一种个人主动安全气囊系统及控制方法 |
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| 申请号 | CN201510830452.7 | 申请日 | 2015-11-24 | 公开(公告)号 | CN105342032A | 公开(公告)日 | 2016-02-24 |
| 申请人 | 广东机电职业技术学院; | 发明人 | 郑荣茂; 杨金艳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种个人主动安全气囊系统及控制方法，系统包括环境采集子系统、安全预判子系统以及安全气囊子系统，所述环境采集子系统、安全预判子系统以及安全气囊子系统顺序连接。该方法包括以下步骤：1、采集环境参数：实时采集接入系统的各类 传感器 信号 ；2、计算环境变化：解算出其相对系统的运动方向、速度或 加速 度等物理变化情况；3、判断是否安全；判断存在可能与系统发生碰撞的运动时的速度或加速度情况；4、打开安全气囊：迅速打开安全气囊减缓碰撞或二次碰撞对行人造成的伤害。本发明方法能在发生危险时及时给个人提供一定的安全保护。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种个人主动安全气囊系统，其特征在于，包括用于采集个人周边设定范围内的环境数据的环境采集子系统、用于接收环境采集子系统发送过来的环境原始数据，通过计算周边环境变化情况来判断是否发生危险情况的安全预判子系统以及用于碰撞时提供安全保护的安全气囊子系统，所述环境采集子系统、安全预判子系统以及安全气囊子系统顺序连接。 |
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| 说明书全文 | 一种个人主动安全气囊系统及控制方法技术领域[0001] 本发明涉及安全气囊的研究领域，特别涉及一种个人主动安全气囊系统及控制方法。 背景技术[0002] 随着国内经济的飞速发展车辆渐渐进入千家万户，私家车让生活更加便利。由于驾驶员素质或车辆运行安全状况等诸多原因，当前行人与车辆之间的交通事故量也日益攀升。安全带及车用安全气囊能有效保障车辆驾乘人员安全，很多时候交通意外发生后无辜的行人通常受到很大的伤害往往非死即残，然而需在复杂交通环境下工作或出行的行人自身却缺乏必要的安全保障手段。公开号为CN 104908702A的中国专利提出了一种“用于行人保护的主动垫式气囊”，它安装于汽车上对车辆前侧行人具有一定的保护作用；公开号为CN 104210489A的中国专利提出了一种“车路协同环境下车辆与行人碰撞规避方法与系统”，它利用车载检测和行人路况做出避碰控制；公开号为CN 104724045A的中国专利公开了一种“行人安全气囊衬垫”，提出将气囊覆盖挡风玻璃，发生碰撞时对行人提供缓冲。这些功能在一定程度上可有效减轻对行人所造成的伤害非常值得应用和推广，然而现实中大多数车辆根本不具备这些功能。行人将自身安全寄希望于车辆状况或驾驶员道德水平，往往会面临更大的安全风险。 发明内容[0003] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种个人主动安全气囊系统及控制方法。 [0004] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案： [0005] 一种个人主动安全气囊系统，包括用于采集个人周边设定范围内的环境数据的环境采集子系统、用于接收环境采集子系统发送过来的环境原始数据，通过计算周边环境变化情况来判断是否发生危险情况的安全预判子系统以及用于碰撞时提供安全保护的安全气囊子系统，所述环境采集子系统、安全预判子系统以及安全气囊子系统顺序连接。 [0007] 优选的，所述超声收发探头为多个，所述多个超声收发探头呈多维相阵排列。 [0009] 优选的，所述安全气囊子系统包括药剂起爆器、药剂筒、快速气阀、高压气罐以及多个气囊；所述药剂起爆器分别与药剂筒和快速气氛连接，所述高压气罐与快速气阀连接，所述多个气囊并联连接后与药剂筒及快速气阀连接。 [0010] 优选的，所述气囊是由聚酰胺织物制成的气囊。 [0011] 本发明还提供了一种个人主动安全气囊系统的控制方法，该方法包括下述步骤： [0012] 步骤210、开始：电源接通后系统进入工作状态，完成系统自检对各功能模块或附属设备进行初始化和状态测试；自检通过后进入步骤220； [0014] 步骤230、计算环境变化：解算出其相对系统的运动方向、速度或加速度的物理变化情况， [0015] 步骤240、判断是否安全；判断是否存在可能与系统发生碰撞情况及碰撞的危险程度 [0016] 步骤250、判断是否关闭系统：电源导通循环进入步骤220，否则进入步骤270； [0017] 步骤260、打开安全气囊：迅速打开安全气囊，并可同时发出声光报警型号；当安全气囊完全打开后进入步骤270； [0018] 步骤270、结束：系统停止工作；若安全气囊被打开可释放气体后恢复原状，更换药筒或高压气罐恢复有用状态；进入备用状态。 [0019] 优选的，所述步骤201中，所述各类传感器信号包括视频图像、超声、三维加速度、电场或磁场信号。 [0020] 优选的，步骤230具体为： [0021] 步骤231、基于视觉的碰撞检测及参数解耦，利用视觉三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0022] 步骤232、基于超声的碰撞检测及参数解耦，利用超声三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0023] 步骤233、基于电场的碰撞检测及参数解耦，利用电场三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0024] 步骤234、基于磁场的碰撞检测及参数解耦，利用磁场三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0025] 其中计算公式为： [0026] l＝|OP| [0027] I(i,j,k)＝P(x,y,z)-P′(x′,y′,z′) [0028] [0029] [0030] v′为t0时刻速度，初始可认为v′＝0。 [0031] 优选的，步骤240具体为： [0032] 步骤241、判断是否存在碰撞，判断公式为： [0033] |P+ΔtI|≤L，其中Δt为安全反应时间参数，其中Δt∈[0.1s,5s]，L为安全距离参数，L∈[0.1m,2m]；若不满足条件则判断为不会发生碰撞转至步骤250； [0034] 步骤242、计算碰撞的危险程度，采用近似判断公式v≤vsand a≤as，其中vs为安全相对速度参数，vs∈[0km/s,20km/s]，as为安全相对加速度参数，as∈[0.1g,1.0g]；若判断将出现有严重伤害的碰撞转至步骤260； [0035] 步骤243、跌倒危险程度，针对启用安全模式相对地面跌倒的情况采用近似判断公式，a≤as，其中as为安全相对加速度参数，as∈[0.1g,0.5g]；若判断将出现有严重伤害的碰撞转至步骤260。 [0036] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果： [0038] ①应用基于视觉的碰撞检测及参数解耦，利用视觉三维重建技术将系统视为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v和加速度a的物理变化情况。 [0039] ②应用基于超声的碰撞检测及参数解耦，利用超声三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0040] ③应用基于电场的碰撞检测及参数解耦，利用电场三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0041] ④应用基于磁场的碰撞检测及参数解耦，利用磁场三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0042] 其中计算公式为： [0043] l＝|OP| [0044] I(i,j,k)＝P(x,y,z)-P′(x′,y′,z′) [0045] [0046] [0047] v′为t0时刻速度，初始可认为v′＝0。 [0048] 2、本发明可智能判断安全系统保护目标是否安全，可划分为碰撞判断及碰撞危险程度计算： [0049] ①碰撞判断：|P+ΔtI|≤L(发生碰撞)，其中Δt为安全反应时间参数，其中Δt∈[0.1s,5s]，L为安全距离参数，L∈[0.1m,2m]。 [0050] ②碰撞危险程度计算，采用近似公式v≤vsand a≤as(无害碰撞)，其中vs为安全相对速度参数，vs∈[0km/s,20km/s]，as为安全相对加速度参数，as∈[0.1g,1.0g]。 [0051] 3、本发明具有跌倒危险程度判断功能，针对启用安全模式相对地面跌倒的情况采用近似判断公式，a≤as，其中as为安全相对加速度参数，as∈[0.1g,0.5g]。 [0052] 4、本发明系统与其他技术不同，正常情况下处于收起状态对穿戴者的行动自由影响小，当发生危险事件时系统迅速打开安全气囊提供碰撞缓冲最大限度地避免或减少意外对个人造成的直接或间接伤害。 [0054] 图1为本发明个人主动安全气囊系统框图； [0055] 图2为本发明个人主动安全气囊系统工作流程图。 具体实施方式[0056] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 [0057] 实施例 [0058] 如图1所示，本实施例公开了一种个人主动安全气囊系统，该系统包括用于采集个人周边设定范围内的环境数据的环境采集子系统100、用于接收环境采集子系统发送过来的环境原始数据，通过计算周边环境变化情况来判断是否发生危险情况的安全预判子系统110以及用于碰撞时提供安全保护的安全气囊子系统120，所述环境采集子系统、安全预判子系统以及安全气囊子系统顺序连接。 [0059] 所述环境采集子系统包括摄像头101、超声收发探头102、三维加速计103、电场感应器104以及磁场感应器105，所述摄像头、超声收发探头、三维加速计、电场感应器以及磁场感应器均与安全预判子系统连接。 [0062] 所述三维加速计103：用于检测系统自身(佩戴者)，三维加速度情况； [0063] 所述电场感应器104：利用空间电容监测近距离物体靠近及运动情况，可作为环境物体相对运动探测功能的冗余备份； [0064] 所述磁场感应器105：利用空间磁场监测近距离物体靠近及运动情况，可作为环境物体相对运动探测功能的冗余备份。 [0065] 所述超声收发探头为多个，所述多个超声收发探头呈多维相阵排列。 [0066] 所述安全预判子系统为可穿戴计算机111，所述可穿戴计算机为片上系统或其他低功耗高性能计算机系统。可穿戴计算机111：可为片上系统(SOC)或其他低功耗高性能专用或通用计算机系统；可穿戴计算机接受采集到的视频、超声、三维加速、电场或磁场等输入参数，三维重构环境对象相对系统运动情况；判断是否有危险运动(判断规则为可能发生碰撞时：速度≥15km/h(可设置)、加速度≥0.5g(可设置)或保护模式下系统相对地面加速度≥0.2g(可设置))，当判断为危险情况则发送控制信号至安全气囊并迅速打开安全气囊。 [0067] 所述安全气囊子系统120包括药剂起爆器121、药剂筒122、快速气阀124、高压气罐125以及多个气囊123；所述药剂起爆器分别与药剂筒和快速气氛连接，所述高压气罐与快速气阀连接，所述多个气囊并联连接后与药剂筒及快速气阀连接。 [0068] 所述药剂起爆器121：一般用于触发药剂筒内的药剂使其能瞬间开始化学反应； [0069] 所述药剂筒122：药剂筒内部一般装有适量的固体化学药剂，点火器点火后瞬间释放大量气体，使安全气囊迅速膨胀并达到工作气压； [0070] 所述快速气阀123：用于快速将高压气罐中的压缩气体释放到安全气囊中，使安全气囊迅速膨胀并达到工作气压； [0071] 所述高压气罐124：用于储存安全高压气体； [0072] 所述气囊125：由防裂性能好的聚酰胺织物制成，用于保护使用者安全。 [0073] 如图2所示，本实施例的个人主动安全气囊系统的控制方法，包括下述步骤： [0074] 步骤210、开始：电源接通后系统进入工作状态，完成系统自检对各功能模块或附属设备进行初始化和状态测试；自检通过后进入步骤220； [0075] 步骤220、采集环境参数：实时采集接入系统的各类传感器信号(如：视频图像、超声、三维加速度、电场或磁场等信号)，将非数字信号转换为数字数据；数据传送至运算单元转至步骤230； [0076] 步骤230、计算环境变化：解算出其相对系统的运动方向、速度或加速度等物理变化情况，包括以下步骤： [0077] 步骤231、基于视觉的碰撞检测及参数解耦，利用视觉三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0078] 步骤232、基于超声的碰撞检测及参数解耦，利用超声三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0079] 步骤233、基于电场的碰撞检测及参数解耦，利用电场三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0080] 步骤234、基于磁场的碰撞检测及参数解耦，利用磁场三维重建技术设系统为O(0,0,0)原点坐标重构物体在t时刻虚拟环境下的三维P(x,y,z)坐标位置；结合t0时刻物体历史坐标P’(x’,y’,z’)解算出其相对系统的距离l、运动方向I(i,j,k)、速度v或加速度a的物理变化情况； [0081] 其中计算公式为： [0082] l＝|OP| [0083] I(i,j,k)＝P(x,y,z)＝P′(x′,y′,z′) [0084] [0085] [0086] v′为t0时刻速度，初始可认为v′＝0。 [0087] 步骤240、判断是否安全；判断是否存在可能与系统发生碰撞情况及碰撞的危险程度，包括以下步骤： [0088] 步骤241、判断是否存在碰撞，判断公式为： [0089] |P+ΔtI|≤L，其中Δt为安全反应时间参数，其中Δt∈[0.1s,5s]，L为安全距离参数，L∈[0.1m,2m]；若不满足条件则判断为不会发生碰撞转至步骤250； [0090] 步骤242、计算碰撞的危险程度，采用近似判断公式v≤vsand a≤as，其中vs为安全相对速度参数，vs∈[0km/s,20km/s]，as为安全相对加速度参数，as∈[0.1g,1.0g]；若判断将出现有严重伤害的碰撞转至步骤260； [0091] 步骤243、跌倒危险程度，针对启用安全模式相对地面跌倒的情况采用近似判断公式，a≤as，其中as为安全相对加速度参数，as∈[0.1g,0.5g]；若判断将出现有严重伤害的碰撞转至步骤260。 [0092] 步骤250、判断是否关闭系统：电源导通循环进入步骤220，否则进入步骤270； [0093] 步骤260、打开安全气囊：迅速打开安全气囊，并可同时发出声光报警型号；当安全气囊完全打开后进入步骤270； [0094] 步骤270、结束：系统停止工作；若安全气囊被打开可释放气体后恢复原状，更换药筒或高压气罐恢复有用状态；进入备用状态。 [0095] 利用本发明的个人主动安全气囊系统及其控制方法，可以将其应用到相关产品上，例于制做成安全气囊衣、电动车驾驶防摔衣等等。 [0096] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 |
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