專利名稱：通過加速度信號和固體聲信號確定事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分、通過加速度信號和固體聲信號確定 事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)的方法。
背景技術(shù)：
為了能在撞車情況下有效保護車內(nèi)乘客以及其他交通參與者，快速、可靠地檢測 碰撞，并正確評估事故嚴(yán)重程度是必需的評估。傳感器技術(shù)應(yīng)在盡可能短的時間內(nèi)識別碰 撞，但另一方面，只有事故的嚴(yán)重性達到一定程度時，才能讓傳感器觸發(fā)對車內(nèi)乘客以及其 他交通參與者的保護裝置，因為在很多情況下不采取進一步措施對保護裝置無法復(fù)位。震 動、碰撞路邊石、用錘子或碎石打擊車輛外殼，首先也會表現(xiàn)出相當(dāng)明顯的振幅，但這種情 況不允許觸發(fā)保護裝置。為此，幾十年來，對碰撞時產(chǎn)生的低頻、對著行駛方向的加速度，即所謂的延遲進 行了分析處理；這種延遲的積分在很大程度上說明碰撞中的速度下降。但由于車輛的安全 碰撞變形區(qū)，碰撞時車內(nèi)出現(xiàn)的加速度信號明顯延遲。由車輛內(nèi)部轉(zhuǎn)移到邊緣區(qū)域的加速 度傳感器-即所謂的電極捕捉器、前端傳感器或側(cè)面輔助傳感器，盡管可對相應(yīng)的碰撞區(qū) 明顯較早地作出反應(yīng)，但始終只能在局部發(fā)揮作用因此必須安裝較多的數(shù)量，而這又明顯 提高了成本費用。因此，近年來，人們積極致力于研究替代傳感器方案的使用。這些替代方案中特別 注意了碰撞時車身的高頻振動，即所謂的固體聲。如果加速度傳感器對高頻振動也足夠靈 敏，那么除了低頻加速度信號外，加速度傳感器也可同時探測重疊的高頻固體聲信號。固體聲是由于力作用于車身時產(chǎn)生的振動而形成的，在此，固體聲既對塑性變形 也對彈性變形作出反應(yīng)，并顯示了明顯更快的信號傳播速度，因此可更早識別碰撞。另一方 面，即使在通常不觸發(fā)保護裝置的情況下，固體聲信號也會以明顯的強度出現(xiàn)，這樣，在此 基礎(chǔ)上就很難可靠地判斷事故嚴(yán)重程度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種通過加速度信號和固體聲信號確定事故嚴(yán)重程 度評判標(biāo)準(zhǔn)的合適方法，該方法一方面要能對碰撞提早進行評估，另一方面要能針對不觸 發(fā)保護裝置的情況對碰撞進行安全可靠的評估。這一任務(wù)是通過獨立的權(quán)利要求的特性加以解決的。本發(fā)明具有很多優(yōu)點的其他 結(jié)構(gòu)形式從附屬權(quán)利要求中得出，在此情況下，也可考慮各特性間的相互組合以及進一步 改進。本發(fā)明的主要思想是，發(fā)生嚴(yán)重事故時車身會明顯出現(xiàn)巨大的塑性變形。發(fā)生這 些變形時，加速度信號中出現(xiàn)局部邊沿?fù)Q向，也就是說，在一定持續(xù)時間內(nèi)，由于車身部件 變形，所述延遲會變得較小。在此出現(xiàn)的固體聲信號對事故嚴(yán)重程度尤其重要。
為了確定事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)，在加速度信號量的下降邊沿分析計算此時出現(xiàn) 的固體聲信號和/或加速度信號，并從中推導(dǎo)出事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)。通過生成量值，僅 對沒有正負(fù)號的信號振幅加以注意。通常，在被動安全范圍內(nèi)加速度信號在行駛方向的正 加速度下，被賦予一個負(fù)振幅。因此，下降的信號沿相當(dāng)于數(shù)學(xué)意義上的負(fù)邊沿方向。但如 果在行駛方向正向加速度時，給加速度信號賦予一個正振幅，那么在延遲中，下降的信號邊 沿相當(dāng)于整個負(fù)區(qū)域內(nèi)、數(shù)學(xué)意義上加速度信號的正邊沿方向。為避免這種下降差異，定義 了相對加速度信號值的信號邊沿，但這最后描述的分別是相同的階段。這一事故評判標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)車輛本身的要求單獨觸發(fā)相關(guān)保護裝置，或者還可根據(jù) 其他標(biāo)準(zhǔn)的存在而觸發(fā)保護裝置。對于本方法和這類事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)，僅在規(guī)定的邊沿方向期間對固體聲信 號進行分析計算，比如求積分。但這并不排除，為了其他觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，也對另外的固體聲信號 或加速度信號區(qū)域進行分析計算，例如可在所有時間范圍內(nèi)進行分析計算。優(yōu)選的，對于存在加速度信號的預(yù)定邊沿方向的持續(xù)時間，分析計算固體聲信號 的強度，尤其是通過固體聲信號的振幅值確定積分，也就是說確定這一持續(xù)時間內(nèi)采樣值 的總和。在本發(fā)明的一個設(shè)計方案中，在規(guī)定的邊沿方向期間把積分與閾值進行比較，一旦 超過閾值，本事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定到觸發(fā)判定。在一個實施例中補充規(guī)定，這一積分 通過有規(guī)定邊沿方向的多個區(qū)間計算確定，在此情況下，如果規(guī)定的邊沿方向消失，則停止 求積分，算出的積分值根據(jù)規(guī)定的減少過程逐步減少，如果規(guī)定的邊沿方向重新出現(xiàn)，對在 減少過程中相應(yīng)減少的積分值繼續(xù)求積分。在整個碰撞過程中增加的加速度變化曲線中各 局部下降邊沿的強度，與總的加速度相比其實很小，但指明固體聲主要由車身部件的塑性 變形引起的相應(yīng)時間區(qū)域，因此對事故嚴(yán)重程度非常重要。優(yōu)選的，只有當(dāng)超過加速度的最小值時，才開始確定這一事故嚴(yán)重程度標(biāo)準(zhǔn)，因此 在振動較小時不必進一步評估加速度和固體聲。優(yōu)選的，從相續(xù)的加速度值之差中識別邊 沿方向，只有當(dāng)差值超過規(guī)定的閾值時，才將邊沿方向變化識別為邊沿方向。這會導(dǎo)致某種 程度的平滑修正，并且總的來說能更可靠地識別邊沿方向，并且不對每個最小的變化作出 反應(yīng)。在一種替代性的結(jié)構(gòu)形式中，先說明固體聲信號的測量以及與最小閾值的比較， 也就是說，將固體聲信號與最小閾值進行比較，只有在一方面固體聲信號超過最小閾值，另 一方面加速度信號值的邊沿處于下降勢態(tài)時，才進行分析計算。如果這在要實施比較的順 序方面與前面所述的方法有差異，那么盡管這種結(jié)構(gòu)在此作為第二步驟進行檢驗，它也同 樣顯示了加速度值下降邊沿的基本考慮。


下面根據(jù)實施例，借助圖形對本發(fā)明進行詳細(xì)解釋。以下對具有相同功能的部件 和/或相同部件可標(biāo)注相同的參考數(shù)字。尺寸說明以及具體時刻的具體數(shù)值根據(jù)各種不同 車輛類型確定，它純粹只是一種示例，對本發(fā)明沒有限制。下圖分別顯示圖1 在碰撞開始階段的時間范圍內(nèi)，力、加速度和固體聲的變化曲線圖2 可變形車身部件對力變化曲線的影響
圖3 舉例說明用于觸發(fā)場面以及不觸發(fā)測試的加速度和固體聲圖4 舉例說明替代算法設(shè)計中，用于觸發(fā)場面以及不觸發(fā)測試的加速度和固體聲圖5 取消規(guī)定的邊沿方向后，帶有計數(shù)器讀數(shù)下降示意圖的固體聲積分計數(shù)器 的變化曲線圖6 以本發(fā)明事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的觸發(fā)示意圖舉例圖7 —種車內(nèi)保護系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式圖1舉例說明在一碰撞中，作用于車上的力、此時車上可測得的加速度以及產(chǎn)生 的固體聲的變化曲線。在這里作用力F和加速度G的方向從行駛方向上看是正的，也就是 說，碰撞中的振幅相應(yīng)是負(fù)的。其中時間范圍TO代表與變形部件的初次接觸。眾所周知，這一時間范圍已在加速 度和固體聲中產(chǎn)生明顯的振幅，但對嚴(yán)重碰撞還不重要。但在時間范圍T1、T2和Τ3中，出現(xiàn)了加速度值的局部下降。盡管與加速度的絕對 值相比，這一下降相當(dāng)小，更不適用于單獨進行求值計算，但可對它進行測量。此下降是由 于車身中定義的碰撞變形區(qū)的塑性變形引起的。同時，圖2以一連線簡要說明帶有規(guī)定皺 褶位置(材料中的凹口)部件中的變化曲線，虛線表明沒有這類規(guī)定皺褶位置情況下的變 化曲線。這些皺褶位置明顯導(dǎo)致第一作用力最大值的顯著下降。如果現(xiàn)在再來觀察圖1中固體聲CISS的振幅值變化曲線，那么很明顯，固體聲已 早就具有第一個明顯的振幅。但這些振幅還不能明確地被歸為嚴(yán)重事故，因為它們僅描述 加速度下也應(yīng)清楚看到的初次碰撞。只有在這之后才開始發(fā)生變形，該變形對觸發(fā)保護裝 置才有實際意義。相反，如果計算加速度信號值下降邊沿期間出現(xiàn)的固體聲信號，那么可從中推導(dǎo) 出事故嚴(yán)重程度的評判標(biāo)準(zhǔn)。上述情況下，優(yōu)選的確定連續(xù)加速度值的差異，并且當(dāng)差值超 越規(guī)定閾值時，從中識別邊沿的方向變化。因此時間窗口 Τ1、Τ2和Τ3在此實施例中開始和 結(jié)束比加速度信號變化曲線略微延遲。但對此事故嚴(yán)重程度的評判標(biāo)準(zhǔn)，僅在這些時間窗 口中進行固體聲信號的分析計算，尤其是求積分。在有規(guī)定邊沿方向的持續(xù)時間內(nèi)，即在Tl、Τ2和Τ3期間計算固體聲信號的強度， 比如通過固體聲信號振幅值確定積分，其中，在有數(shù)字化固體聲信號值的情況下，可通過數(shù) 值相加求積分。在規(guī)定的邊沿方向期間將積分與閾值進行比較，當(dāng)積分超過本事故嚴(yán)重程 度評判標(biāo)準(zhǔn)的閾值時，設(shè)定到觸發(fā)判定。其中，在此最終的觸發(fā)判定當(dāng)然還可取決于其他參數(shù)。但尤其優(yōu)選的是在有規(guī)定 邊沿方向的多個區(qū)間內(nèi)確定積分，在此情況下，規(guī)定的邊沿方向消失時，停止求積分，計算 出的積分值按規(guī)定的減少過程逐步減少，如果重新出現(xiàn)規(guī)定的邊沿方向，對在減少過程中 相應(yīng)減少的積分值繼續(xù)求積分。如果在時間間隔Tl和Τ2中固體聲信號本身還太小，不可能超過閾值，那么這已在 一定程度上有助于增加積分值。采用不同類型車輛進行的試驗表明，嚴(yán)重碰撞的早期時間 點已出現(xiàn)相對較大的時間間隔，該時間間隔中具有從數(shù)值上看加速度信號下降的邊沿，在此加速度信號中可測得極高的固體聲信號強度，從而尤其能通過優(yōu)選的求積分，及早、可靠 地作出觸發(fā)判定。圖3a和圖北的比較更清楚地顯示了本方法的特征。圖3a說明了每小時64公里 的速度下所謂的偏置變形障礙碰撞測試(0DB試驗)，這種碰撞測試是普通碰撞測試的組成 部分并定義了一種要求觸發(fā)的碰撞，但這種碰撞會給常規(guī)的、純粹以加速度為基礎(chǔ)的保護 系統(tǒng)帶來問題，因為首次接觸后，兩個碰撞對象的變形區(qū)發(fā)生皺褶變形，由此明顯延遲了加 速度的急劇增加。但可清楚看到，在碰撞變形區(qū)皺褶變形階段中，具有高強度的固體聲信 號，因為正是碰撞變形區(qū)的變形導(dǎo)致相應(yīng)材料的劇烈振動。相反，圖北中可看到所謂的安聯(lián)技術(shù)中心試驗(AZT試驗)，這是通過安聯(lián)技術(shù)中 心定義的、僅以每小時16公里的速度與硬障礙物的碰撞試驗，此碰撞顯示了典型的停車場 事故或可比擬的不觸發(fā)情況的特征，如上所述可見，無論是加速度G還是固體聲CISS首先 以很快的速度明顯增加，使得在此階段幾乎不可能區(qū)分觸發(fā)情形。但是如果觀察到加速度 信號邊沿下降的時間范圍，此處再以虛線將其標(biāo)記為時間窗口，那么可以看到，固體聲信號 在這一時間窗口的下降明顯更快，時間窗口明顯較短，這就導(dǎo)致了總的來說一個更低的事 故嚴(yán)重程度總值。正是通過在所述加速度邊沿下降期間對固體聲信號值的積分計算，可得 出對事故嚴(yán)重程度特別重要的評判標(biāo)準(zhǔn)。必須說明的是，這兩種情況都明顯處于一個特定 的時間范圍之前；在這一特定時間范圍中，傳統(tǒng)的、純粹以加速度為基礎(chǔ)的算法能夠安全可 靠地做出觸發(fā)判定。圖如和4b顯示應(yīng)用于這兩種典型碰撞情況的分析計算替代方法。在這種算法 中，還附加將固體聲信號與最小閾值進行比較，作為純粹的范例，我們在此把最小閾值設(shè)為 20。盡管固體聲信號超過這一最小閾值，但只有當(dāng)另一方面加速度信號值的邊沿下降時， 才能開始對固體聲信號或加速度信號進行分析計算，尤其是求積分。盡管加速度信號值的 邊沿在算法的時間順序中處于第二位，但這一邊沿條件還是必須重新滿足。根據(jù)圖4中的 示例，借助這兩種情況更清楚表明，通過邊沿評判標(biāo)準(zhǔn)，可將固體聲信號的分析計算非常好 地限制在典型的事故嚴(yán)重程度范圍內(nèi)。另一方面，明確的是，當(dāng)固體聲信號達到相應(yīng)強度 時，也可在加速信號的下降邊沿內(nèi)對加速度信號進行實質(zhì)性分析計算。也就是說，作為固體 聲信號值的求積分替代方法，也可在加速度信號的下降邊沿內(nèi)對加速度信號進行求積分計 算，或確定下降邊沿的持續(xù)時間，并作為事故嚴(yán)重程度的評判標(biāo)準(zhǔn)加以考慮。在嚴(yán)重事故以 及塑性變形中，盡管加速度的最大值總的來說大小相似，但下降邊沿的持續(xù)時間明顯比彈 性碰撞或振動時的持續(xù)時間更長。因此，無論是通過持續(xù)時間還是對加速度信號求積分的 分析計算，最后所利用的是與固體聲分析計算時相同的基本效應(yīng)。相對于不依賴邊沿方向 對加速度求積分的傳統(tǒng)加速度算法，這種對信號下降邊沿的分析計算方法也顯示出了自己 的優(yōu)勢本方法專門針對這一變形現(xiàn)象，因而可更靈敏地加以設(shè)計，例如用來降低傳統(tǒng)的加 速度閾值。但在進行這種加速度下降邊沿的分析計算時，需要固體聲信號，以識別存在的嚴(yán) 重事故，因為就是在完全不嚴(yán)重的交通狀況或不觸發(fā)情況下，也始終會出現(xiàn)加速度的下降 邊沿。圖5還以簡圖形式對固體聲積分計數(shù)器，尤其是達到的積分值在時間段內(nèi)逐步下 降的情況進行了說明。這樣，在有規(guī)定邊沿方向的多個區(qū)間內(nèi)進行求積分計算，在此情況 下，如果規(guī)定的邊沿方向消失，則會停止求積分，求得的積分值按規(guī)定的減少過程以Δ為步距逐步減少，其中，每一步的時間間隔和強度按各車輛的情況具體確定。如果規(guī)定的邊沿方向重新出現(xiàn)，對在減少過程中相應(yīng)減少的積分值繼續(xù)求積分。 由此，在加速度下降邊沿的多個較短時間間隔中，劇烈的固體聲也會引發(fā)達到觸發(fā)閾值的 情況。圖6說明了整個觸發(fā)算法的示例。首先規(guī)定了帶有第一個加速度閾值(加速度判 定標(biāo)準(zhǔn)1)的引發(fā)區(qū)域，只有超越這一閾值，才開始所有其他的分析計算。根據(jù)本發(fā)明會產(chǎn) 生一個加速度信號的邊沿識別，并在加速度信號值的下降邊沿時間范圍內(nèi)對固體聲信號求 積分以及與閾值比較。如果比較結(jié)果超過閾值，則會設(shè)定事故嚴(yán)重程度的評判標(biāo)準(zhǔn)。為了 確保以固體聲信號為基礎(chǔ)的觸發(fā)判定，還要檢測加速度評判標(biāo)準(zhǔn)5。眾所周知，也可使用從 加速度中推導(dǎo)出的參數(shù)，尤其是總積分、時間窗口積分或某一時間窗口內(nèi)的平均加速度值 作為加速度的評判標(biāo)準(zhǔn)，在此情況下，對以固體聲信號為基礎(chǔ)的觸發(fā)路徑來說，該加速度的 評判標(biāo)準(zhǔn)5可能明顯小于傳統(tǒng)的、純粹以加速度為基礎(chǔ)的算法。另外，根據(jù)客戶需要，還規(guī)定了純粹以加速度為基礎(chǔ)的冗余觸發(fā)路徑，該路徑具有 多個以加速度為基礎(chǔ)的評判標(biāo)準(zhǔn)2至4，它也可獨立導(dǎo)致觸發(fā)。這樣就保證了即使在固體聲 信號傳感器出現(xiàn)故障情況下仍可觸發(fā)相應(yīng)的保護裝置。圖7再次以簡圖方式說明實施本方法的保護系統(tǒng)實施例。所述保護系統(tǒng)配置了擁 有多個加速度(G(X、Y、Z))和固體聲(CISQ用傳感器的控制裝置ECU，這些傳感器可布置 在控制裝置內(nèi)部或外部。尤其是也可配置一個共用的、具有相應(yīng)帶寬的固體聲和加速度傳 感器，該傳感器提供兩個信號分量。從加速度信號中，在ECU內(nèi)根據(jù)軟件和硬件提供一系列 加速度的評判標(biāo)準(zhǔn)，其中尤其包括用于起動和停止固體聲信號求積分的邊沿變換。如果作 出觸發(fā)判定，則會通過點火最終階段對保護裝置RS進行控制。
權(quán)利要求
1.一種借助于加速度信號和固體聲信號確定事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)的方法，在所述 方法中，檢測所述加速度信號的值的邊沿方向，其特征在于，對于所述事故嚴(yán)重程度評判標(biāo) 準(zhǔn)，只有當(dāng)所述加速度信號的值的邊沿下降時，才對所述固體聲信號進行分析計算，并從中 推導(dǎo)出事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于存在預(yù)定邊沿方向的持續(xù)時間，計算 所述固體聲信號的強度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對所述固體聲信號的振幅值求積分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將在所述預(yù)定邊沿方向期間的積分與閾 值進行比較，并在超過所述閾值時將所述事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為觸發(fā)判定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在具有所述預(yù)定邊沿方向的多個區(qū)間內(nèi) 求積分，在此，如果所述預(yù)定邊沿方向消失，則停止求積分，且求得的積分值根據(jù)預(yù)定的減 小過程逐步減小，并且如果所述預(yù)定邊沿方向重新出現(xiàn)，則對在所述減小過程中相應(yīng)減小 的積分值繼續(xù)求積分。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項所述的方法，其特征在于，只有在超過加速度最小值時， 才開始確定所述事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其特征在于，從連續(xù)加速度值的差異中 識別所述邊沿方向，并且當(dāng)差值超過規(guī)定閾值時，識別邊沿方向變化。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其特征在于，將所述固體聲信號與最小 閾值進行比較，并且只有當(dāng)一方面所述固體聲信號超過所述最小閾值，另一方面加速度信 號的值的邊沿下降時，才對所述固體聲信號進行分析計算。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其特征在于，將所述固體聲信號與最小 閾值進行比較，并且只有當(dāng)一方面所述固體聲信號超過所述最小閾值，另一方面加速度信 號的值的邊沿下降時，才對所述加速度信號進行分析計算。
10.用于觸發(fā)汽車中保護裝置的控制設(shè)備，被設(shè)計為執(zhí)行按照上述權(quán)利要求中任意一 項所述的方法。
全文摘要
這里介紹一種通過加速度信號和固體聲信號確定事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)的方法，在這種方法中檢測加速度信號值的邊沿方向。如果加速度信號值的邊沿下降，對此時出現(xiàn)的固體聲信號進行分析計算，特別是求積分計算，并從中推導(dǎo)出事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)。所述事故嚴(yán)重程度評判標(biāo)準(zhǔn)可直接用于觸發(fā)保護裝置或結(jié)合其他評判標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)保護裝置。
文檔編號B60R21/013GK102056774SQ200980121429
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日
發(fā)明者A·福斯特, C·斯邁卡拉, M·費舍, U·蓋斯勒 申請人:大陸汽車有限公司