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CN102187376A - 包括用于探测即将到来的碰撞的确认传感器的传感器系统 - Google Patents

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CN102187376A CN2009801409573A CN200980140957A CN102187376A CN 102187376 A CN102187376 A CN 102187376A CN 2009801409573 A CN2009801409573 A CN 2009801409573A CN 200980140957 A CN200980140957 A CN 200980140957A CN 102187376 A CN102187376 A CN 102187376A
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Abstract

在本发明的至少一个实施例中，提供了一种用于探测即将发生的车辆碰撞的传感器系统。所述传感器系统包括主雷达装置，所述主雷达装置在碰撞之前提供即将发生的碰撞的严重程度和剩余时间。包括确认传感器的独立的确认探测装置用于在接近车辆的邻近空间内进行探测，以提供确认输出。电子控制模块与主雷达装置和确认探测装置通信。所述模块被配置为，为安全设备产生启动信号，所述启动信号依赖主雷达输出和确认探测输出的评估。

Description

包括用于探测即将到来的碰撞的确认传感器的传感器系统
技术领域
本发明涉及用于机动车碰撞保护系统的传感器系统。
背景技术
在过去的几十年中，机动车安全系统的加强在车辆乘员保护方面提供了显著的进步。当前可用的机动车包括一系列这样的系统，包括充气式约束系统，用于在前方碰撞、侧向碰撞和翻滚状况中保护乘员。带约束和车辆内部能量吸收系统的进步也对安全性的提高有所贡献。当探测到车辆碰撞或翻滚事件时，这些系统中的很多必须以不可逆的方式启动或致动，以提供其有益效果。对这类的传感器的很多设计已经用于在碰撞或翻滚状况发生时探测其存在。
人们最近已经关注如何提供预碰撞触发的可启动系统。例如，当与物体的碰撞即将发生时，预碰撞触发的气囊能够启动，以降低对车辆乘员的碰撞的严重程度。这是因为，通过在碰撞之前启动气囊系统，充气的气囊能够更好定位并且充分地充气，从而加强乘员和车辆之间的机械相互作用，以提供更好的能量吸收，由此降低了在碰撞之后的撞倒和挤压过程中车辆乘员受伤的严重程度。
为了使得预碰撞触发的保护系统正确工作，健全而可靠的传感系统是必要的。不像当车辆挤压和减速时触发安全系统的启动的碰撞传感器，用于预碰撞触发保护系统的传感系统必须在接触发生之前预料到碰撞。这种严格的“碰撞之前的时间”与启动启动器或烟火设备的时间(例如0-200ms)以及物体和车辆之间的余隙距离(例如100-800mm)有关。在侧向碰撞状况中，这些参数是尤其关键的。烟火安全设备错误的启动不仅是昂贵的，而且会暂时使得车辆操控失灵。此外，因为很多系统的启动是通过能量的释放而完成的，所以在不适当的时间的启动会导致有害结果。
用于机动车的雷达探测系统已经研发和使用了很多年。用于机动车的雷达系统的工作与其在航空领域的对应设备非常相似，因为射频信号(通常处于微波区域)从车辆上的天线发射，并且分析反射信号以显示关于反射目标的信息。通过机动车的制动系统和驾驶员方便功能的障碍物探测系统，已经考虑采用这样的雷达探测系统用于减轻碰撞。雷达传感系统还适用于启动外部气囊。雷达传感器提供一些有价值的输入，包括以高精度(例如5cm)探测最近物体的范围的能力。雷达传感器还能够提供输出，使得能够以高精度测量目标的接近速度。还可以使用目标的雷达截面和返回信号的特性作为描述目标特征的手段。
尽管从雷达系统获取的信息产生有价值的数据，然而对用于启动烟火设备(例如气囊)的单一的雷达传感器信号的完全依赖具有某些负面的结果。特别地，在基于单一传感器信号的最简单的实现中，信号失效能够导致错误的启动信号。
发明内容
本发明涉及一种传感系统，用于预碰撞触发的安全系统，该传感系统考虑了前面的段落中讨论的问题，尤其考虑了高可靠性决策的要求。
在本发明的至少一个实施例中，提供了一种用于探测车辆即将发生的碰撞的传感器系统。该传感器系统包括车载主雷达装置，用于以第一频率(例如在微波频率24Ghz或79Ghz附近)进行探测，以基于多个雷达测量值提供雷达输出。在雷达测量值中包括物体相对于车辆的雷达范围测量值、雷达接近速度、方位角，以及物体反射率或雷达截面的评估。确认探测装置包括定位在车辆上的微波移动目标探测器。确认传感器用于以第二频率(例如在2.4Ghz、5.8Ghz或24Ghz的微波频率范围)在接近车辆的邻近空间内探测，第二频率比第一频率低。确认探测装置基于多个近程测量值提供移动探测输出。在近程测量值中包括物体在邻近空间内的存在和物体相对于车辆的近程接近速度。电子控制模块与主雷达装置和确认探测装置通信。该模块被配置为，为安全设备产生启动信号，启动信号依赖雷达输出和确认探测输出的评估。
在一个方面，主雷达装置包括雷达传感器，雷达传感器以大约20Ghz到80Ghz之间的第一频率进行探测。移动探测传感器以大约900Mhz到26Ghz之间的第二频率探测。雷达测量值进一步包括雷达截面测量值。
当结合附图阅读本发明下面的具体实施方式时，本发明的这些和其它的方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是结合了本发明一个实施例的碰撞传感器系统的典型的机动车平面图；
图2是图1所示的机动车的侧视图；
图3是本发明一个实施例的碰撞传感器系统的平面图；
图4是图3所示的碰撞传感器系统的分解图；
图5是本发明一个实施例的碰撞传感器系统的立体图；
图6是关于本发明一个实施例的传感器系统的主雷达装置的信号和决策流程图；
图7是关于本发明一个实施例的传感器系统的确认探测装置的信号和决策流程图；
图8是一个流程图，示出了雷达输出和确认探测输出的结合以控制本发明一个实施例的安全设备。
具体实施方式
在此公开了本发明的具体实施例。然而可以理解的是，公开的实施例仅仅是本发明的示例，并且可以以多种且可选择的形式实施。附图不必按比例绘制；某些附图可以设计为显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能上的细节并不解释为限定作用，而仅仅是关于权利要求的代表性基础，并且用于启示本领域技术人员实施本发明。
现在参照图1，示出了传感器系统10和相关的车辆12。传感器系统10被配置为相对于车辆12的左侧或右侧探测应用14、15。然而，传感器系统10可以被配置为以相同的能力探测车辆12的前方16或后方18，以感知正在接近的物体并且使车辆12为碰撞做好碰撞。在侧向应用14或15中，传感器20和22(其能够包含在同一探测模块23中)优选地具有如图所示的重叠的视野24和26。
传感器系统10包括雷达传感器22，雷达传感器22被配置为优选地在微波范围内发射和接收射频信号。例如，传感器22可以通过工作在大约20Ghz到80Ghz之间的频率(例如24Ghz、77Ghz或79Ghz的频率)的天线收发器装置发射和接收信号。雷达传感器22进一步被配置为将雷达输出28提供给电子控制模块(ECM)30。
另外参照图5，包含雷达传感器22的探测模块23安装到车辆12上，例如安装到门板49的内侧表面或者门48的外门板的内侧表面上。门板49可以由电介质材料制成或者具有电介质窗口，射频信号可以穿过电介质窗口而由传感器22发射和接收，用于探测与物体的潜在的碰撞。还可以使用车辆12上的其它适宜的位置安装雷达传感器22，用于探测即将发生的碰撞。
另外参照图3-4，探测模块23可以具有雷达电路板102，雷达电路板102包括多个接收器天线阵列104和发射天线106，用于发射和接收雷达信号。在一个实施例中，雷达电路板102进一步包括电联结在一起并且与天线104和106通信的微波振荡源(未示出)、放大器(未示出)、混合器(未示出)以及基带控制器或处理单元53(参见确认传感器(confirmation sensor))，用于产生、接收和处理雷达信号。在此还可以使用本领域技术人员公知的其它适宜的雷达探测配置。
传感器系统10进一步包括确认传感器20，确认传感器20可以是近程传感器的形式，以便能够探测附近移动物体的存在。传感器20被配置为发射和接收近程探测信号，近程探测信号可以处于微波范围或任意其它适宜的频率范围，这样可以探测接近车辆12的邻近空间25之内的物体。例如，确认传感器20可以通过工作在大约900Mhz到26Ghz之间的频率(例如2.4Ghz、5.8Ghz和/或5.9Ghz的频率)的天线收发器装置发射和接收信号，这样可以提供有成本效益的解决方案。优选地，确认传感器20工作在比雷达传感器22更低的频率。明显地，根据政府规章，较高的频率允许的较宽的带宽，并且允许较小的天线孔径，这样可以转化为关于目标物体的范围、方位(方位角)和速度的更精确的测量。由于天线尺寸和带宽的限制，较低的频率将展示近似的范围和接近速度。较低的频率具有低成本的优点，并且适于即将接近物体的近距离探测。确认传感器20进一步被配置为向ECM 30提供移动目标探测输出或确认探测输出34。
在一个示例中，与微处理器(将在下文详细讨论)结合的确认传感器20能够抵抗来自外部源的潜在干扰，同时通过使用信号波调制来探测附近移动物体的存在。调制可以是调幅(脉冲的)或调频(连续波或频移键控)。例如，确认传感器20可以采用开关键控(OOK)调幅，或者本领域技术人员公知的任意其它适宜的调制方式，例如但不限于，幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)或相移键控(PSK)。
在至少一个实施例中，确认传感器20包含在探测模块23中。优选地，确认传感器20和雷达传感器22相对于彼此定位，以便共享彼此的视野24和26的部分。在一个示例中，确认传感器20和主雷达传感器22定位在车辆12上，使得雷达传感器22具有穿过邻近空间25而相对于车辆12向外探测的视野26，如图1所示。另外参照图2，探测模块23可以定位为使得近程视野24形成邻近空间25，邻近空间25在对应车辆乘员46的胸部50的高度51覆盖非常靠近车辆12的门48的地方。在这种情形中，通过将确认传感器20定位在靠近乘员46的目标保护区域，可以在侧向碰撞中向乘员46提供加强保护。
确认传感器20可以设置在近程探测电路板108上，并且包括发射天线110和接收天线112。优选地，天线110和112是贴片(patch)安装或表面安装的天线，这样可以更加容易地封装和组装到电路板108上。可选择地，电路板108可以仅具有一个用于发射和接收信号的天线。在一个示例中，单个的2.4Ghz或5.8Ghz的单个贴片(未示出)用作用于确认传感器20的单个发射和接收天线，并且用作用于雷达传感器22的24Ghz发射天线的接地层。单个的贴片天线位于发射天线之后，用于多层PCB结构中的雷达传感器，从而能够形成更加紧凑的探测封装，仅需要例如在车辆的门中20mm×30mm的探测窗口(见图5)。
电路板108还可以包括收发器(未示出)(例如集成的模拟收发器)和专用微处理器118或微控制器(见图7)。收发器与天线110和112通信，用于产生和接收近程探测信号。微处理器118与收发器电联结并且被配置为控制收发器，用于在邻近空间25中进行近程测量。在一个示例中，微处理器118通过压控振荡器(未示出)或开关(未示出)调制近程探测信号，以确定物体的范围和速度。
探测模块23还可以包括用于包含电路板102和108的壳体120。壳体120可以提供环境保护以及将传感器20和22与车辆12附接的装置。
下面参照图6，提供了与雷达传感器22相关的信号和决策流程图。雷达传感器22分析从物体反射的射频信号(例如通过信号处理器53)，以获得范围测量值52、接近速度54、方位角(水平方位角)和雷达截面56。
通过将范围测量值52、方位角(水平方位角)测量值和接近速度54作为输入的跟踪算法，可以计算碰撞时间评估值58。范围测量值52是物体和车辆12之间的距离。雷达传感器22以高精度(通常在5cm之内)提供距离信息。接近速度54是物体和车辆12之间的相对速度的测量。角度测量值(例如水平方位和方位角)是通过两个接收器信道之间的相位和/或幅度的比较来测量。在评估障碍物相对于主车辆的轨迹中，角度测量值是很有用的。碰撞时间评估值58沿输入62提供给模块60。碰撞时间评估值58与必要时间对比，以启动安全设备38。安全设备38可以是例如气囊、充气式帘、门48中的烟火设备、安全带预紧装置、制动装置或者用于保护乘员46的某些其它烟火设备。通常，侧气囊的启动时间在10ms到50ms之间。
接近速度54还用于确定模块64表示的碰撞严重程度。高的接近速度与更严重的碰撞相关，而低的接近速度与不很严重的碰撞相关。碰撞严重程度的计算值作为输入66提供给模块60。
雷达截面56是反射的射频信号强度的测量。反射信号的强度通常与物体的尺寸和形状相关。尺寸和形状用于评估物体的威胁，如模块68所示。来自模块68的威胁评估作为输入70提供给模块60。ECM 30的模块60处理碰撞时间58、碰撞严重程度64和威胁评估68，以提供雷达输出28，当这些输入满足用于表示与物体即将到来的碰撞的预定标准时，雷达输出28表示启动命令。
现在参照图7，提供了与来自确认传感器20的信息处理相关的信号和决策流程。确认传感器20可以包括通信处理机116并且/或者与通信处理机116通信。通信处理机116用于车辆通信应用和确认功能。在一个示例中，确认传感器20具有工作在2.4Ghz附近的收发器。
微处理器118也与确认传感器20的收发器通信，并基于多个近程测量值提供确认探测输出34。在近程测量值中包括邻近空间测量值72中的物体存在和物体相对于车辆12的近程接近速度76。
在邻近空间测量值72中的物体存在表示存在物体的并且在邻近空间25中被探测到。邻近空间25可以由传感器20的标称范围，即确认传感器20能够探测的最大距离限定。可选择地，邻近空间25可以由小于传感器20的标称范围的预定距离限定。该预定距离可以被编程到微处理器118中或者与微处理器118通信。物体存在测量值72作为输入84提供给模块82。近程接近速度76也被确定并且作为输入86提供给模块82。ECM 30的模块82处理物体存在测量值72和近程接近速度76，以提供近程探测输出34，当这些输入满足预定标准时，近程探测输出34表示用于确认与物体的碰撞将会发生的确认信号。
在一个示例中，确认传感器20和/或微处理器118还可以使用反射的近程信号的特性表示物体的物理尺寸。在这种情形中，物体的物理尺寸可以用于确定物体存在测量值72是否可以被忽视，并且因此不产生确认信号，例如当物体的尺寸太小时，与物体的碰撞不可能在本质上破坏车辆12。
图8示出了雷达输出28和近程探测输出34的结合，以提供启动信号36。在一个示例中，雷达输出28和近程探测输出34专门用于确定是否产生启动信号36。例如，ECM 30在模块80中考虑来自传感器20和22的决策输出并且采用基本功能以作出启动决策，从而产生启动信号36。ECM 30可以被编程，以便仅当雷达输出28表示即将发生的碰撞并且确认探测输出34确认即将发生的碰撞时产生启动信号36，由此提高了确定即将发生的碰撞的可靠性。
可选择地，雷达输出28和确认探测输出34可以与车辆参数90一起被考虑，车辆参数90可以包括例如车辆速度、偏航角速度、转向角和转向速率。车辆参数90与雷达输出28和确认探测输出34一起被评估，以提高产生启动信号36的决策的可靠性。
在至少一个实施例中，启动命令与雷达测量值对应，雷达测量值具有至少大约10米每秒的雷达接近速度54和小于大约50ms的碰撞时间58。使用雷达范围测量值52和雷达接近速度54评估碰撞时间58。确认信号与近程测量值对应，近程测量值表明物体在邻近空间25中存在，物体的接近速度76至少是大约10千米每小时。邻近空间25具有从定位在车辆12上的传感器20处起的大约1米或更小的外周界。明显地，太大的邻近空间25可以降低确定即将发生的碰撞的可靠性，而太小的邻近空间25可以减少在碰撞之前可用于触发安全设备38的时间。
在可选择的实施例中，能够构造专用的硬件设备，例如专用集成电路、可编程逻辑阵列和其它硬件设备，以实现在此描述的一个或多个装置。可以包括多个实施例的传感器和装置的应用能够广泛地包括多种电子和计算机系统。在此描述的一个或多个实施例可以通过相关的控制和数据信号而使用两个或多个特定相互连接的硬件模块或设备来实现多种功能，所述相关的控制和数据信号在专用集成电路的模块或部分之间传输。由此，本系统包括软件、固件和硬件设备。
正如本领域技术人员容易理解的，上述描述意味着本发明的原理的具体应用性描述。该描述并不旨在限制本发明的范围或应用，因为在不违背下面的权利要求限定的本发明的实质的前提下，本发明可以被修改、变化和改变。

Claims (13)

1.一种用于探测车辆即将发生的碰撞的传感器系统，所述传感器系统包括：
车载主雷达装置，用于以第一频率进行探测，以基于多个雷达测量值提供雷达输出，所述雷达测量值包括物体相对于车辆的雷达范围测量值、角向位置和雷达接近速度；
包括定位在车辆上的确认传感器的确认探测装置，用于以低于所述第一频率的第二频率在接近车辆的邻近空间内进行探测，所述确认探测装置基于多个近程测量值提供确认探测输出，所述近程测量值包括物体在邻近空间内的存在和物体相对于车辆的近程接近速度；以及
与主雷达装置和确认探测装置通信的电子控制模块，所述电子控制模块被配置为，为安全设备产生启动信号，所述启动信号依赖所述雷达输出和所述确认探测输出的评估，并且所述电子控制模块被配置为，使用所述雷达输出作为启动命令并且使用所述确认探测输出作为确认信号，并产生启动信号并且提高确定即将发生的碰撞的可靠性。
2.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述启动命令与所述雷达测量值对应，所述雷达测量值具有至少大约3米/秒的雷达接近速度和小于大约50毫秒的碰撞时间，使用所述雷达范围测量值和所述雷达接近速度评估所述碰撞时间。
3.根据权利要求2所述的传感器系统，其特征在于，所述确认信号与所述近程测量值对应，所述近程测量值表示物体存在于邻近空间内，近程接近速度至少为大约3米/秒。
4.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述确认传感器具有大约3米或更小的标称范围，所述标称范围限定所述邻近空间的外周界。
5.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述主雷达装置包括工作在大约20Ghz到80Ghz之间频率的雷达传感器和工作在大约900Mhz到26Ghz之间频率的确认传感器，所述雷达传感器用于进行所述雷达测量，所述确认传感器用于进行所述近程测量。
6.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述确认传感器包括移动目标探测收发器和微处理器，所述移动目标探测收发器可操作地与至少一个近程天线连接，所述微处理器被配置为控制所述移动目标探测收发器，用于通过所述至少一个近程天线发射和接收探测信号，用于进行所述近程测量。
7.根据权利要求6所述的传感器系统，其特征在于，所述主雷达装置包括与所述确认传感器配合地定位在车辆上的雷达传感器，以便从车辆通过邻近空间向外探测。
8.根据权利要求6所述的传感器系统，其特征在于，所述雷达传感器包括雷达收发器和雷达信号微处理器，所述雷达收发器可操作地与至少一个雷达天线连接，所述雷达信号微处理器被配置为控制所述雷达收发器，用于通过所述至少一个雷达天线发射和接收雷达信号，从而用于进行所述雷达测量，并且所述至少一个雷达天线和所述至少一个近程天线是同一探测模块的一部分。
9.根据权利要求8所述的传感器系统，其特征在于，所述探测模块安装到车辆的门上。
10.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述安全设备是气囊、充气式帘、车门中的烟火设备、安全带预紧装置和制动装置的其中之一。
11.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述雷达测量值进一步包括物体的雷达截面测量值。
12.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述电子控制模块基于车辆参数产生所述启动信号，所述车辆参数包括车辆速度和偏航角速度值的至少其中之一。
13.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述启动命令与所述雷达测量值对应，所述雷达测量值具有至少大约1m2的雷达截面、至少大约3米/秒的雷达接近速度和小于大约50毫秒的碰撞时间，使用所述雷达范围测量值和所述雷达接近速度评估所述碰撞时间。
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