一种安全气囊弹起控制方法

1.本发明属于驾乘人员被动保护领域，具体的说是一种安全气囊弹起控制方法。


背景技术：

2.当车辆发生碰撞时，车内的安全气囊及侧气帘会对车内乘客起到一定的保护作用，安全 气囊和侧气帘弹起后可以防止对驾乘人员造成二次伤害。目前车辆发生碰撞时，当安全气囊 传感器接收到碰撞信息时，安全气囊全部弹起，浪费了资源，且增加了安全气囊弹起后的维 修成本。


技术实现要素：

3.本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出一种安全气囊控制方法，以期能根据驾乘 人员的数量、驾乘人员的位置、驾乘人员的姿态以及车辆碰撞对驾乘人员的伤害程度判定安 全气囊是否弹起，从而在保护驾乘人员安全的同时，减少安全气囊的弹起数量以及安全气囊 的弹出后的维修成本。
4.本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
5.本发明一种安全气囊弹起控制方法的特点在于，包括以下步骤：
6.步骤1.传感器的安装与信息获取；
7.步骤1.1在驾驶舱外设置的传感器，包括：第一视觉相机、毫米波雷达、激光雷达；
8.所述第一视觉相机和毫米波雷达安装于车辆四周，并用于感知车辆周围的环境信息，所 述激光雷达安装在车辆前保，并用于感知车辆前方的环境信息；
9.步骤1.3在驾驶舱内设置的传感器包括：第二视觉相机和超声波雷达；
10.所述第二视觉相机安装在驾驶舱顶，并用于检测驾驶舱内的图像；所述超声波雷达安装 在驾驶舱四门内侧，并用于检测障碍物与车门的距离信息；
11.步骤2.传感器信息的信息融合：
12.步骤2.1坐标系的转换：将毫米波雷达的坐标、激光雷达的坐标与第一视觉相机的坐标 转换为同一坐标系下的坐标；
13.步骤2.2信息的融合：
14.步骤2.2.1所述毫米波雷达判断是否接收到毫米波雷达回波信号，若是，则表示有障碍物， 并执行步骤2.2.2；否则，表示无障碍物，并返回2.2.1；
15.步骤2.2.2所述毫米波雷达根据发出的超声波及接收到回波信号的时间差、所述毫米波雷 达的传播速度和角度信息，计算车辆与障碍物之间的距离、障碍物所在的方位以及障碍物的 尺寸；
16.步骤2.2.3根据所述障碍物与车辆的距离距离以及障碍物的方位划定所述第一视觉相机 的感兴趣区域；
17.步骤2.2.4在感兴趣区域内，所述第一视觉相机利用基于障碍物识别方法对障碍物进行识 别，得到障碍物与车辆之间的距离、障碍物所在的方位以及障碍物的尺寸；
18.步骤2.2.5所述激光雷达判断是否接收到障碍物返回的激光回波信号，若是，则表示有障 碍物，并得到障碍物与车辆之间的距离、障碍物所在的方位以及障碍物的尺寸，执行步骤2.2.6； 否则，表示无障碍物，并返回步骤2.2.5；
19.步骤2.2.6控制器对所述毫米波雷达、所述第一视觉相机、激光雷达分别所获得的车辆与 障碍物之间的距离、障碍物所在的方位以及障碍物的尺寸进行误差判断，确定是否均在误差 范围内，若是，则表示存在一个车外的障碍物，并将三者所获得的数据进行融合，得到障碍 物的距离及方位角，并执行步骤3；否则，表示存在多个车外的障碍物，并选取与车辆最近 的障碍物执行步骤3；
20.步骤3碰撞信息的计算；
21.步骤3.1利用式(1)计算碰撞时间t1：
22.t1＝s/v1
ꢀꢀ
(1)
23.式(1)中，s为车辆与最近障碍物之间的相对距离，v1为车辆相对障碍物的运动速度；
24.步骤3.2利用式(2)计算车辆与障碍物之间的相对距离s：
25.s＝(k1
×
s
相
+k2
×
s
毫
+k3
×
s
激
)/(k1+k2+k3)
ꢀꢀ
(2)
26.式(2)中，s
相
为所述第一视觉相机计算的障碍物的距离，s
毫
为毫米波雷达从发出超声波到 接收到回波信号之间车辆行驶的距离，s
激
为激光雷达检测到的障碍物距行驶车辆的距离，k1、 k2、k3为对应的系数，并通过标定得到；s
相、
s
毫、
s
激
为同一障碍物的距离，当未检测到障碍物 时，其对应系数为0；
27.步骤3.3利用式(3)计算车辆的制动时间t2：
28.t2＝(v
‑
v1)/a
ꢀꢀ
(3)
29.式(3)中，v为车辆相对障碍物的运动速度，a为车辆允许最大制动加速度；
30.步骤3.4利用式(4)计算车辆的制动时间t2’：
31.t2’＝i
×
(v
‑
v1)/a
×
n
ꢀꢀ
(4)
32.式(4)中，i＝1,2,...,n，n为车辆的加速度变化步长；
33.步骤3.5驾乘人员及姿态确认；
34.步骤3.5.1车辆上电后，为驾驶舱内的超声波雷达、第二视觉相机供电，使得超声波雷达 视觉相机开始工作；
35.步骤3.5.2利用式(5)计算超声波雷达与车内障碍物的回波距离s’：
36.s’＝v
’×
t’/2
ꢀꢀ
(5)
37.式(5)中，v’为超声波的传播速度，t’为所述超声波雷达从发出超声波雷达到接收到回波 信号的时间差；
38.步骤3.5.3假设驾驶舱内两侧门之间的宽度为l，当后排座椅无驾乘人员时，布置在车门 内侧的超声波传感器探测到的障碍物距离均为l；
39.当后排座椅上有一个乘客或其他物品时，其两侧超声波雷达探测到的障碍物距离分别为 l1和l2，且满足关系式：l
‑
l1
‑
l2≥w；其中，w表示超声波雷达探测到乘客的最小宽度；
40.若2w<l1
‑
l2<l
‑
w时，则表示乘客或其他物品靠近l2的一侧；
41.若2w<l2
‑
l1<l
‑
w时，则表示乘客或其他物品靠近l1的一侧；
42.若0≤|l1
‑
l2|≤2w时，则表示乘客或其他物品位于后排座位的中间位置；
43.当后排座椅上有两个及以上乘客或其他物品时，其两侧超声波雷达探测到的障碍物距离 分别为l3和l4，且满足如式(6)所示的关系式：
44.0≤|l3
‑
l4|≤(l
‑
2w)
ꢀꢀ
(6)
45.当前排副驾有乘客或其他物品时，其两侧超声波雷达探测到的障碍物距离l5满足如式(7) 所示的关系式：
46.0≤l5<(l/2
‑
w)
ꢀꢀ
(7)
47.步骤3.5.4基于驾驶舱内的第二视觉传感器，所述超声波雷达判定对应座椅上的障碍物时 是否为驾乘人员：
48.步骤3.5.4.1所述第二视觉相机将有障碍物的区域设置为感兴趣区域，并利用图像处理方 法对感兴趣区域进行识别，以确定是否有驾乘人员，若有驾乘人员，则将识别结果与人体姿 态数据库进行比对，确定驾乘人员的姿态，从而根据所确定的姿态使对应位置的安全气囊处 于待机状态，若无驾乘人员，则使安全气囊处于关闭状态；
49.步骤3.6如果t2≥t1，则认为车辆与障碍物有碰撞风险，并执行步骤4，否则，认为车辆 与障碍物无碰撞风险，并结束；
50.步骤4安全气囊的弹起控制：
51.控制器基于车辆相对运动轨迹、车辆轮廓及探测到的障碍物尺寸、障碍物相对车辆方位 判断车辆可能的碰撞区域，并根据车辆相对障碍物的运动速度v2判断驾乘人员的受伤害程 度，若运动速度v2大于设定值时，则认为碰撞对驾乘人员有较大的伤害，并在碰撞瞬间向安 全气囊控制系统发送弹起指令，所述安全气囊控制系统收到安全气囊弹起指令后，根据驾乘 人员的位置、姿态及碰撞区域延迟x秒后控制对应处于待机状态的安全气囊弹起，否则，安 全气囊不弹起。
52.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
53.1、本发明安全气囊的弹起是基于车辆碰撞信息、驾乘人员受伤害程度以及驾乘人员数 量、位置及姿态共同决定安全气囊的弹出；从而防止车辆发生严重碰撞但由于碰撞位置不对 安全气囊无法弹出的问题出现。
54.2、本发明基于驾驶舱内传感器识别驾乘人员数量及驾乘人员位姿最终决定对应位置的 安全气囊是处于待机状态还是处于断电状态；在车辆发生碰撞时即保证了驾乘人员的安全， 又减少了安全气囊弹起后的维修费用。
附图说明
55.图1为本发明方法流程图；
56.图2为本发明碰撞信息计算流程图；
57.图3为本发明安全气囊弹起控制流程图。
具体实施方式
58.本实施例中，一种安全气囊弹起控制方法包括以下步骤，如图1所示：
59.步骤1.传感器的安装与信息获取，如图1中的s1所示；
60.步骤1.1在驾驶舱外设置的传感器，包括：第一视觉相机、毫米波雷达、激光雷达；
61.第一视觉相机和毫米波雷达安装于车辆四周，并用于感知车辆周围的环境信息，激光雷 达安装在车辆前保，并用于感知车辆前方的环境信息；
62.步骤1.3在驾驶舱内设置的传感器包括：第二视觉相机和超声波雷达；
63.第二视觉相机安装在驾驶舱顶，并用于检测驾驶舱内的图像；超声波雷达安装在驾驶舱 四门内侧，并用于检测障碍物距车门的距离信息；
64.步骤2.传感器信息的信息融合：
65.步骤2.1坐标系的转换：将毫米波雷达的坐标、激光雷达的坐标与第一视觉相机的坐标 转换为同一坐标系下的坐标；即分别将毫米波雷达安装位置坐标、激光雷达安装位置坐标及 第一视觉相机安装位置的坐标转换为以车辆后轴中心点为原点的坐标系，其中车辆前进方向 为x轴，车辆前进方向左侧方向为y轴正方向，垂直xy平面向上为z轴。
66.步骤2.2信息的融合：如图1中的s2；
67.步骤2.2.1毫米波雷达判断是否接收到毫米波雷达回波信号，若是，则表示有障碍物，并 执行步骤2.2.2；否则，表示无障碍物，并返回2.2.1；
68.步骤2.2.2毫米波雷达根据发出的超声波及接收到回波信号的时间差、毫米波雷达的传播 速度和角度信息，计算车辆与障碍物之间的距离、障碍物所在的方位以及障碍物的尺寸；
69.步骤2.2.3根据障碍物与车辆的距离距离以及障碍物的方位划定第一视觉相机的感兴趣 区域；
70.步骤2.2.4在感兴趣区域内，第一视觉相机利用基于障碍物识别方法对障碍物进行识别， 得到障碍物与车辆之间的距离、障碍物所在的方位以及障碍物的尺寸；
71.步骤2.2.5激光雷达判断是否接收到障碍物返回的激光回波信号，若是，则表示有障碍物， 并得到障碍物与车辆之间的距离、障碍物所在的方位以及障碍物的尺寸，执行步骤2.2.6；否 则，表示无障碍物，并返回步骤2.2.5；
72.步骤2.2.6控制器对毫米波雷达、第一视觉相机、激光雷达分别所获得的车辆与障碍物之 间的距离、障碍物所在的方位以及障碍物的尺寸进行误差判断，确定是否均在误差范围内， 若是，则表示存在一个车外的障碍物，并将三者所获得的数据进行融合，得到障碍物的距离 及方位角，并执行步骤3；否则，表示存在多个车外的障碍物，并选取与车辆最近的障碍物 执行步骤3；
73.步骤3碰撞信息的计算，如图2所示；
74.步骤3.1利用式(1)计算碰撞时间t1：
75.t1＝s/v1
ꢀꢀ
(1)
76.式(1)中，s为车辆与最近障碍物之间的相对距离，v1为车辆相对障碍物的运动速度；
77.步骤3.2利用式(2)计算车辆与障碍物之间的相对距离s：
78.s＝(k1
×
s
相
+k2
×
s
毫
+k3
×
s
激
)/(k1+k2+k3)
ꢀꢀ
(2)
79.式(2)中，s
相
为第一视觉相机计算的障碍物的距离，s
毫
为毫米波雷达从发出超声波到接收 到回波信号之间车辆行驶的距离，s
激
为激光雷达检测到的障碍物距行驶车辆的距离，k1、k2、 k3为对应的系数，并通过标定得到；且s
相、
s
毫、
s
激
为同一障碍物的距离，当未检测到障碍物时， 其对应系数为0；
80.步骤3.3利用式(3)计算车辆的制动时间t2：
81.t2＝(v
‑
v1)/a
ꢀꢀ
(3)
82.式(3)中，v为车辆运动速度，a为车辆允许最大制动加速度；
83.若t1≥t2，则车辆在最大减速度下，车辆不会与障碍物发生碰撞，则进入步骤3.4；
84.若t1<t2，则车辆在最大减速度下，车辆仍会与障碍物发生碰撞，则进入步骤3.5；
85.步骤3.4利用式(4)计算车辆的制动时间t2’：
86.t2’＝i
×
(v
‑
v1)/(n
×
a)
ꢀꢀ
(4)
87.式(4)中，i＝1,2,...,n，n为车辆的加速度变化步长；为了车辆制动时，驾乘人员有较好的 舒适感，t2’应小于t1且最接近t1。
88.步骤3.5驾乘人员及姿态确认；
89.步骤3.5.1车辆上电后，为驾驶舱内的超声波雷达、第二视觉相机供电，使得超声波雷达 视觉相机开始工作；
90.步骤3.5.2利用式(5)计算超声波雷达与车内障碍物的回波距离s’：
91.s’＝v
’×
t’/2
ꢀꢀ
(5)
92.式(5)中，v’为超声波的传播速度，t’为超声波雷达从发出超声波雷达到接收到回波信号 的时间差；
93.步骤3.5.3假设驾驶舱内两侧门之间的宽度为l，当后排座椅无驾乘人员时，布置在车门 内侧的超声波传感器探测到的障碍物距离均为l；
94.当后排座椅上有一个乘客或其他物品时，其两侧超声波雷达探测到的障碍物距离分别为 l1和l2，且满足关系式：l
‑
l1
‑
l2≥w；其中，w表示超声波雷达探测到乘客的最小宽度；
95.若2w<l1
‑
l2<l
‑
w时，则表示乘客或其他物品靠近l2的一侧；
96.即当乘客或障碍物距离l2为0时，满足式(6)：
97.l1
‑
l2<l
‑
w1≤l
‑
w
ꢀꢀ
(6)
98.式(6)中，w1为乘客或其他物品的实际宽度。
99.当乘客或障碍物距离l2不为0时且接近中间位置时，设中间位置宽度为w，驾乘人员或 其他物品宽度为w，并有：
100.0<l2≤l/2
‑
w
101.l>l1≥l/2+w
ꢀꢀ
(7)
102.2w≤l1
‑
l2<l
103.若2w<l2
‑
l1<l
‑
w时，则表示乘客或其他物品靠近l1的一侧；
104.即当乘客或障碍物距离l1为0时，满足式(8)：
105.l2
‑
l1<l
‑
w1≤l
‑
w
ꢀꢀ
(8)
106.当乘客或障碍物距离l1不为0时且接近中间位置时，设中间位置宽度为w，驾乘人员或 其他物品宽度为w，并有：
107.0<l1≤l/2
‑
w
108.l>l2≥l/2+w
ꢀꢀ
(9)
109.2w≤l2
‑
l1<l
110.若0≤|l1
‑
l2|≤2w时，则表示乘客或其他物品位于后排座位的中间位置；
111.当后排座椅上有两个及以上乘客或其他物品时，其两侧超声波雷达探测到的障碍物距离 分别为l3和l4，且满足如式(10)所示的关系式：
112.0≤|l3
‑
l4|≤(l
‑
2w)
ꢀꢀ
(10)
113.即取得最小值时，表示后排座椅上有两个或两个以上乘客或其他物品时，此时乘客或其 他物品离两侧超声波雷达的最小距离相等；当取最大值时，表示后排座椅上有两个乘客或其 他物体，此时两个乘客或其他物体距某一侧的距离为0。
114.当前排副驾有乘客或其他物品时，其副驾超声波雷达探测到的障碍物距离l5满足如式(11) 所示的关系式：
115.0≤l5<(l/2
‑
w)
ꢀꢀ
(11)
116.即乘客或其他物品靠近超声波雷达时，其最小距离为0，当乘客或其他物品靠近主驾时， 其最大距离为(l/2
‑
w)。
117.步骤3.5.4基于驾驶舱内的第二视觉传感器，超声波雷达判定对应座椅上的障碍物时是否 为驾乘人员：
118.步骤3.5.4.1第二视觉相机将有障碍物的区域设置为感兴趣区域，并利用图像处理方法对 感兴趣区域进行识别，以确定是否有驾乘人员，若有驾乘人员，则将识别结果与人体姿态数 据库进行比对，确定驾乘人员的姿态，从而根据所确定的姿态使对应位置的安全气囊处于待 机状态，并执行步骤4。若无驾乘人员，则使安全气囊处于关闭状态。由于在车辆行驶过程 中，车辆主驾始终有驾驶员，故在车辆启动后，主驾的安全气囊始终处于待机状态。
119.步骤4安全气囊的弹起控制，如图3所示；
120.控制器基于车辆相对运动轨迹、车辆轮廓及探测到的障碍物尺寸、障碍物相对车辆方位 判断车辆可能的碰撞区域，并根据车辆相对障碍物的运动速度v2判断驾乘人员的受伤害程 度，若运动速度v2大于设定值时，则认为碰撞对驾乘人员有较大的伤害，并在碰撞瞬间向安 全气囊控制系统发送弹起指令，安全气囊控制系统收到安全气囊弹起指令后，根据驾乘人员 的位置、姿态及碰撞区域延迟x秒后控制对应处于待机状态的安全气囊弹起，否则，安全气 囊不弹起。
121.如驾驶舱内传感器判定除驾驶员外，车内无其他乘客，此时除了主驾安全气囊处于待机 状态，其他传感器均处于断电状态。当车辆发生正面碰撞，如发生碰撞时，车辆相对障碍物 的运动速度大于设定速度阈值v
阈
时，碰撞对驾驶员会造成较大的伤害，当车辆发生碰撞时， 安全气囊弹起系统会发送弹起指令，安全气囊控制系统接收到安全气囊弹起指令后，x秒后会 弹起处于激活状态的安全气囊，即只有主驾的安全气囊会被弹起，其余的安全气囊则不会被 弹起。如发生碰撞时，相对运动速度小于设定的速度阈值v
阈
时，发生碰撞时，安全气囊弹起 系统不会发生弹起指令，车辆碰撞后安全气囊不会弹起。
122.如驾驶舱内传感器判定除驾驶员外，车内后排座椅上有一位乘客，当乘客坐在后排右侧 座椅上，此时除了主驾安全气囊处于待机状态外，后排右侧乘客位置的安全气囊也处于待机 状态，其他传感器均处于断电状态。当车辆发生侧面碰撞，碰撞发生在左侧区域，发生碰撞 时，车辆相对障碍物的运动速度大于设定速度阈值v
阈
时，当车辆发生碰撞时，安全气囊弹起 系统会发送弹起指令，安全气囊控制系统接收到安全气囊弹起指令，由于车辆后排左侧无乘 客且碰撞对后侧乘客不会造成较大的伤害，此时安全气囊弹起系统仍然只
发送主驾侧气囊弹 起指令，即只有主驾的安全气囊会被弹起，其余的安全气囊则不会被弹起。当乘客坐在后排 座椅左侧，且后排座椅左侧发生碰撞，但是在发生碰撞时，后排乘客正在低头玩手机，此时 碰撞时侧气帘的弹出不能给后排乘客带来有效的保护，当车辆发生碰撞时，安全气囊控制系 统仍然只控制主驾的侧安全气囊弹出。