CN113071389B - 一种儿童安全座椅智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种儿童安全座椅智能控制系统及方法。它包括获取车辆车速信息，判断是否开启儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制；启动儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制后，检测儿童安全座椅椅背位置状态，确定儿童安全座椅转动角度，驱动儿童安全座椅旋转所述转动角度。在存在碰撞风险时紧急制动前旋转儿童安全座椅椅背到背向行驶方向，给予婴幼儿最大的碰撞保护；在预估车辆过弯或车辆过弯过程中转动调节椅背的位置支撑婴幼儿的脖颈，抵消部分离心力，起到提升安全性和舒适性的目的。

Description

一种儿童安全座椅智能控制系统及方法

技术领域

本发明属于儿童安全座椅智能控制技术领域，具体涉及一种儿童安全座椅智能控制系统及方法。

背景技术

目前安全座椅已经受到了越来越多家长的重视。据研究，当汽车发生正向碰撞时，安全座椅椅背背向行驶方向能给予婴幼儿最大程度的保护，但是背向乘坐会有种种不便，如背对父母无法交流，周围景物逆向显示引起不适引起婴幼儿的哭闹等。而且在转弯的过程中，尤其是快速过弯，会产生较大侧向的离心力，而婴幼儿的脖颈比较脆弱，需要靠安全座椅椅背进行支撑保护，椅背一般朝前或朝后，无法减少或抵消侧向的离心力。

而市面上常见的安全座椅大多都是固定安装类型，有少部分可进行升降调节的电动安全座椅。目前市场上出现可旋转的儿童安全座椅；通常采用手动方式对座椅靠背朝向进行前后左右四个固定档位的360°旋转调节。且父母必须先驻车，再到后排进行手动操作，无法自动控制安全座椅的旋转调节。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，对于可旋转的儿童安全座椅，提供一种可根据车辆的实时车速及道路状况，实现儿童安全座椅智能控制系统及方法，在汽车行驶过程中可更灵活地保证婴幼儿的安全及舒适体验。

实现本发明目的之一的儿童安全座椅智能控制的方法的技术方案为：获取车辆车速信息，判断是否开启儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制；启动儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制后，检测儿童安全座椅椅背位置状态，确定儿童安全座椅转动角度，驱动儿童安全座椅旋转所述转动角度。

本发明方案根据车辆行驶过程中的状况，包括车速，车辆行车道路前方的弯道状况，自动控制儿童安全座椅转动。上述儿童安全座椅转动包括座椅面与椅背的整体转动，也包括仅仅就是儿童安全座椅椅背的转动。当存在正向碰撞风险时，儿童安全座椅椅背转动，特别将儿童安全座椅椅背背向行驶方向能给予婴幼儿最大程度的保护。另外在车辆转弯时，或预测到车辆可能进入弯道时，转动儿童安全座椅调整座椅椅背的位置，在车辆转弯产生离心力时，座椅椅背对儿童进行更好的支撑保护。

进一步的技术方案包括：获取车辆车速信息，当车速大于等于第一设定车速v1，开启儿童安全座椅碰撞旋转检测控制；当车速大于等于第二设定车速v2，开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制；所述第二设定车速v2大于所述第一设定车速v1。

所述碰撞旋转检测控制的优先级高于弯道旋转检测控制的优先级。当车速大于等于上述所述第二设定车速v2，系统检测到存在正向碰撞风险时，弯道旋转检测控制功能退出，碰撞控制的执行优先级此时为系统最高；当车速大于等于上述所述第一设定车速v1且小于上述所述第二设定车速v2，系统检测到存在正向碰撞风险时，弯道旋转检测控制功能被禁用。系统优先执行将儿童安全座椅椅背旋转到背向行驶方向，以给予婴幼儿最大程度的保护，即安全性控制优先级大于舒适性控制。

上述两个车速以及功能优先级的设定，实现本发明的控制优先级，即在同一款车辆上同时设定儿童安全座椅碰撞旋转检测控制和儿童安全座椅弯道旋转检测控制时，儿童安全座椅碰撞旋转检测控制比儿童安全座椅弯道旋转检测控制的激活车速阈值低，功能运行优先级高，控制执行的优先级高。当然，可以根据车辆的配置需求将儿童安全座椅碰撞旋转检测控制和儿童安全座椅弯道旋转检测控制分别设在不同的车辆上。

进一步的技术方案包括：所述儿童安全座椅碰撞旋转检测控制包括获取紧急制动请求信号后，检测儿童安全座椅椅背状态。基于紧急制动请求信号作为碰撞风险触发，快速及时。所述紧急制动请求信号可以来自于制动踏板传感器，也可以来自于车辆上的与制动相关的控制器，如自动紧急制动系统AEB。

进一步的技术方案包括：检测儿童安全座椅椅背状态后，确定儿童安全座椅转动方向和转动角度。

儿童座椅椅背通常是面向行车方向，由于椅背的位置可以改变，因此椅背初始位置并非面向行车方向。因此通过检测儿童安全座椅椅背位置状态，通过确定转动方向以实现利用较小的转动角度，快速转动到目标位。

进一步的技术方案包括：所述儿童安全座椅弯道旋转检测控制包括：包括从车辆的地图定位模块获取行驶路径前方的道路信息，确定前方道路的弯道，确定儿童安全座椅转动方向和转动角度，驱动儿童安全座椅旋转至儿童安全座椅椅背背向弯心方向。

上述车辆的地图定位模块可以是车载自动驾驶控制单元中的，也可以是移动端的导航地图定位模块，如手机。当然采用移动端的导航地图定位模块需要与车载控制单元交互。

实现本发明目的之二的儿童安全座椅智能控制的系统的技术方案为：包括儿童安全座椅控制器：用于获取车辆车速信息，判断是否开启儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制；启动儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制后，检测儿童安全座椅椅背状态，确定儿童安全座椅转动角度；

安全座椅旋转执行模块，用于驱动儿童安全座椅旋转。

所述安全座椅旋转执行模块可以采用但不限于电机及传动机构，气缸及传动机构。

进一步的技术方案包括：所述儿童安全座椅控制器包括：

信息获取模块，用于车辆控制模块交互获取车辆行驶信息，行驶路径前方的道路信息；

计算规划模块，用于通过车辆行驶信息、车辆位置和前方弯道信息计算座椅旋转的角度；

旋转控制模块，向安全座椅旋转执行模块输出控制指令。

儿童安全座椅控制器还包括检测禁用模块，用于发现车辆存在碰撞风险时，禁用或者退出弯道旋转检测控制。

进一步的技术方案包括：还包括儿童安全座椅椅背位置状态检测模块，用于检测儿童安全座椅椅背位置。

进一步的技术方案包括：所述计算规划模块还包括儿童安全座椅旋转方向计算模块，通过检测儿童安全座椅椅背位置，确定儿童安全座椅的旋转方向。

进一步的技术方案包括：儿童安全座椅控制器与车载控制器，和/或地图定位模块通信连接，获取车辆行驶信息、车辆位置和前方弯道信息。

本发明系统简单，安全。车辆配置灵活，在存在碰撞风险时紧急制动前旋转儿童安全座椅靠背到背向行驶方向，给予婴幼儿最大的碰撞保护；在预估车辆过弯或车辆过弯过程中转动调节椅背的位置支撑婴幼儿的脖颈，抵消部分离心力，起到提升安全性和舒适性的目的。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的控制流程示意图。

具体实施方式

下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

实施中，儿童安全座椅为电动结构，椅背相对于儿童安全座椅通过电机及传动装置驱动椅背转动。椅背旋转采用车辆坐标系，以车辆行驶方向为y轴正方向，平行垂直车辆行驶方向向右为x轴正方向，地面垂直向上为z轴正方向。本实施例安全座椅椅背共四个旋转卡位，朝向车辆行驶方向为旋转原点，旋转角度为0°，设为旋转卡位1，逆时针方向每旋转90°分别为卡位2，背向卡位3和卡位4。在另一个实施例中安全座椅椅背可在任意位置锁止。

如图1所示，儿童安全座椅控制器100包括信息获取模块101，信息获取模块101与车载控制器通过CAN实现通信，实时获取车辆行驶车速，获取车辆行驶过程中的制动踏板的制动信息，实施例中信息获取模块101与自动驾驶控制系统200通过CAN实现通信，获取AEB制动请求信号。通过以太网与和布置于车辆上的地图定位控制器201进行通信连接，获取车辆位置状态信息。

计算规划模块102，在获取到车速信息被激活后，通过车辆行驶信息、车辆位置和前方弯道信息计算座椅旋转的角度；实施例中还包括儿童安全座椅椅背位置状态检测模块，用于检测儿童安全座椅椅背位置。可采用但不限于不同位置设置的多个座椅椅背位置检测传感器。在上述基于车速信息被激活后，检测座椅椅背起始位置。根据座椅椅背起始位置以及转动的目标位，以转动角度小策略，确定转动方向及转动角度。

旋转控制模块103，在获得转动方向及转动角度后，向安全座椅旋转执行模块输出控制指令。

儿童安全座椅控制器100通过硬线与安全座椅旋转执行模块300连接，安全座椅旋转执行模块300采用电机及传动装置。

实施例中，车速设定了两个阈值，第一设定车速v₁用于触发激活儿童安全座椅碰撞旋转检测控制；第二设定车速v₂用于触发激活儿童安全座椅弯道旋转检测控制。第二设定车速v₂大于所述第一设定车速v₁。实施例中第一设定车速v₁为8km/h；第二设定车速v₂为40km/h。

信息获取模块通过CAN与车辆底盘通信，以20Hz的频率获取实时车速信息v，当v≥8km/h时，儿童安全座椅开启碰撞检测及控制功能；儿童安全座椅椅背碰撞安全的目标位为椅背背向车辆行驶方向。

通过座椅椅背位置检测传感器获取儿童安全座椅椅背的初始位置；

信息获取模块通过CAN与自动驾驶控制器通信，以20Hz的频率获取AEB制动请求信号；

当获取到实时AEB制动请求信号时，基于椅背的初始位置与目标位的关系，以转动最小角度，确定椅背转动方向以及所需要的角度θ。实施例中，以俯视图为基准，儿童安全座椅椅背的初始位置在卡位4，背向卡位3为目标位，转动方向为顺时针，转动角度为90度。

旋转控制模块通过硬线与安全座椅旋转执行机构连接，发送计算出的安全座椅椅背转动方向及旋转角度为90度，电机上电，顺时针转动完成椅背的旋转并保证旋转完毕后椅背旋转结构与儿童安全座椅底座卡紧。

信息获取模块以20Hz的频率通过CAN与车辆通信，获取实时车速信息v，当v≥40km/h时，儿童安全座椅开启道路检测及控制功能。

通过座椅椅背位置检测传感器获取儿童安全座椅椅背的初始位置；

信息获取模块以20Hz的频率通过ETH与地图定位控制器通信，获取行驶路径前方1000m处的道路信息，含道路中心线点集a_i，a_i的位置坐标(x_i,y_i)以及a_i的曲率k_i.其中，i为自然数，0<i≤100，中心线点集的间隔为10m，即

位置坐标采用WGS84坐标系；

计算规划模块通过获取的道路信息进行大弯、急弯判断。依次对道路中心点集a_i的曲率ki的值进行判定，当点a_p的曲率|k_p|≥0.004m^-1时，认为前方有大弯或急弯，并更新该点为弯道的起点c₀。继续依次判定，当首次有点a_q的曲率|k_q|<0.004m^-1时，更新该点为弯道数据提取的终点c_n。

以c₀为坐标原点(0,0)，车辆在c₀点的行驶方向为y轴正方向，对弯道中心线点集c₀、c₁、c₂…c_n-1、c_n的位置坐标(x_p,y_p)、(x_p+1,y_p+1)、(x_p+2,y_p+2)…(x_q-1,y_q-1)、(x_q,y_q)，n为自然数，0<n≤i，进行从WGS84坐标系到车辆坐标系的坐标转换，得到车辆坐标系下的弯道中心线点集c'₀、c'₁、c'₂…c'_n-1、c'_n的位置坐标(x'_p,y'_p)、(x'_p+1,y'_p+1)、(x'_p+2,y'_p+2)…(x'_q-1,y'_q-1)、(x'_q,y'_q)。

对点集c'₀、c'₁、c'₂…c'_n-1、c'_nj进行三次曲线拟合，得到弯道拟合曲线c(x)＝r₀+r₁x+r₂x²+r₃x³。求导得到该弯道斜率的二次多项式k(x)＝r₁+2*r₂x+3*r₃x²，再求导得到弯道斜率变化率的一元方程dk(x)＝2*r₂+6*r₃x。计算c'₀到c'_n点间的斜率点集k'_i，以及斜率的变化率dk'_i，点dk'_d＝0时，更新该点为弯道终点c'_nd。

在c'₀到c'_nd区间，当车辆在c'₀点的x向行驶方向为正，dk'_i<0时，弯心朝向车辆右侧，座椅靠背转向和弯心朝向相反的卡位4；

当车辆在c'₀点的x向行驶方向为正，dk'_i>0时，弯心朝向车辆左侧，座椅靠背转向和弯心朝向相反的卡位2；

当车辆在c'₀点的x向行驶方向为负，dk'_i<0时，弯心朝向车辆左侧，座椅靠背转向和弯心朝向相反的卡位2；

当车辆在c'₀点的x向行驶方向为负，dk'_i>0时，弯心朝向车辆右侧，座椅靠背转向和弯心朝向相反的卡位4。

在获得弯心朝向y轴的方向，确定椅背的转动目标位为弯心朝向y轴的反方向即椅背背向弯心方向，获得椅背的初始位置信息后，以转动最小角度，确定椅背转动方向以及所需要的转动角度。如果椅背的初始位置为椅背背向弯心方向，转动角度为0；椅背的初始位置为椅背朝向弯心方向，转动角度为180度，实施例中设定逆时针转动。如果椅背的初始位置为朝向车辆行驶方向，安全座椅椅背旋转角度θ为90°或-90°，具体根据转弯方向确定。

旋转控制模块向安全座椅旋转执行机构发出转动方向及角度指令，控制执行机构从c'₀点开始完成椅背旋转到背向弯心方向(左右侧卡位)并保证旋转完毕后椅背旋转结构与儿童安全座椅底座卡紧，同时在c'_n点退出弯道控制，将椅背旋转回到默认起始位置。

本发明适用于各级自动驾驶车辆，可以是动力电池车辆也可以是燃油车辆。

Claims (10)

1.一种儿童安全座椅智能控制的方法，其特征是：获取车辆车速信息，判断是否开启儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制；启动儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制后，检测儿童安全座椅椅背位置状态，确定儿童安全座椅转动角度，驱动儿童安全座椅旋转所述转动角度；

当车速大于等于第二设定车速v₂，开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制，包括如下步骤：

获取行驶路径前方设定距离的道路信息，所述道路信息包括道路中心点集a_i、a_i的位置坐标(x_i,y_i)以及a_i的曲率k_i，依次对道路中心点集a_i的曲率k_i的值进行判定，当点a_p的曲率|k_p|大于等于设定曲率值时，更新该点a_p为弯道的起点c₀；当首次有点a_q的曲率|k_q|小于设定曲率值时，更新该点a_q为弯道数据提取的终点c_n；

以c₀为坐标原点(0,0)，车辆在c₀点的行驶方向为y轴正方向，对弯道中心线点集c₀、c₁、c₂…c_n-1、c_n的位置坐标(x_p,y_p)、(x_p+1,y_p+1)、(x_p+2,y_p+2)…(x_q-1,y_q-1)、(x_q,y_q)进行从WGS84坐标系到车辆坐标系的坐标转换，得到车辆坐标系下的弯道中心线点集c'₀、c'₁、c'₂…c'_n-1、c'_n的位置坐标(x'_p,y'_p)、(x'_p+1,y'_p+1)、(x'_p+2,y'_p+2)…(x'_q-1,y'_q-1)、(x'_q,y'_q)；

对点集c'₀、c'₁、c'₂…c'_n-1、c'_n进行三次曲线拟合，得到弯道拟合曲线cx＝r₀+r₁x+r₂x²+r₃x³；求导得到该弯道斜率的二次多项式kx＝r₁+2*r₂x+3*r₃x²，再求导得到弯道斜率变化率的一元方程dkx＝2*r₂+6*r₃x；计算c'₀到c'_n点间的斜率点集k'_i，以及斜率的变化率dk'_i，点dk'_d＝0时，更新该点为弯道终点c'_nd。

2.如权利要求1所述的儿童安全座椅智能控制的方法，其特征是：获取车辆车速信息，当车速大于等于第一设定车速v₁，开启儿童安全座椅碰撞旋转检测控制；所述第二设定车速v₂大于所述第一设定车速v₁。

3.如权利要求1所述的儿童安全座椅智能控制的方法，其特征是：所述儿童安全座椅碰撞旋转检测控制包括获取紧急制动请求信号后，检测儿童安全座椅椅背状态。

4.如权利要求1或3所述的儿童安全座椅智能控制的方法，其特征是：检测儿童安全座椅椅背状态后，确定儿童安全座椅转动方向和转动角度。

5.如权利要求1或2所述的儿童安全座椅智能控制的方法，其特征是：所述儿童安全座椅弯道旋转检测控制包括：包括从车辆的地图定位模块获取行驶路径前方的道路信息，确定前方道路的弯道，确定儿童安全座椅转动方向和转动角度，驱动儿童安全座椅旋转至儿童安全座椅椅背背向弯心方向。

6.一种如权利要求1所述方法的儿童安全座椅智能控制系统，其特征是：包括儿童安全座椅控制器：用于获取车辆车速信息，判断是否开启儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制；启动儿童安全座椅碰撞旋转检测控制或开启儿童安全座椅弯道旋转检测控制后，检测儿童安全座椅椅背状态，确定儿童安全座椅转动角度；

安全座椅旋转执行模块，用于驱动儿童安全座椅旋转。

7.如权利要求6所述的儿童安全座椅智能控制系统，其特征是：所述儿童安全座椅控制器包括：

信息获取模块，用于与车辆控制模块交互获取车辆行驶信息，行驶路径前方的道路信息；

计算规划模块，用于通过车辆行驶信息、车辆位置和前方弯道信息计算座椅旋转的角度；

旋转控制模块，向安全座椅旋转执行模块输出控制指令。

8.如权利要求7所述的儿童安全座椅智能控制系统，其特征是：还包括儿童安全座椅椅背位置状态检测模块，用于检测儿童安全座椅椅背位置。

9.如权利要求7-8任一项 所述的儿童安全座椅智能控制系统，其特征是：所述计算规划模块还包括儿童安全座椅旋转方向计算模块，通过检测儿童安全座椅椅背位置，确定儿童安全座椅的旋转方向。

10.如权利要求6或7所述儿童安全座椅智能控制系统，其特征是，儿童安全座椅控制器与车载控制器，和/或地图定位模块通信连接，获取车辆行驶信息、车辆位置和前方弯道信息。

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