使用碰撞前传感和碰撞后传感提前展开安全保护措施的系统和方法

摘要

提供一种用于在与物体处于碰撞前状态的车辆中展开安全保护系统的系统和方法。该系统包括碰撞前传感系统和控制器。碰撞前传感系统用于传输碰撞前信号。控制器用于确定车辆和物体间的接近速度。控制器还用于基于接近速度确定预测碰撞时间，并且响应碰撞前信号、在预测碰撞时间之前的预定展开时间展开安全保护系统。

说明书

技术领域

本发明的具体实施例总体上涉及一种用于车辆的展开安全保护系统 的系统和方法。

背景技术

车辆使用加速度计来测量响应碰撞的车辆减速并响应车辆减速展开 安全保护系统。此外，车辆可使用机械速度传感器基于从机械传感器产生 的确认信号来确认碰撞并展开安全气囊。这类装置通常用于如安全气囊和 安全带系统等被动安全保护系统。

碰撞前传感系统可包括使用雷达、激光雷达和视觉传感装置来完成物 体分类。汽车制造商正在开始认识到需要实现碰撞前传感系统，用于在实 际碰撞以前展开安全保护系统。这类系统通常需要在碰撞预报中有高的置 信度来保证车辆经受不可避免的碰撞时发生安全保护系统的展开。

因此，需要提供一种用于在实际车辆碰撞前在最佳时间展开安全保护 系统的系统和方法。还需要提供一种用于基于碰撞前数据预测碰撞时间、 并在车辆碰撞前在最佳时间展开安全保护系统、以保证安全保护系统在最 早阶段展开以减少乘员伤害的系统。

发明内容

在一个非限制性的具体实施例中，提供一种用于在与物体处于碰撞前 状态的车辆中展开安全保护系统的系统和方法。该系统包括碰撞前传感系 统和控制器。碰撞前传感系统用于传输碰撞前信号。控制器用于确定处于 碰撞前状态的车辆与物体间的接近速度。控制器还用于基于接近速度确定 预测碰撞时间，并且响应碰撞前信号、在预测碰撞时间之前的预定展开时 间展开安全保护系统。

附图说明

图1表示根据本发明的一个具体实施例的用于展开车辆安全保护系统 的系统；

图2表示根据本发明的一个具体实施例的用于展开车辆安全保护系统 的方法；

图3表示根据本发明的一个具体实施例的基于接近速度和预期碰撞速 度的各种展开措施；

图4表示根据本发明的一个具体实施例的展开方案；以及

图5表示根据本发明的一个具体实施例的用于安全带的载荷限制器曲 线。

具体实施方式

图1表示根据本发明的一个具体实施例的用于展开车辆安全保护系统 的系统100。系统100包含碰撞前传感系统102和控制器104。碰撞前系 统102用于在车辆与物体处于撞前状态时，向控制器104提供碰撞前信号。 物体可以是迫近的车辆或可与车辆接触或碰撞的其他物品。在一个例子 中，车辆可以是以任何速度和任何朝向物体的方向行驶的车辆。在另一个 例子中，物体可以慢于车辆的速度且与车辆相同的方向行驶。

碰撞前状态总体上指的是车辆与物体朝向不可避免的碰撞的状态。碰 撞前信号总体上指的是当车辆和物体处于碰撞前状态时，存在于车辆和物 体之间的可检测的特征。

控制器104总体上包含预处理器105和安全保护控制模块(RCM)107。 预处理器105用于处理碰撞前信号并将这类数据经多路数据总线111传输 到RCM107。在一个例子中，多路数据总线111可作为高速控制器区域网 络(CAN)来实施。在另一个例子中，多路数据总线111可作为局域网络 (LAN)来实施。RCM107用于响应接受到碰撞前信号(经预处理器105) 展开安全保护系统109。碰撞前传感系统102总体上包含多个内部传感器 103、雷达106、激光雷达108和视觉系统110。雷达106和激光雷达108 可检测并提供与物体的速度和方向相关的信息。雷达106和激光雷达108 可安置在车辆不同的位置。雷达106和激光雷达108也可检测障碍物相对 于车辆的位置。预处理器105可收集和处理来自雷达106和激光雷达108 的数据并将这类信息经多路数据总线111传输到RCM107。

视觉系统110包括安置在预先设定的车辆位置上的第一和第二相机 112和114。第一和第二相机112和114可向预处理器105提供与物体的 位置和方向相关的信息。预处理器105可处理来自第一和第二相机的112 和114的数据并将这类数据经多路数据总线111传输到RCM107。RCM107 可利用预处理信号在实际碰撞发生前展开安全保护系统109。

第一和第二相机112和114可使用三角测量技术和光学信号处理技术 来不仅确定物体的存在和与车辆的距离，还确定物体的整体大小。第一和 第二相机112和114可确定物体的面积、高度、宽度或面积、高度、宽度 的任何组合。在一个例子中，第一和第二相机112和114可作为高速相机 实现，该相机能够超过100Hz运行。例如，第一相机112和第二相机114 可以是能够在不同的光线和对比条件下运行的基于CMOS的高动态范围 相机。

多个内部传感器103可用于向控制器104提供乘员信息。这类乘员信 息可以是碰撞前信号的一部分。在一个例子中，内部的传感器103可提供 与车辆乘员的重量和位置相关的信息。此外，内部传感器103可提供用于 车辆乘员的安全带扣的使用状态。控制器104可以基于从内部传感器103 收到的乘员信息执行乘员分类。可以基于车辆内重量百分比、乘员安全带 扣的使用状态和乘员座位安排进行乘员分类。

总体上，预处理器105可利用通过碰撞前传感系统102传输的碰撞前 信号来确定车辆相对于物体的接近速度，并执行物体分类。预处理器105 执行物体分类来确定可能接近车辆的物体类型和物体与车辆之间的预期 碰撞重叠。预处理器105也可利用碰撞前信号来确定碰撞置信度和不同的 碰撞角度。RCM 107可基于碰撞前信号，在碰撞前时间前预先展开安全保 护系统109(安全气囊和其他的安全措施)。

预处理器105可通过接近车辆的具体物体类型的分类来确定碰撞类 型。预处理器105可基于从雷达106和激光雷达108和视觉系统110接收 的碰撞前数据将物体分类成移动物体(如卡车、小汽车或摩托车)或静止 物体(街道标记、树或杆)的具体类型。此外，如果物体是迫近的车辆， 预处理器105可基于碰撞前信号，确定迫近车辆的前部、后部或侧部是否 预期会与车辆碰撞。预处理器105也可确定相对于迫近的车辆的碰撞重叠 范围。在一个例子中，碰撞重叠范围可以有50％到100％的重叠。碰撞重 叠的范围不限于50％到100％的范围。该范围的限度基于具体应用的设计 标准可以变化。

制动传感系统120设置成向控制器104提供制动信息。制动信息包括 与车辆处于碰撞前状态时制动器是否应用相关的信息。当车辆处于碰撞前 状态时，预处理器105可使用这类制动信息作为触发重新计算物体的接近 速度和预测碰撞时间。制动信息的使用和接近速度的重新计算将结合图2 做出更详细的讨论。

车辆动态传感系统122用于提供与车辆动态移动相关的信息。车辆动 态传感系统122包含横摆率传感器(yaw rate sensor)124、加速传感器125、 方向盘转角(SWA)传感器126和速度传感器128。横摆率传感器124用 于提供与车辆围绕车辆轴线旋转时车辆角速率相关的信息。横摆率传感器 124可安置在总体上对应于车辆重心的位置上。加速传感器125可测量车 辆的纵向加速度。在一个例子中，横摆率传感器124和加速传感器125可 整合到惯性测量单元(IMU)中。IMU可检测车辆的滚动速度、倾斜率(pitch rate)以及车辆横向加速度和车辆的纵向加速度及横摆率。

SWA传感器126可以连接到车辆方向盘的轴(图中未显示)上。SWA 传感器126可提供方向盘的具体角位置。SWA传感器126也可提供与驾 驶员施加到方向盘上的扭矩量相关的信息。SWA传感器126依据所实施 的车辆动态系统的类型可产生方向盘的绝对位置或相对位置。SWA传感 器126产生与驾驶员操纵轮的角移动相对应的信号。SWA传感器126感 应、并向控制器104传输与方向盘轴的绝对或相对位置以及施加在方向盘 上的扭矩量相关的信息。

在一个例子中，速度传感器128可安置在车轮附近。在另一个例子中， 速度传感器128可安置在车辆变速器输出轴上。速度传感器128也可作为 齿轮类型的传感器来实施，该传感器响应每个齿轮的旋转速度产生脉冲。 在一个例子中，速度传感器128可响应每个齿轮的旋转速度基于每英里 8,000脉冲(8KPPM)产生信号。通常，速度传感器128可用于感应和向 控制器104传输有关车辆速度的信息。

碰撞后传感系统132用于向控制器104传输有关碰撞后测量结果的信 息。碰撞后传感器132总体上包含多个加速度计134和多个安置在车辆上 用于确认碰撞的机械速度传感器136。机械速度传感器136可以在车辆中 或不在车辆中实施。机械速度传感器136总体上通过确定何处碰撞发生来 提供额外的用于碰撞的确认水平。机械速度传感器136可安置在车辆的前 部、后部和侧部。

加速度计134可用于分别测量车身在X-轴线(纵向加速度)，Y-轴线 (横向加速度)和Z-轴线(垂直加速度)上的加速度。加速度计可用于向 控制器104提供纵向、横向和垂直加速度。车辆的X-轴线定义为在车辆 前、后部分之间延伸的轴线(或者沿车的纵向延伸的轴线)。车辆的Y-轴 线定义为从车辆驾驶员一侧到车辆乘客一侧延伸的轴线(例如，沿车辆宽 度延伸的轴线)。车辆的Z-轴线定义为从车顶到车底延伸的轴线。

RCM107设置成在安全保护系统109中启动安全措施。安全保护系统 109总体上包含驾驶员和乘客安全气囊154，驾驶员和乘客安全带156，内 部的控制机构158。RCM107设置成在预测碰撞时间前响应碰撞前信号展 开驾驶员和乘客安全气囊154。每一个安全气囊154可包括双级气体发生 器(图中未显示)和排气孔(图中未显示)。控制器104可控制用于安全 气囊154的双级气体发生器的激活时机。用于安全气囊154的排气孔可通 过控制器104选择性地打开。在安全气囊展开时，安全气囊154的排气孔 闭合，以阻止气流从安全气囊154流失。在碰撞过程中，控制安全气囊154 的排气孔在碰撞后打开，以允许碰撞过程中能量在乘员和安全气囊154之 间受控转移。通过打开排气孔，气体从安全气囊154流失，因此允许安全 气囊154以受控的方式减缓(ride down)乘员的速度。

安全气囊154可在两种不同的气体流速下独立充气。在第一种充气速 率中，安全气囊154可在第一种充气速率下进行70％的气体充气。在第二 种充气速率中，安全气囊154可在第二种充气速率下进行剩余的30％的气 体充气。依据用于具体的车辆安全保护系统的具体类型，第一和第二气体 流速可以变化。

RCM107可响应碰撞前信号在初始安全保护展开时间(IRDT)或在 预测碰撞时间前的预定展开时间展开安全气囊154。预定展开时间可对应 于控制安全气囊充气的最佳时间量来加强乘员的保护。在一个例子中，此 IRDT可以是预测碰撞发生前的40ms。另一个例子可包括RCM107在预测 碰撞发生前1ms到100ms范围内的任何时间展开安全气囊154。这种在预 测碰撞时间前的展开允许安全气囊154完全充气并在乘员接触前达到合适 的压力。

RCM107可控制乘员安全带156的各种特征。例如，RCM107可响应 碰撞前和碰撞后信号控制与安全带156结合的电动预收紧装置、烟火式预 收紧装置和载荷限制器。RCM107可以选择性地在碰撞的时候为(经内部 传感器103)检测到的车内乘员展开安全带156的控制机构。RCM107还 可以选择性地在碰撞时为检测到的车内乘员控制电动预收紧装置、烟火式 预收紧装置和载荷限制器。RCM107还可控制不同的内部控制机构158。 这类机构158可包括可展开的膝垫、可展开的转向柱、用于双深度安全气 囊的安全气囊系索释放机构、可移动的头枕和座垫控制。

图2表示根据本发明的一个具体实施例的用于展开车辆安全保护系统 109的方法200。在步骤202中，控制器104从碰撞前传感系统102获取 碰撞前信号来执行物体分类，并且确定迫近车辆或物体的接近速度。控制 器104也接收有关车辆乘员安全带扣的使用状态的信息和诸如乘员重量或 视觉特性的信息来执行乘员(驾驶员和/或乘客)分类。

在步骤204中，控制器104确定车辆与物体是否处于碰撞前状态。控 制器104通过评价接近速度和执行物体分类和碰撞前信号分析时确定的预 期碰撞重叠来确定车辆是否处于碰撞前状态。如果控制器104确定车辆与 迫近的车辆或物体不在碰撞前状态，则方法200返回到步骤202。如果车 辆与迫近的车辆或物体处于碰撞前状态，则方法200移动到步骤206。

在步骤206中，控制器104基于迫近的车辆或物体的接近速度来确定 预测碰撞时间。控制器104也选择IRDT。如图1所示，一个例子可包括 将IRDT预设为在预期碰撞发生前的40ms。

在步骤208中，控制器104将预测碰撞时间与IRDT进行比较。如果 预测碰撞时间大于IRDT，则方法200移动到步骤210。如果预测碰撞时 间小于或等于IRDT，则方法200移动到步骤214。

在步骤210中，控制器104确定是否应用了制动。如果已应用了制动， 则方法移动到步骤212。

在步骤212中，控制器104响应制动的应用，基于车辆的减速重新计 算预测碰撞时间。控制器用于从加速传感器125(或IMU)或车辆内设置 成提供纵向加速度的任何模块接收纵向加速度信息。

在步骤214中，控制器104在IRDT展开安全气囊154并继续保持安 全气囊154的排气孔处于闭合状态。

在步骤216中，碰撞后传感系统132向控制器104提供碰撞后测定结 果，用以监测从安全气囊154已展开并且同时排气孔在闭合状态时开始的 实际接触时间。碰撞实际发生的时间(或实际接触时间(ACT))可以早 于或迟于预测碰撞时间。控制器104可使用实际接触时间来修正安全气囊 的排气孔的释放。

在步骤218中，控制器104计算实际接触时间和IRDT之差的绝对值， 并且将该绝对值与预定时间的阈值进行比较。如果实际碰撞时间和IRDT 之差的绝对值大于或等于预定时间的阈值，则方法移动到步骤220。这种 状况可表示通过从原来估算的排气孔打开时间修正安全气囊排气孔打开 时间、以提高安全保护系统性能的机会。改进的安全气囊排气孔打开时间 基于实际接触时间。

在步骤220中，控制器104调整用于控制排气孔打开的安全气囊的排 气孔的打开时间。如果实际接触时间大于IRDT，则排气孔打开时间可以 相对于最初的估算排气孔打开时间推迟，以顾及安全气囊154保持展开的 额外时间。如果实际接触时间小于IRDT，则安全气囊排气孔可早于最初 估算的安全气囊排气口的打开时间打开。如果实际接触时间和IRDT之差 的绝对值低于预定的时间阈值，则方法移动到步骤222，这种状况可表示 不需要修正安全气囊排气孔的打开时间。

在步骤222中，控制器104打开安全气囊154的排气孔，以允许能量 在乘员与安全气囊154之间受控转移。

图3表示根据本发明的一个具体实施例的用于基于预期碰撞速度展开 安全保护系统109的方法。在步骤302中，控制器104评估预期碰撞速度。 如果预期碰撞速度较低，则方法300移动到步骤304。在步骤304中，由 于预期低的碰撞速度和安全保护系统109可以依据检测到的乘员大小以不 同顺序展开，其严重程度可以较低。在步骤306中，基于预期中等碰撞速 度以及安全保护系统109可以依据检测到的乘员的大小以不同顺序展开， 严重程度可以是中等的。在步骤308中，基于预期高的碰撞速度以及安全 保护系统109可以依据检测到的乘员的大小以不同顺序展开，严重程度可 以较高。

图4表示根据本发明的一个具体实施例的展开方案400。在方框402 中，控制器104确定迫近的车辆或物体相对于车辆的接近速度。在方框404 中，控制器104确定物体的碰撞类型。在一个例子中，碰撞类型可表明迫 近的车辆是是轿车、SUV还是卡车。控制器104也确定迫近的车辆预计要 与车辆碰撞的部分。方框404总体上对应于执行物体分类的控制器104。

在方框406中，控制器104确定迫近车辆与车辆间的碰撞重叠。控制 器104可用于执行物体分类、确定接近速度及确定碰撞重叠量，以确立碰 撞置信度等级(confidence rate)。具有高置信度等级时，控制器104可以 确定预测碰撞时间，并在预定的展开时间展开安全气囊154。

在方框408中，控制器104基于不同驾驶员的特征和安全带扣的使用 状态对驾驶员进行分类。这些驾驶员特征可以基于重量百分比。在方框410 中，控制器104确定驾驶员座椅位置，以确定驾驶员的座椅是安置在靠前 的位置还是处于正常位置。

在方框412中，控制器104基于不同乘客的特征和安全带扣的使用状 态对乘客进行分类。这些乘客的特征可以是基于重量百分比。在方框414 中，控制器104确定乘客座椅的位置，以确定乘客的座椅是安置在靠前的 位置还是处于正常位置。

图5表示根据本发明的一个具体实施例的用于安全带156的载荷限制 器曲线。用于安全带156的载荷限制器曲线基于检测到的乘员大小(如可 以基于重量)和安全保护模式(如提前展开或碰撞后展开)变化。可展开 释放机构在碰撞前模式下可允许载荷限制器保持实质上的不同并且对乘 员保持较低的荷载。在碰撞后展开时，可展开释放机构可以不展开并且载 荷限制器以传统的高碰撞后水平执行。

尽管已详细说明了实施本发明的最佳方式，但本发明所属技术领域的 技术人员仍会认识到实施权利要求所限定的本发明的各种可替代的设计 和具体实施方式。