一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统

摘要

本发明公开了一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统，传感器模块采集目标的相对距离、相对速度及目标的图像，并将上述信息传输给碰撞预判单元及目标类型分析单元。碰撞预判单元同时接收来自车辆CAN网络的本车车速信息，并据此信息计算在最大制动力下本车的制动距离s以及制动时间t，然后计算经过时间t后车辆与前方目标的相对距离L，将L和s进行比较，由此判断是否发生不可避免碰撞。目标类型分析单元将目标图像进行处理和分析，从而判别目标的类型。预碰撞电控单元结合不可避免碰撞发生的信息以及目标类型的信息，控制对主动保护装置中形状记忆合金丝施加的电流,从而改变所述形状记忆合金丝的刚度及吸能特性，降低碰撞对车内乘员和行人的伤害。

权利要求

1.一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：计算在最大制动力下本车的制动距离s以及制动时间t，以及经过时间t后车辆与前方目标的相对距离L；其中，所述制动距离s的计算方法为：

所述制动时间t的计算方法为：

所述经过时间t后车辆与前方目标的相对距离L的计算方法为：L＝L0+t(ur+ua0)；

上述表达式中：τ1′+τ2′为驾驶员反应时间，τ2′为制动起作用所需时间，τ2″为制动力增长时间，ua0为起始制动车速，abmax为最大制动减速度，L0和ur分别为传感器模块检测到的前方目标的相对距离和相对速度；

步骤二：将L与s进行比较，判断不可避免碰撞是否发生；

若L>s，判断不发生不可避免碰撞；

若L

步骤三：若步骤二判断发生不可避免碰撞，根据目标类型确定对所述形状记忆合金丝施加的电流；

当所述目标类型为一类目标，无需对所述形状记忆合金施加电流；

当所述目标类型为二类目标，施加电流I，对所述形状记忆合金丝进行加热，所述电流I大小的计算方法为：当所述目标类型为三类目标，施加电流I′，对所述形状记忆合金丝进行加热，所述电流I′大小的计算方法为：其中，m为单根形状记忆合金丝的质量，C为单根形状记忆合金丝的比热容，R为单根形状记忆合金丝的电阻，ua0为起始制动车速，为abmax为最大制动减速度，L0和ur分别为传感器模块检测到的前方目标的相对距离和相对速度，L为经过时间t后车辆与前方目标的相对距离。

说明书

一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统

技术领域

[0001] 本发明属于汽车安全技术领域，特别涉及一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统。

背景技术

[0002] 随着汽车行业的发展，汽车的安全问题也越来越受到人们的重视。传统的汽车安全分为主动安全和被动安全，主动安全利用各种传感器，结合控制单元以及执行机构，旨在避免汽车碰撞事故的发生，而被动安全是指在碰撞事故发生后所采取的保护乘员的安全措施，例如安全带、安全气囊。主动安全和被动安全之间还存在着一个研究领域，这个领域就是汽车预碰撞，汽车预碰撞研究的就是在事故发生的瞬间过程，汽车预警系统、保护系统和驾驶员辅助系统等系统协同发挥作用，从而使事故损失达到最小。

[0003] 目前已有相关专利涉及预碰撞领域。中国专利CN 104691480 A公开了一种车辆预碰撞系统，该系统通过设置相应的碰撞判定单元，可有效减小车辆的碰撞几率，即使发生不可避免的碰撞，也会采取辅助制动措施和相应的安全措施，有效地保护车内的乘员。但该系统无法有效识别碰撞的对象，根据碰撞对象的不同从而采取不同的措施来保证车内乘员或是行人的安全。中国专利CN 105150972 A公开了一种基于预碰撞的变刚度保险杠系统，该系统可通过控制气囊的充气量来调整气囊的刚度，从而根据碰撞性质的不同来灵活地调节保险杠的吸能特性。该专利虽详细介绍了变刚度保险杠系统的组成、布置方式以及工作原理，但对于碰撞对象的检测、判断不可避免碰撞是否发生的原则以及碰撞性质的判别却言之甚少；此外，该专利所公开的系统结构较为复杂，且需另外加装气源以及控制阀，不利于布置。

[0004] 因此，发明一种能够判断是否发生不可避免的碰撞，并在预判即将发生不可避免避免的碰撞时，根据不同的碰撞目标类型采取有效的措施来保护车内乘员及行人的安全的汽车纵向预碰撞系统是十分必要的。

[0005] 形状记忆合金作为吸能材料的优势在于其具有高阻尼、超弹性、抗冲击、形状记忆效应的优良特性，此外形状记忆合金的吸能可控可通过其温敏特性和电阻特性来实现。因此利用形状记忆合金材料电热作用下的能量耗散可控特性，结合汽车环境感知技术，可以实现汽车防碰撞结构的主动吸能调节，根据碰撞对象进行防碰撞结构吸能特性的自适应调节，达到减少乘员和行人伤害、降低车辆碰撞损伤的目的。

发明内容

[0006] 本发明的目的是克服现有汽车预碰撞系统无法根据不同的预碰撞目标类型采取有效的措施来保护车内乘员及行人的安全的缺陷，提供了一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统，其能够判断是否发生不可避免的碰撞。并在判断即将发生不可避免的碰撞时，根据预碰撞的目标类型，控制对形状记忆合金施加的电流，使其具有不同的刚度及吸能特性，从而降低碰撞对车内乘员和行人伤害、并降低车辆碰撞损伤。

[0007] 本发明提供的技术方案为：

[0008] 一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统，包括：

[0009] 传感器模块，其实时监测车辆前方的目标，并采集所述目标的相对距离和相对速度信息，以及所述目标的图像；

[0010] 碰撞预判单元，其接收来自车辆CAN网络的当前车辆速度信息，同时接收来自传感器模块的目标相对距离和相对速度信息，并根据接收到的所述当前车辆速度信息及所述目标相对距离和相对速度信息判断是否发生不可避免碰撞；

[0011] 目标类型分析单元，其接收来自传感器模块采集的目标的图像，并将所述目标的图像进行处理和分析，从而判别目标类型；

[0012] 形状记忆合金主动保护装置，其包括形状记忆合金丝，所述形状记忆合金丝的刚度随着温度的改变而改变；

[0013] 预碰撞电控单元，其接收不可避免碰撞是否发生的信息及目标类型信息，若不可避免碰撞发生，则根据所述目标类型，控制对所述形状记忆合金丝施加的电流。

[0014] 优选的是，所述形状记忆合金主动保护装置包括：防撞横梁、形状记忆合金吸能盒；其中，所述防撞横梁的前侧连接在车身前端的塑料壳体上，所述防撞横梁的后侧通过形状记忆合金吸能盒与车身纵梁连接。

[0015] 优选的是，所述目标类型包括一类目标、二类目标及三类目标。

[0016] 优选的是，所述一类目标包括行人、动物、自行车。

[0017] 优选的是，所述二类目标包括汽车。

[0018] 优选的是，所述三类目标为所述一类目标及所述二类目标以外的目标。

[0019] 优选的是，所述传感器模块包括相对距离和相对速度采集装置以及图像采集装置。

[0020] 优选的是，所述相对距离和相对速度采集装置采用毫米波雷达或激光雷达。

[0021] 优选的是，所述图像采集装置为摄像头。

[0022] 一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统的控制方法，包括如下步骤：

[0023] 步骤一：计算在最大制动力下本车的制动距离s以及制动时间t，以及经过时间t后车辆与前方目标的相对距离L；其中，

[0024] 所述制动距离s的计算方法为：

[0025]

[0026] 所述制动时间t的计算方法为：

[0027]

[0028] 所述经过时间t后车辆与前方目标的相对距离L的计算方法为：

[0029] L＝L0+t(ur+ua0)；

[0030] 上述表达式中：τ1′+τ2′为驾驶员反应时间，τ2′为制动起作用所需时间，τ2″为制动力增长时间，ua0为起始制动车速，abmax为最大制动减速度，L0和ur分别为传感器模块检测到的前方目标的相对距离和相对速度；

[0031] 步骤二：将L与s进行比较，判断不可避免碰撞是否发生；

[0032] 若L>s，判断不发生不可避免碰撞；

[0033] 若L

[0034] 步骤三：若步骤二判断发生不可避免碰撞，根据目标类型确定对所述形状记忆合金丝施加的电流；

[0035] 当所述目标类型为一类目标，无需对所述形状记忆合金施加电流，使所述形状记忆合金保持在现有温度；

[0036] 当所述目标类型为二类目标，施加电流I，对所述形状记忆合金丝进行加热，所述电流I大小的计算方法为：

[0037]

[0038] 当所述目标类型为三类目标，施加电流I′，对所述形状记忆合金丝进行加热，所述电流I′大小的计算方法为：

[0039]

[0040] 其中，m为单根形状记忆合金丝的质量，C为单根形状记忆合金丝的比热容，R为单根形状记忆合金丝的电阻，ua0为起始制动车速，为abmax为最大制动减速度，L0和ur分别为传感器模块检测到的前方目标的相对距离和相对速度，L为经过时间t后车辆与前方目标的相对距离。

[0041] 本发明的有益效果是：本发明提供的基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统，能够判断车辆是否发生不可避免的碰撞，并在判断即将发生不可避免的碰撞时，根据预碰撞的目标类型，控制对形状记忆合金丝施加的电流，使其具有不同的刚度及吸能特性，从而降低碰撞对车内乘员和行人伤害、并降低车辆碰撞损伤，克服了现有汽车预碰撞系统无法根据不同的预碰撞目标类型采取有效的措施来保护车内乘员及行人的安全的缺陷。

附图说明

[0042] 图1为本发明所述的基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统的工作流程示意图。

[0043] 图2为本发明所述的形状记忆合金主动保护装置结构示意图。

具体实施方式

[0044] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0045] 如图1所示，本发明提供了一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统，其包括传感器模块、碰撞预判单元、目标类型分析单元、形状记忆合金主动保护装置及预碰撞电控单元。所述传感器模块设置在车身前侧，用于实时监测车辆前方的目标，并采集目标的相对距离和相对速度信息，以及目标的图像。所述传感器模块包括相对距离和相对速度采集装置以及图像采集装置，所述相对距离和相对速度采集装置采用毫米波雷达或激光雷达；所述图像采集装置为摄像头。碰撞预判单元，其接收来自车辆CAN网络的当前车辆速度信息；所述碰撞预判单元连接所述传感器模块，并接收来自传感器模块的目标相对距离和相对速度信息；所述碰撞预判单元根据接收到的所述当前车辆速度信息及所述目标相对距离和相对速度信息判断车辆是否发生不可避免碰撞。目标类型分析单元，其连接所述传感器模块，并接收传感器模块采集的目标的图像，将所述目标的图像进行处理和分析，从而判别目标类型。形状记忆合金主动保护装置，其包括形状记忆合金丝，所述形状记忆合金丝的刚度随着温度的改变而改变。预碰撞电控单元，其连接所述碰撞预判单元及目标类型分析单元，并通过控制电路连接所述形状记忆合金主动保护装置。所述预碰撞电控单元接收所述碰撞预判单元发出的不可避免碰撞是否发生的信息，及目标类型分析单元发出的目标类型信息；若发生不可避免的碰撞，预碰撞电控单元则根据预碰撞的目标类型，通过控制电路调节对所述形状记忆合金丝的施加的电流，从而改变所述形状记忆合金的刚度及吸能特性。

[0046] 如图2所示，所述形状记忆合金主动保护装置包括：防撞横梁120、形状记忆合金吸能盒130；其中，所述防撞横梁120的前侧连接在车身前端的塑料壳体110上，所述防撞横梁120的后侧通过形状记忆合金吸能盒130与车身纵梁140连接，所述形状记忆合金吸能盒130中设有形状记忆合金丝。

[0047] 所述目标类型包括一类目标、二类目标及三类目标。

[0048] 在本实施例中，所述一类目标包括行人、动物、自行车。所述二类目标包括汽车及其他机动车。所述三类目标为所述一类目标及所述二类目标以外的目标。

[0049] 本发明还提供了一种基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统的控制方法，包括如下步骤：

[0050] 步骤一：计算在最大制动力下本车的制动距离s以及制动时间t，以及经过时间t后车辆与前方目标的相对距离L；其中，

[0051] 所述制动距离s的计算方法为：

[0052]

[0053] 所述制动时间t的计算方法为：

[0054]

[0055] 所述经过时间t后车辆与前方目标的相对距离L的计算方法为：

[0056] L＝L0+t(ur+ua0)；

[0057] 上述表达式中：τ1′+τ2′为驾驶员反应时间，τ2′为制动起作用所需时间，τ2″为制动力增长时间，ua0为起始制动车速，abmax为最大制动减速度，L0和ur分别为传感器模块检测到的前方目标的相对距离和相对速度；

[0058] 步骤二：将L与s进行比较，判断不可避免碰撞是否发生；

[0059] 若L>s，判断不发生不可避免碰撞；

[0060] 若L

[0061] 步骤三：若步骤二判断发生不可避免碰撞，根据目标类型确定对所述形状记忆合金丝施加的电流；

[0062] 当所述目标类型为一类目标，即目标为行人、动物及自行车时，无需对所述形状记忆合金施加电流，使所述形状记忆合金保持在现有温度；

[0063] 当所述目标类型为二类目标，施加电流I，对所述形状记忆合金丝进行加热，所述电流I大小的计算方法为：

[0064]

[0065] 当所述目标类型为三类目标，施加电流I′，对所述形状记忆合金丝进行加热，所述电流I′大小的计算方法为：

[0066]

[0067] 其中，m为单根形状记忆合金丝的质量，C为单根形状记忆合金丝的比热容，R为单根形状记忆合金丝的电阻，ua0为起始制动车速，为abmax为最大制动减速度，L0和ur分别为传感器模块检测到的前方目标的相对距离和相对速度，L为经过时间t后车辆与前方目标的相对距离。

[0068] 实施以基于形状记忆合金主动保护装置的预碰撞系统的控制过程为例，作进一步说明：

[0069] 传感器模块实时监测车辆前方的目标，其中，相对距离和相对速度采集装置采集目标的相对距离和相对速度，并将此信息传输给碰撞预判单元。碰撞预判单元同时接收来自车辆CAN网络的本车车速信息，并据此信息计算在最大制动力下本车的制动距离s以及制动时间t，然后根据目标相对距离和相对速度信息计算经过时间t后车辆与前方目标的相对距离L，将L和s进行比较，由此判断是否发生不可避免碰撞。传感器模块的图像采集装置获取目标的图像，并将其传输给目标类型分析单元，目标类型分析单元将目标图像信息进行处理和分析，从而判别目标的类型。预碰撞电控单元结合来自碰撞预判单元的不可避免碰撞发生的信息以及来自目标类型分析单元的碰撞目标类型的信息，控制对所述记忆合金主动保护装置中的形状记忆合金丝施加不同电流，使所述记忆合金丝加热到不同的温度，从而所述记忆合金丝具有不同的刚度及吸能特性。

[0070] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。