[0001 ] 本发明是申请号为201510250257.7、申请日为2015年5月15日、发明名称为“基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统”的专利的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及通讯控制领域，尤其涉及一种基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统。
背景技术
[0003]近些年来，汽车数量不断增多，越来越多的家庭和单位添置了汽车，人们乘坐汽车作为交通工具出行的时间不断增加。
[0004]汽车为人们带来方便的同时，也带来了一些安全问题，据调查数据表明，在汽车碰撞时，死亡率最高的
位置是汽车副驾驶位置，一方面是由于驾驶员在碰撞时的自然反应导致，另一方面，汽车对汽车驾驶员的保护措施相对较多，而对汽车副驾驶位置的乘客的保护措施相对
力度不够。
[0005]
现有技术中的对汽车副驾驶位置的乘客的保护措施主要体现在安全气囊上，但是如果不考虑汽车副驾驶位置的乘客的坐姿和位置，而选择在发生碰撞时以相同方式打开气囊，这种方式虽然为设计带来了方便，但也有可能因为气囊打开方式的不妥当而导致乘客被气囊误伤。
[0006]因此，需要一种新的基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统，能够根据汽车副驾驶位置的乘客的坐姿和位置，智能化地自动选择气囊的展开幅度，以全方位保护汽车副驾驶位置的乘客的安全。
发明内容
[0007]为了解决上述问题，本发明提供了一种基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统，采用
超声波传感器用于检测副驾驶位置乘客躯干部距离仪
表盘的
水平距离，所述乘客
姿态检测机构用于检测副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹
角，以水平距离和夹角确定气囊的展开方式，同时还引入了重量检测技术和无线传输技术，提高了基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统的自动化程度。
[0008]根据本发明的一方面，提供了一种基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统，所述控制系统包括气囊机构、碰撞强度传感器、
超声波传感器、乘客姿态检测机构和数字
信号处理器DSP，所述碰撞强度传感器用于检测汽车的
加速度变化率，所述
超声波传感器用于检测副驾驶位置乘客躯干部距离仪表盘的水平距离，所述乘客姿态检测机构用于检测副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角，所述
数字信号处理器与所述气囊机构、所述碰撞强度传感器、所述超声波传感器和所述乘客姿态检测机构分别连接，基于所述碰撞强度传感器、所述超声波传感器和所述乘客姿态检测机构的检测结果确定所述气囊机构的气囊主体展开策略。
[0009]更具体地，在所述基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统中，还包括:备用电源，在汽车发生碰撞导致汽车
蓄电池和汽车发
电机都与所述控制系统断开时，为所述控制系统内的各个设备提供供电;静态
存储器，用于预先存储加速度变化率
阈值、第一距离阈值、第二距离阈值、第一角度阈值和第二角度阈值，还用于预先存储人体灰度上限阈值和人体灰度下限阈值，所述人体灰度上限阈值和所述人体灰度下限阈值用于将图像中的人体与背景分离，所述加速度变化率阈值、所述第一距离阈值、所述第二距离阈值、所述第一角度阈值、所述第二角度阈值、所述人体灰度上限阈值和人体灰度下限阈值都为所述控制系统出厂时被制造商预先置入的参数，所述第一距离阈值大于所述第二距离阈值，所述第一角度阈值大于所述第二角度阈值;重量传感器，设置在汽车副驾驶座椅下方，用于检测在汽车副驾驶座椅上是否存在乘客，当检测到存在乘客时，输入有人乘坐信号，当检测到不存在乘客时，输入无乘客信号;无线收发器，设置在汽车车体上，与所述数字
信号处理器连接，用于将接收到的水平距离和副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角无线发送给汽车所在单位的内部网络上;所述气囊机构包括气囊主体、气体发生器和固态
燃料存储罐组成，所述气囊主体与所述固态燃料存储罐连接，所述气体发生器与所述固态燃料存储罐连接，用于点燃所述固态燃料存储罐内的燃料以产生气体充入所述气囊主体中；所述碰撞强度传感器位于汽车的仪表盘内，用于检测汽车的加速度变化率;所述超声波传感器位于汽车仪表盘上，包括超声波发射机、超声波接收机和微
控制器，所述
微控制器与所述超声波发射机和所述超声波接收机分别连接，所述超声波发射机向副驾驶位置乘客躯干部发射超声波，所述超声波接收机接收副驾驶位置乘客躯干部反射的超声波，所述微控制器根据所述超声波发射机的发射时间、所述超声波接收机的接收时间和超声波传播速度计算副驾驶位置乘客躯干部距离仪表盘的水平距离，所述超声波传播速度为340米每秒;所述乘客姿态检测机构包括高清摄像头、灰度处理器、乘客识别器和姿态识别器;所述高清摄像头设置在汽车驾驶员座椅一侧的A柱上方，用于对副驾驶位置乘客进行拍摄以获得高清乘客图像，所述高清乘客图像的
分辨率为1920 X 1080;所述灰度处理器与所述高清摄像头连接，用于对所述高清乘客图像执行灰度化处理，以获得灰度乘客图像;所述乘客识别器与所述灰度处理器和所述静态存储器分别连接，将所述灰度乘客图像中灰度值在所述人体灰度上限阈值和所述人体灰度下限阈值之间的所有
像素组成人体图案;所述姿态识别器与所述乘客识别器连接，将所述人体图案中人体躯干部与人体腿部的夹角识别出并作为副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角输出；所述
数字信号处理器与所述气体发生器、所述重量传感器、所述静态存储器、所述碰撞强度传感器、所述超声波传感器和所述姿态识别器分别连接，当接收到有人乘坐信号且加速度变化率大于等于加速度变化率阈值，进入气囊展开模式，当接收到无乘客信号或加速度变化率小于加速度变化率阈值，进入气囊回收模式;其中，所述数字信号处理器在所述气囊展开模式中，当接收到的水平距离大于等于所述第一距离阈值且副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角大于等于所述第一角度阈值时，向所述气体发生器发送高强度展开信号，当接收到的水平距离在所述第一距离阈值和所述第二距离阈值之间且副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角在所述第一角度阈值和所述第二角度阈值之间时，向所述气体发生器发送低强度展开信号，当接收到的水平距离小于等于所述第二距离阈值且副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角小于等于所述第二角度阈值时，向所述气体发生器发送抑制展开信号;所述气体发生器根据接收到的、数字信号处理器发送的信号类型，控制其点燃所述固态燃料存储罐内的燃料的方式。
[0010]更具体地，在所述基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统中，还包括:显示器，设置在汽车仪表盘上，与所述数字信号处理器连接，用于实时显示水平距离，还用于实时显示副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角。
[0011]更具体地，在所述基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统中:所述气体发生器在接收到高强度展开信号时，点燃所述固态燃料存储罐内的全部燃料。
[0012]更具体地，在所述基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统中:所述气体发生器在接收到低强度展开信号时，点燃所述固态燃料存储罐内的一半燃料。
[0013]更具体地，在所述基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统中:所述气体发生器在接收到抑制展开信号时，点燃所述固态燃料存储罐内的四分之一燃料。
附图说明
[0014]以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中:
[0015]图1为根据本发明实施方案示出的基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统的结构方
框图。
[0016]图2为根据本发明实施方案示出的基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统的乘客姿态检测机构的结构方框图。
具体实施方式
[0017]下面将参照附图对本发明的基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统的实施方案进行详细说明。
[0018]为了保证汽车乘客的安全，现有技术中，绝大部分车辆都在汽车各个位置设置了不同的安全气囊。
[0019]气囊做为
车身被动安全性的辅助配置，日渐受到人们的重视。当汽车与障碍物碰撞后，称为一次碰撞，乘员与车内构件发生碰撞，称为二次碰撞，气囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打开一个内置气囊充满气体的气垫，使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”从而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞
能量，减轻乘员的伤害程度。[°02°]气囊分布在车内前方(正副驾驶位)，车内前排和后排侧方和
车顶三个方向。安全气囊的发明源于一次有惊无险的事故。1952年，美国工程师赫特里克在一次驾车中，为了躲避一个障碍物，立即猛打
方向盘并紧急
制动。同时，他和妻子都本能地伸出手臂，来保护当时正在前排中央座位上的女儿。虽然有惊无险，这位自学成材工程师却从中受到启发。他想必须有一种保护装置，在紧急制动或是碰撞时能代替手臂去保护前冲的驾乘人员。他利用两个星期的时间设计出了一种汽车缓冲安全装置，其原理是在
发动机罩下装一个盛满压缩空气的储气筒，当汽车受到
正面碰撞时，惯性冲击力促使一个滑动重
块向前移动，从而推动储气筒向隐藏在方向盘中央以及仪表板旁的空气袋快速充气，从而可以使车中人员减少伤害。
[0021]随着整车被动安全重要性的深入人心，出现了高达30几个气囊的在一些高档豪华车颈部、膝部、甚至是在车顶的两侧会配有两条管状气囊，在意外情况发生时能够有效的缓解来自车顶上方的下压力，配合侧面气帘能够有效的保护乘客的头部和颈部。膝盖部分的气囊位于前排驾驶座椅内，一旦打开能够有效保护后排乘客的腰下肢体部位，从而也能缓解来自正面碰撞的前冲力。
[0022]然而，现有技术中，尽管副驾驶位置乘客在汽车碰撞中死亡率最高，但对副驾驶位置并没有专
门甚至更高效的安全保障机构，同时，副驾驶位置的气囊的打开方式比较单一，不能根据乘客姿态和位置进行自适应调整，容易造成乘客被气囊误伤的情况。
[0023]为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统，以
电子控制方式专门为汽车副驾驶位置设置了一套高效的气囊控制系统，而且采用了高
精度的检测仪器对乘客姿态和位置进行检测，以最大程度实现气囊对人体的安全保障作用。
[0024]图1为根据本发明实施方案示出的基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统的结构方框图，所述控制系统包括气囊机构1、碰撞强度传感器2、超声波传感器3、乘客姿态检测机构4和数字信号处理器DSP 5，所述碰撞强度传感器2用于检测汽车的加速度变化率，所述超声波传感器3用于检测副驾驶位置乘客躯干部距离仪表盘的水平距离，所述乘客姿态检测机构4用于检测副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角。
[0025]其中，所述数字信号处理器5与所述气囊机构1、所述碰撞强度传感器2、所述超声波传感器3和所述乘客姿态检测机构4分别连接，基于所述碰撞强度传感器2、所述超声波传感器3和所述乘客姿态检测机构4的检测结果确定所述气囊机构I的气囊主体展开策略。
[0026]接着，继续对本发明的基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统的具体结构进行进一步的说明。
[0027]所述控制系统还包括:备用电源，在汽车发生碰撞导致汽车
蓄电池和汽车发电机都与所述控制系统断开时，为所述控制系统内的各个设备提供供电。
[0028]所述控制系统还包括:静态存储器，用于预先存储加速度变化率阈值、第一距离阈值、第二距离阈值、第一角度阈值和第二角度阈值，还用于预先存储人体灰度上限阈值和人体灰度下限阈值，所述人体灰度上限阈值和所述人体灰度下限阈值用于将图像中的人体与背景分离，所述加速度变化率阈值、所述第一距离阈值、所述第二距离阈值、所述第一角度阈值、所述第二角度阈值、所述人体灰度上限阈值和人体灰度下限阈值都为所述控制系统出厂时被制造商预先置入的参数，所述第一距离阈值大于所述第二距离阈值，所述第一角度阈值大于所述第二角度阈值。
[0029]所述控制系统还包括:重量传感器，设置在汽车副驾驶座椅下方，用于检测在汽车副驾驶座椅上是否存在乘客，当检测到存在乘客时，输入有人乘坐信号，当检测到不存在乘客时，输入无乘客信号。
[0030]所述控制系统还包括:无线收发器，设置在汽车车体上，与所述数字信号处理器5连接，用于将接收到的水平距离和副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角无线发送给汽车所在单位的内部网络上。[0031 ]所述气囊机构I包括气囊主体、气体发生器和固态燃料存储罐组成，所述气囊主体与所述固态燃料存储罐连接，所述气体发生器与所述固态燃料存储罐连接，用于点燃所述固态燃料存储罐内的燃料以产生气体充入所述气囊主体中。
[0032]所述碰撞强度传感器2位于汽车的仪表盘内，用于检测汽车的加速度变化率。
[0033]所述超声波传感器3位于汽车仪表盘上，包括超声波发射机、超声波接收机和微控制器，所述微控制器与所述超声波发射机和所述超声波接收机分别连接，所述超声波发射机向副驾驶位置乘客躯干部发射超声波，所述超声波接收机接收副驾驶位置乘客躯干部反射的超声波，所述微控制器根据所述超声波发射机的发射时间、所述超声波接收机的接收时间和超声波传播速度计算副驾驶位置乘客躯干部距离仪表盘的水平距离，所述超声波传播速度为340米每秒。
[0034]如图2所示，所述乘客姿态检测机构4包括高清摄像头41、灰度处理器42、乘客识别器43和姿态识别器44。
[0035]所述高清摄像头41设置在汽车驾驶员座椅一侧的A柱上方，用于对副驾驶位置乘客进行拍摄以获得高清乘客图像，所述高清乘客图像的分辨率为1920 X 1080。
[0036]所述灰度处理器42与所述高清摄像头41连接，用于对所述高清乘客图像执行灰度化处理，以获得灰度乘客图像。
[0037]所述乘客识别器43与所述灰度处理器42和所述静态存储器分别连接，将所述灰度乘客图像中灰度值在所述人体灰度上限阈值和所述人体灰度下限阈值之间的所有像素组成人体图案。
[0038]所述姿态识别器44与所述乘客识别器43连接，将所述人体图案中人体躯干部与人体腿部的夹角识别出并作为副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角输出。
[0039]所述数字信号处理器5与所述气体发生器、所述重量传感器、所述静态存储器、所述碰撞强度传感器2、所述超声波传感器3和所述姿态识别器44分别连接，当接收到有人乘坐信号且加速度变化率大于等于加速度变化率阈值，进入气囊展开模式，当接收到无乘客信号或加速度变化率小于加速度变化率阈值，进入气囊回收模式。
[0040]其中，所述数字信号处理器5在所述气囊展开模式中，当接收到的水平距离大于等于所述第一距离阈值且副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角大于等于所述第一角度阈值时，向所述气体发生器发送高强度展开信号，当接收到的水平距离在所述第一距离阈值和所述第二距离阈值之间且副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角在所述第一角度阈值和所述第二角度阈值之间时，向所述气体发生器发送低强度展开信号，当接收到的水平距离小于等于所述第二距离阈值且副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角小于等于所述第二角度阈值时，向所述气体发生器发送抑制展开信号;所述气体发生器根据接收到的、数字信号处理器5发送的信号类型，控制其点燃所述固态燃料存储罐内的燃料的方式。
[0041]其中，所述基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统还可以包括显示器，设置在汽车仪表盘上，与所述数字信号处理器5连接，用于实时显示水平距离，还用于实时显示副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角；以及可选地，所述气体发生器在接收到高强度展开信号时，点燃所述固态燃料存储罐内的全部燃料;所述气体发生器在接收到低强度展开信号时，点燃所述固态燃料存储罐内的一半燃料;所述气体发生器在接收到抑制展开信号时，点燃所述固态燃料存储罐内的四分之一燃料。
[0042]另外，气体发生器又称充气器，用于点火器引爆点火剂时，产生气体向气囊充气，使气囊膨开。气体发生器用专用
螺栓螺母固定在气囊
支架上，装配时只能用专用工具进行装配。气体发生器由上盖、下盖、充气剂和金属滤网组成。上盖上有若干个充气孔，充气尽职尽责有长方孔和圆孔两种。下盖上有安装孔，以便将气体发生器安装到气囊支架上。上盖与下盖用
冷压工艺装成一体，壳体内装充气剂、滤网和点器。金属滤网安放在气体发生器的内表面，用以过滤充气剂和点火剂燃烧后的渣粒。
[0043]大多数气体发生器都是利用热效反应产生氮气而充入气囊。在点火器引爆点火剂的瞬间，点火剂会产生大量热量，叠氮化钠受热立即分解释放氮气，并从充气孔充入气囊。
[0044]另外，气囊使用中需注意的是，安全气囊只是辅助安全系统，需与安全带配合使用。设计安全气囊的初衷就是在安全带的作用下辅助保护驾乘者的安全，而大家往往容易将安全气囊与安全带分开来看，认为有了安全气囊，安全带的作用就不大了，因此就出现了当发生正面碰撞时，没有佩戴安全带而被安全气囊所伤的情况。由于安全气囊的充气速度非常快，充气瞬间的冲击力也很大，如果不佩戴安全带，驾乘者就会由于巨大的惯性而过早地冲向未充满气的安全气囊，这时就会发生意外中的意外，安全气囊反而起了负面作用。因此，在驾驶和乘坐装有正面安全气囊的汽车时，一定要系上安全带，如果发生正面碰撞，安全带加上安全气囊的双重保护才能得到充分保护才能得到充分发挥，同时，当汽车装有前排乘员安全气囊时，切不可让儿童坐在前排或在此位置安置儿童座椅，若可以手动关闭此位置的安全气囊，则应该在儿童乘坐之疥关闭此位置的安全气囊。因为安全气囊的爆发会对儿童造成一定程度上的伤害。由此看见，气囊如果未进行安全使用，还会给乘客带来人身安全问题。
[0045]采用本发明的基于多类型数据通讯的汽车副驾驶气囊控制系统，针对现有技术中缺乏控制气囊展开方式的问题，采用超声波传感技术和
图像采集处理技术，实现获取副驾驶位置乘客躯干部距离仪表盘的水平距离以及副驾驶位置乘客躯干部与腿部的夹角，基于上述水平距离和所述夹角制定不同的气囊展开方式，更进一步地保障副驾驶位置的乘客安全。
[0046]可以理解的是，虽然本发明已以较佳
实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或
修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
