CN114174793A - 车身振动实时检测系统及汽车 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及移动装置防护设备技术领域，具体提供了一种车身振动实时检测系统，其包括：多个压电传感器，贴附于多个汽车外表部件，用于采集相对应的所述汽车外表部件的振动信号；与所述压电传感器电连接的采样电路，用于对所连接的所述压电传感器输出的电信号进行采样；以及控制器，与所述采样电路电连接，用于对所述采样电路输出的采样信号进行处理，并提取振动信号的特征，并判断振动源所对应的汽车外表部件和/或振动源所对应的冲击类型。本申请能够更好在判断具体的碰撞、破坏发生的部位，并且由于是综合判断，对于信号阈值的依赖也更小，因此可以提供更多的信息以做出更复杂的判断和响应。
Description
技术领域
本发明涉及汽车检测设备技术领域，具体而言，涉及一种车身振动实时检测系统及汽车。
背景技术
汽车往往安装有振动检测装置，以在受到诸如碰撞、破坏等特殊状态时，触发气囊、行车记录仪等装置进行工作。现有技术中往往安装有单点的振动传感器或加速度传感器，其只有在检测到较大的振动时，才会触发后续设备，以避免误报；而且其本质上是将汽车整体作为刚体来检测，无法针对具体的碰撞、破坏发生的部位进行判断，无法提供更多的信息以供后续的汽车电脑等信息处理装置做出更复杂的判断和响应。
发明内容
本申请希望提供一种车身振动实时检测系统及汽车，能够判断车身振动的位置和/或类型。
具体地，根据本申请的第一方面，提供了一种车身振动实时检测系统，其包括：多个压电传感器，贴附于多个汽车外表部件，用于采集相对应的所述汽车外表部件的振动信号；与所述压电传感器电连接的采样电路，用于对所连接的所述压电传感器输出的电信号进行采样；以及控制器，与所述采样电路电连接，用于对所述采样电路输出的采样信号进行处理，并提取振动信号的特征，并判断振动源所对应的汽车外表部件和/或振动源所对应的冲击类型。
在一些实施例中，每个所述述汽车外表部件上贴附有多个压电传感器，同一所述汽车外表部件的所述多个压电传感器分布于该汽车外表部件的不同位置并且采用共地式连接。
在一些实施例中，同一所述汽车外表部件的所述多个压电传感器共用同一信号采集电路板。
在一些实施例中，同一所述汽车外表部件的所述多个压电传感器呈多行或多列形状布置。
在一些实施例中，所述控制器为多个，多个所述控制器之间采用CAN总线连接。
在一些实施例中，所述采样电路在检测到有振动时以第一采样频率采样，在未检测到振动的时长超过一定阈值后，以第二采样频率采样，所述第一采样频率高于所述第二采样频率。
在一些实施例中，所述压电传感器与所述汽车外表部件之间设置有缓冲垫。
在一些实施例中，在汽车轮毂上贴附有三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器检测轮毂的加速度信号，并通过无线传输的方式将所述加速度信号发送至所述控制器。
在一些实施例中，所述汽车轮毂内设置有蓝牙胎压监测器，所述三轴加速度传感器集成于所述蓝牙胎压监测器中。
在一些实施例中，预先对汽车正常使用时产生的信号进行学习，建立正常使用时振动信号模型并存储，所述控制器在实时监控振动信号时，将所提取的实时振动信号的特征与正常使用时振动信号模型相比较，如果相符，则判断汽车属于正常情况；如果不相符，则从所提取的实时振动信号的特征中滤除指定时长前汽车所属状态的正常使用时振动信号模型中的信号值，而根据剩余的实时振动信号判断振动源所对应的汽车外表部件和/或振动源所对应的冲击类型。
在一些实施例中，所述控制器判断所提取的实时振动信号的特征与正常使用时振动信号模型不相符时，会输出问询给用户，由用户标记当前的振动是否属于正常使用时产生的，并将用户的标记结果作为训练正常使用时振动信号模型的输入。
在一些实施例中，所述控制器根据振动源所对应的冲击类型而控制安全气囊或摄像头。
根据本申请的第二方面，还提供了一种汽车，其包括如上所述的汽车振动实时监控系统。
根据本申请的车身振动实时检测系统及汽车，设置有贴附于多个汽车外表部件的多个压电传感器，用于采集相对应的所述汽车外表部件的振动信号；与所述压电传感器电连接的采样电路对所连接的所述压电传感器输出的电信号进行采样；控制器对所述采样电路输出的采样信号进行处理，并提取振动信号的特征，并判断振动源所对应的汽车外表部件和/或振动源所对应的冲击类型。由于设置于各个汽车外表部件的振动特征压电传感器阵列可以提供各个局部信号，最终判断结合了各个汽车外表部件的振动特征，因此能够更好在判断具体的碰撞、破坏发生的部位，并且由于是综合判断，对于信号阈值的依赖也更小，因此可以提供更多的信息以做出更复杂的判断和响应。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明一些实施例中的车身振动实时检测系统的示意图。
图2是本发明一些实施例中的压电传感器贴附于汽车外表部件的示意图。
图3是本发明一些实施例中的压电传感器的电路连接方式示意图。
图4是本发明一些实施例中的三轴加速度传感器安装于轮毂上的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在一些实施例中，如图1所示，车身振动实时检测系统100包括：多个压电传感器102a、102b、102c……102m，贴附于汽车101的多个汽车外表部件103，用于采集相对应的所述汽车外表部件的振动信号；与所述压电传感器102a～102m电连接的采样电路104a、104b，用于对所连接的所述压电传感器输出的电信号进行采样；以及控制器105，与所述采样电路104a、104b电连接，用于对所述采样电路输出的采样信号进行处理，并提取振动信号的特征，并判断振动源所对应的汽车外表部件和/或振动源所对应的冲击类型。
这里，车身外表部件103包括：前后保险杠、前后两侧翼子板、车门、发动机盖、行李箱盖、车顶、外后视镜(反光镜)、灯光信号装置、轮子等，图1中以车灯示意。在一些实施例中，还可以进一步在汽车大梁、车桥、皮卡的车斗等位置设置所述压电传感器。贴附的方式包括粘贴、焊接、螺钉固定等方式。在一些实施例中，如图2所示，所述压电传感器102与所述汽车外表部件103之间设置有缓冲垫106。需要说明的是，这里的压电传感器检测的是动态的振动信号，而非静态的压力信号。
振动源指给车身带来振动的物体，诸如发动机、人、其他车辆、障碍物等。本申请的发明人发现，发动机工作时会产生振动，其会通过机架等连接件而将振动传递到车身外表部件，但由于传输路径的差异，在各个车身外表部件所产生的振动是不同的。人体通过登车、触碰车身等动作，也会促使相应的车身外表部件产生振动，其动作的不同及触碰的部件不同，也会导致各车身外表部件所产生的振动不同。汽车过减速带时，由轮子传来的振动也同样会导致各车身外表部件产生振动，这种振动在轮毂上产生的加速度差异较大，垂直于轮毂转轴轴线的方向上加速度各不相同，而平行于轮毂转轴轴线的方向上的加速度接近于零。发动机工作、人体登车或开关门、过减速带等，属于正常的使用，此时产生的振动可以作为输入，用于训练车身振动模型，得到正常使用时振动信号模型。正常使用时振动信号模型也可以对应有多种模式，如发动机工作、人体登车或开关门、过减速带等。而诸如车辆、障碍物等与车身产生碰撞时，由于碰撞部位的不同，其产生的起始振动所对应的车身外表部件不同，并且这些振动借助于不同的传输路径传递到其他车身外表部件，并在其他车身外表部件上产生各不相同的振动。这些振动比较复杂，但可以借助于最大振动所对应的传感器位置、各传感器检测到同属于某一振动频率下的信号以及各传感器所检测到的振动信号所呈现出的衰减规律，来判断碰撞的部位。冲击类型包括正常使用时的发动机工作、人体登车或开关门、过减速带等以及异常发生时的碰撞、破坏(诸如撬锁、划车、砸玻璃)等。
如图3所示，在设置传感器时，每个所述述汽车外表部件103上可以贴附有多个压电传感器102，同一所述汽车外表部件的所述多个压电传感器可以分布于该汽车外表部件的不同位置并且采用共地式连接。在一些实施例中，同一所述汽车外表部件103的所述多个压电传感器102共用同一信号采集电路板104。在一些实施例中，同一所述汽车外表部件的所述多个压电传感器102呈多行或多列形状布置。例如，可以排列成阵列的形式。在排列成阵列形式时，由于各传感器的排列位置有规律，其对于振动的检测可以体现出振动在该汽车外表部件上的传递方向(例如通过信号强度、相位关系等体现)，故可以更准确地提供振动源所对应的位置。通过对这些阵列信号进行1～3维数据分析后，可以得到完整的外界作用和内部振动信号。例如，当翼子板处发生碰撞时，可以根据翼子板上中央部分的传感器信号强于两侧部分的传感器信号、中央部分的振动相位领先于两侧部分的振动相位，而判断出碰撞发生于翼子板的中央位置。
对于监控外部照明装置，例如可以将传感器部分粘贴在照明装置总成不透明区域的外侧。这样设置一方面可以避免传感器对于灯光的干扰，另一方面可以更方便地设置。前后保险杠、前后两侧翼子板、车门、发动机盖、行李箱盖、车顶、外后视镜，均能将传感器部分粘贴或外壳焊接于各部分内侧。由于各位置分散的问题，可以采用前后成组的双控制器方式，前控制器连接前门及到前保险杠的各外部件传感器，后控制器连接后门及到后保险杠的部分。如果是货车及其他类型车辆，则根据实际情况增减控制器，控制器之间由CAN总线连接，可以任意添加或减少，最少不少于一个控制器即可。每个部件上可安装1-N个传感器。
如图4所示，在一些实施例中，在汽车轮毂107上贴附有三轴加速度传感器108，所述三轴加速度传感器检测轮毂的加速度信号，并通过无线传输的方式将所述加速度信号发送至所述控制器。
在一些实施例中，所述汽车轮毂内设置有蓝牙胎压监测器(未图示)，所述三轴加速度传感器集成于所述蓝牙胎压监测器中。
在蓝牙胎压传感器内增加三轴加速度传感器，且传感器持续检测撞击等短时冲击，如果监测到冲击行为，将数据通过蓝牙无线总线传递给车内控制器，由控制器记录改数据。车轮启动或停止，加速或减速的加速度变化可以通过车轮尺寸和汽车性能参数计算出来，并且由于加速度是三维量，则能够较好的将冲击和正常运行的加速度信号区别开来。如前所述，汽车过减速带时，由轮子传来的振动在轮毂上产生的加速度差异较大，垂直于轮毂转轴轴线的方向上加速度各不相同，而平行于轮毂转轴轴线的方向上的加速度接近于零。
如图3所示，在一些实施例中，可以将多个控制器划分成中央控制器105c和分控制器105a、105b。中央控制器105c接收各分控制器105a、105b的信息，并包括有移动通信模块和卫星定位模块，可将监测信息和实时位置向云端服务器报送。当检测到较大碰撞时(能量较大、损坏较大、面积较大等)，向云端服务器持续发送报警信息。在一些实施例中，中央控制器安装于前仪表台上，朝前部分有太阳能电池板，内置锂电池，并与汽车电源相连接。各分控制器及传感器电源来自于中央控制器，提供停车碰撞监测功能。
在一些实施例中，预先对汽车正常使用时产生的信号进行学习，建立正常使用时振动信号模型并存储，所述控制器在实时监控振动信号时，将所提取的实时振动信号的特征与正常使用时振动信号模型相比较，如果相符，则判断汽车属于正常情况；如果不相符，则从所提取的实时振动信号的特征中滤除指定时长前汽车所属状态的正常使用时振动信号模型中的信号值，而根据剩余的实时振动信号判断振动源所对应的汽车外表部件和/或振动源所对应的冲击类型。
在一些实施例中，所述控制器判断所提取的实时振动信号的特征与正常使用时振动信号模型不相符时，会输出问询给用户，由用户标记当前的振动是否属于正常使用时产生的，并将用户的标记结果作为训练正常使用时振动信号模型的输入。在向用户问询时，可以使用显示器或扬声器等交互装置，用户标记时，可以使用诸如在触控显示器上点击“正常”或“异常”的按钮，也可以使用诸如语音描述“正常”或“异常”等。控制器根据用户的点击或语音的反馈而识别是否正常使用，并将识别结果作为训练正常使用时振动信号模型的输入。本领域的技术人员应当理解，也可以将上述识别结果作为训练异常情况发生时振动信号模型的输入。
在一些实施例中，所述控制器根据动源所对应的冲击类型而控制安全气囊或摄像头。例如检测到对应于划伤车漆的信号时，控制行车记录仪对相关方向进行拍摄，以作为报警证据或保险理赔证据。
正常使用时振动信号例如包括加速减速、转弯、装载货物、上下乘客、开关门、颠簸、行驶时产生的振动信号等。这些信号可以由信号噪声阈值、信号位置(分布)+频谱范围+能量等特征进行信号识别，也可以通过神经网络对信号特征进行学习，从而识别正常的振动信号或不同的碰撞信号。在一些实施例中，车身振动实时检测系统不仅可以检测撞击的情况，还可以在非撞击情况下，对车身周围的环境信息进行建模，功能丰富，进一步地获取到周围环境信息后，还能调整不同的撞击判断阈值，保证检测更加准确。在一些实施例中，由于保险柜、外后视镜等部件会承受风阻，而风阻与速度相关性比较大，因此还可以通过这些部件上设置的传感器感知到车速，在车速过大时，给予驾驶员提示和/或存取车速数据。
在一些实施例中，所述采样电路在检测到有振动时以第一采样频率采样，在未检测到振动的时长超过一定阈值后，以第二采样频率采样，所述第一采样频率高于所述第二采样频率。这样，可以在汽车较长时间停放时，仍然可以让车身振动实时监控系统工作，但由于采样频率较低，例如以10Hz的频率采样，功耗较小。而在发现有振动时，以较高的频率采样，例如以40Hz的频率采样，可以更准确地判断振动源所对应的汽车外表部件和/或振动源所对应的冲击类型。在汽车较长时间停放可以通过未检测到振动的时长来判断，例如可以设置超过1分钟未检测到振动时，说明发动机已经关闭，汽车此时应当处于静止状态，因此可以启动低频采样。
在一些实施例中，所述控制器根据振动源所对应的冲击类型而控制安全气囊或摄像头。例如，中央控制器带有前后摄像头，循环录制车外视频，当发生碰撞时，将碰撞前后视频进行标记，在循环删除时禁止删除。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其他实施例。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
Claims (14)
1.一种汽车振动实时监控系统，其特征在于，包括：
多个压电传感器，贴附于多个汽车外表部件，用于采集相对应的所述汽车外表部件的振动信号；
与所述压电传感器电连接的采样电路，用于对所连接的所述压电传感器输出的电信号进行采样；以及
控制器，与所述采样电路电连接，用于对所述采样电路输出的采样信号进行处理，并提取振动信号的特征，并判断振动源所对应的汽车外表部件和/或振动源所对应的冲击类型。
2.根据权利要求1所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，每个所述述汽车外表部件上贴附有多个压电传感器，同一所述汽车外表部件的所述多个压电传感器分布于该汽车外表部件的不同位置并且采用共地式连接。
3.根据权利要求2所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，同一所述汽车外表部件的所述多个压电传感器共用同一信号采集电路板。
4.根据权利要求2所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，同一所述汽车外表部件的所述多个压电传感器呈多行或多列形状布置。
5.根据权利要求1所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，所述控制器为多个，多个所述控制器之间采用CAN总线连接。
6.根据权利要求1所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，所述采样电路在检测到有振动时以第一采样频率采样，在未检测到振动的时长超过一定阈值后，以第二采样频率采样，所述第一采样频率高于所述第二采样频率。
7.根据权利要求1所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，所述压电传感器与所述汽车外表部件之间设置有缓冲垫。
8.根据权利要求1所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，在汽车轮毂上贴附有三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器检测轮毂的加速度信号，并通过无线传输的方式将所述加速度信号发送至所述控制器。
9.根据权利要求8所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，所述汽车轮毂内设置有蓝牙胎压监测器，所述三轴加速度传感器集成于所述蓝牙胎压监测器中。
10.根据权利要求1所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，预先对汽车正常使用时产生的信号进行学习，建立正常使用时振动信号模型并存储，所述控制器在实时监控振动信号时，将所提取的实时振动信号的特征与正常使用时振动信号模型相比较，如果相符，则判断汽车属于正常情况；如果不相符，则从所提取的实时振动信号的特征中滤除指定时长前汽车所属状态的正常使用时振动信号模型中的信号值，而根据剩余的实时振动信号判断振动源所对应的汽车外表部件和/或振动源所对应的冲击类型。
11.根据权利要求10所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，所述控制器判断所提取的实时振动信号的特征与正常使用时振动信号模型不相符时，会输出问询给用户，由用户标记当前的振动是否属于正常使用时产生的，并将用户的标记结果作为训练正常使用时振动信号模型的输入。
12.根据权利要求10所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，所述控制器将所述标记结果及相对应的振动信号发送到服务器或其他车辆，以与所述服务器或其他车辆共享训练数据。
13.根据权利要求1所述的汽车振动实时监控系统，其特征在于，所述控制器根据振动源所对应的冲击类型而控制安全气囊或摄像头。
14.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1～13之任一项所述的汽车振动实时监控系统。
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2021
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