员、执法人员和保险提供商可能会关注对轻度撞击碰撞的发生的检测和记录。本发明公开了用于检测轻度撞击以支持许多不同类别的反应的技术和系统，所述反应诸如修改的车辆控制，第三方(例如，保险、车队和执法机构)实时提醒以及记录/存储车辆中的事件信息以便后续被车队操作人员和执法人员用于事故重建。

用于检测约束系统中的撞击的已知方法可能不适合用于检测轻度撞击，因为所述方法通常需要不同的传感器，这些传感器可能不太适合于检测轻度撞车，并且它们可能需要大量的计算资源和/或数据传输。典型的机动车辆电子架构包括连接作为多路复用通信网络中的节点的多个分布式控制器模块和传感器装置。鉴于将用于检测轻度撞击的最终用途，最佳实现方式通常将轻度撞击检测功能定位在除了约束控制模块之外的可能缺乏计算资源的控制器模块中(例如，在车身控制模块或动力传动系统控制模块中)。因此，将合乎需要的是实现使用低计算开销可靠地检测轻度撞击事件，同时在多路复用控制器网络上消耗最少量的数据流量。

发明内容

在轻度撞击检测算法中使用通常在高速CAN总线上的各种模块之间共享的车辆纵向和侧向加速度、横摆率和车辆速度。车身控制模块(BCM)提供优选位置以便实现轻度撞击检测。来自被安装作为车辆动态系统(例如，动力传动系统控制器或牵引控制或制动系统)的一部分的这种类型的加速度计的传感器信号具有通常在约﹣10g至约﹢10g之间的范围，这足以检测轻度撞击。车辆速度可以从车轮速度或从基于变速器的车辆速度导出。可能期望的是基于组合来自不同车辆系统的车辆速度估计值的融合车辆速度。监测了车辆横摆率(同样可以通过CAN总线从各种运动传感器获得)，以检测将与轻度撞击条件相关联的异常或不希望的角速度和加速度。还可以监测/记录关于侧倾率的运动传感器信息，以便在车辆翻转的情况下报告动态。还可以从高速CAN总线记录诸如油门位置、驾驶员制动踏板行程、驾驶员转向角等驾驶员控制意图，以获得对轻度撞击之前、期间和之后的驾驶员行为的了解。

在本发明的一个方面中，提供一种用于检测对车辆的轻度撞击的方法。将所测量的加速度和所测量的横摆率与基线状态中的相应基线阈值进行比较。当加速度在相应基线阈值以上时，那么根据车辆的质量、车辆的惯性矩、车辆的所测量的加速度和车辆的所测量的横摆率来确定重心到撞击的距离。当所确定的距离小于车辆边缘距离时，那么如果加速度和横摆率中的至少一个在第一预定持续时间内在相应基线阈值以上，进入怀疑撞击状态。在怀疑撞击状态下，对多个车辆动态行为进行监测，以便确认轻度撞击的发生，其中如果加速度和横摆率未能保持在相应基线阈值以上或者如果所计算的距离未能保持小于车辆边缘距离，则所述方法返回基线状态。当所述行为中的至少一个确认所述发生时检测出轻度撞击。

附图说明

图1是具有轻度撞击检测和记录系统的车辆的框图。

图2示出从轻度撞击到导致被动式约束装置的部署的高严重程度撞击的撞击严重程度范围。

图3示出利用以下方法的渐进式检测阶段：当条件越来越多地表明轻度撞击正在发生的可能性时逐渐增加计算资源和数据传输资源的使用。

图4是示出本发明的一个优选过程的状态图。

图5是示出车辆重心、撞击点和撞击距离的图解。

图6A至图6E是示出本发明的一个实施例中所使用的示例性车辆动态测量、计算和检测标志的图表。

图7是示出本发明的一个优选方法的流程图。

具体实施方式

参看图1，车辆10(诸如汽油、电动或混合动力机动车辆或载重汽车)包括控制器网络11，所述控制器网络11具有各种控制器模块、传感器和用于在各种模块和传感器之间传输数据信号的多路复用总线12(例如，CAN总线)。可以涉及实现本发明的控制器模块包括具有诸如加速度计等相关联传感器14的约束控制模块(RCM)13。被动式约束系统将进一步包括安置在整个车辆10中并且连接至RCM 13的诸如气囊(未图示)等致动器。

耦接至总线12的车身控制模块(BCM)15通常存在于车辆电气架构中以便执行一般车辆功能。BCM 15提供一个有利位置以便实现本发明的轻度撞击检测。控制器网络11进一步包括动力传动系统控制器，在本实施例中被示出为耦接至诸如速度传感器等各种动力传动系统传感器17的发动机控制模块(ECM)16。车辆还可以具有牵引控制模块，所述牵引控制模块由连接至诸如车轮速度传感器等相关联传感器的防抱死制动系统(ABS)模块18组成。

BCM 15可以包括或者耦接至将结合撞车检测和报告一起使用的非易失性存储器或存储装置20。出于访问远程数据和将撞击事件实时报告给远程系统(例如，执法人员或保险公司)的目的，无线通信模块21也可以与总线12连接以协同BCM 15一起工作。天线22连接至无线通信模块21以便建立数据通信信道(例如，蜂窝数据连接)。

轻度撞击检测功能的目的是尽可能快速地检测出虽然严重程度不足以触发被动式约束装置的部署但是可能会引起车辆不稳定性或显著改变车辆的初始动能(旋转动量或线性动量)的撞击。该功能并非意图部署气囊或任何其它被动式约束装置。然而，对撞击的敏感性需要比当前结合约束控件一起使用的敏感性高得多。图2示出将由轻度撞击功能检测出的撞击严重程度与有关气囊部署的撞击严重程度之间的差异。撞击的严重程度与事件期间所计算的速度改变ΔV成比例。具有部署的撞击区域26驻留于在RCM阈值以上的高ΔV。无撞击区域25驻留于低ΔV。轻度撞击区域26驻留于区域25与区域27之间。

为了平衡快速、准确检测和最少使用计算/多路复用资源的竞争目标，本发明采用如图3中所示出的多阶段检测策略。在框30中所示出的阶段1中，监测到一组初始或基线条件，所述条件对于撞击可能正在进行的总体指示敏感。特别地，车辆加速度和/或横摆率可以被用来提供所述总体指示。可以将所述车辆加速度和/或横摆率与所选择相应阈值进行比较，以使得当加速度和横摆率很低，很明显撞击并未正在进行时，不会进行较为计算密集型的操作以精确地检测轻度撞击。阶段1优选地还包括基于如下面更加详细地描述的车辆重心与所估计的撞击线之间的所计算撞击距离的有效性检查。

当在阶段1中监测到的加速度或横摆率超出相应阈值(且有效性检查不排除撞击事件)时，进入框31中所示出的阶段2。阶段2通过在做出怀疑发生撞击的结论之前确保加速度/横摆率在预定持续时间(例如，三个连续样本)期间保持在阈值以上而提供延迟响应。这有助于防止所测量的加速度或横摆率的瞬时误差触发在框32中所示出的阶段3中采用的全面监测状态。一旦进入阶段3，就执行较为计算密集型的监测以试图确认是否已经发生轻度撞击。

图4示出根据本发明的一个优选实施例的状态图。基线状态33执行初始监测，其中将车辆加速度和/或横摆率与相应预定阈值进行比较。特别地，总车辆加速度a可以优选地基于所测量的纵向加速度a_x和所测量的侧向加速度a_y的平方和的平方根而确定。所测量的加速度可以由车身控制模块通过例如CAN总线从动力传动系统控制模块获得。加速度阈值Acceleration Calibration1和Acceleration Calibration2和横摆率阈值YawRateCalibration1可以用作触发阶段1撞击检测逻辑的条件。更正式地说，可以根据以下伪码检测控制器模块中的“撞击中”条件：

其中z是时间索引，其中时间z₁、z₂和z₃是以时间步长间隔ΔT取得的连续样本，并且其中z₂是当前样本且z₁是前一样本，g是重力常数，且InImpact是将用来检测条件保持为真的持续时间的标志。

在状态34中，基于撞击距离执行有效性检查，即如果撞击距离未能驻留在车辆的边界边缘内，那么车辆动态将对应于在车辆周界外侧发生的撞击，这是不可能的。因此，有效性检查有助于消除任何错误撞击检测。有效性检查可以在以上测试之前或之后执行，以便确定InImpact标志的设置。如果在已经设置了InImpact标志之后执行，且有效性检查发现无效结果，那么有关当前样本时间段z的InImpact标志被重置为0。如果在InImpact比较之前执行，那么将需要在有效性检查之前引入额外测试以确保加速度a在阈值Acceleration Calibration1以上，以便避免如下所描述的未定义值。因此，可能优选的是如图4中所示出的在InImpact标志的设置之后执行有效性检查。

图5中示出了有关检查撞击距离的概念。车辆10具有重心(CG)40，通常从车辆10的中心稍微向前。当沿着撞击线43移动时，进行撞击的物体41在撞击点42处击打车辆10。撞击距离44是从CG 40到线43的最短距离，且表示成d_CG。距离d_CG必然小于从CG 40到车辆边缘的最长距离，所述距离可以近似为车辆的对角长度L的一半。图5还指示相关于CG 40限定的纵向加速度a_x、侧向加速度a_y和横摆率ω以及车辆前进速度V_x。

撞击距离d_CG优选地使用以下公式根据车辆的惯性矩计算：

其中m是车辆的质量，且J是关于CG 40的惯性矩。仅当总加速度超出预定阈值时才计算撞击距离，以使得以上计算不涉及除以零。

为了降低计算过程中的噪声(由于基于CAN的加速度和横摆率信号中的固有噪声)，并且为了更准确地估计撞击距离，在计算距离CG的撞击距离的过程中优选地使用递归最小二乘方(RLS)算法。因此，可以如下进行有效性检查：

其中，结果﹣1被用来指示不存在撞击(因为没有撞击距离可计算)。当实时RLS算法返回所计算的值时，将其与车辆边缘距离(例如，L/2)进行比较，并且如果d_CG大于L/2，那么InImpact[z₂]被设置为零。

在图4的状态35中，InImpact标志的延迟确认被用来确定Impact_Suspected标志的值。如果后三个连续InImpact标志为1，那么Impact_Suspected标志从0变为1。在以下伪码中，z₁、z₂和z₃是后三个样本，且连续的撞击标志是InImpact[z₁]、InImpact[z₂]和InImpact[z₃]：

当Impact_Suspected[z₃]等于1时，那么方法进行到状态36，否则其返回基线状态33。

在状态36中，Impact_Suspected标志被用来触发较为计算密集型但是能够确认轻度撞击的发生的各种动态行为的测试。动态行为可以包括检查例如前轮胎和后轮胎的滑移、纵向速度和侧向速度改变、持续过大加速度或横摆率以及车道偏离速度的阈值。下面更加详细地描述了这些行为中的每一个。如果检测出所述行为中的任何一个，那么会转变为impact-confirmed状态37。在状态37中，因为较大二次撞击的可能性可能增加，所以事件的细节可以存储，在车外传输以用于报告目的或对附近车辆进行无线警告，或者用于修改主车辆的操作，例如通过改变动力传动系统特性或修改被动式约束系统的操作。

第一动态行为是“最短合理时间”，其中Impact_Suspected标志随着时间推移积分，由InImpactTime表示。当Impact_Suspected标志被激活且InImpactTime超出预限定阈值ImpactDurationCalibration1时，确认撞击。例如，在ΔT取样间隔的情况下，已经使用了积分阈值ImpactDurationCalibration1(＞ΔT)。

另一动态行为是纵向速度的改变。这通过如下对纵向加速度a_x积分来进行计算：

当怀疑撞击时，则针对阈值SpeedChangCalibration1检查LongVchange。当满足条件abs(LongVchange)＞SpeedChangCalibration1时，那么Impact_Confirmed标志从0变为1。

另一动态行为是侧向速度的改变。这通过对侧向加速度a_y积分来进行计算：

当怀疑撞击时，则针对阈值SpeedChangCalibration2检查LatVchange。当满足条件conditionabs(LatVchange)＞SpeedChangeCalibration2时，那么Impact_Confirmed标志从0变为1。

下一个动态行为是由于横摆运动和侧向加速度而引起的侧滑率。该标志检查前轮胎或后轮胎是否超出阈值预限定侧滑值。侧滑的计算使用以下基于物理学的模型而完成。首先，使用所测量的传感器数据a_y、ω_z和v_x来计算侧向加速度a_lateral，以使得

a_lateral＝a_y-ω_z×v_x。

那么，侧向速度为

由于角横摆率ω_z，侧向速度是

对于前轮胎，v_angularFT＝ω×d_FT，并且

对于后轮胎，v_angularRT＝ω×d_RT。

前轮胎和后轮胎的总侧向速度是

对于前轮胎，v_lateralFT＝v_lateral+v_angularFT，并且

对于后轮胎，v_lateralRT＝v_lateral-v_angularRT。

因此，有关前轮胎和后轮胎的侧滑率为

对于前轮胎，SideSlip_FT＝v_lateralFT/v_x，并且

对于后轮胎，SideSlip_RT＝v_lateralRT/v_x。

然后，通过使用有关前轴和后轴的侧滑率的预限定阈值SideSlipCalibration1和SideSlipCalibration2来获得撞击确认。

对于前轴，对应伪码是

并且对于后轴，它是

另一动态行为是横摆率阈值。该阈值为横摆率设置，以使得异常检测出车辆的高角速度，如下所示：

有关阈值YawRateCalibration2的预定值可以例如为约1弧度/秒。

用于确认轻度撞击的另一动态行为是车道偏离加速度阈值。车道偏离加速度通过用横摆率乘以车辆纵向速度进行计算。如果该侧向加速度超出阈值AccelerationCalibration3，那么确认撞击，如下所述：

上述车辆动态行为中的任何一个都足以推断已经发生了轻度撞击。可以使用通过车辆中的多路复用总线在控制器网络内通常可用的所测量变量来监视每一行为。也可以采用其它动态行为，取决于可用传感器输入。

图6A至图6F示出有关本发明的操作期间的各种信号的样本波形。图6A示出总的车辆加速度a，其沿着轨迹50从零值上升到更高的值。在所示出的实例中，加速度上升到相应阈值以上，以使得将怀疑存在轻度撞击。图6B示出最初没有太大变化的横摆率。横摆率将更多地指示与当前车辆前进方向不对齐且未与重心对齐的撞击。图6C示出了InImpact标志，其在区段51处从逻辑电平0转变为逻辑电平1，所述转变与当加速度上升到图6A中的对应阈值以上的时间一致。在图6A中，加速度在一定时间段内保持较高，直到所测量的加速度沿轨迹53减小。因此，InImpact标志在图6C中的54处转变回到0。在图6A中，然后加速度再次沿轨迹56上升，这引起InImpact标志在图6C中的57处回到值1。

图6D示出在转变52处从0变为1的Impact_Suspected标志，这与在诸如三个连续样本时间段等预定持续时间内保持在高逻辑电平的InImpact标志一致。Impact_Suspected标志在55处返回值0，同时在图6C中的InImpact标志在54处进行负转变。在57处的转变之后，在InImpact标志在预定时间段内保持在高逻辑电平1处之后，Impact_Suspected标志也在图6D中的转变58处返回高逻辑电平值1。

图6E示出用于确认轻度撞击的车辆动态行为，其中对Impact_Suspected标志积分。因此，当图6D中的信号具有高逻辑电平时，图6E中的积分值增加，如区段59处所示。当图6E中的积分值超过对应阈值时，可以设置确认撞击标志。该行为对应于当加速度或横摆率中的至少一个在大于第一预定持续时间的第二预定持续时间内保持在相应基线阈值以上时确认轻度撞击。

图7中示出了本发明的方法，其中在步骤70中测量了加速度和横摆率。在步骤71中执行了检查，以确定总车辆加速度或横摆率是否超出相应基线阈值。如果未超出，则返回步骤70，以便获得额外测量结果。如果超出了阈值，则在步骤72中执行检查，以确定撞击距离是否小于车辆边缘距离。如果撞击距离不小于车辆边缘距离，那么过大加速度或横摆率并不指示有效撞击，并且返回步骤70。如果撞击距离小于车辆边缘距离(且当被用来指示无法确定撞击距离时不等于﹣1)，那么在步骤73中设置InImpact标志。然后，在步骤74中执行检查，以确定是否三个最近样本都造成InImpact标志被设置成1。如果不是，那么返回步骤70，以便进行进一步测量。

如果三个连续样本时间段具有在步骤74中设置的InImpact标志，那么在步骤75中设置Impact_Suspected标志。然后，在步骤76中检查车辆动态行为，以确定它们中的任何一个是否确认存在撞击。如果未确认存在撞击，那么在步骤77中执行检查，以确定是否仍然怀疑撞击存在的可能性，且如果仍然怀疑，那么返回步骤76以继续监测动态行为。否则，返回步骤70。在动态行为确认存在撞击的情况下，那么在步骤78中设置Impact_Confirmed标志。然后，在步骤79中轻度撞击的细节可以被存储、报告或用来修改车辆操作参数。

Claims (20)

1.一种检测对车辆的轻度撞击的方法，所述方法包括：

(a)将所测量的加速度和所测量的横摆率与基线状态中的相应基线阈值进行比较；

(b)当所述加速度在所述相应基线阈值以上时，那么根据所述车辆的质量、所述车辆的惯性矩、所述车辆的所述测量的加速度和所述车辆的所述测量的横摆率来确定重心到撞击的距离；

(c)当所述确定的距离小于车辆边缘距离时，那么当所述加速度和所述横摆率中的至少一个在第一预定持续时间内在所述相应基线阈值以上时，进入怀疑撞击状态；

(d)在所述怀疑撞击状态下，对多个车辆动态行为进行监测，以便确认所述轻度撞击的发生，其中如果所述加速度和所述横摆率未能保持在所述相应基线阈值以上或者如果所述确定的距离未能保持小于所述车辆边缘距离，则所述方法返回所述基线状态；以及

(e)当所述行为中的至少一个确认所述发生时检测出所述轻度撞击。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述行为包括：

当所述加速度和所述横摆率中的至少一个在大于所述第一预定持续时间的第二预定持续时间内保持在所述相应基线阈值以上时，确认所述轻度撞击。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述行为包括：

确定在两个不同的时间测量的车辆速度的差；以及

当所述差大于预定差时确认所述轻度撞击。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述车辆速度是纵向速度。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述车辆速度是侧向速度。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述行为包括：

确定有关所述车辆的前轴和后轴中的每一个的侧滑率；以及

当所述侧滑率中的至少一个大于预定侧滑率时，确认所述轻度撞击。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述行为包括：

当所述横摆率超出预定最大角速度时，确认所述轻度撞击。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述行为包括：

响应于所述车辆的所述横摆率和纵向速度而确定车道偏离加速度；以及

当所述车道偏离加速度超出车道偏离阈值时确认所述轻度撞击。

9.如权利要求1所述的方法，其中根据递归最小二乘方拟合进一步确定所述重心到撞击的距离。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述测量的加速度由从所测量的纵向加速度和所测量的侧向加速度导出的总加速度组成。

11.一种车辆设备，所述车辆设备包括：

车辆动态传感器，所述车辆动态传感器测量车辆加速度和横摆；

控制器网络，所述控制器网络具有至少一个控制器模块，所述至少一个控制器模块通信地耦接至所述动态传感器，其中所述控制器网络：

a)将所测量的加速度和所测量的横摆率与基线状态中的相应基线阈值进行比较；

(b)如果所述加速度在所述相应基线阈值以上，那么根据所述车辆的质量、所述车辆的惯性矩、所述车辆的所述测量的加速度和所述车辆的所述测量的横摆率来确定重心到撞击的距离；

(c)如果所述确定的距离小于车辆边缘距离，那么当所述加速度和所述横摆率中的至少一个在第一预定持续时间内在所述相应基线阈值以上时，进入怀疑撞击状态；

(d)在所述怀疑撞击状态下，对多个车辆动态行为进行监测，以便确认所述轻度撞击的发生，其中如果所述测量的加速度和所述横摆率未能保持在所述相应基线阈值以上或者如果所述确定的距离未能保持小于所述车辆边缘距离，则所述控制器网络返回所述基线状态；以及

(e)当所述行为中的至少一个确认所述发生时检测出所述轻度撞击。

12.如权利要求11所述的车辆设备，所述车辆设备进一步包括非易失性存储装置，所述非易失性存储装置用于记录与所述确认的轻度撞击相关联的包括时间、日期和位置的数据。

13.如权利要求11所述的车辆设备，所述车辆设备进一步包括被动式约束系统，所述被动式约束系统响应于撞击具有比所述轻度撞击的严重程度更高的严重程度而被触发，其中所述被动式约束系统执行撞击检测功能，所述撞击检测功能响应于轻度撞击的确认而被调整。

14.如权利要求11所述的车辆设备，其中所述行为包括：

当所述加速度和所述横摆率中的至少一个在大于所述第一预定持续时间的第二预定持续时间内保持在所述相应基线阈值以上时，确认所述轻度撞击。

15.如权利要求11所述的车辆设备，其中所述行为包括：

确定在两个不同的时间测量的车辆速度的差；以及

当所述差大于预定差时确认所述轻度撞击。

16.如权利要求11所述的车辆设备，其中所述行为包括：

确定有关所述车辆的前轴和后轴中的每一个的侧滑率；以及

当所述侧滑率中的至少一个大于预定侧滑率时，确认所述轻度撞击。

17.如权利要求11所述的车辆设备，其中所述行为包括：

当所述横摆率超出预定最大角速度时，确认所述轻度撞击。

18.如权利要求11所述的车辆设备，其中所述行为包括：

响应于所述车辆的所述横摆率和纵向速度而确定车道偏离加速度；以及

当所述车道偏离加速度超出车道偏离阈值时确认所述轻度撞击。

19.如权利要求11所述的车辆设备，其中根据递归最小二乘方拟合计算所述重心到撞击的距离。

20.如权利要求11所述的车辆设备，其中所述测量的加速度由从所测量的纵向加速度和所测量的侧向加速度导出的总加速度组成。