CN1331691C - 识别撞击的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法和装置，用于针对汽车中乘客保护装置识别撞击、特别是侧面撞击。本发明描述一种方法，特别是在侧面撞击事件中，该方法通过以下方式甄别非触发情况和必触发情况，即尽可能全面地分析加速度传感器或压力传感器的输出信号(a)的频谱。本发明的优点一方面在于相对于信号幅度变化的鲁棒性。另一方面，本发明不需要关于可能的谐振频率的基础知识。最后但并非最不重要的是本发明的一个优点，即输出信号(a)的频率一点也没有被阻挡或抑制。

Description

识别撞击的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种方法和装置，用于针对汽车中乘客保护装置来识别撞击、尤其是侧面撞击。
背景技术
在常规的算法中，特别是为了触发侧面安全气囊，都仅仅在小范围内利用加速度传感器或压力传感器的输出信号(a)的较高的频率分量。术语如“Jerk”或“delta_a”大多考虑两个连续采样值的单个差的积分。这种计算提供不可忽略幅度中是否存在较高频率的参考值，然而没有给出关于实际出现的频率或其分布信息。此外，这种判据在很大程度上取决于幅度。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，提出一种改进的方法和装置，用于针对汽车中乘客保护装置的来识别撞击、特别是侧面撞击。
这个技术问题通过用于针对汽车中乘客保护装置来识别撞击的方法以及用于针对汽车中乘客保护装置识别撞击的装置来解决。另外还给出了根据本发明的实施方案和改进方案，这些方案可单独或组合地使用。
在所述方法中，连续对加速度传感器或压力传感器的输出信号的信号段在其中所包含的频率方面进行分析，其中，信号段中包含的频谱首先被划分为适当数量的频带；接着为每个频带确定存在的信号能量；然后把部分的信号能量与所考察信号段的总能量相关联；和将所得的不同频带的相对激活与预定的阈值进行比较。
所述装置包括以下子装置，该子装置按照上述方法权利要求之一连续对加速度传感器或压力传感器的输出信号在其中所包含的频率方面进行分析。
根据本发明的方法，用于针对汽车中乘客保护装置识别撞击、特别是侧面撞击，其特征在于，连续地对加速度传感器或压力传感器的输出信号(a)的信号段在其中所包含的频率方面进行分析。
在此，本发明利用下面对过程、特别是侧面撞击的物理上的考虑。不同的非触发情况、所谓的“误用”，诸如汽车侧面撞击道路岩石、对汽车的锤击、敲门等等，这些情况部分地产生具有与必触发情况下幅度相似的幅度的输出信号(a)。然而，不同于这种必触发情况，该输出信号(a)大多仅仅包含一个或两个典型的频率，该频率由汽车结构确定，该结构可以是底盘振动、汽车中的振动、传感器固定位置的谐振等等。与此相反，必触发情况、特别是针对侧面安全气囊、的特征在于侵入、亦即一个物体侵入汽车以及在于由此侧面结构的变形。在加速度传感器或压力传感器的输出信号中，这种变形导致许多频率的较宽的谱，原因在于汽车结构的变形或断裂。依照本发明，将加速度传感器或压力传感器的输出信号作为针对必触发情况的识别特征。
为此，依照本发明，首先将在信号段中包含的频谱划分为适当数量的频带或频率区域。接着，针对每个频带确定存在的信号能量。然后，确定部分的信号能量与所考察的信号段的总能量之比。接着，将所得的不同频带的相对激活(relativen Aktivierungen)与必要时固定的、预定的阈值(SW)进行比较。
各个频带的信号能量可以例如借助于所谓的Walsh变换加以确定，该变换有时也称为Hadamard变换。在此，输出信号的信号段的单个值连续地乘以不同的以每一个频带的各个频率交替的“+1”和“-1”的序列，并将结果累加。依靠Wash变换以有利的方式、相对于常规的频率分析、极大地减少计算成本。当然，也可以考虑和包括其他适当变换。
为了避免在分析中快速的波动，在一个改进方案中提出，在与预定阈值比较之前平滑不同频带的相对激活。
依照本发明，最好将被超出的阈值的数量视为衡量值，用于衡量是否只包含很少的频率，或是否所考察的信号段同时包含多个频率的较宽的谱。
优选地，所述衡量值可以必要时通过减去固定的或变化的系数来采用正值或负值，例如从-3到+4。
可选地或累积地，该衡量值通过以下方式得到一个权重，即该衡量值例如乘以一个优选可设置的比例系数。
根据本发明，该衡量值最好并入到一个与一个乘客保护装置的触发标准进行比较的触发阈值中，其中，只有当触发阈值超出时才触发乘客保护装置。特别地，仅采用该衡量值使针对安全气囊的触发阈值变得更灵敏(衡量值较高)或更不灵敏(衡量值较低)。
本发明还涉及一种装置，用于针对汽车中的乘客保护装置识别撞击、特别是侧面撞击，该装置具有至少一个这样的子装置，该子装置按照上面所述的方法连续地对加速度传感器或压力传感器的输出信号(a)在其中所包含的频率方面进行分析。
只要该装置、特别是提供信号段的装置运行，应提出设置一个固定长度的缓冲器，在该缓冲器中待分析的输出信号(a)被如此缓存，使得对当前时刻的分析始终处理输出信号(a)从最新的时刻或另一合适的值直到已定义的过去的时间间隔的信号段。
优选地将每个新的值存储在一个固定长度的缓冲器、特别是所谓的环形缓冲器中，其中特别地输出信号(a)的当时最旧的值被最新的值代替。最好，所述分析使用整个在缓冲器中存储的信号段。
最后应当提及，加速度传感器或压力传感器设置在汽车潜在的变形区域中或附近，最好是成对地处在每个座位的高度上。
本发明在某个感兴趣的区域或信号段内对加速度传感器和压力传感器的输出信号(a)在频率方面进行分析。本发明描述一种改进的方法，特别是在侧面撞击事件中，通过以下方式甄别非触发情况和必触发情况，即尽可能全面地分析输出信号(a)的频谱。
本发明的优点一方面在于相对于信号幅度变化的鲁棒性。另一方面，本发明不需要关于可能的谐振频率的基础知识或相应的信息存储器。最后但并非最不重要的是本发明的一个优点，即输出信号(a)的频率一点也没有被阻挡或抑制。
附图说明
下面依照实施例和附图，详细说明本发明的其他优点及其改进方案。
其中示意地：
图1示出汽车中乘客保护系统的典型构造；
图2示出Wash变换的典型序列(Sequenzen)；
图3示出在必触发情况下频率分析的第一实例；
图4示出在必触发情况下频率分析的第二实例；
图5示出在非触发情况下频率分析的第一实例；
图6示出在非触发情况下频率分析的第二实例；
具体实施方式
图1示出在汽车1中乘客保护系统的典型构造。控制装置2位于汽车中例如尽可能中央的位置。该控制装置2包括一个例如以至少一个微控制器形式的分析单元3。在控制装置2中或其附近有一个传感器区5，在该传感器区5中适当地设置有传感器(未画出)，用于测量加速度，例如沿在x方向上灵敏度轴的加速度gx或者沿在y方向上灵敏度轴的加速度gy。传感器的灵敏度轴撑开一个平面，该平面在控制装置2装入汽车中之后基本上平行于一个由汽车纵轴A-A’和汽车横轴B-B’所确定的平面。为了测量侧面的加速度、例如右边的加速度gr或左边的加速度gl，在汽车两侧分散的位置上配置有另外的传感器6、特别是用于识别侧面撞击，最好是亦即在事故中潜在的变形区域中或附近，特别是在车门上或附近的适当的位置上，例如在驾驶员和副驾驶的门的门槛上、在B柱或C柱的底部或者在轮罩或类似物上。此外，优选地成对地配置传感器，也就是说，分别在汽车左边和右边、特别是在每个座位附近配置传感器。作为侧面安装的传感器6，一般使用加速度传感器，较早时期也广泛使用的压力传感器。传感器的各个输出信号(a)被微控制器3查询，该微控制器3接着运行一个撞击甄别算法，以便甄别实际的撞击、亦即必触发情况和正常的动态汽车行为即一般的非触发情况。微控制器3借助于一个诊断系统实施连续或周期的系统诊断，以便保证，系统有序地运行并且在发生事故时可供使用。同样，在中央传感器区5中配置的传感器必须如侧面配置的传感器6一样在最坏情况下是可靠的，以便它们不会向微控制器3发送错误的信号，这可能导致不希望的停止装置的激活。因此，通过仪器面板(未画出)上的安全气囊警告灯，将每个干扰通知驾驶员。当在撞击情况下必须张开安全气囊时，微控制器3激活一个点火电路开关4，以致电流流过驾驶员前部安全气囊的、副驾驶前部安全气囊的、侧面安全气囊的、带预拉器10的或更多类似物的点火器装置的点火电路，由此激活带预拉器并且在充气模块内触发气体产生反应。
下面围绕在汽车侧面配置的加速度传感器6的输出信号(a)的频率分析的实例来详细说明本发明。优选地，所述输出信号(a)首先被缓存在缓冲器11中。缓冲器11提供例如一个所谓的环形缓冲器。环形缓冲器是一种机制，采用该机制两个进程可以相互交换数据。它具有可自由确定的固定的长度并且一般被构建为一个相应于长度的向量(数组)。在一个进程中，允许写入者将数据写入缓冲器中直到缓冲器被写满，而只有当缓冲器中存有数据时，一个读取者才可以通过逻辑的方式读取。写入者和读取者分别在同一位置开始其对缓冲器的访问。如果到达缓冲器的末尾，写入者和读取者都再度从缓冲器的起始处开始。
根据本发明的优选的缓冲器11的应用首要用于提供信号(a)的段。采用缓冲器11，待分析的输出信号(a)的采样值能够如此被缓存，以致在当前时刻始终对输出信号(a)的一个信号段在其中所包含的频率方面进行分析，该信号段从最新的或另一合适的值直到已定义的过去的时间间隔。
分析本身首先开始于将在信号段中包含的频谱划分为适当数量的频带或频率区域。每一个信号段包含例如十六个加速度值(相应在此外例如8ms内)，因此可以计算最大十六个频带，但是这些频带不必所有都感兴趣，特别是当输出信号(a)事先经过一个带通滤波器、例如4阶滤波器以致在典型的大于600Hz或800Hz的频率处信号(a)极大衰减并且在这种无偏移的信号区域上的分析对于实现所述目标并不起主要作用。
接着，确定每个频带存在的信号能量。对此，所述能量是指：该能量占据在整个信号中的某个频率分量的能量。优选地，借助于所谓的Walsh变换来确定各个频带的信号能量。在此，输出信号的信号段的单个值连续地与不同的以每一个频带的各个频率交替的“+1”和“-1”的序列相乘，并且稍后将结果累加。
图2示出Walsh变换的典型的序列(Sequenzen)。类似于傅立叶变换(Fourier-Transformation)，构建Walsh变换，其中，三角函数的角色由Walsh函数承担。Walsh函数是非常简单的所谓的阶函数(Treppenfunktionen)、亦即分段恒定的函数。它们只采用两个函数值“+1”和“-1”。这两个函数值对应两种状态，以致Walsh函数在计算机中、例如在微控制器3中可以很容易地实现。完全正交的Walsh函数具有许多与三角函数共同的特征。同样，如同基于正弦和余弦函数发展出有限傅立叶分析和离散傅立叶变换，对于Walsh函数的系统也存在有限Walsh变换和离散Walsh变换。
接着，确定这个所谓的部分信号能量与所考察的信号段的总的能量之比。总的能量能够例如通过累加单个加速度值的数量来得到。
最后，所得的不同频带的相对激活在必要时被平滑，以便确定可能的相位延迟，并且将该相对激活与预定的阈值(SW)进行比较，其中，优选地针对每个频带设置一个合适的阈值(SW)。
将被超出的阈值的数量视为衡量值，用于衡量是否如同一般在非触发情况下只包含很少的频率，或是否所考察的信号段同时包含多个频率的较宽的谱，这是必触发情况下的特征。根据本发明，在传感器输出信号(a)中的频率的分布被用作针对必触发情况的识别标志。
图3至图6示出在必触发和非触发情况下频率分析的实例。在缓冲器11中的数据由汽车1的控制装置2的微控制器3例如以SR＝2kHz的采样率被采样。在这个范围内，在图2中所示的序列(Sequences)表示在0Hz(序列1)和SR/2＝1kHz(序列16)之间的频带。序列3例如表示133Hz的频带，序列6表示333Hz的频带，序列8表示500Hz的频带以及序列9表示533Hz的频带。只有适合分析的频率区域被查询，即针对频带3至9的七个频带。更低的区域(序列2和1)由于其变动缓慢或缺少振荡而未给出来自撞击的提示；较高的频率由于已提及的信号衰减而几乎是没有意义的。
图3示出在必触发情况下频率分析的第一实例。图3a示出在“25EU L”型测试期间的加速度g，也就是说，在所谓欧洲障碍(EuropaBarriere)以25km/h对汽车左侧进行撞击期间。图3b示出作为灰度图的、分布在七个频带上的、在信号段中所包含的频谱Hz。最下面的频带对应图2中的序列3，最上面的频带对应图2中的序列9。灰度值越深，就越活跃，也就是说涉及整个能量的能量更多，在信号中存在某个频率。现在，这个不同频带的所谓的相对激活能够与预定阈值进行比较。图3c示出位于各个阈值之上的值、所谓的激活(activation)；图3d示出合计的结果(激活的数量)，该结果依照本实施例可采用八个值、即0至+7。为了在结果或衡量值较高时允许触发阈值是灵敏的而在衡量值较低时允许触发阈值是不灵敏的，该触发阈值通常与针对乘客保护装置的触发标准进行比较，提供这么一种途径，即允许衡量值的值域不仅采用正值还采用负值。依照本发明，这优选地通过减去一个必要时固定的系数、例如三加以实现，以致随后值域为-3至+4；因此较低的衡量值优选地具有负号而较高的衡量值具有正号。为了能够充分影响三位数或四位数的触发阈值，提出以下途径，即衡量值乘以一个可自由设置的、例如两位数或三位数的比例系数。
图4示出在一个典型的必触发情况下频率分析的第二实例。图4a示出在“13PoleL”型测试期间的加速度g，也就是说，在汽车以13km/h的速度撞击柱子期间。图4b示出分布在频带上的、在信号段中所包含的频谱的灰度图。图4c示出位于各个阈值之上的值；图4d示出合计的结果。
图5示出在一个典型的非触发情况下频率分析的第一实例。图5a示出在“Rear Wheel Impact R”型测试期间的加速度g，也就是说，在汽车的右后轮胎以10km/h的速度撞击例如道路岩石期间。图5b示出分布在七个频带上的、在信号段中所包含的频谱的所属灰度图。图5c示出位于各个阈值之上的值；图5d示出合计的结果。
图6示出在一个典型的非触发情况下频率分析的第二实例。图6a示出在“Front Wheel Impact R”型测试期间的加速度g，也就是说，在汽车的前右轮胎以10km/h的速度撞击例如道路岩石期间。图6b示出分布在七个频带上的、在信号段中所包含的频谱的所属灰度图。图6c示出位于各个阈值之上的值；图6d示出合计的结果。
不同于图3和图4中所描述的必触发情况，依照图5和图6的非触发情况大多仅仅包含一个或两个典型的频率，该频率由汽车结构来确定，该结构可以是底盘振动、汽车中的振动、传感器固定位置的谐振等等。与此相反，必触发情况、特别是针对侧面安全气囊、的特征在于侵入、亦即一个物体侵入汽车以及在于由此侧面结构的变形。在加速度传感器或压力传感器的输出信号中，这种变形导致许多频率的较宽的谱，原因在于汽车结构的变形或断裂。
本发明在某个感兴趣的范围或信号段内对加速度传感器或压力传感器的输出信号(a)在频率方面进行分析。本发明描述一种改进的方法，特别是在侧面撞击事件中，通过以下方式甄别非触发情况和必触发情况，即尽可能全面地分析输出信号(a)的频谱。
本发明的优点一方面在于相对于信号幅度变化的鲁棒性。另一方面，本发明不需要关于可能的谐振频率的基础知识或相应的信息存储器。最后但并非最不重要的是本发明的一个优点，即输出信号(a)的频率一点也没有被阻挡或抑制。
因此，本发明特别适合于现代汽车的乘客保护系统。

Claims (14)

1.用于针对汽车(1)中乘客保护装置(7、8、9、10)来识别撞击的方法，其中，连续对加速度传感器或压力传感器(6)的输出信号(a)的信号段在其中所包含的频率方面进行分析，其中，
-信号段中包含的频谱首先被划分为适当数量的频带；
-接着为每个频带确定存在的信号能量；
-然后把部分的信号能量与所考察信号段的总能量相关联；和
-将所得的不同频带的相对激活与预定的阈值(SW)进行比较。
2.按照权利要求1的方法，其中，为了求出各频带的信号能量，所述信号段的单个值相继乘以按照每一频带各频率的“+1”和“-1”的不同交替序列，并将结果进行累加。
3.按照权利要求1或2的方法，其中，在与所述预定阈值(SW)比较之前平滑所述不同频带的相对激活。
4.按照权利要求1或2的方法，其中，将被超出的阈值(SW)的数量视为：是否所考虑的信号段同时包含多个频率的宽频谱的衡量值。
5.按照权利要求4的方法，其中，所述衡量值可以在必要时通过减去一个系数采用正值或负值。
6.按照权利要求5的方法，其中，所述系数为从-3到+4。
7.按照权利要求4的方法，其中，所述衡量值通过以下方式得到一个权重，即该衡量值例如乘以一个比例系数。
8.按照权利要求4的方法，其中，所述衡量值并入到一个触发阈值中，该触发阈值与一个乘客保护装置的触发标准进行比较，其中，只有当所述触发阈值超出时，才触发乘客保护装置。
9.按照权利要求8的方法，其中，所述衡量值较高时所述触发阈值变得更灵敏，或所述衡量值较低时所述触发阈值变得更不灵敏。
10.用于针对汽车(1)中乘客保护装置(7、8、9、10)识别撞击的装置，其特征在于：所述装置包括以下子装置，该子装置按照上述方法权利要求之一连续对加速度传感器或压力传感器(6)的输出信号(a)在其中所包含的频率方面进行分析。
11.按照权利要求10的装置，其特征在于，具有一个固定长度的缓冲器(11)，在该缓冲器中有待分析的输出信号(a)被缓存，使得在当前时刻进行的分析始终处理输出信号(a)的从最新的时刻或另一值直到已定义的过去时间间隔的信号段。
12.按照权利要求10或11的装置，其特征在于，具有一个固定长度的缓冲器(11)，该缓冲器用所述输出信号的最新值来代替当时最旧的值。
13.按照权利要求10或者11的装置，其特征在于，加速度传感器或压力传感器(6)被设置在汽车(1)潜在的变形区域中或附近。
14.按照权利要求10的装置，其特征在于，加速度传感器或压力传感器(6)成对地以每一个座位的高度被设置在汽车(1)潜在的变形区域中或附近。
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