CN112896083B - 一种基于车载传感器的驾乘人员保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车载传感器的驾乘人员保护方法，是基于车载传感器检测车辆周围环境状态信息，并基于周围环境及当前车辆信息判断车辆是否有前向、侧向碰撞风险，当有碰撞风险时，基于碰撞对驾乘人员的伤害程度，控制是否向安全气囊发送预弹起指令，且预弹起指令根据周围环境事实动态变化。本发明基于车载传感器控制安全气囊的弹起，对安全气囊的弹起更加准确，更有利于对驾乘人员的保护。

Description

一种基于车载传感器的驾乘人员保护方法

技术领域

本发明属于驾乘人员被动保护领域，具体的说是一种基于车载传感器的驾乘人员保护方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车逐渐进入普通家庭，汽车保有量的增加也导致交通事故的增加，据统计，全世界每年死亡5200万人，其中死于交通事故的50万人，占总死亡人数的1％。当车辆发生碰撞时，车内的安全气囊及侧气帘会对车内乘客起到一定的保护作用，安全气囊和侧气帘弹起后可以防止驾乘人员造成二次伤害。

当前车辆安全气囊的弹开是基于安全气囊内置传感器感受汽车碰撞强度，并将感受到的信号传送到控制器，控制器接收传感器的信号并进行处理，当它判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号以触发气体发生器，气体发生器接收到点火信号后，迅速点火井产生大量气体给气囊充气。非常快的充气速度以确保当乘客的身体被安全带束缚不动而头部仍然向前行进时，安全气囊能及时到位。在头部碰到安全气囊时，安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气。气体的排出有一定的速率，确保让人的身体部位缓慢地减速，进而减轻驾乘人员的伤害。

但是，安全气囊及侧气帘的弹出需要满足一定的条件，如撞击的角度必须是正前方左右大约60°之间位置，使得安全安全气囊内置传感器感受到碰撞，安全气囊才可能弹开，否则再严重的碰撞安全气囊都不会打开，起不到保护车内驾乘人员的作用。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出一种基于车载传感器的驾乘人员保护方法，以期基于车载传感器判断车辆碰撞状态，并基于车辆碰撞状态控制安全气囊的弹起，从而使得对安全气囊的弹起更加准确，更有利于对驾乘人员的保护。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于车载传感器的驾乘人员保护方法的特点是包括以下步骤：

步骤1：传感器的安装：

所述传感器包括：毫米波雷达、激光雷达、视觉相机；

所述毫米波雷达分别安装在车辆前后保杠及车辆四角；

所述视觉相机分别安装在车辆前后保杠，车辆两侧A柱及车辆前后挡风玻璃；

所述激光雷达安装在车辆顶部及车辆前后保杠处；

步骤2：障碍物的探测：

步骤2.1：建立以车辆后轴中心点为原点的，以车辆行驶方向为X轴，以车辆前进方向的左侧为Y轴，且垂直于XY平面向上的方向为Z轴，建立车辆坐标系；

将各传感器的坐标转换为所述车辆坐标系下的坐标；

步骤2.2：所述激光雷达、毫米波雷达分别检测车辆周围的障碍物信息；

步骤2.3：将所述激光雷达检测到的障碍物信息与毫米波雷达检测到的障碍物信息进行匹配，若两者检测到的障碍物信息能完全匹配，则将匹配结果作为障碍物的姿态信息；若两者检测到的障碍物信息不能完全匹配，则利用所述视觉相机进行二次匹配，并进行标注，从而得到在车辆坐标系下的障碍物的姿态信息；

步骤2.4：基于检测到的障碍物信息及障碍物的姿态信息对障碍物可能的运动状态进行预测，得到障碍物可能出现的位置和姿态；

步骤3：碰撞信息的计算：

步骤3.1：障碍物距离信息计算：

基于激光雷达、毫米波雷达、视觉相机计算障碍物相对车辆的相对距离分别为S1、S2、S3，则n时刻下三个相对距离S1、S2、S3满足式(1)：

S_n’＝k1×S_n1+k2×S_n2+k3×S_n3 (1)

式(1)中，k1、k2、k3分别为激光雷达、毫米波雷达、视觉相机的系数；S_n1、S_n2、S_n3分别为n时刻激光雷达、毫米波雷达、视觉相机相对车辆的距离；

n+1时刻，利用式(2)得到障碍物与车辆间的距离S：

S＝k×S_n+(1-k)×S_(n+1) (2)

式(2)中，k为障碍物与车辆距离的系数；S_n为n时刻障碍物与车辆间的距离，S_(n+1)为(n+1)时刻障碍物与车辆间的距离；

步骤3.2：碰撞行驶距离的计算：

利用式(3)得到正向碰撞的行驶距离L：

利用式(4)得到侧向碰撞的碰撞车辆的行驶距离L_s：

式(3)和式(4)中，v1、v2分别为车辆的运动速度和障碍物的运动速度，a为车辆制动允许的最大加速度；

步骤4：碰撞分析和判断：

当前方有障碍物且L>S时，表示车辆有碰撞风险，则执行步骤4.1；

当侧方有障碍物向车辆驶来，且L_s小于车辆车长，表示车辆发生潜在碰撞，则执行步骤4.2；

步骤4.1：基于当前车辆的运动速度v1判断车辆是否允许进行换道，当v1<v_临，则进入步骤(a)，否则进入步骤(b)；其中，v_临为允许便道的车速阈值；

步骤(a)：基于当前道路曲率、道路车道线数量、道路路况及车辆侧方及后方是否有其他障碍物，判断车辆是否允许发生换道，如允许发生换道，则车辆进行换道；否则进入步骤(b)；

步骤(b)：当车辆与障碍物存在碰撞风险，且碰撞时相对运动速度v＝v1-v2大于安全气囊弹起预设速度值时，执行步骤(c)，否则开启安全气囊预弹起开关处于关闭状态；

步骤(c)：开启安全气囊预弹起开关，并基于车辆与障碍物的安全气囊预弹起时间向安全气囊控制系统发送安全气囊预弹起时间t，安全气囊控制系统基于预弹起时间t控制安全气囊弹起后，执行步骤5；其中，利用式(5)得到安全气囊预弹起时间t：

步骤4.2：基于当前车辆与障碍物距离S、障碍物可能的轮廓信息及当前车辆的行驶轨迹预测可能的碰撞点；

若前方一定距离内无其他障碍物，则车辆先前加速运动；

若车辆加速向前运动的距离大于碰撞点与车尾的距离，则表示车辆不发生碰撞，否则，进入步骤(A)；

步骤(A)：以一定减速度使车辆减速运动，若在车辆减速运动下相对车辆发生碰撞时的行驶距离小于碰撞点与车头的距离，则表示车辆不发生碰撞，否则，进入步骤(B)；

步骤(B)：基于对驾乘人员伤害最小，使碰撞位置避免发生在驾驶舱内为原则，判断车辆是加速运动还是减速运动后，执行步骤(C)；

步骤(C)：基于车辆与障碍物的碰撞风险开启安全气囊预弹起开关，并基于安全气囊预弹起时间向安全气囊发送预弹起指令，安全气囊控制系统基于安全气囊预弹起时间t控制安全气囊弹起后，执行步骤5；其中，利用式(6)得到安全气囊预弹起时间t’：

步骤5：安全气囊弹起控制：

基于安全气囊预弹起时间t，每隔T秒后，基于当前时刻障碍物相对车辆的距离、当前车辆的速度、加速度及实时变化的周围环境信息重新计算车辆碰撞区域及可能的安全气囊预弹起时间t，若重新计算的车辆碰撞风险消失，则安全气囊弹起时间关闭；若安全气囊预弹起时间t发生变化，则对安全气囊预弹起时间进行更新，安全气囊控制系统以更新后的预弹起时间所对应的预弹起指令控制安全气囊的最终弹起。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明安全气囊的弹起是基于车辆周边环境、道路曲率及最终的碰撞信息决定安全气囊最终是否弹出；使得车辆在无法避免碰撞时才弹起安全气囊。

2、本发明安全气囊的弹起基于预弹起开关、预弹起时间控制安全气囊的最终弹起，使得安全气囊的弹起时间可以精准控制。

3、本发明安全气囊的预弹起时间及预弹起开关随车辆周围环境信息变化而变化，从而根据车辆周围环境变化决定安全气囊的最终弹起时间，更有效的保护驾乘人员。

附图说明

图1为本发明前向碰撞逻辑流程图；

图2为本发明侧向碰撞逻辑流程图。

具体实施方式

本实施例中，一种基于车载传感器的驾乘人员保护方法，包括以下步骤：

步骤1：传感器的安装：

传感器包括：毫米波雷达、激光雷达、视觉相机；

毫米波雷达分别安装在车辆前后保杠及车辆四角；

视觉相机分别安装在车辆前后保杠，车辆两侧A柱及车辆前后挡风玻璃；

激光雷达安装在车辆顶部及车辆前后保杠处；

步骤2：障碍物的探测：

步骤2.1建立以车辆后轴中心点为原点的，以车辆行驶方向为X轴，以车辆前进方向的左侧为Y轴，且垂直于XY平面向上的方向为Z轴，建立车辆坐标系；

将各传感器的坐标转换为车辆坐标系下的坐标；

步骤2.2激光雷达、毫米波雷达分别检测车辆周围的障碍物信息；

步骤2.3将激光雷达检测到的障碍物信息与毫米波雷达检测到的障碍物信息进行匹配，若两者检测到的障碍物信息能完全匹配，则将匹配结果作为障碍物的姿态信息；若两者检测到的障碍物信息不能完全匹配，则利用视觉相机进行二次匹配，并进行标注，从而得到障碍物在车辆坐标系下的姿态信息；

步骤2.4基于检测到的障碍物信息及障碍物的姿态信息对障碍物可能的运动状态进行预测，得到障碍物可能出现的位置和姿态；

步骤3：碰撞信息的计算：

步骤3.1障碍物距离信息计算：

基于激光雷达、毫米波雷达、视觉相机计算障碍物相对车辆的相对距离分别为S1、S2、S3，则n时刻下三个相对距离S1、S2、S3满足式(1)：

S_n’＝k1×S_n1+k2×S_n2+k3×S_n3 (1)

式(1)中，S_n1、S_n2、S_n3分别为n时刻激光雷达、毫米波雷达、视觉相机相对车辆的距离，k1、k2、k3分别为激光雷达、毫米波雷达、视觉相机的系数；

n+1时刻，利用式(2)得到障碍物与车辆间的距离S：

S＝k×S_n+(1-k)×S_(n+1) (2)

式(2)中，S_n为n时刻障碍物与车辆间的距离，S_(n+1)为(n+1)时刻障碍物与车辆间的距离，k为障碍物与车辆距离的系数；

步骤3.2碰撞行驶距离的计算：

利用式(3)得到正向碰撞的行驶距离L：

由于车辆侧面碰撞时，车辆纵向运动的速度和加速度可忽略，故车辆侧面碰撞的时间有侧边障碍物的距离和速度得到，再由碰撞车辆的行驶速度得出车辆碰撞前的行驶速度。

利用式(4)得到侧向碰撞的碰撞车辆的行驶距离L_s：

式(3)和式(4)中，v1、v2分别为车辆的运动速度和障碍物的运动速度，a为车辆制动允许的最大加速度；

步骤4.碰撞分析和判断：

当前方有障碍物且L>S时，表示车辆发生碰撞，则执行步骤4.1，如图1所示；

当侧方有障碍物向车辆驶来，且L_s小于车辆车长，表示车辆发生潜在碰撞，则执行步骤4.2，如图2所示；

步骤4.1：基于当前车辆的运动速度v1判断车辆是否允许进行换道，当v1<v_临，则进入步骤(a)，否则进入步骤(b)；其中，v_临为允许便道的车速阈值；

步骤(a)：是否允许车辆便道收到诸多因素影响，如车辆的道路曲率，当车辆的道路曲率较小时，进行换道车辆可能会冲出车道，与道路两侧的其他物体发生碰撞，同时车辆换道还有考虑车辆的道路车道线数量、道路路况(道路的路况、道路的附着系数)以及车辆的侧方及后方是否有其他障碍物来综合判断车辆是否允许判断，如允许发生换道，则车辆进行换道；否则进入步骤(b)；

步骤(b)：当车辆与障碍物存在碰撞风险，且碰撞时相对运动速度v＝v1-v2大于安全气囊弹起预设速度值时，执行步骤(c)，否则开启安全气囊预弹起开关处于关闭状态；

步骤(c)：开启安全气囊预弹起开关，并基于车辆与障碍物的安全气囊预弹起时间向安全气囊控制系统发送安全气囊预弹起时间t，安全气囊控制系统基于预弹起时间t控制安全气囊弹起后，执行步骤5；其中，利用式(5)得到安全气囊预弹起时间t：

步骤4.2：基于当前车辆与障碍物距离S、障碍物可能的轮廓信息及当前车辆的行驶轨迹预测可能的碰撞点；

若前方一定距离内无其他障碍物，则车辆先前加速运动；

若车辆加速向前运动的距离大于碰撞点与车尾的距离，则表示车辆不发生碰撞，否则，进入步骤(A)；

步骤(A)：以一定减速度使车辆减速运动，若在车辆减速运动下相对车辆发生碰撞时的行驶距离小于碰撞点与车头的距离，则表示车辆不发生碰撞，否则，进入步骤(B)；

步骤(B)：基于对驾乘人员伤害最小，使碰撞位置避免发生在驾驶舱内为原则，判断车辆是加速运动还是减速运动后，执行步骤(C)；

执行步骤(C)：基于车辆与障碍物的碰撞风险开启安全气囊预弹起开关，并基于安全气囊预弹起时间向安全气囊发送预弹起指令，安全气囊控制系统基于安全气囊预弹起时间t控制安全气囊弹起后，执行步骤5；

步骤5：安全气囊弹起控制：

基于安全气囊预弹起时间t，每隔T秒后，基于当前时刻障碍物相对车辆的的距离、当前车辆的速度、加速度及实时变化的周围环境信息重新计算车辆碰撞区域及可能的安全气囊预弹起时间t，若重新计算的车辆碰撞风险消失，则安全气囊弹起时间关闭；若安全气囊预弹起时间t发生变化，则对安全气囊预弹起时间进行更新，安全气囊控制系统以更新后的预弹起时间所对应的预弹起指令控制安全气囊的最终弹起；

由于车辆前方碰撞时发送给安全气囊弹起指令是基于障碍物距离及车辆运动速度、障碍物运动速度计算来的，即安全气囊的弹起时间是变化的，极端情况下，发出安全气囊弹起指令后由于速度及相对距离的变化，安全气囊弹起指令被取消，如前方车辆故障或者急刹车，当前车辆基于两车之间的距离、车辆运动速度、障碍物运动速度、及车辆最大减速度判断当前车辆可能与前方车辆发生碰撞且碰撞时相对速度大于安全气囊弹起速度阈值，此时会基于计算的碰撞时间发送安全气囊弹起指令，安全气囊根据接收的弹起指令进行弹起倒计时，但是在车辆发生碰撞前，前方车辆突然加速行驶，两者不在有碰撞的可能性或者碰撞时的相对速度小于安全气囊弹起时的速度阈值，此时弹起指令取消，安全气囊不会弹起。

同理，安装于车辆侧方位的传感器用于检测车辆侧方位，如十字路口垂直车车道以及双向双车道另一车道的障碍物。由于车辆在横向上的运动速度可以忽略，侧向传感器计算安全气囊是基于车辆距障碍物的距离以及障碍物的移动速度，计算可能的碰撞时间及潜在的碰撞点。当侧向存在潜在的碰撞风险时，首先基于当前车速及车辆允许的最大加速度向前向行驶，并判断是否与前向有碰撞风险，当前向无碰撞风险时，在发生碰撞前车辆行驶距离大于潜在碰撞点距车尾的距离则不会和车辆发生碰撞，否则和车辆侧向发生碰撞。如车辆向前运动有碰撞风险时，基于前向碰撞与侧向碰撞对驾乘人员的伤害程度，判定车辆是否向前向运动以及前向运动的加速度。如车辆以最大加速度向前向运动时的伤害程度大于侧面碰撞时的伤害程度，则在确保侧面碰撞位置不发生在驾驶舱时确定车辆是否向前向运动，并确定前向行驶的加速度。当侧向发生碰撞时，安全气囊弹起策略相同，即安全气囊的弹起指令是根据碰撞时间确定，且动态变化的。

Claims (1)

1.一种基于车载传感器的驾乘人员保护方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：传感器的安装：

所述传感器包括：毫米波雷达、激光雷达、视觉相机；

所述毫米波雷达分别安装在车辆前后保杠及车辆四角；

所述视觉相机分别安装在车辆前后保杠，车辆两侧A柱及车辆前后挡风玻璃；

所述激光雷达安装在车辆顶部及车辆前后保杠处；

步骤2：障碍物的探测：

步骤2.1：建立以车辆后轴中心点为原点的，以车辆行驶方向为X轴，以车辆前进方向的左侧为Y轴，且垂直于XY平面向上的方向为Z轴，建立车辆坐标系；

将各传感器的坐标转换为所述车辆坐标系下的坐标；

步骤2.2：所述激光雷达、毫米波雷达分别检测车辆周围的障碍物信息；

步骤2.3：将所述激光雷达检测到的障碍物信息与毫米波雷达检测到的障碍物信息进行匹配，若两者检测到的障碍物信息能完全匹配，则将匹配结果作为障碍物的姿态信息；若两者检测到的障碍物信息不能完全匹配，则利用所述视觉相机进行二次匹配，并进行标注，从而得到在车辆坐标系下的障碍物的姿态信息；

步骤2.4：基于检测到的障碍物信息及障碍物的姿态信息对障碍物可能的运动状态进行预测，得到障碍物可能出现的位置和姿态；

步骤3：碰撞信息的计算：

步骤3.1：障碍物距离信息计算：

基于激光雷达、毫米波雷达、视觉相机计算障碍物相对车辆的相对距离分别为S1、S2、S3，则n时刻下三个相对距离S1、S2、S3满足式(1)：

S_n’＝k1×S_n1+k2×S_n2+k3×S_n3 (1)

式(1)中，k1、k2、k3分别为激光雷达、毫米波雷达、视觉相机的系数；S_n1、S_n2、S_n3分别为n时刻激光雷达、毫米波雷达、视觉相机相对车辆的距离；

n+1时刻，利用式(2)得到障碍物与车辆间的距离S：

S＝k×S_n+(1-k)×S_(n+1) (2)

式(2)中，k为障碍物与车辆距离的系数；S_n为n时刻障碍物与车辆间的距离，S_(n+1)为(n+1)时刻障碍物与车辆间的距离；

步骤3.2：碰撞行驶距离的计算：

利用式(3)得到正向碰撞的行驶距离L：

利用式(4)得到侧向碰撞的碰撞车辆的行驶距离L_s：

式(3)和式(4)中，v1、v2分别为车辆的运动速度和障碍物的运动速度，a为车辆制动允许的最大加速度；

步骤4：碰撞分析和判断：

当前方有障碍物且L>S时，表示车辆有碰撞风险，则执行步骤4.1；

当侧方有障碍物向车辆驶来，且L_s小于车辆车长，表示车辆发生潜在碰撞，则执行步骤4.2；

步骤4.1：基于当前车辆的运动速度v1判断车辆是否允许进行换道，当v1<v_临，则进入步骤(a)，否则进入步骤(b)；其中，v_临为允许便道的车速阈值；

步骤(a)：基于当前道路曲率、道路车道线数量、道路路况及车辆侧方及后方是否有其他障碍物，判断车辆是否允许发生换道，如允许发生换道，则车辆进行换道；否则进入步骤(b)；

步骤(b)：当车辆与障碍物存在碰撞风险，且碰撞时相对运动速度v＝v1-v2大于安全气囊弹起预设速度值时，执行步骤(c)，否则开启安全气囊预弹起开关处于关闭状态；

步骤(c)：开启安全气囊预弹起开关，并基于车辆与障碍物的安全气囊预弹起时间向安全气囊控制系统发送安全气囊预弹起时间t，安全气囊控制系统基于预弹起时间t控制安全气囊弹起后，执行步骤5；其中，利用式(5)得到安全气囊预弹起时间t：

步骤4.2：基于当前车辆与障碍物距离S、障碍物可能的轮廓信息及当前车辆的行驶轨迹预测可能的碰撞点；

若前方一定距离内无其他障碍物，则车辆先前加速运动；

若车辆加速向前运动的距离大于碰撞点与车尾的距离，则表示车辆不发生碰撞，否则，进入步骤(A)；

步骤(A)：以一定减速度使车辆减速运动，若在车辆减速运动下相对车辆发生碰撞时的行驶距离小于碰撞点与车头的距离，则表示车辆不发生碰撞，否则，进入步骤(B)；

步骤(B)：基于对驾乘人员伤害最小，使碰撞位置避免发生在驾驶舱内为原则，判断车辆是加速运动还是减速运动后，执行步骤(C)；

步骤(C)：基于车辆与障碍物的碰撞风险开启安全气囊预弹起开关，并基于安全气囊预弹起时间向安全气囊发送预弹起指令，安全气囊控制系统基于安全气囊预弹起时间t控制安全气囊弹起后，执行步骤5；其中，利用式(6)得到安全气囊预弹起时间t’：

步骤5：安全气囊弹起控制：

基于安全气囊预弹起时间t，每隔T秒后，基于当前时刻障碍物相对车辆的距离、当前车辆的速度、加速度及实时变化的周围环境信息重新计算车辆碰撞区域及可能的安全气囊预弹起时间t，若重新计算的车辆碰撞风险消失，则安全气囊弹起时间关闭；若安全气囊预弹起时间t发生变化，则对安全气囊预弹起时间进行更新，安全气囊控制系统以更新后的预弹起时间所对应的预弹起指令控制安全气囊的最终弹起。

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