一、系統(tǒng)概述

本方案旨在為新能源汽車(chē)在進(jìn)行碰撞嚴(yán)重度評(píng)估時(shí)提供一種高效、可靠的安全檢測(cè)參考機(jī)制，以確保在車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確評(píng)估碰撞的嚴(yán)重程度，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果決定是否啟動(dòng)相應(yīng)的安全措施。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)車(chē)載系統(tǒng)的常規(guī)劃分方式將該系統(tǒng)按照層級(jí)劃分為：感知層、數(shù)據(jù)處理層、決策層以及執(zhí)行層四部分。

圖1 系統(tǒng)劃分

其中，感知層由諸多車(chē)載傳感器構(gòu)成，負(fù)責(zé)采集車(chē)輛碰撞相關(guān)的物理數(shù)據(jù)。傳感器采集到的數(shù)據(jù)被傳輸至控制單元中，控制單元的數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和初步分析，并將結(jié)果傳遞給決策模塊，決策模塊對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行碰撞嚴(yán)重度評(píng)估，并基于評(píng)估結(jié)果決定是否啟動(dòng)安全措施。當(dāng)系統(tǒng)決策需執(zhí)行相關(guān)安全措施時(shí)，將該執(zhí)行指令發(fā)送給相關(guān)執(zhí)行器，此時(shí)執(zhí)行器將執(zhí)行如展開(kāi)安全氣囊、激活安全帶預(yù)緊器等動(dòng)作。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

三、系統(tǒng)關(guān)鍵組件及功能

3.1.感知層組件

在系統(tǒng)感知層中所涉及到的關(guān)鍵組件以各類(lèi)傳感器為主，如：

1）加速度傳感器：該傳感器分布于車(chē)身的不同位置，用于檢測(cè)車(chē)輛碰撞時(shí)的線(xiàn)性加速度變化。

2）角速度傳感器（陀螺儀）：通常位于車(chē)輛的底盤(pán)偏中心位置處，用于檢測(cè)車(chē)輛碰撞時(shí)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

3）位移傳感器：此類(lèi)傳感器大多分布在車(chē)身如防撞梁、A/B柱內(nèi)部等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)上，用于檢測(cè)碰撞導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)形變狀態(tài)。

4）壓力傳感器：通常安裝在保險(xiǎn)杠內(nèi)部，用于檢測(cè)碰撞初期的壓力變化。

5）攝像頭：隨著新能源汽車(chē)智能化程度的提升，碰撞檢測(cè)機(jī)制開(kāi)始融合相關(guān)視覺(jué)信息，以捕捉車(chē)輛碰撞前后的視覺(jué)變化，目前應(yīng)用并不多。

3.2.控制單元

控制單元負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的融合、處理與決策，與傳統(tǒng)碰撞系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵差異是通過(guò)多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用，并引入視覺(jué)數(shù)據(jù)進(jìn)一步對(duì)碰撞嚴(yán)重度進(jìn)行精細(xì)化分析，以提供更準(zhǔn)確的識(shí)別結(jié)果，防止【碰撞而不執(zhí)行】。

3.3.執(zhí)行器

執(zhí)行器以主動(dòng)安全系統(tǒng)的應(yīng)用為關(guān)鍵，其中直接的碰撞執(zhí)行器如安全氣囊、安全帶預(yù)緊等，間接的執(zhí)行器如ESC等系統(tǒng)，可協(xié)助碰撞發(fā)生時(shí)穩(wěn)住車(chē)輛狀態(tài)。

四、系統(tǒng)策略流程

4.1.數(shù)據(jù)采集與處理

當(dāng)車(chē)輛處于上電狀態(tài)時(shí)，各類(lèi)傳感器實(shí)時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)并傳輸給控制單元，控制單元在接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行濾波、去噪等預(yù)處理操作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.2.碰撞檢測(cè)

當(dāng)在某一時(shí)刻的傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)將進(jìn)入碰撞檢測(cè)模式，并結(jié)合其他關(guān)鍵傳感器數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步分析。如當(dāng)加速度傳感器檢測(cè)到超過(guò)閾值的加速度變化時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入碰撞檢測(cè)模式，并結(jié)合角速度傳感器、位移傳感器和壓力傳感器等的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步確認(rèn)碰撞的發(fā)生。

4.3.數(shù)據(jù)計(jì)算

為識(shí)別車(chē)輛的碰撞狀態(tài)，需對(duì)關(guān)鍵傳感器所采集的數(shù)據(jù)設(shè)定閾值，并基于閾值對(duì)碰撞結(jié)果進(jìn)行分析。不同傳感器數(shù)據(jù)如下定義：

1）加速度傳感器：設(shè)定峰值加速度apeak=max（|ax|，|ay|，|az|），其中ax，ay，az分別是x、y、z方向的加速度。

2）角速度傳感器：設(shè)定峰值角速度ωpeak=max（|ωx|，|ωy|，|ωz|），其中ωx，ωy，ωz分別是x、y、z方向的角速度。

3）位移傳感器：設(shè)定最大位移dmax=（d1，d2，d3…dn），其中dn是第n個(gè)位移傳感器測(cè)得的位移值。

4）壓力傳感器：設(shè)定最大壓力pmax=（p1，p2，p3…pn），其中pn是第n個(gè)壓力傳感器測(cè)得的壓力值。

4.4.基于數(shù)據(jù)的碰撞狀態(tài)分析

當(dāng)某個(gè)傳感器所采集的數(shù)值超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)所有關(guān)鍵傳感器數(shù)據(jù)變化進(jìn)行多維度分析。首先峰值加速度apeak代表了碰撞瞬間的最大加速度，系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算加速度隨時(shí)間的變化率即da/dt以反映碰撞發(fā)生瞬間的劇烈程度，接著對(duì)碰撞過(guò)程中加速度進(jìn)行積分，即以反映總的能量傳遞。

同理，對(duì)ωpeak、dmax、pmax進(jìn)行分析，以反應(yīng)碰撞發(fā)生時(shí)車(chē)輛旋轉(zhuǎn)的劇烈程度、結(jié)構(gòu)形變狀態(tài)、沖擊能量狀態(tài)等，并結(jié)合攝像頭捕捉的圖像，進(jìn)一步輔助識(shí)別碰撞類(lèi)型（如正面碰撞、側(cè)面碰撞、追尾等）。

4.5.基于碰撞狀態(tài)的嚴(yán)重度評(píng)估

通過(guò)多維度傳感器數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果及最大數(shù)值狀態(tài)，將碰撞狀態(tài)分為若干個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的安全措施，并對(duì)照預(yù)先制定的分級(jí)方式來(lái)執(zhí)行具體的動(dòng)作。如我們預(yù)先對(duì)碰撞嚴(yán)重度進(jìn)行了劃分：

表1 基于多維度數(shù)據(jù)的碰撞嚴(yán)重度分析

基于嚴(yán)重度等級(jí)的劃分，采用將多個(gè)維度的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行評(píng)分的綜合評(píng)估模型。在制定評(píng)估模型時(shí)，需嚴(yán)格、細(xì)致、基于實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估，以確定不同傳感器數(shù)值的評(píng)分值與權(quán)重占比。如不同傳感器在不同碰撞維度下所對(duì)應(yīng)的評(píng)分及權(quán)重如下：

表2 評(píng)分示意

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到相關(guān)傳感器的數(shù)值在某一維度時(shí)，便可對(duì)應(yīng)出一個(gè)評(píng)分等級(jí)，這里采用簡(jiǎn)單的加權(quán)平均計(jì)算方式：綜合評(píng)分=λ1*加速度評(píng)分+λ2*角速度評(píng)分+λ3*位移評(píng)分+λ4*壓力評(píng)分+λ5*視覺(jué)評(píng)分。

4.6.決策與執(zhí)行

控制單元根據(jù)綜合評(píng)分結(jié)果來(lái)判斷車(chē)輛碰撞的嚴(yán)重度，并基于嚴(yán)重等級(jí)向執(zhí)行器發(fā)送不同的執(zhí)行指令，以防止因?yàn)椤拘∨鲎捕`觸發(fā)】或大【碰撞而不觸發(fā)】的現(xiàn)象發(fā)生。如在某碰撞事故發(fā)生時(shí)，此時(shí)實(shí)際檢測(cè)的傳感器數(shù)值為a＜apeak，X1＜ω＜Y1，X2＜dpeak＜Y2，p＜apeak，同時(shí)保險(xiǎn)桿脫落。對(duì)應(yīng)的評(píng)分為a=1，ω=2，d=2，p=1，視覺(jué)=2，綜合得分為1.5分，最終系統(tǒng)判定為中度碰撞事故。此時(shí)系統(tǒng)將根據(jù)此判定結(jié)果向執(zhí)行器發(fā)出相關(guān)指令，如打開(kāi)氣囊等。

五、總結(jié)

通過(guò)融合多種傳感器數(shù)據(jù)應(yīng)用的綜合判斷方式，可在一定程度上提高新能源汽車(chē)在發(fā)生碰撞故事時(shí)對(duì)該事故狀態(tài)的準(zhǔn)確識(shí)別，基于此識(shí)別結(jié)果系統(tǒng)能夠及時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的安全措施，從而降低誤觸發(fā)或不觸發(fā)的執(zhí)行誤差。