本發(fā)明屬于汽車(chē)被動(dòng)安全領(lǐng)域，具體涉及一種基于碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)的智能安全氣囊主動(dòng)調(diào)控裝置。

背景技術(shù)：

伴隨著對(duì)智能駕駛技術(shù)研究的不斷深入，搭載有雷達(dá)、攝像頭及傳感器的智能汽車(chē)不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并且可以通過(guò)環(huán)境感知技術(shù)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，為駕駛員提供可靠的安全防護(hù)。安全氣囊作為車(chē)輛在交通事故中保護(hù)駕駛員的有效裝置之一，其智能化的發(fā)展趨勢(shì)一方面面向于乘員體征檢測(cè)，另一方面則面向于不同碰撞形態(tài)下的動(dòng)態(tài)調(diào)控。近年來(lái)，智能型安全氣囊的研究致力于開(kāi)發(fā)一種能夠最大限度地保護(hù)乘員的安全氣囊系統(tǒng)。

然而，傳統(tǒng)安全氣囊的點(diǎn)爆控制依賴(lài)于碰撞過(guò)程中的車(chē)輛減速度，并且需要一定的碰撞速度和碰撞角度(只有車(chē)輛的正前方大約60°之內(nèi)的位置發(fā)生碰撞且速度高于30km/h，安全氣囊才會(huì)被引爆)。但實(shí)際交通環(huán)境中，存在很多種碰撞形態(tài)，當(dāng)車(chē)輛的碰撞角度或速度并沒(méi)有滿(mǎn)足氣囊點(diǎn)爆的閾值時(shí)，由于氣囊并未及時(shí)彈開(kāi)或點(diǎn)爆強(qiáng)度不足，會(huì)失去對(duì)駕駛員的保護(hù)作用。

智能安全氣囊的關(guān)鍵技術(shù)之一是先進(jìn)的傳感系統(tǒng)和電子運(yùn)算系統(tǒng)，其功能為在事故發(fā)生的短時(shí)間內(nèi)提供諸如碰撞強(qiáng)度、碰撞方位、乘員身高、體重、位置、是否系安全帶等可靠的碰撞環(huán)境信息，通過(guò)提前預(yù)判碰撞形態(tài)，主動(dòng)調(diào)控安全氣囊的點(diǎn)爆特性，使對(duì)安全氣囊的點(diǎn)爆控制更為精準(zhǔn)，進(jìn)而改善傳統(tǒng)安全氣囊在碰撞過(guò)程中由于車(chē)輛減速度尚未達(dá)到閾值而無(wú)法彈開(kāi)的弊端，提升不同碰撞形態(tài)下的被動(dòng)安全性，為駕駛員提供更為有效的保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)安全氣囊在碰撞過(guò)程中由于車(chē)輛減速度尚未達(dá)到閾值而無(wú)法彈開(kāi)的弊端，提出一種基于碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)的智能安全氣囊主動(dòng)調(diào)控裝置，利用視覺(jué)、雷達(dá)及傳感器判斷車(chē)輛與前方障礙物的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并基于剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的碰撞預(yù)測(cè)模型判斷碰撞發(fā)生的可能強(qiáng)度與可能角度，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整智能安全氣囊的點(diǎn)爆時(shí)刻及點(diǎn)爆強(qiáng)度，在碰撞不可避免發(fā)生時(shí)，提前預(yù)判可能的碰撞形態(tài)，更為精確地給出安全氣囊控制信號(hào)，為駕駛員的安全提供更好的保護(hù)，既提供了碰撞可能發(fā)生形態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果，同時(shí)也使得對(duì)智能安全氣囊的點(diǎn)爆控制動(dòng)態(tài)可調(diào)。

本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

一種基于碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)的智能安全氣囊主動(dòng)調(diào)控裝置，包括：

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息探測(cè)模塊，用于探測(cè)前方障礙物(前方運(yùn)動(dòng)車(chē)輛)與本車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息(速度、加速度和位置)；

整車(chē)控制彈單元，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息探測(cè)模塊通訊連接，包括碰撞預(yù)測(cè)模塊和電機(jī)控制模塊；碰撞預(yù)測(cè)模塊根據(jù)前方障礙物與本車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息進(jìn)行碰撞預(yù)測(cè)，估算本車(chē)與前方障礙物的可能碰撞角度、可能碰撞速度及可能碰撞強(qiáng)度，判斷碰撞是否可規(guī)避；電機(jī)控制模塊根據(jù)預(yù)測(cè)的可能碰撞強(qiáng)度P_x和可能碰撞角度α(x)對(duì)安全氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻觸發(fā)閾值進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控，將處理后的控制信號(hào)發(fā)送給安全氣囊觸發(fā)電機(jī)控制單元；

安全氣囊觸發(fā)電機(jī)控制單元，與整車(chē)控制彈單元通訊連接，接收來(lái)自電機(jī)控制模塊的控制信號(hào)，產(chǎn)生控制安全氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻的點(diǎn)爆控制信號(hào)。

所述的一種基于碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)的智能安全氣囊主動(dòng)調(diào)控裝置，其中，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息探測(cè)模塊包括攝像頭、雷達(dá)及傳感器；攝像頭安裝在駕駛艙內(nèi)后視鏡上方，用于識(shí)別車(chē)輛前方障礙物信息及特征；雷達(dá)嵌入安裝在車(chē)輛前保險(xiǎn)杠中心，用于獲取車(chē)輛前方障礙物的位置及相對(duì)位置關(guān)系；傳感器安裝在車(chē)輛變速箱內(nèi)，用于采集本車(chē)速度、加速度信息。

本發(fā)明的有益效果在于：

通過(guò)設(shè)計(jì)一種基于碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)的智能安全氣囊主動(dòng)調(diào)控裝置，根據(jù)剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的碰撞預(yù)測(cè)模型結(jié)合視覺(jué)、雷達(dá)及傳感器采集的實(shí)時(shí)車(chē)輛相對(duì)狀態(tài)信息，在交通事故不可規(guī)避時(shí)，通過(guò)提前預(yù)測(cè)碰撞的可能形態(tài)、可能強(qiáng)度及可能角度，主動(dòng)調(diào)控安全氣囊的點(diǎn)爆時(shí)刻及點(diǎn)爆強(qiáng)度，使對(duì)安全氣囊的點(diǎn)爆控制更為精準(zhǔn)，進(jìn)而改善傳統(tǒng)安全氣囊在碰撞過(guò)程中由于車(chē)輛減速度尚未達(dá)到閾值而無(wú)法彈開(kāi)的弊端，提升整車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的主動(dòng)安全性與被動(dòng)安全性，為駕駛員提供更好的保護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中基于碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)的智能安全氣囊主動(dòng)調(diào)控裝置原理圖；

圖2為本發(fā)明中車(chē)輛加裝攝像頭、雷達(dá)及傳感器位置示意圖；

圖3為本發(fā)明中基于剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的碰撞預(yù)測(cè)模型計(jì)算過(guò)程示意圖；

圖4為本發(fā)明中車(chē)輛碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解：

實(shí)施例：本實(shí)施例具體涉及一種基于碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)的智能安全氣囊主動(dòng)調(diào)控裝置，利用視覺(jué)、雷達(dá)及傳感器結(jié)合剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)碰撞預(yù)測(cè)模型判斷碰撞可能發(fā)生的強(qiáng)度和角度，通過(guò)提前預(yù)測(cè)碰撞形態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整安全氣囊的點(diǎn)爆時(shí)刻及強(qiáng)度，在碰撞不可避免發(fā)生的瞬間，主動(dòng)調(diào)控氣囊的控制信號(hào)。

本發(fā)明中的一種基于碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)的智能安全氣囊主動(dòng)調(diào)控裝置原理如圖1所示，包括：

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息探測(cè)模塊，包括加裝在車(chē)輛上的攝像頭、雷達(dá)及傳感器，用于探測(cè)前方障礙物(前方運(yùn)動(dòng)車(chē)輛)與本車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息(速度、加速度和位置)；

整車(chē)控制彈單元，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息探測(cè)模塊通訊連接，包括碰撞預(yù)測(cè)模塊和電機(jī)控制模塊；碰撞預(yù)測(cè)模塊根據(jù)前方障礙物與本車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息進(jìn)行碰撞預(yù)測(cè)，估算本車(chē)與前方障礙物的可能碰撞角度、可能碰撞速度及可能碰撞強(qiáng)度，判斷碰撞是否可規(guī)避；電機(jī)控制模塊根據(jù)預(yù)測(cè)的可能碰撞強(qiáng)度P_x和可能碰撞角度α(x)對(duì)安全氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻觸發(fā)閾值進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控，將處理后的控制信號(hào)發(fā)送給安全氣囊觸發(fā)電機(jī)控制單元；

安全氣囊觸發(fā)電機(jī)控制單元，與整車(chē)控制彈單元通訊連接，接收來(lái)自電機(jī)控制模塊的控制信號(hào)，產(chǎn)生控制安全氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻的點(diǎn)爆控制信號(hào)。

本發(fā)明運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息探測(cè)模塊中加裝于車(chē)輛的攝像頭、雷達(dá)及傳感器位置示意，如圖2所示：

攝像頭選取的型號(hào)為Delphi IFV 250Camera；數(shù)量為1個(gè)；體積為117*70*46mm；參數(shù)為水平45°，縱向29°；安裝位置為駕駛艙內(nèi)后視鏡上方；使用用途為識(shí)別周?chē)?前方)障礙物信息及特征。

雷達(dá)選取的型號(hào)為Delphi ESR 77Hz RADAR；數(shù)量為1個(gè)；體積為130*90*39mm；參數(shù)為175m，±10°，50ms；安裝位置為車(chē)輛前保險(xiǎn)杠中心嵌入；使用用途為獲取周?chē)?前方)障礙物的位置及相對(duì)位置關(guān)系。

傳感器選取的型號(hào)為VD0西門(mén)子/3802020-1508Q；數(shù)量為1個(gè)；長(zhǎng)度為100mm；安裝位置為車(chē)輛變速箱內(nèi)；使用用途為采集本車(chē)速度、加速度信息。

本發(fā)明碰撞預(yù)測(cè)模塊計(jì)算過(guò)程示意如圖3所示，其中：

通過(guò)攝像頭和雷達(dá)可以獲取周?chē)?前方)障礙物(運(yùn)動(dòng)車(chē)輛)與本車(chē)的位置關(guān)系與相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且由視覺(jué)技術(shù)可以識(shí)別障礙物的體積并估算其剛度。進(jìn)而，通過(guò)雷達(dá)獲取的兩車(chē)有效行駛狀態(tài)信息，基于碰撞預(yù)測(cè)模型，分別估算可能碰撞角度與可能碰撞速度，并且根據(jù)障礙物的反射面積結(jié)合剛度評(píng)估，估算可能碰撞強(qiáng)度，通過(guò)碰撞強(qiáng)度值閾值對(duì)可能碰撞強(qiáng)度進(jìn)行比較，判斷碰撞是否可規(guī)避。

本發(fā)明中汽車(chē)碰撞形態(tài)預(yù)測(cè)示意如圖4所示，通過(guò)碰撞預(yù)測(cè)模型的幾何關(guān)系可以求得碰撞強(qiáng)度P與碰撞角度α(t)，具體計(jì)算方法如下：

以本車(chē)前端搭載的雷達(dá)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)坐標(biāo)系，建立橫向坐標(biāo)軸X和縱向坐標(biāo)軸Y。假設(shè)前方障礙物為運(yùn)動(dòng)車(chē)輛時(shí)，其基本參數(shù)如下：

車(chē)寬均為a，車(chē)周半徑均為r，前方運(yùn)動(dòng)車(chē)輛在當(dāng)前速度方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡為L(zhǎng)(t)，L(t)與橫向坐標(biāo)軸X的截距為W，夾角為α(t)，前方運(yùn)動(dòng)車(chē)輛與本車(chē)的當(dāng)前直線距離為R(t)，速度方向角為θ(t)，則經(jīng)過(guò)時(shí)間dt后，前方運(yùn)動(dòng)車(chē)輛與本車(chē)下一時(shí)刻的直線距離為R(t+dt)，速度方向角為θ(t+dt)。

因此，當(dāng)時(shí)，本車(chē)與前方車(chē)輛發(fā)生側(cè)碰。在預(yù)測(cè)可能發(fā)生側(cè)碰前，由兩車(chē)的直線距離和速度方向角可以組成描述實(shí)時(shí)車(chē)輛相對(duì)位置關(guān)系的點(diǎn)對(duì)，即當(dāng)前位置P(t)和運(yùn)動(dòng)到下一時(shí)刻位置P(t+dt)為：

[R(t),θ(t)]和[R(t+dt),θ(t+dt)]

設(shè)前方車(chē)輛在dt時(shí)間段內(nèi)沿L(t)行駛距離為Δd，根據(jù)余弦定理，可得：

并且，在dt時(shí)間內(nèi)車(chē)輛的平均速度V(t)及下一個(gè)dt時(shí)間內(nèi)的平均速度V(t+dt)為：

和

由速度差ΔV可以求得dt時(shí)間內(nèi)的加速度a為：

進(jìn)而再利用余弦定理，可求得L(t)與橫向坐標(biāo)軸X的夾角α(t)為：

因此，兩車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)距離為ΔL可通過(guò)α(t)求得，即：

最終，利用直線加速度公式可以得出碰撞時(shí)的相對(duì)速度V_T，為：

將目標(biāo)物的雷達(dá)反射面積S與碰撞時(shí)的相對(duì)速度V_T進(jìn)行相乘，可以得到本車(chē)與障礙物發(fā)生碰撞的碰撞強(qiáng)度P為：

P_x＝S×V_T

根據(jù)對(duì)碰撞形態(tài)的預(yù)測(cè)，可以估算出碰撞時(shí)間與碰撞車(chē)速，并且發(fā)現(xiàn)碰撞角度與障礙物截距存在相關(guān)性，即截距越小，偏執(zhí)程度越低，越容易發(fā)生碰撞。與此同時(shí)，碰撞強(qiáng)度取決于碰撞發(fā)生時(shí)的動(dòng)量變化程度，這與目標(biāo)物的質(zhì)量、剛度和兩者的相對(duì)速度有關(guān)，并且不同的碰撞角度會(huì)導(dǎo)致碰撞強(qiáng)度的改變。在對(duì)障礙物剛度的預(yù)測(cè)過(guò)程中，由雷達(dá)和視覺(jué)綜合標(biāo)定、判斷障礙物特征，其原理是利用毫米波的雷達(dá)反射面大小來(lái)近似估計(jì)目標(biāo)物的體積大小，再由攝像頭通過(guò)影像結(jié)合分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，識(shí)別障礙物種類(lèi)進(jìn)而對(duì)障礙物的剛度做出預(yù)測(cè)。

根據(jù)道路安全相關(guān)法律及車(chē)輛安全行駛相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定車(chē)輛與障礙物碰撞過(guò)程中的相對(duì)速度最高限制值為80m/s，即288km/h,這一限制值基本囊括了絕大多數(shù)的碰撞形式；同時(shí)設(shè)定障礙物反射面積最大值為4m×4m，即16m²，則兩者相乘估算車(chē)輛與障礙物發(fā)生碰撞的碰撞強(qiáng)度閾值范圍為P∈(-1280，+1280)，其中“±”表示速度方向。

因此，根據(jù)采集的前方障礙物與本車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，基于建立的剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)碰撞預(yù)測(cè)模型，可以估算出本車(chē)與前方障礙物的可能碰撞強(qiáng)度P_x與可能碰撞角度α(x)，當(dāng)P_x∈P，α(x)∈α(t)時(shí)，判斷碰撞不可規(guī)避。

本發(fā)明步驟四中，在碰撞不可規(guī)避時(shí)，即當(dāng)P_x∈P，α(x)∈α(t)時(shí)，可以根據(jù)碰撞預(yù)測(cè)結(jié)果的P_x和α(x)對(duì)安全氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻觸發(fā)閾值進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控，將預(yù)測(cè)結(jié)果發(fā)送至整車(chē)控制單元，由整車(chē)控制單元的電機(jī)控制模塊輸出處理后的控制信號(hào)給安全氣囊觸發(fā)電機(jī)控制單元，最終產(chǎn)生一個(gè)控制安全氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻的信號(hào)。在此需要說(shuō)明，碰撞強(qiáng)度閾值指的是用于判斷會(huì)不會(huì)發(fā)生碰撞(即碰撞是否不可規(guī)避)使用的閾值，當(dāng)P_x∈P，判斷會(huì)發(fā)生碰撞，但不是所有的碰撞都會(huì)觸發(fā)安全氣囊引爆；因此可以通過(guò)進(jìn)一步的主動(dòng)調(diào)控，即對(duì)安全氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻觸發(fā)閾值進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控，安全氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻觸發(fā)閾值指的是碰撞不可規(guī)避時(shí)，用于判斷何時(shí)觸發(fā)安全氣囊點(diǎn)爆使用的閾值，也就是設(shè)計(jì)Px的閾值范圍，只有在碰撞不可規(guī)避時(shí)，且同時(shí)也在安全氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻觸發(fā)閾值范圍內(nèi)時(shí)，安全氣囊才引爆。也就是說(shuō)，當(dāng)碰撞不可規(guī)避時(shí)，將模型預(yù)測(cè)結(jié)果與安全氣囊點(diǎn)爆觸發(fā)閾值進(jìn)行判斷，當(dāng)碰撞強(qiáng)度大于安全閾值時(shí)，安全氣囊即時(shí)彈開(kāi)；當(dāng)碰撞強(qiáng)度小于安全閾值時(shí)，安全氣囊不彈開(kāi)。