CN111806379B - 检测施加于车辆的刮蹭和/或碰撞的方法和电子设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种检测施加于车辆的刮蹭和/或碰撞的方法和电子设备。该方法使用加速度传感器，其中，基于持续时间和频率来分析和评估信号。

Description

检测施加于车辆的刮蹭和/或碰撞的方法和电子设备
技术领域
本公开涉及一种对施加于车辆的刮蹭(scratch)和/或碰撞(bump)进行检测的方法。
背景技术
希望获得关于造成损坏的刮蹭和/或碰撞是否已被施加于车辆的信息，因为该信息可以被存储和/或可以被发送给车主。此外，基于该信息，可以开始某些动作，诸如喇叭、视频摄像头和/或闪光灯等的启动。
因此，需要一种能够提供可靠且成本有效的检测的方法。
发明内容
在一个方面，本公开针对一种使用安装到车辆上的至少一个加速度传感器来检测施加于车辆的刮蹭和/或碰撞的方法，其中，通过电子设备对由加速度传感器输出的信号进行监控和分析。该方法包括以下步骤：对信号的包络进行分析；基于包络分析来确定是否要对信号进行评估；以及如果要对信号进行评估，则基于所述信号的持续时间和频率来对所述信号进行评估。
在多个频带(特别是在例如八个频带)中对信号进行评估，所述多个频带是从信号的总带宽中分别滤出的。这允许相对快速且可靠的分析，并且提供了多个优点。首先，可以从要评估的信号中去除噪声。此外，这允许基于频率和/或频谱在不同事件之间进行区分。最后，可以针对将被用于对信号进行分析的CPU的性能来调整频带。
在上述方法中，可以使用常规的加速度传感器，例如，所述加速度传感器形成用于检测车辆角度变化的防盗系统的一部分，从而在系统中集成了其他功能。加速度传感器可安装在车辆内部，例如安装在车辆的头顶操纵板中。如果刮蹭或碰撞被施加到车辆的外表面，则会在车辆中造成结构振动并且由加速度传感器感测到。这允许进行信号分析以自动确定是否发生了事件，并且如果发生了事件，则确定该事件是否对车辆造成了损坏。
根据所公开的方法，不是对每一个检测到的信号都进行评估；而是首先确定评估信号是否是为了区分噪声，诸如交通噪声、巨响(例如，来自事件)等。
确定是否确实要评估信号是基于对信号的包络的分析。然后，基于信号的持续时间和频率来执行信号的评估。不仅确定信号的持续时间，而且还分析信号在哪个频率范围内发生。基于此信息，可以对信号进行分类并决定检测到的事件的类型。
根据本公开，信号的包络被理解为信号的外轮廓的路线(course)或在一定时间内信号的形状。
根据实施方式，可以使用在三个垂直轴上对加速度进行感测的传感器，其中，从所有三个轴的信号中滤出并评估多个频带。这增加了检测可靠性。通过比较在彼此垂直的三个轴上的测量结果，可以提高精度。
根据另一实施方式，可以使用不直接接触车辆的撞击表面的加速度传感器。传感器可以被放置在车辆的头顶操纵板中，也可以被放置在车辆的车顶内衬与顶部之间。由于不需要将传感器附接到车辆顶部或车辆底盘的一部分，所以使得低成本制造成为可能。出乎意料地，所描述的方法可以在无需在车辆的撞击表面与传感器之间提供直接接触的情况下非常好地实现。
根据另一实施方式，从信号的总带宽中滤出的频带可以具有大约100Hz至500Hz(例如，大约200Hz)的宽度。对于在无需过多计算能力的情况下评估信号而言，这被证明是合适的宽度。
根据另一实施方式，可以在具有大约为0Hz至4000Hz(例如，1600Hz)的总宽度的频带中对信号进行评估。该范围已被证明为是足以对车辆的各个表面上的刮蹭与碰撞之间进行区分的有利范围。
根据实施方式，对信号的包络进行分析的步骤包括：设定振幅阈值，并且滤出振幅超过所述振幅阈值的信号。通过使用这样的阈值，可以避免对可能由噪声或其他来源产生的信号进行评估。
根据另一实施方式，多个频带中的信号的评估可以包括：提取信号的上包络。这种上包络可以由高于信号的平均值的信号来定义。
根据另一实施方式，信号的评估可以包括：确定各个频带中的信号的振幅的衰减百分比。评估还可以包括：确定各个频带中的信号的阻尼特性。通过确定阻尼特性，例如，可以在玻璃或金属的撞击(例如，在挡风玻璃或车顶上的撞击)之间进行区分。在这两种情况下，信号的阻尼行为可能差异很大，并且对挡风玻璃的碰撞可能不会导致损坏，而对车顶或车门的碰撞可能会导致损坏。
根据另一实施方式，基于时间阈值与该时间阈值的平方的组合，可以将信号分类为多个类别，其中，所述类别可以包括有损坏或无损坏的刮蹭、有损坏或无损坏的多个碰撞和有损坏或无损坏的单个碰撞。可以设定时间阈值，以基于事件期间所经过的时间来区分事件。
根据另一实施方式，基于高于信号的中值的振幅阈值，可以将信号分类为多个类别，其中，所述类别可以包括刮蹭和多个碰撞。
根据另一实施方式，基于信号的峰值振幅的平均值、振幅的衰减百分比和信号的阻尼特性，可以将信号分类为多个类别，其中，所述类别可以包括有损坏或无损坏的单个碰撞。
根据实施方式，对信号的包络进行分析的步骤可以包括：确定事件发生时间，该事件发生时间包括信号的上升时间和衰减时间。由于对上升时间和衰减时间的综合考虑，可以确定可靠的发生时间，以在不要被评估的信号与值得分析或必须分析的信号之间进行区分。
根据另一实施方式，基于事件发生时间，可以将信号分类为长时间事件和短时间事件。这种简化的分类提供了刮蹭与碰撞之间以及单个碰撞与多个碰撞之间的快速且可靠的区分。
根据另一实施方式，可以将信号分类为多个类别，所述类别包括“无事件”、“刮蹭”、“无损坏碰撞”和“有损坏碰撞”。这是所公开的方法的进一步简化，但是仍然提供了可靠的区分以及可靠且快速的结果。
根据另一实施方式，基于信号的随时间的振幅序列，可以将长时间事件分类为刮蹭和多个碰撞。例如，如果信号在较长持续时间内显示出一定程度的连续振幅，则可以将该事件分类为刮蹭，而如果信号在较长时间段内显示出多个短时脉冲，则可以将该事件分类为多个碰撞。
根据另一实施方式，基于信号的振幅和频率，可以将碰撞分类为有损坏碰撞或无损坏碰撞。如果信号发生在较高的频率范围内，则可以将该信号分类为碰撞，并且如果该信号显示出高于某个阈值的振幅，则可以将该信号分类为有损坏碰撞。
阈值通常不是固定值。在开发和验证期间，所需的阈值必须得到确定，并且将在运行时从参数集中选择所需的阈值。这些参数通常被存储在非易失性存储器中。阈值还可用于基于需求来调整系统的灵敏度。
根据另一实施方式，基于信号的振幅和频率，可以将短时间事件分类为有损坏或无损坏的单个碰撞。例如，较高频率范围内的较低振幅与无损坏的单个碰撞有关，而较高频率范围内的较高振幅与造成损坏的碰撞有关。
在另一方面，本公开旨在一种电子设备，所述设备被配置为执行本文所描述的方法的若干或全部步骤。
电子设备可以包括处理器、至少一个存储器和至少一个非暂时性数据存储部。非暂时性数据存储部和/或存储器可以包括用于指示所述电子设备执行本文所描述的方法的若干或全部步骤或方面的程序。
在另一方面，本公开旨在一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质包括用于执行本文所述方法的若干或全部步骤或方面的指令。所述计算机可读介质可以被配置为：诸如光盘(CD)或数字多功能盘(DVD)之类的光学介质；诸如硬盘驱动器(HDD)之类的磁性介质；固态驱动器(SSD)；诸如闪存之类的只读存储器(ROM)等。此外，计算机可读介质可以被配置为能够经由诸如互联网连接之类的数据连接来访问的数据存储部。例如，该计算机可读介质可以是在线数据存储库或云存储。
本公开还旨在一种计算机程序，该计算机程序用于指示计算机执行本文所描述的方法的若干或全部步骤或方面。
附图说明
本文结合以下示意性地示出的附图描述本公开的示例性实施方式和功能：
图1是示出包络分析的流程图；
图2是碰撞的特性；
图3是刮蹭的特性；
图4是被分类为无事件类别的信号；
图5是被分类为刮蹭类别的信号；
图6是被分类为无损坏碰撞类别的信号；
图7是被分类为有损坏碰撞类别的信号；以及
图8是示出事件分类的流程图。
具体实施方式
图1示出了在系统内执行的所公开的用于确定信号是否要被评估的方法的各个步骤。首先，在10处导入从至少一个加速度传感器接收到的数据，例如，来自感测三个垂直轴上的加速度的加速度传感器的数据。此后，基于对信号的包络的分析来确定是否要评估信号。这可以包括设定振幅阈值并且滤出振幅超过该阈值的信号。
在下一步骤中，应用滤波器设计12，以从信号的总带宽中滤出若干离散的频带。在示例性方法中，对0Hz至1600Hz的总带宽进行滤波并划分为八个频率窗口或频率子带，各频率窗口或频率子带具有例如200Hz的带宽(另请参见图4至图7)。结果，滤波器12输出由三个轴和八个频率子带产生的二十四个信号。
对信号的包络的分析包括在步骤18处确定事件发生时间，所述事件发生时间包括信号的上升时间20和衰减时间22。另选地，对信号的包络的分析可以包括设定振幅阈值并滤出振幅超过该阈值的信号。
图2示出了有损坏碰撞产生的信号的示例，所述信号是从1200Hz至1400Hz的子频带中得到的。如图2所示，上升时间20和衰减时间22示出了大约相同的持续时间，分别为大约0.1s。与此相反，图3示出了在1200Hz至1400Hz频带中滤出的由刮蹭产生的信号，其中，上升时间(直至最大值)大约为1s，而信号的衰减时间22具有大约为6s的长得多的持续时间。
如图1所示，为了确定信号的衰减时间22，确定由信号的最大值和中值得到的峰值26(还参见图2和图3)，并且在步骤24中基于所得上升时间和衰减时间来确定事件发生时间。如果事件发生时间超过预设阈值，则在步骤28处设定事件发生，并将信号数据输入到分类器中，该分类器的工作原理在图8中示出。阈值的预设水平是根据在本系统的运行时使用的参数集来确定的。这样的参数可以存储在系统的存储器(例如，非易失性存储器)中，并且阈值可以被用于基于所存储的参数来调整本系统的灵敏度。
图8示出了在10处导入原始数据，以在30处接收数据，该数据在图1中被处理以确定是否要对信号进行评估。如果事件发生时间28或振幅低于预设阈值，则在步骤32中决定应用“无事件”的类别，并且该方法返回步骤10。如果事件发生时间28或振幅高于阈值，则确定要进一步评估信号，并且将从步骤34开始并且基于信号的持续时间和频率来对信号进行评估。首先，确定是否分析长时间事件36或短时间事件38。如果分析长时间事件36，则刮蹭(图3)或多个碰撞(图2)可能已经被施加于车辆。如果检测到短时间事件38(图2)，则随后将分析由单个碰撞44产生的信号在较高频率中是否显示出较低的振幅，或者是否检测到由造成损坏的碰撞46产生的较高频率范围内的相对高的振幅。不同类别事件的相对较低振幅和相对较高振幅的数值范围通常不是固定值。相反，这些数值是根据事件、车辆和客户需求(必须检测到什么事件)来计算的。将在相应车辆的开发/验证期间基于初始分析来离线地计算这些值(系数)。在运行时，那些计算出的系数被用作与神经网络功能的输入值的组合。基于此组合，接收不同的输出作为不同的事件。
在步骤42中检测到分析了多个碰撞之后，进一步分析由未造成损坏的多个碰撞48产生的长时间事件信号是否在较高频率显示出较低振幅。另选地，如果信号在较高频率显示出较高振幅，则造成损坏的多个碰撞50已被施加于车辆。
图4至图7示出了允许上述分类的不同类别的信号。图4示出了在所有频率子带中的非常小的振幅。因此，根据图8的步骤32，将所得信号分类为“无事件”。
图5示出了长时间事件36，即，在约1000Hz至1600Hz的较高频率范围内，具有若干秒的持续时间并且在若干秒内具有相对高的振幅的信号。因此，此事件被分类为刮蹭40。
图6示出了短时间事件38，短时间事件38在较低频率(最大值为大约400Hz)具有较低振幅，这反映了信号碰撞事件44。
最后，图7示出了由造成损坏的碰撞46产生的、在低频范围和高频范围内具有相对短的持续时间的非常高的振幅。
相对较低振幅和相对较高振幅与较低频率和较高频率之间的这些明显关系的识别至少部分地提供了本公开的相对准确的事件分类。根据要分类的事件以及车辆或车辆类型，可以(动态地)设定针对事件分类的这些关系的特定值。通常，这些值(例如，系数)是基于对车辆的初始分析来计算的。然后，在本系统的运行时，那些计算出的系数被用作与神经网络功能的输入值的组合。基于此组合，系统的不同输出提供不同事件的分类。
本公开包括以下实施方式：
第一实施方式：
一种使用安装到车辆的至少一个加速度传感器来检测施加于该车辆的刮蹭和/或碰撞的方法，其中，通过电子设备来监测和分析由加速度传感器输出的信号。该方法包括以下步骤：对信号的包络进行分析；基于包络分析来确定是否要对信号进行评估；并且如果要对信号进行评估，则基于信号的持续时间和频率来对信号进行评估。
根据第一实施方式的方法，其中，对信号的包络进行分析的步骤包括：确定事件发生时间，该事件发生时间包括信号的上升时间和衰减时间。
根据上述实施方式的方法，其中，基于事件发生时间将信号分类为长时间事件和短时间事件。
根据第一实施方式的方法，其中，信号被分类为多个类别，所述类别包括无事件、刮蹭、无损坏碰撞和有损坏碰撞。
根据如上所述的方法，其中，基于信号的随时间的振幅序列，将长时间事件分类为刮蹭和多个碰撞。
如上所述的方法，其中，基于信号的振幅和频率，将碰撞分类为有损坏碰撞和无损坏碰撞。
如上所述的方法，其中，基于信号的振幅和频率，将短时间事件分类为有损坏的单个碰撞和无损坏的单个碰撞。
根据第一实施方式的方法，其中，在从信号的总带宽中分别滤出的多个频带特别是八个频带中对信号进行评估。
如上所述的方法，其中，频带具有大约150Hz至250Hz(例如200赫兹)的宽度。
根据第一实施方式的方法，其中，在具有大约为1400Hz至1800Hz(例如1600Hz)的总宽度的频带中对信号进行评估。
根据第一实施方式的方法，其中，传感器感测三个轴上的加速度。
第二实施方式：
一种使用安装到车辆的至少一个加速度传感器来检测施加于该车辆的刮蹭和/或碰撞的方法，其中，通过电子设备来监测和分析由加速度传感器输出的信号。该方法包括以下步骤：对信号的包络进行分析；基于包络分析确定是否要对信号进行评估；以及如果要对信号进行评估，则基于信号的持续时间和频率来对信号进行评估，其中，在从信号的总带宽中分别滤出的例如150Hz至250Hz的多个频带中对信号进行评估。
根据第二实施方式所述的方法，其中，传感器感测三个垂直轴上的加速度，并且从来自全部三个轴的信号中滤出多个频带并对所述多个频带进行评估。
根据第二实施方式的方法，其中，在具有大约为0Hz至4000Hz(例如，0Hz至1600Hz或0Hz至800Hz)的总宽度的频带中对信号进行评估。
根据第二实施方式所述的方法，其中，使用不直接接触车辆的撞击表面的加速度传感器。
根据第二实施方式所述的方法，其中，对信号的包络进行分析的步骤包括：设定振幅阈值并且滤出振幅超过该阈值的信号。
根据第二实施方式所述的方法，其中，多个频带中的信号的评估包括：提取信号的上包络，例如，提取高于信号的平均值的值。
根据第二实施方式所述的方法，其中，对信号进行评估的步骤包括：确定各个频带中信号振幅的衰减百分比。
根据第二实施方式所述的方法，其中，对信号进行评估的步骤包括：确定各个频带中信号的阻尼特性。
根据第二实施方式所述的方法，其中，基于时间阈值与时间阈值的平方的组合，将信号分类为多个类别，所述类别包括有损坏或无损坏的刮蹭、有损坏或无损坏的多个碰撞和有损坏或无损坏的单个碰撞。
根据第二实施方式所述的方法，其中，基于超过信号的中值的振幅阈值，将信号分类为多个类别，所述类别包括刮蹭和多个碰撞。
根据第二实施方式所述的方法，其中，基于峰值振幅的平均值、振幅的衰减百分比和信号的阻尼特性，将信号分类为多个类别，所述类别包括有损坏或无损坏的单个碰撞。
一种电子设备，该电子设备被配置为执行第一实施方式或第二实施方式的方法。
一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质包括用于执行第一实施方式或第二实施方式的方法的指令。

Claims (15)

1.一种使用安装到车辆的至少一个加速度传感器来检测施加于所述车辆的刮蹭和/或碰撞的方法，其中，通过电子设备来监测和分析由所述加速度传感器输出的信号，
所述方法包括以下步骤：
对所述信号的包络进行分析，其中，对所述信号的包络进行分析的步骤包括确定事件发生时间，所述事件发生时间包括所述信号的上升时间和衰减时间；
基于对所述信号的包络的所述分析来确定是否要对所述信号进行评估；以及
如果要对所述信号进行评估，则基于所述信号的从所述上升时间到所述衰减时间的持续时间和频率来对所述信号进行评估，其中，所述信号是在从所述信号的总带宽中分别滤出的150Hz至250Hz的多个频率子带中被评估的；以及
基于所述信号的所述评估来检测施加于所述车辆的刮蹭和/或碰撞。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述加速度传感器感测三个垂直轴上的加速度，并且从全部三个轴的信号中滤出并评估所述多个频率子带。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，
在具有0Hz至4000Hz的总宽度的频率子带中对所述信号进行评估。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，
在具有0Hz至1600Hz或0Hz至800Hz的总宽度的频率子带中对所述信号进行评估。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，
使用不直接接触所述车辆的撞击表面的加速度传感器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
对所述信号的包络进行分析的步骤包括：设定振幅阈值，并且滤出振幅超过所述振幅阈值的信号。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述多个频率子带中的所述信号的评估包括：提取信号的上包络。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述多个频率子带中的所述信号的评估包括：提取高于所述信号的平均值的值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，
对所述信号进行评估的步骤包括：确定各个频率子带中的信号的振幅的衰减百分比。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，
对所述信号进行评估的步骤包括：确定各个频率子带中的信号的阻尼特性。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，
基于时间阈值与所述时间阈值的平方的组合，将所述信号分类为多个类别，所述类别包括有损坏或无损坏的刮蹭、有损坏或无损坏的多个碰撞和有损坏或无损坏的单个碰撞。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，
基于超过所述信号的中值的振幅阈值，将所述信号分类为多个类别，所述类别包括刮蹭和多个碰撞。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，
基于峰值振幅的平均值、振幅的衰减百分比和信号的阻尼特性，将所述信号分类为多个类别，所述类别包括有损坏或无损坏的单个碰撞。
14.一种电子设备，所述电子设备被配置为执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
15.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括用于执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法的指令。
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