CN113147648B - 无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统及判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统及判断方法。沿汽车横向方向安装第一压力应变片组；发动机舱内两侧前翼子板梁表面或纵梁表面沿汽车纵向方向各安装一个第二压力应变片组；A柱、B柱、C柱位于乘员舱内的侧面表面各设置一个第三压力应变片组；车门内防撞梁表面沿防撞梁长度方向各设置一个第四压力应变片组；汽车后保险杠横梁表面设置第五压力应变片组；在三轴加速度传感器判断的基础上，在车身不同位置布置压力应变片单元，当车辆同时存在车身局部变形和加速度有一定变化时，还可以通过三轴加速度传感器与压力应变片单元同时监测判断，适应更多的复杂交通事故，判断结果也更加准确。

Description

无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统及判断方法
技术领域
本发明涉及交通事故鉴定技术领域，具体涉及无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统及判断方法。
背景技术
目前无人驾驶汽车的安全气囊弹出判断装置与传统汽车一致，均采用在车身上设置多个加速度传感器，然后在一定时间内对加速度值进行积分计算，以判断车辆是否在事故时出现了某个方向的加速度急剧变化，从而弹出安全气囊；例如在汽车不同位置处分别设置1个或2个汽车纵向加速度传感器、横向加速度传感器、垂向加速度传感器，然后分别采集不同方向的加速度值，再根据不同方向的加速度值进行相关计算处理，然后进行判断过程。
但是现有的弹出判断装置对某些特殊情况下的交通事故出现了车辆受损较为严重、人员受伤但是气囊未弹出的现象。
2020年4月某国产品牌电动SUV在行驶过程中与前方货车发生追尾，如图1、图2所示，碰撞位置为SUV的右侧A柱位置与货车后下部防护装置横梁，碰撞后SUV的A柱发生明显变形，但车内安全气囊未弹出，造成驾驶员受伤，事故发生后驾驶员起诉该品牌厂家，认为安全气囊存在缺陷。
分析上述事故原因，驾驶员在碰撞前踩下刹车，使车辆有一定程度减速，碰撞时前方货车也处于行驶状态，使得SUV车辆的纵向加速度变化没有达到预定值；且碰撞位置发生在A柱位置，碰撞产生的冲击力经A柱向乘员舱内传导至驾驶员处，而并没有向下传导，使得安装在发动机舱内部的纵向加速度传感器没有接受到触发信号，使得安全气囊未弹出。
如图3所示的，2020年5月另一SUV轿车在弯道转向时由于转向不足发动机舱一侧与道路发生碰撞，碰撞后车辆与护栏擦挂后停车，车内人员受伤，但安全气囊未弹出，厂家回复意见为碰撞角度非正面碰撞，且碰撞后汽车并未立即停车，而是减速停车，使得加速度传感器计算参数中纵向(X轴)加速度变化未达到预定值，且横向加速度(Y轴)变化未达到触发阈值。事故后对该车辆进行受损检查，发现散热器水箱破损、大灯破损，转向器支架断裂，说明车辆受到的冲击力实际较大，而安全气囊未弹出造成了驾驶员受伤，后续驾驶员同样对厂家提起诉讼索赔。
以上两个事故可以看出，现有的多个方向的加速度传感器组合的方式，对于车辆正面碰撞，或是车辆碰撞后速度急剧减小的情况可以有效判断；但是对于碰撞位置特殊(立柱)，碰撞后一部分车身吸收了碰撞能量，导致传感器附近受力较小等特殊的碰撞事故情况可能存在误判；或者当车辆碰撞后没有立即停驶，而是碰撞后减速向另一侧行驶的情况，该情况下加速度变化可能达不到预定值，同样可能存在误判。
另外，传统汽车不同位置处分别设置不同方向加速度传感器的做法是为了节约成本，而随之陀螺仪(三轴加速度传感器)成本的降低，现在的汽车实际上更适合使用陀螺仪来代替传统的多个加速度传感器。
发明内容
本发明目的是提供一种判断准确、可以适应于特殊碰撞事故的无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统及判断方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统，所述的判断系统包括设置在汽车前保险杠横梁表面、沿汽车横向方向安装的第一压力应变片组；汽车发动机舱内两侧前翼子板梁表面或纵梁表面沿汽车纵向方向各安装一个第二压力应变片组；无人驾驶汽车乘员舱两侧A柱、B柱、C柱位于乘员舱内的侧面表面各设置一个第三压力应变片组；乘员舱两侧车门内防撞梁表面沿防撞梁长度方向各设置一个第四压力应变片组；汽车后保险杠横梁表面沿汽车横向方向设置第五压力应变片组；
所述的第一压力应变片组、第二压力应变片组、第三压力应变片组、第四压力应变片组、第五压力应变片组结构均为间隔排列放置的至少4个长条形压力应变片组成的压力应变片单元，相邻压力应变片之间通过弹力线连接，压力应变片单元安装到车身上相应位置后，弹力线处于拉伸状态，使应变片处于拉伸状态；每个压力应变片的信号输出线与A/D转换器的信号输入端连接，A/D转换器的信号输出端与安全气囊控制器的信号输入端通信连接；
所述的判断系统还包括螺栓方式安装在发动机舱纵梁上或乘员舱仪表台骨架横梁上的三轴加速度传感器；三轴加速度传感器的信号线与安全气囊控制器的信号输入端通信连接，安全气囊控制器的信号输出端分别与汽车乘员舱内的驾驶位安全气囊、副驾驶位安全气囊、驾驶位侧气帘、副驾驶位侧气帘各自的点火器的控制线通信连接；安全气囊控制器还与汽车行车电脑通信连接。
优选的，所述的压力应变片单元中，每个压力应变片放置在长方板沿其长度方向设置的长方形或燕尾形通槽内，使压力应变片可沿长方板的长度方向滑动，长方板的外侧面两端分别设置环形凹槽，环形凹槽内卡入环形卡箍；相邻压力应变片的端头处设置连接孔，相邻连接孔通过弹力线连接；环形卡箍的外侧套设截面为凹型的长条形塑料压板，使塑料压板套在压力应变片的外侧；塑料压板与汽车车身之间通过卡扣或粘接方式连接；
压力应变片单元中两端的压力应变片各自的外端分别通过一条弹力线与车身相应位置焊接设置的吊钩或吊环连接，与车身上的吊钩或吊环连接的一条弹力线中部断开，断开处设置螺纹调整机构，即弹力线中部断开的两节分别与一个螺栓和一个调整螺母连接，螺栓和调整螺母通过螺纹连接，以改变弹力线的张紧程度。
优选的，所述的第一压力应变片组中位于两端的压力应变片的外端头之间的长度不小于汽车前保险杠横梁长度的60％；所述的第四压力应变片组中位于两端的压力应变片的外端头之间的长度不小于汽车车门长度的50％；所述的第五压力应变片组中位于两端的压力应变片的外端头之间的长度不小于汽车后保险杠横梁长度的60％；所述的压力应变片的长度不小于80mm或100mm或120mm。
优选的，所述的压力应变片为BX120-3AA型免焊接应变片或宇博智能RFP-ZH II薄膜压力传感器或fsr0-500g压电片；
所述的A/D转换器为ADC0832CCN双通道AD模数转换器芯片或ADS1115模数AD转换模块或CS5530ISZ 24位AD转换器；所述的安全气囊控制器为AT89C52单片机或STM32单片机或三菱PLC工控机；所述的三轴加速度传感器为MPU-6050三轴陀螺仪或GY-362ADXL362三轴加速度传感器模块或维特智能ADXL375/345三轴加速度计。
根据上述的无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统进行判断的方法，所述的判断方法包括顺次进行的以下步骤：初始化步骤、判断步骤；
所述的初始化步骤为：汽车启动后，汽车行车电脑向安全气囊控制器发送启动信号；安全气囊控制器开始实时接收所有压力应变片单元中的压力应变片的电压值U1、U2、U3……Um，以及三轴加速度传感器发送的汽车纵向、横向、垂向方向加速度值ax、ay、az；
所述的判断步骤包括同时进行的三轴加速度传感器参数判断步骤、压力应变片参数判断步骤；
步骤a：所述的三轴加速度传感器参数判断步骤为：对ax、ay、az使用加速度平方累计法进行计算判断，判断公式如下：
Figure BDA0002959019150000041
上式中，Sx为积分量，ax对应为Sx，使用同样的公式计算，ay、az分别对应Sy、Sz；n为当前时间点，k为采样点数，即积分窗宽，fs为采样频率；
若Sx＞SXO，安全气囊控制器向驾驶位安全气囊、副驾驶位安全气囊各自的点火器发送点火信号进行点爆；
若K*Sy＞SY0，则安全气囊控制器向驾驶位侧气帘、副驾驶位侧气帘各自的点火器发送点火信号进行点爆；
若ρ*Sz＞SZ0，则安全气囊控制器向驾驶位安全气囊、副驾驶位安全气囊、驾驶位侧气帘、副驾驶位侧气帘各自的点火器发送点火信号进行点爆；k为横向加速度权重系数，0＜k＜1；ρ为垂向加速度权重系数，0＜ρ＜1；其中SXO、SYO、SZO为数值相同或不同的触发阈值；
步骤b：压力应变片参数判断步骤为：单组压力应变片单元中，一定时间窗内，所有压力应变片各自的电压值U根据平方累计叠加法进行计算，计算公式如下：
Figure BDA0002959019150000051
上式中，Rm为积分量，m为单组压力应变片中压力应变片的个数，R1对应U1，R2对应U2……；Um为压力应变片的电压值；n为当前时间点，k为采样点数，即积分窗宽，fs为采样频率；
若单组压力应变片单元中，至少2个Rm＞R0，则将该组压力应变片单元设为第一触发状态，若单组压力应变片单元中，至少2个Rm＞R1，则将该组压力应变片单元设为第二触发状态，所述的R0、R1为触发阈值，R0＞R1；
若第一压力应变片组或第五压力应变片组变为第一触发状态，则安全气囊控制器向驾驶位安全气囊、副驾驶位安全气囊各自的点火器发送点火信号进行点爆；
若第四压力应变片组变为第一触发状态，则安全气囊控制器向驾驶位侧气帘、副驾驶位侧气帘各自的点火器发送点火信号进行点爆；
若第二压力应变片组或第三压力应变片组变为第一触发状态，则安全气囊控制器向驾驶位安全气囊、副驾驶位安全气囊、驾驶位侧气帘、副驾驶位侧气帘各自的点火器发送点火信号进行点爆。
优选的，所述的判断步骤中，三轴加速度传感器参数判断步骤过程还包括同时进行的以下判断过程：
若：
Figure BDA0002959019150000061
或
Figure BDA0002959019150000062
则安全气囊控制器向驾驶位安全气囊、副驾驶位安全气囊、驾驶位侧气帘、副驾驶位侧气帘各自的点火器发送点火信号进行点爆；其中SX1、SX2为触发阈值；
所述的SXO，SYO，SZ0＜SX1，所述的SX0，SYO，SZO＜SX2。
优选的，所述的判断步骤还包括同时进行的综合判断步骤；所述的综合判断步骤为：
若Sx＞SX2，且第一压力应变片组或第五压力应变片组变为第二触发状态，则安全气囊控制器向驾驶位安全气囊、副驾驶位安全气囊各自的点火器发送点火信号进行点爆；
若K*Sy＞SY2，且第四压力应变片组变为第二触发状态，则安全气囊控制器向驾驶位侧气帘、副驾驶位侧气帘各自的点火器发送点火信号进行点爆；
其中SX2、SY2为触发阈值，SX2＜SXO，SY2＜SYO；
若满足：
Figure BDA0002959019150000063
或
Figure BDA0002959019150000064
且第二压力应变片组或第三压力应变片组变为第二触发状态，则安全气囊控制器向驾驶位安全气囊、副驾驶位安全气囊、驾驶位侧气帘、副驾驶位侧气帘各自的点火器发送点火信号进行点爆。
其中SX3、SX4为触发阈值，SX3＜SXO，SX4＜SXO。
本发明具有以下有益效果：在三轴加速度传感器判断的基础上，在车身不同位置布置压力应变片单元，可以对车辆发生碰撞事故时车身受到撞击后的变形量进行监测，有效提高了车辆在斜向碰撞、立柱碰撞等特殊碰撞事故发生时安全气囊的点爆判断准确性；当车辆同时存在车身局部变形和加速度有一定变化时，还可以通过三轴加速度传感器与压力应变片单元同时监测判断，适应更多的复杂交通事故，判断结果也更加准确。
附图说明
图1为某SUV与货车发生追尾碰撞事故俯视图；
图2为图1正视图；
图3为某SUV与道路发生侧碰后车辆损毁照片；
图4为安全气囊弹出判断系统安装示意图正视图；
图5为安全气囊弹出判断系统安装示意图俯视图；
图6为压力应变片单元结构示意图；
图7为压力应变片安装示意图；
图8为安全气囊控制器电路连接示意图；
图9为某报废电动汽车与护栏斜碰后三轴加速度传感器采集数据积分计算值；
图10为某报废电动汽车与护栏斜碰后第二压力传感器单元采集数据积分计算值。
具体实施方式
如图4所示的无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统，所述的判断系统包括设置在汽车前保险杠横梁表面、沿汽车横向方向安装的第一压力应变片组(10)；汽车发动机舱内两侧前翼子板梁表面或纵梁表面沿汽车纵向方向各安装一个第二压力应变片组(20)；无人驾驶汽车乘员舱两侧A柱、B柱、C柱位于乘员舱内的侧面表面各设置一个第三压力应变片组(30)；乘员舱两侧车门内防撞梁表面沿防撞梁长度方向各设置一个第四压力应变片组(40)；汽车后保险杠横梁表面沿汽车横向方向设置第五压力应变片组(50)；
所述的第一压力应变片组(10)、第二压力应变片组(20)、第三压力应变片组(30)、第四压力应变片组(40)、第五压力应变片组(50)结构均为间隔排列放置的至少4个长条形压力应变片(1)组成的压力应变片单元，相邻压力应变片(1)之间通过弹力线(5)连接，压力应变片单元安装到车身上相应位置后，弹力线(5)处于拉伸状态，使应变片(1)处于拉伸状态；每个压力应变片(1)的信号输出线与A/D转换器(9)的信号输入端连接，A/D转换器(9)的信号输出端与安全气囊控制器(001)的信号输入端通信连接；为避免弹力线(5)老化断裂，可以使用尼龙丝或高强度塑料材料制作的塑料绳，还可以使用两排或三排并列方式提高弹力线(5)的强度；
所述的判断系统还包括设置在发动机舱纵梁表面或乘员舱仪表台骨架横梁表面的三轴加速度传感器(002)；三轴加速度传感器(002)的信号线与安全气囊控制器(001)的信号输入端通信连接，安全气囊控制器(001)的信号输出端分别与汽车乘员舱内的驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)的控制线通信连接；安全气囊控制器(001)还与汽车行车电脑通信连接。
实施例一：压力应变片单元中，每个压力应变片(1)放置在长条形长方板(2)沿其长度方向设置的长方形或燕尾形通槽内，使压力应变片(1)可沿长方板(2)的长度方向滑动，长方板(2)的外侧面两端分别设置环形凹槽，环形凹槽内卡入环形卡箍(3)；相邻压力应变片(1)的端头处设置连接孔(4)，相邻连接孔(4)通过弹力线(5)连接；环形卡箍(3)的外侧套设截面为凹型的长条形塑料压板(6)，使塑料压板(6)套在多个压力应变片(1)的外侧；两端的压力应变片(1)各自的外端分别通过一条弹力线(5)与车身相应位置焊接设置的吊钩或吊环连接，与车身上的吊钩或吊环连接的一条弹力线(5)中部断开，断开处设置螺纹调整机构，即弹力线(5)中部断开的两节分别与一个螺栓(7)和一个调整螺母(8)连接，螺栓(7)和调整螺母(8)通过螺纹连接，以改变弹力线(5)的张紧程度；
当压力应变片组所在的汽车车身骨架收到碰撞而产生变形时，相邻压力应变片之间的距离增大，压力应变片被拉伸，其输出电压增大，此时一个压力应变片组中各个压力应变片均会出现电压增大的情况，根据该电压增大的幅度，即可知道相应位置的汽车骨架的变形程度，从而对是否需要安全气囊点火进行判断；当汽车使用时间较长后，如果某个压力应变片单元的弹力线断裂，则其中的各个压力应变片电压值均减小，不构成触发条件，从而防止误判断。
所述的压力应变片(1)为BX120－3AA型免焊接应变片或宇博智能RFP-ZHII薄膜压力传感器或fsr0-500g压电片；所述的A/D转换器(9)为ADC0832CCN双通道AD模数转换器芯片或ADS1115模数AD转换模块或CS5530ISZ 24位AD转换器；所述的安全气囊控制器(001)为AT89C52单片机或STM32单片机或三菱PLC工控机；所述的三轴加速度传感器(002)为MPU-6050三轴陀螺仪或GY-362ADXL362三轴加速度传感器模块或维特智能ADXL375/345三轴加速度计。
实施例二：为了保证车辆在侧方向斜碰时的变形可以被检测到，压力应变片单元的长度应与安装位置的车身骨架的长度相适应，本实施例中给出了一种推荐的长度，第一压力应变片组(10)中位于两端的压力应变片的外端头之间的长度不小于汽车前保险杠横梁长度的60％或70％或75％；所述的第四压力应变片组(40)中位于两端的压力应变片的外端头之间的长度不小于汽车车门长度的50％或60％；所述的第五压力应变片组(10)中位于两端的压力应变片的外端头之间的长度不小于汽车后保险杠横梁长度的60％或70％或75％。
第二压力应变片组(20)长度不小于400mm或500mm；第三压力应变片组(30)中安装在A柱、B柱、C柱位置的长度不小于500mm或600mm或700mmm。
无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统安装完毕后，进行判断的方法包括顺次进行的以下步骤：初始化步骤、判断步骤；
所述的初始化步骤为：汽车启动后，汽车行车电脑(009)向安全气囊控制器(001)发送启动信号；安全气囊控制器(001)开始实时接收所有压力应变片单元中的压力应变片(11)的电压值U1、U2、U3……Um，以及三轴加速度传感器(21)发送的汽车纵向、横向、垂向方向加速度值ax、ay、az；
实施例三：所述的判断步骤包括同时进行的三轴加速度传感器参数判断步骤、压力应变片参数判断步骤；
步骤a：当汽车出现较为常规的碰撞方式，如正面碰撞、追尾、侧面其他车辆正碰、坠崖等情况时，可以使用三轴加速度传感器测量的车辆纵向(X轴)、横向(Y轴)、垂向(Z轴)加速度值进行判断；
所述的三轴加速度传感器参数判断步骤为：对ax、ay、az使用加速度平方累计法进行计算判断，判断公式如下：
Figure BDA0002959019150000101
上式中，Sx为积分量，ax对应为Sx，使用同样的公式计算，ay、az分别对应Sy、Sz；n为当前时间点，k为采样点数，即积分窗宽，fs为采样频率；式1-1已在《汽车工程学报》中公开，文献名称为《汽车斜角碰撞安全气囊点火控制策略研究》，该文献中提出的计算方式与本申请中三个方向的积分量计算一致，但安全气囊点火触发条件具体判断方式存在不同；
Sx、Sy、Sz可以表示一定时间内车辆三个方向的加速度平方累加值，根据这个值设定相应的触发阈值，即可以控制安全气囊的点爆。
若Sx＞SXO，说明车辆出现正碰或追尾，则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆，保护乘员头部正面区域，其中SXO为触发阈值；
若K*Sy＞SYO，则该车辆的侧面被其他车辆碰撞，这时乘员会向一侧倾倒，则安全气囊控制器(001)向驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；其中SYO为触发阈值，k为横向加速度权重系数，0＜k＜1；k可以取0.25，0.5或0.75；
若ρ*Sz＞SZ0，则说明可能出现车辆坠崖的情况，安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆，其中SZO为触发阈值，ρ为垂向加速度权重系数，0＜ρ＜1；ρ可以取0.25，0.5或0.75；
当车辆受到斜向碰撞，或者因碰撞而产生翻滚时，在至少两个方向上的加速度值都会有急剧变化，更好的实施方式是：所述的判断步骤中，三轴加速度传感器参数判断步骤过程还包括以下判断过程：
若：
Figure BDA0002959019150000111
或
Figure BDA0002959019150000112
则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
所述的SX0，SY0，SZ0＜SX1，所述的SX0，SY0，SZ0＜SX2；
步骤b：车辆在进行加速度值判断的同时，还需要对特殊的碰撞事故进行相应的判断，例如车身某处碰撞后变形量较大，而车辆本身速度没有急剧变化的情况，包括侧面斜向碰撞、车辆与货车后下部追尾等情况。
压力应变片参数判断步骤为：单组压力应变片单元中，一定时间窗T0内，所有压力应变片(11)各自的电压值U1、U2、U3……Um根据平方累计叠加法进行计算，计算公式如下：
Figure BDA0002959019150000113
上式中，Rm为积分量，Um为压力应变片(11)的电压值；n为当前时间点，k为采样点数，即积分窗宽，fs为采样频率；
为了防止单个压力应变片故障导致误触发，只有单个压力应变片的Rm＞R0时，不进行触发；
若单组压力应变片单元中，至少有2个Rm＞R0，则说明该压力应变片单元所安装的车身位置出现了较大的变形量，将该组压力应变片单元设为第一触发状态，若单组压力应变片单元中，至少2个Rm＞R1，则说明该压力应变片单元所安装的车身位置出现了变形量，但变形幅度不明显，此时可能是车速较低的碰撞或角度较小的碰撞；将该组压力应变片单元设为第二触发状态；所述的R0、R1为触发阈值，其中R0＞R1；
若第一压力应变片组(10)或第五压力应变片组(50)变为第一触发状态，说明车辆前部或后部受到碰撞，且碰撞方式为正碰，此时安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
若第四压力应变片组(40)变为第一触发状态，说明车辆两侧的车门受到了横向碰撞；则安全气囊控制器(001)向驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
若第二压力应变片组(20)或第三压力应变片组(30)变为第一触发状态，说明车辆受到了斜向方向的碰撞，或者是车辆A柱、B柱、C柱较高的位置受到了碰撞，为了保证乘员的安全，安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆。
安全气囊的点火判断逻辑中加入了压力应变片参数判断步骤后，当汽车不同位置受到撞击时，即使加速度传感器无法正确判断，汽车车身碰撞位置变形后，同样可以满足相应的触发条件，例如汽车行驶时与路边护栏斜碰后，汽车减速行驶其加速度值变化幅度较低，但是车身翼子板碰撞后发生了变形，使得翼子板处的压力应变片组中的压力应变片电压值增大，从而触发相应的安全气囊点火。
在某已报废的电动轿车上进行测试时，fs为500Hz，采样点数k取3000，SXO取1.4，SY0取1.2，SX1取1.2，权重系数K取0.75；R0取50。
将电动轿车以30km/h的时速斜向方向撞向左侧护栏，碰撞时该轿车与纵向中心线夹角大约为15-20°；碰撞时三轴加速度传感器采集的数据如图9所示，由于该轿车碰撞后没有立即停止，而是沿护栏方向继续减速向前行驶，因此三轴加速度传感器采集的Sx和Sy未达到触发阈值；
与车身左侧前翼子板处碰撞位置的第二压力应变片单元采集的数据如图10所示，其中系列1至系列4即为R1至R4的数据值，可知R1、R2大于R0，则此时安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆，保护了乘员安全。
实施例四：当车辆速度较低时，可能会出现加速度变化幅度不大，且车身受损变形程度不大，但是这种情况下，车内乘员仍然会受到较大的冲击，为了保证该情况下乘员的安全，同时防止误触发，判断步骤还包括综合判断步骤。
所述的综合判断步骤为：
若Sx＞SX2，且第一压力应变片组(10)或第五压力应变片组(50)变为第二触发状态，则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
若K*Sy＞SY2，且第四压力应变片组(40)变为第二触发状态，则安全气囊控制器(001)向驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；上式中SX2、SY2为触发阈值；
其中SX2、SY2为触发阈值，SX2＜SXO，SY2＜SY0；
若满足：
Figure BDA0002959019150000141
或
Figure BDA0002959019150000142
且第二压力应变片组(20)或第三压力应变片组(30)变为第二触发状态，则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆。
其中SX3、SX4为触发阈值，SX3＜SX0，SX4＜SXO。
上述综合判断步骤用于汽车与大货车追尾，汽车的加速度值有一定变化，且汽车A柱碰撞后，第三压力应变片组(30)的电压值出现了变化，使得安全气囊快速点火，保证乘员安全；即可以更好的适应汽车加速度和车身同时有变化且两者变化幅度不是特别大的特殊情况下的判断。
本方案中的点阵式安全气囊弹出判断系统在三轴加速度传感器判断的基础上，在车身不同位置布置压力应变片单元，可以对车辆发生碰撞事故时车身受到撞击后的变形量进行监测，有效提高了车辆在斜向碰撞、立柱碰撞等特殊碰撞事故发生时安全气囊的点爆判断准确性；当车辆同时存在车身局部变形和加速度有一定变化时，还可以通过三轴加速度传感器与压力应变片单元同时监测判断，适应更多的复杂交通事故，判断结果也更加准确。

Claims (7)

1.无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统，其特征在于：所述的判断系统包括设置在汽车前保险杠横梁表面、沿汽车横向方向安装的第一压力应变片组(10)；汽车发动机舱内两侧前翼子板梁表面或纵梁表面沿汽车纵向方向各安装一个第二压力应变片组(20)；无人驾驶汽车乘员舱两侧A柱、B柱、C柱位于乘员舱内的侧面表面各设置一个第三压力应变片组(30)；乘员舱两侧车门内防撞梁表面沿防撞梁长度方向各设置一个第四压力应变片组(40)；汽车后保险杠横梁表面沿汽车横向方向设置第五压力应变片组(50)；
所述的第一压力应变片组(10)、第二压力应变片组(20)、第三压力应变片组(30)、第四压力应变片组(40)、第五压力应变片组(50)结构均为间隔排列放置的至少4个长条形压力应变片(1)组成的压力应变片单元，相邻压力应变片(1)之间通过弹力线(5)连接，压力应变片单元安装到车身上相应位置后，弹力线(5)处于拉伸状态，使应变片(1)处于拉伸状态；每个压力应变片(1)的信号输出线与A/D转换器(9)的信号输入端连接，A/D转换器(9)的信号输出端与安全气囊控制器(001)的信号输入端通信连接；
所述的判断系统还包括螺栓方式安装在发动机舱纵梁上或乘员舱仪表台骨架横梁上的三轴加速度传感器(002)；三轴加速度传感器(002)的信号线与安全气囊控制器(001)的信号输入端通信连接，安全气囊控制器(001)的信号输出端分别与汽车乘员舱内的驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)的控制线通信连接；安全气囊控制器(001)还与汽车行车电脑通信连接。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统，其特征在于：所述的压力应变片单元中，每个压力应变片(1)放置在长方板(2)沿其长度方向设置的长方形或燕尾形通槽内，使压力应变片(1)可沿长方板(2)的长度方向滑动，长方板(2)的外侧面两端分别设置环形凹槽，环形凹槽内卡入环形卡箍(3)；相邻压力应变片(1)的端头处设置连接孔(4)，相邻连接孔(4)通过弹力线(5)连接；环形卡箍(3)的外侧套设截面为凹型的长条形塑料压板(6)，使塑料压板(6)套在压力应变片(1)的外侧；塑料压板(6)与汽车车身之间通过卡扣或粘接方式连接；
压力应变片单元中两端的压力应变片(1)各自的外端分别通过一条弹力线(5)与车身相应位置焊接设置的吊钩或吊环连接，与车身上的吊钩或吊环连接的一条弹力线(5)中部断开，断开处设置螺纹调整机构，即弹力线(5)中部断开的两节分别与一个螺栓(7)和一个调整螺母(8)连接，螺栓(7)和调整螺母(8)通过螺纹连接，以改变弹力线(5)的张紧程度。
3.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统，其特征在于：所述的第一压力应变片组(10)中位于两端的压力应变片的外端头之间的长度不小于汽车前保险杠横梁长度的60％；所述的第四压力应变片组(40)中位于两端的压力应变片的外端头之间的长度不小于汽车车门长度的50％；所述的第五压力应变片组(50)中位于两端的压力应变片的外端头之间的长度不小于汽车后保险杠横梁长度的60％；所述的压力应变片(1)的长度不小于80mm或100mm或120mm。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统，其特征在于：所述的压力应变片(1)为BX120-3AA型免焊接应变片或宇博智能RFP-ZHⅡ薄膜压力传感器或fsr0-500g压电片；
所述的A/D转换器(9)为ADC0832CCN双通道AD模数转换器芯片或ADS1115模数AD转换模块或CS5530ISZ24位AD转换器；所述的安全气囊控制器(001)为AT89C52单片机或STM32单片机或三菱PLC工控机；所述的三轴加速度传感器(002)为MPU-6050三轴陀螺仪或GY-362ADXL362三轴加速度传感器模块或维特智能ADXL375/345三轴加速度计。
5.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统进行判断的方法，其特征在于：所述的判断方法包括顺次进行的以下步骤：初始化步骤、判断步骤；
所述的初始化步骤为：汽车启动后，汽车行车电脑(009)向安全气囊控制器(001)发送启动信号；安全气囊控制器(001)开始实时接收所有压力应变片单元中的压力应变片(1)的电压值U1、U2、U3……Um，以及三轴加速度传感器(002)发送的汽车纵向、横向、垂向方向加速度值ax、ay、az；
所述的判断步骤包括同时进行的三轴加速度传感器参数判断步骤、压力应变片参数判断步骤；
步骤a：所述的三轴加速度传感器参数判断步骤为：对ax、ay、az使用加速度平方累计法进行计算判断，判断公式如下：
Figure FDA0002959019140000031
上式中，Sx为积分量，ax对应为Sx,使用同样的公式计算，ay、az分别对应Sy、Sz；n为当前时间点，k为采样点数，即积分窗宽，fs为采样频率；
若Sx＞SX0，安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
若K*Sy＞SY0，则安全气囊控制器(001)向驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
若ρ*Sz＞SZ0，则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；k为横向加速度权重系数，0＜k＜1；ρ为垂向加速度权重系数，0＜ρ＜1；其中SX0、SY0、SZ0为数值相同或不同的触发阈值；
步骤b：压力应变片参数判断步骤为：单组压力应变片单元中，一定时间窗内，所有压力应变片(1)各自的电压值U根据平方累计叠加法进行计算，计算公式如下：
Figure FDA0002959019140000041
上式中，Rm为积分量，m为单组压力应变片中压力应变片(1)的个数，R1对应U1,R2对应U2……；Um为压力应变片(1)的电压值；n为当前时间点，k为采样点数，即积分窗宽，fs为采样频率；
若单组压力应变片单元中，至少2个Rm＞R0，则将该组压力应变片单元设为第一触发状态，若单组压力应变片单元中，至少2个Rm＞R1，则将该组压力应变片单元设为第二触发状态，所述的R0、R1为触发阈值，R0＞R1；
若第一压力应变片组(10)或第五压力应变片组(50)变为第一触发状态，则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
若第四压力应变片组(40)变为第一触发状态，则安全气囊控制器(001)向驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
若第二压力应变片组(20)或第三压力应变片组(30)变为第一触发状态，则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆。
6.根据权利要求5所述的无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统进行判断的方法，其特征在于：所述的判断步骤中，三轴加速度传感器参数判断步骤过程还包括同时进行的以下判断过程：
若：
Figure FDA0002959019140000042
则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；其中SX1、SX2为触发阈值；
所述的SX0，SY0，SZ0＜SX1，所述的SX0，SY0，SZ0＜SX2。
7.根据权利要求5所述的无人驾驶汽车点阵式安全气囊弹出判断系统进行判断的方法，其特征在于：所述的判断步骤还包括同时进行的综合判断步骤；所述的综合判断步骤为：
若Sx＞SX2，且第一压力应变片组(10)或第五压力应变片组(50)变为第二触发状态，则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；若K*Sy＞SY2，且第四压力应变片组(40)变为第二触发状态，则安全气囊控制器(001)向驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
其中SX2、SY2为触发阈值，SX2＜SX0，SY2＜SY0；
若满足：
Figure FDA0002959019140000051
且第二压力应变片组(20)或第三压力应变片组(30)变为第二触发状态，则安全气囊控制器(001)向驾驶位安全气囊(004)、副驾驶位安全气囊(005)、驾驶位侧气帘(006)、副驾驶位侧气帘(007)各自的点火器(003)发送点火信号进行点爆；
其中SX3、SX4为触发阈值，SX3＜SX0，SX4＜SX0。
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