一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制系统及方法，涉及汽车安全领域，包含数据采集模块、乘员体征识别模块、安全气囊点火判断模块、安全气囊点火控制模块。主要包括以下内容：识别不同类型的乘员，并将其数值化；采用比功率法，对安全气囊的点火条件和点火时刻进行判断；提出基于乘员体征的双气室安全气囊控制算法，划分双气室安全气囊点火控制的基本区间、拓展区间、非区间，在基本区间，安全气囊只有一个气室点火，在非区间，安全气囊两个气室全部点火，而在拓展区间，两个气室按照一定的时间间隔依次点火；考虑乘员体征和碰撞危险程度，建立双气室点火时间间隔计算模型。通过准确检测乘员体征，并根据不同乘员体征、不同的碰撞危险程度，采取不同的安全气囊控制策略，有效降低了碰撞对乘员的伤害，且实时性高。

An intelligent air bag control system and method based on the recognition of passengers' physical signs

【技术实现步骤摘要】
一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制系统及方法
本专利技术涉及汽车安全领域，尤其涉及一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制系统及方法。
技术介绍
据2018年《全球道路安全现状报告》，全球每年有135万人因道路交通事故死亡。当事故发生时，安全气囊可以说是乘客最后的保护装置，作用非常重要。相关统计数据显示，如果事故是正面碰撞，使用安全气囊可以减少20％左右的重伤率。但是，在实际的事故中，由于汽车在发生碰撞事故时复杂的环境条件，安全气囊系统也常常会对驾驶员和乘客造成不必要的伤害，且不同体征的乘员，在同一种安全气囊点火控制算法中，其受到的伤害是不同的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的不足提供一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制系统及方法，针对不同的乘员体征，设计安全气囊点火控制算法，使在碰撞事故中安全气囊对不同乘员体征均起到较好的保护效果。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制系统，包含数据采集模块、乘员体征识别模块、安全气囊点火判断模块、安全气囊点火控制模块；所述数据采集模块包含图像传感器、重力传感器、加速度传感器和速度传感器；图像传感器为红外摄像头，放置在挡风玻璃左上方，用来采集副驾驶座乘员上半身图像信息；重力传感器放置在副驾驶座下方，用于采集乘员的体重；加速度传感器安装在安全气囊控制器上，用于对车辆的加速度信息进行采集；乘员体征识别模块，用于利用图像传感器提供的乘员图像信息和重力传感器提供的乘员体重信息，对不同体征的乘员进行分类，并将其数值化；安全气囊点火判断模块，用于安全气囊点火条件和点火时刻的判断；安全气囊点火控制模块，用于对双气室安全气囊点火进行控制。一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制系统的控制方法，具体包含如下步骤；步骤1，通过图像传感器采集副驾驶座乘员上半身图像信息，通过放置在副驾驶座下方的重力传感器采集乘员的身体重量，通过安装在安全气囊控制器上的加速度传感器对车辆的加速度信息进行采集；步骤2，利用图像传感器提供的乘员图像信息和重力传感器提供的乘员体重信息，对不同体征的乘员进行分类，并将其数值化存储备用；步骤3，利用加速度传感器传来的加速度信息，使用比功率法判断碰撞是否发生；步骤4，若汽车发生碰撞事故，则利用加速度传感器传来的加速度信息，将时间窗内的加速度变化量和速度变化量作为特征参数，划分出基本区间、拓展区间和非区间，在基本区间内，单气室点火，在非区间内，双气室点火，在拓展区间内，双气室依次点火；若处于拓展区间内，则通过乘员体征计算计算易受伤害程度，并考虑易受伤害程度和碰撞的严重程度，决策出安全气囊间隔点火的时间，双气室安全气囊点火。作为本专利技术一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制方法的进一步优选方案，在步骤2中，对不同体征的乘员进行分类，具体如下：步骤2.1，采用图像识别的方法对乘员类型进行检测，将乘员类型分成5类：包含婴儿(C0)、6岁儿童(C1)、5百分位女性(C2)、50百分位男性(C3)以及95百分位男性(C4)；步骤2.2，乘员图像处理：截取座椅附近感兴趣的区域，并将截取区域进行灰度化；采用Sobel边缘检测算子，将每个像素点依次和Sobel算子进行计算，并将得到的结果和设定的阈值结合，得到一幅二值边缘图像，以此将乘员与图像背景进行；步骤2.3，乘员特征提取：二值边缘图像代表不同特征乘员的像素分布，形成一个二维概率密度分布函数；采用25阶Legendre矩提取乘员体征，在每一张图片中可得到676个特征，即一个676维度的向量；进而得到的特征向量包含了不同乘员的体征的信息；步骤2.3，乘员类型分类：采用支持向量机的方法对乘员体征进行分类，并将分类后的结果验证，精度高的模型用于乘员类型实时识别。作为本专利技术一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制方法的进一步优选方案，在步骤2中，乘员体征数值化，具体如下：通过放置在副驾驶座下的重力传感器，采集乘员的体重信息，记为W，将图像识别得到的婴儿、儿童、5百分位成年女性、50百分位成年男性以及95百分位成年男性5种乘员类型数值化为a1,a2,a3,a4,a5且满足a1＜a2＜a3＜a4＜a5，该参数越小，代表乘员身高越矮；则乘员体征参数ybody的计算公式为：其中，εi为调节因子，防止出现婴儿或儿童和成年人有相同的乘员体征参数，乘员体征参数ybody的数值越小，代表其越容易受到伤害。作为本专利技术一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制方法的进一步优选方案，在步骤3中，通过加速度传感器实时采集的加速度信息，计算速度变化量ΔV：其中,t0为移动时间窗的起始时刻；当前时刻t的加速度坡度为：碰撞过程中总动量的变化为：对总动量求二阶导数可得：由于整车质量不会改变，则比功率ΔP为：ΔP＝a2(t)+ΔVJ(t)当比功率的值超过阈值，则可认定汽车发生碰撞。作为本专利技术一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制方法的进一步优选方案，在步骤4中，安全气囊点火区间划分的指标有两个：时间窗内的加速度变化量和时间窗内速度变化量；碰撞发生时，若时间窗内的加速度变化量a和速度变化量v大于某一阈值，可认为发生较为严重的碰撞事故，此时，为了能够更好的保护乘员，双气室应同时点火；当a、v小于某一阈值，可认为碰撞事故较小，单气室点火更能保护好乘员；而在此区间内，双气室依次打开；故可选取时间窗内的加速度变化量a和速度变化量v作为特征量，通过判断系统特征状态s(a,v)处于何种控制区间而进行不同程度的控制。作为本专利技术一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制方法的进一步优选方案，通过判断系统特征状态s(a,v)处于何种控制区间而进行不同程度的控制，具体如下：构建横纵坐标分别为a和v的特征平面，设特征量的容许范围分别为a0m和v0m，且系统可调最大特征量分别为am和vm，在a-v平面内，设初始S0(a0,v0)，记对于平面a-v，始终都存在一点S(a,v)，定义其关联函数为：式中，X表示基本区间；特征状态关联函数K(S)表明了系统特征状态S和关于系统特征状态的拓展区间的关联度，用于不同的拓展区间范围划分，具体分以下三种情况；基本区间：当状态S所得的关联函数值0≤K(S)≤1，对应的特征状态属于基本区间；拓展区间：当状态S所得的关联函数值1≤K(S)≤2，，对应的特征状态属于拓展区间；非区间：当状态S所得的关联函数值K(S)≥2，，对应的特征状态属于非区间。作为本专利技术一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制方法的进一步优选方案，对拓展区间内双气室点火时间间隔，建立基于危险程度的双气室点火时间间隔计算方法：将乘员危险程度Epass和碰撞危险程度Ecrash分别设为5个模糊子集：S(零)，MS(小)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制系统，其特征在于：包含数据采集模块、乘员体征识别模块、安全气囊点火判断模块、安全气囊点火控制模块；/n所述数据采集模块包含图像传感器、重力传感器、加速度传感器和速度传感器；/n图像传感器为红外摄像头，放置在挡风玻璃左上方，用来采集副驾驶座乘员上半身图像信息；/n重力传感器放置在副驾驶座下方，用于采集乘员的体重；/n加速度传感器安装在安全气囊控制器上，用于对车辆的加速度信息进行采集；/n乘员体征识别模块，用于利用图像传感器提供的乘员图像信息和重力传感器提供的乘员体重信息，对不同体征的乘员进行分类，并将其数值化；/n安全气囊点火判断模块，用于安全气囊点火条件和点火时刻的判断；/n安全气囊点火控制模块，用于对双气室安全气囊点火进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制系统，其特征在于：包含数据采集模块、乘员体征识别模块、安全气囊点火判断模块、安全气囊点火控制模块；
所述数据采集模块包含图像传感器、重力传感器、加速度传感器和速度传感器；
图像传感器为红外摄像头，放置在挡风玻璃左上方，用来采集副驾驶座乘员上半身图像信息；
重力传感器放置在副驾驶座下方，用于采集乘员的体重；
加速度传感器安装在安全气囊控制器上，用于对车辆的加速度信息进行采集；
乘员体征识别模块，用于利用图像传感器提供的乘员图像信息和重力传感器提供的乘员体重信息，对不同体征的乘员进行分类，并将其数值化；
安全气囊点火判断模块，用于安全气囊点火条件和点火时刻的判断；
安全气囊点火控制模块，用于对双气室安全气囊点火进行控制。


2.一种基于权利要求1所述的乘员体征识别的智能安全气囊控制系统的控制方法，其特征在于：具体包含如下步骤；
步骤1，通过图像传感器采集副驾驶座乘员上半身图像信息，通过放置在副驾驶座下方的重力传感器采集乘员的身体重量，通过安装在安全气囊控制器上的加速度传感器对车辆的加速度信息进行采集；
步骤2，利用图像传感器提供的乘员图像信息和重力传感器提供的乘员体重信息，对不同体征的乘员进行分类，并将其数值化并存储备用；
步骤3，利用加速度传感器传来的加速度信息，使用比功率法判断碰撞是否发生；
步骤4，若汽车发生碰撞事故，则利用加速度传感器传来的加速度信息，将时间窗内的加速度变化量和速度变化量作为特征参数，划分出基本区间、拓展区间和非区间，在基本区间内，单气室点火，在非区间内，双气室点火，在拓展区间内，双气室依次点火；
若处于拓展区间内，则通过乘员体征计算易受伤害程度，并考虑易受伤害程度和碰撞的严重程度，决策出安全气囊间隔点火的时间，双气室安全气囊点火。


3.根据权利要求2所述的一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制方法，其特征在于：在步骤2中，对不同体征的乘员进行分类，具体如下：
步骤2.1，采用图像识别的方法对乘员类型进行检测，将乘员类型分成5类：包含婴儿(C0)、6岁儿童(C1)、5百分位女性(C2)、50百分位男性(C3)以及95百分位男性(C4)；
步骤2.2，乘员图像处理：截取座椅附近感兴趣的区域，并将截取区域进行灰度化；采用Sobel边缘检测算子，将每个像素点依次和Sobel算子进行计算，并将得到的结果和设定的阈值结合，得到一幅二值边缘图像，以此将乘员与图像背景进行；
步骤2.3，乘员特征提取：二值边缘图像代表不同特征乘员的像素分布，形成一个二维概率密度分布函数；采用25阶Legendre矩提取乘员体征，在每一张图片中可得到676个特征，即一个676维度的向量；进而得到的特征向量包含了不同乘员的体征的信息；
步骤2.3，乘员类型分类：采用支持向量机的方法对乘员体征进行分类，并将分类后的结果验证，精度高的模型用于乘员类型实时识别。


4.根据权利要求2所述的一种基于乘员体征识别的智能安全气囊控制方法，其特征在于：在步骤2中，乘员体征数值化，具体如下：
通过放置在副驾驶座下的重力传感器，采集乘员的体重信息，记为W，将图像识别得到的婴儿、儿童、5百分位成年女性、50百分位成年男性以及95百分位成年男性5种乘员类型数值化为a1,a2,a3,a4,a5且满足a1＜a2＜a3＜a4＜a5，该参数越小，代表乘员身高越矮；则乘员体征参数ybody的计算公式为：



其中，εi为调节因子，防止出现婴儿或儿童和成年人有相同的乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷先广，胡珍宇，储建宏，李永生，
申请(专利权)人：太航常青汽车安全系统苏州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32