機車乘員感測系統的製作方法
2023-12-07 03:25:26
專利名稱：機車乘員感測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種感測在機車內的乘員的位置的獨特的方法和系統，在該機車中的雷射器和傳感器組件連續地監測乘員在三個不同的區域中的位置。
許多機車具有氣囊系統以在一定減速情況下將乘員約束在機車內。如果機車突然減速，比如發生了撞車，由於慣性乘員還會繼續朝前運動。在這種情況下氣囊就會展開以使在乘員撞到機車的結構比如方向盤或儀錶盤之前降低他們的碰撞速度。展開氣囊就會降低乘員嚴重受傷的可能性。
如果機車裡的乘員的位置太靠近氣囊，則比較理想地降低氣囊的展開力或阻止氣囊展開以防止與氣囊的碰撞而傷害乘客。應用乘員感測系統來提供使氣囊的展開最優化的信息或如果乘員太靠近氣囊則抑制氣囊的展開。一些系統應用傳感器來確定何時安全帶已經從縮進捲筒中抽出超過正常的操作要求。其它的系統應用光信號或聲信號來確定乘員到儀錶盤的接近程度，這些光信號或聲信號平行於儀錶盤延伸並橫向地穿過機車。另外的系統應用直接朝著機車的儀錶板的發射/接收傳感器以確定何時乘員靠近或接觸儀錶板。
這些系統都較複雜並且較昂貴。安裝這些複雜的系統很困難並費時，並且位置測量不精確。因此理想的是提供一種簡化的感測在機車內的乘員的位置的方法和系統，並且該方法和系統容易安裝和維護。簡化的系統應該緊湊並且提供連續的精確的乘員位置的讀數，應用這些乘員位置讀數使氣囊的展開最優化或者如果確定乘員太靠近氣囊則抑制氣囊的展開。
在本發明所公開的實施例中，機車乘員感測系統包括雷射器陣列和三個傳感器組件。雷射器陣列安裝到機車的結構中並產生指向到第一乘員區的第一束、指向到第二乘員區的第二束和指向到第三乘員區的第三束。第一傳感器組件接收從打到位於第一區中的乘員的第一部分上的第一束產生的反射束。第一傳感器組件產生與表示出現在第一區中的乘員量成比例的第一信號。第二傳感器組件接收從打到位於第二區中的乘員的第二部分上的第二束產生的反射束。第二傳感器組件產生與表示出現在第二區中的乘員量成比例的第二信號。第三傳感器組件接收從打到位於第三區中的乘員的第三部分上的第三束產生的反射束。第三傳感器組件產生與表示出現在第三區中的乘員量成比例的第三信號。應用中央處理器來接收並綜合第一、第二和第三信號來確定乘員在機車內的位置。
在優選的實施例中，雷射器陣列和傳感器組件都密封在安裝在機車結構中的公共殼體中。一透鏡安裝在該殼體內以控制雷射束的大小、形狀和方向。可取的是，將第一區定義為通常由乘員的上身部分所佔的區域，第二區定義為通常由乘員的身體中部所佔的區域，以及第三區定義為通常由乘員的下身部分所佔的區域。透鏡將第一束指向到第一區，第二束指向到第二區，以及將第三束指向到第三區。
在進一步的優選實施例中，每束形成了至少40度寬和至少3度厚的光幕，同時每束彼此都間隔至少10度。當傳感器組件接收打到在機車內的乘員的照明幕產生的反射光時連續地監測乘員的位置。
感測在機車內的乘員的位置的方法包括如下的步驟產生對著第一區的第一雷射束，當第一雷射束打到在第一區中的乘員部分上時接收第一雷射束的反射光，並產生表示乘員在第一區中的第一比例量的第一信號。附加步驟包括產生對著第二區的第二雷射束，當第二雷射束打到在第二區中的乘員部分上時接收第二雷射束的反射光，並產生表示乘員在第二區中的第二比例量的第二信號。進一步的步驟包括產生對著第三區的第三雷射束，當第三雷射束打到在第三區中的乘員的一部分上時接收第三雷射束的反射光，並產生表示乘員在第三比例量的第三信號。綜合第一、第二和第三信號以確定乘員在機車內的位置。應用第一、第二和第三信號來產生基於乘員在機車內的位置控制氣囊的張開的控制信號。
通過下文說明書和附圖本發明的這些和其它特徵將會更好地理解，在附圖後是簡要描述。
附
圖1是安裝在機車內的目標乘員感測系統的一個實施例的側面示意圖。
附圖2所示為乘員感測系統的示意圖。
附圖3所示為應用在目標乘員感測系統中的傳感器陣列的放大的示意圖。
附圖4所示為傳感器單元的放大視圖。
附圖5所示為具有在展開位置中的氣囊的機車的側面示意圖。
附圖6所示為氣囊和乘員感測控制系統的示意圖。
附圖7所示為雷射束的方向和對應的人體區的側面示意圖。
附圖8所示為雷射束的方向和對應的人體區的前面示意圖。
附圖9所示為相對於人體區的傳感器單元的方位的頂面示意圖。
附圖10所示為說明用於確定乘員位置的三角測量方法圖。
在附圖1中的標號10表示總的機車。機車10包括乘員感測系統，該乘員感測系統連續地監測乘員12在機車10內的位置並產生乘員位置信息以基於乘員12在機車內的位置控制氣囊。通常，當乘員12坐在機車10內的機車座位14上時感測系統監測他們的位置。然而，該系統還能夠監測在座位14和機車儀錶板16之間的乘員12的位置，即監測站在儀錶板16和座位14之間的小孩的位置。
乘員感測系統包括傳感器單元18，該傳感器單元18安裝在機車的結構中。可取的是，傳感器單元18安裝在機車內相對較高的豎直位置，比如在附圖1中所示的後視鏡20的位置。單元18可以不安裝在中央，例如可選擇地安裝在機車10的側面附近的A-立柱上。
傳感器單元18產生至少3束雷射束24,26,28，這三束雷射束指向到在機車內的乘員12所坐的地方。如在附圖1中所示，第一束24指向到第一乘員區30，第二束26指向到第二乘員區32，以及第三束28指向到第三乘員區34。可取的是，將第一區30定義為通常由乘員12的上身部分所佔的區域，第二區32定義為通常由乘員12的中部所佔的區域，以及第三區34定義為通常由乘員12的下身部分所佔的區域。
傳感器單元18包括雷射器陣列，如附圖2所示以標號36總體表示，該傳感器單元18包括至少三個雷射器元件36a,36b,36c。第一雷射器元件36a產生第一雷射束24，第二雷射器元件36b產生第二雷射束26，以及第三雷射器元件36c產生第三雷射束28。雷射器36可以是公知技術中的任何雷射器，但可取的是包括紅外頻帶的光發射二極體的二極體雷射器。這種雷射器的實例是由EGG Canada生產的PGA系列雷射器。雷射器36安裝在殼體40中，該殼體40安裝在A-立柱或後視鏡20上。
第一透鏡42安裝在殼體40內，並設置在雷射器陣列36的前面以控制第一24，第二26和第三28雷射束的形狀和大小。透鏡42還用於將第一束24控制到第一區30，將第二束26控制到第二區32和將第三束28控制到第三區34。
當雷射束24,26,28照射到目標上即坐在座位14上的乘員上時，雷射束24,26,28反射到傳感器單元18。傳感器陣列(在附圖2中以總的標號44表示)安裝在殼體40內以接收反射的雷射束。第二透鏡安裝在傳感器陣列44的附近以控制反射束的方向和焦點。可取的是兩個透鏡都是塑料透鏡並包括或不包括濾去太陽光的塗層。第一透鏡42優選由EGG Canada製造的柱面透鏡，而第二透鏡優選由EGGCanada製造的圓形透鏡。應用柱面透鏡能夠降低慢散度而同時快散度不受影響。圓形透鏡作輕微的彎曲以當反射束返回到傳感器單元18時反射在反射束中的畸變。
在附圖3中更詳細地示出了傳感器陣列44。傳感器陣列44包括用於接收撞擊到位於在第一區30中的乘員12的第一部分上的第一束24產生的返回束的第一傳感器組件48。第二傳感器組件50接收撞擊到位於在第二區32中的乘員12的第二部分上的第二束26產生的返回束。第三傳感器組件52接收撞擊到位於在第三區34中的乘員12的第三部分上的第三束28產生的返回束。
第一傳感器組件48產生與表示乘員12在第一區30中出現的第一部分成比例的第一信號Sz1。第二傳感器組件50產生表示與乘員12在第二區32中出現的第二部分成比例的第二信號Sz2。第三傳感器組件52產生表示與乘員12在第三區34中出現的第三部分成比例的第三信號Sz3。綜合所有的這些信號以確定乘員在機車內的位置。
第一傳感器組件48包括用於接收來自第一區30的反射束的至少一個傳感器單元54。第二傳感器組件50包括用於接收來自第二區32的反射束的至少三個傳感器單元54，而第三傳感器組件52包括用於接收來自第三區34的反射束的至少五個傳感器單元54。
如附圖4所示，每個傳感器單元54都包括兩個三角形傳感器56，兩個三角形傳感器56彼此相鄰地安裝以形成平行四邊形。每個傳感器56都連接到陽極58並與每個傳感器組件48,50,52的傳感器56聯合作用以產生表示乘員在機車內的位置的控制信號。應用該控制信號來產生連續而且精確的乘員位置的指示，應用這種位置指示來使氣囊60的張開最優化或者如果確定乘員太靠近氣囊則抑制氣囊60展開，參見附圖6。
參見附圖5，氣囊60按照公知技術那樣連接到系統控制器62。如上文所討論，傳感器組件48,50,52產生表示乘員12的一部分在相應的區30,32,34中的信號Sz1、Sz2、Sz3。將信號Sz1、Sz2、Sz3傳送到產生控制信號的中央處理單元(CPU)64，然後將該控制信號傳送到系統控制器62，參見附圖6。控制器62基於乘員12在機車10內的位置控制氣囊60張開和/或抑制。
因為雷射器陣列36和傳感器組件48,50,52都安裝在相同的殼體40中，所以傳感器單元18是一種很緊湊的部件，它在機車10內要求很小的空間。這種殼體容易安裝在機車10內並容易地按照公知技術那樣連接到CPU64。
傳感器單元18優選定位在機車內以監測機車的乘客一邊，然而，傳感器單元18還可以重新構造成監測在機車10內的司機的位置。每個雷射束24,26,28都產生指向到適當的區30,32,34的光幕。為確保完全地覆蓋乘客的座位的面積，可取的是光幕至少40度寬即穿過乘客橫向地(從左到右)延伸40度和至少3度厚。此外，第一24，第二26和第三28彼此間隔開至少10度，參見附圖7，以箭頭66表示。可選擇地，雷射幕應該能夠覆蓋1米乘65釐米的面積。
如上文所討論，乘員感測組件18包括用於每個區30,32,34的不同數量的傳感器單元54。如在附圖8和附圖9中所示，傳感器陣列44包括在上身區30中的一個傳感器54z1，在身體中部32中的三個傳感器54z2a-c和在下身區34中的五個傳感器54z3a-e，同時所有的傳感器54都是單片的。可取的是，如附圖8所示，在每個區30,32,34中的傳感器54都發射40度的扇形束α1-3。這些束優選如附圖9所示的3度厚β1-3並彼此間隔開10度Δ1-2。雖然這些結構是優選的，但是應該理解的是其它的結構同樣可以很好地使用。
由於上身區30在縱向距離上是距離儀錶板16最遠的，所以該區優選的是僅有一個傳感器54z1。由於下身區34最靠近儀錶板16，要求密切監視它，所以該區要求更多的傳感器54z3a-e。
感測乘員在機車內的位置的方法包括如下的步驟產生對著第一區30的第一雷射束24，當第一雷射束24打到乘員12在第一區30中的部分上時接收來自第一雷射束24的反射光，並產生表示與乘員12在第一區30中的量成比例的第一信號Sz1。進一步的步驟包括產生對著第二區32的第二雷射束26，當第二雷射束26打到乘員12在第二區32中的部分上時接收來自第二雷射束26的反射光，並產生表示與乘員12在第二區32中的量成比例的第二信號Sz2。進一步的步驟包括產生對著第三區34的第三雷射束28，當第三雷射束28打到乘員12在第三區34中的部分上時接收來自第三雷射束28的反射光，並產生表示與乘員在第三區34中量成比例第三信號Sz3。綜合第一、第二和第三信號以確定乘員在機車內的位置。應用第一、第二和第三信號Sz1,Sz2,Sz3來產生基於乘員在機車10內的位置控制氣囊60的張開的控制信號。
附加的步驟包括將第一、第二和第三雷射束24,26和28彼此間隔開至少10度，同時使每個雷射束產生至少40度寬和3度厚的光幕。傳感器組件48,50,52產生雷射束並接收反射束，從而連續地監測乘員12在機車10內的位置。
給雷射器陣列36輸送功率以使其朝目標發射雷射束。該雷射束反射回到傳感器陣列44。基於初始的發射功率Pt可以計算出從反射束所接收的功率Pr。基於下面的等式計算所接收的功率PrPr=Pt(Atc/Ab)(Aa/πr2)(ρT)，這裡Pt是所發射的功率，Atc是所捕獲的目標的面積，Ab是雷射束的面積，Aa是孔徑面積，R是從源到目標的距離，ρ是反射效率，T是濾光效率。所捕獲的目標面積Atc與雷射束面積Ab之比(Atc/Ab)等於雷射束照射到目標的效率，該效率大致等於10％。對於白色反射效率ρ為90％，而對於黑色為3％。濾光效率T大致等於50％。孔徑面積Aa與從光源到目標的距離R乘π之比(Aa/πr2)對於1米大致等於10-4，其大致等於反射束的效率。因此，對於黑色Pr=Pt(.1)(.3)(.5)(10-4)，即，Pr=Pt(1.56e-6)。
按照公知的技術應用標準的三角測量計算乘員的位置。參考附圖10,D是在接收器和發射器的光軸之間的距離，Dxt是在發射器的光軸和目標之間的距離，Dxr是在接收器的光軸和目標之間的距離，Ft是發射器焦距，Fr是接收器焦距，Ym是在系統和目標之間的距離，Xt是發射器距光軸之間的距離，以及Xr是接收器距光軸(所檢測的軸)的距離。通過下式確定接收器距光軸的距離XrXr=(D/Ym)-(Xt/Ft)*Fr這個等式從下面的關係中得出Dxt=((Xt*Ym)/Ft)以及Dxr=((Xr*Ym)/Fr)。
為確定在接收器和發射器光軸之間的距離，將在發射器光軸和目標之間的距離Dxt加入到在接收器光軸和目標之間的距離Dxr中，即D=Dxr+Dxt=Ym*((Xr/Fr)+(Xt/Ft))。因此，容易解得接收器距光軸的距離XrXr=((D/Ym)-(Xt/Ft))*Fr。
用於感測乘員在機車內的位置的獨特的方法和系統提供了一種簡化的系統，這種系統容易安裝和維護。主題系統還要求相對較少的部件並且結構緊湊。這種簡化的系統提供連續並且精確的乘員位置讀數，應用這種讀數能夠使氣囊的展開最優化或如果確定乘員太靠近氣囊則抑制氣囊展開。
雖然已經公開了本發明的優選實施例，應該理解的是本領域的熟練的普通人員會認識到落在本發明的範圍之內的變型。因此，下面的權利要求用來確定本發明的真正的範圍和內容。
權利要求
1．一種機車乘員感測系統，包括雷射器陣列，該雷射器陣列安裝到機車的結構中並產生指向到第一乘員區的第一束、指向到第二乘員區的第二束和指向到第三乘員區的第三束；第一傳感器組件，用於接收從打到位於所說的第一區中的乘員的第一部分上的所說的第一束產生的反射束，所說的第一傳感器組件產生表示與出現在所說的第一區中的乘員的所說的第一部分成比例的第一信號；第二傳感器組件，用於接收從打到位於所說的第二區中的乘員的第二部分上的所說的第二束產生的反射束，所說的第二傳感器組件產生表示與出現在所說的第二區中的乘員的所說的第二部分成比例的第二信號；第三傳感器組件，用於接收從打到位於所說的第三區中的乘員的第三部分上的所說的第三束產生的反射束，所說的第三傳感器組件產生表示與出現在所說的第三區中的乘員的所說的第三部分成比例的第三信號；以及中央處理器，用於接收所說的第一、第二和第三信號並綜合所說的信號來確定乘員在機車內的位置。
2．依據權利要求1所述的系統，其中所說的第一區定義為通常由乘員的上身部分所佔的區域，所說的第二二區定義為通常由乘員的身體中部所佔的區域，以及所說的第三區定義為通常由乘員的下身部分所佔的區域。
3．依據權利要求1所述的系統，其中所說的雷射器陣列和所說的第一，第二，第三傳感器組件都安裝在一公共的殼體中。
4．依據權利要求3所述的系統，其中所說的殼體安裝在機車側面的部件上。
5．依據權利要求3所述的系統，其中所說的殼體安裝在機車內的中央。
6．依據權利要求3所述的系統，其中所說的雷射器陣列包括產生所說的第一束的第一雷射器元件、產生所說的第二束的第二雷射器元件和產生所說的第三束的第三雷射器元件，所說的的第一、第二和第三雷射器元件每個應用所說的公共殼體安裝。
7．依據權利要求6所述的系統，包括安裝在所說的殼體內的透鏡，該透鏡用於控制所說的第一、第二和第三束的大小和形狀，並將所說的第一束指向到所說的第一區、將所說的第二束指向到所說的第二區以及將所說的第三束指向到所說的第三區。
8．依據權利要求7所述的系統，其中所說的第一傳感器組件包括用於接收從所說的第一區來的所說的反射束的至少一個傳感器單元，所說的第二傳感器組件包括用於接收從所說的第二區來的所說的反射束的至少三個傳感器單元，以及所說的第三傳感器組件包括用於接收從所說的第三區來的所說的反射束的至少五個傳感器單元。
9．依據權利要求8所述的系統，其中每個所說的傳感器單元都包括兩個三角傳感器，該兩個三角傳感器彼此相鄰地安裝以形成一平行四邊形。
10．依據權利要求1所述的系統，包括氣囊系統，其中所說的處理器基於乘員在機車內的位置產生控制氣囊的展開的控制信號。
11．依據權利要求1所述的系統，其中每個所說的第一、第二和第三束為至少40度寬和至少3度厚。
12．依據權利要求1所述的系統，其中每個所說的第一、第二和第三束彼此間隔開至少10度。
13．一種機車乘員感測系統，包括安裝在機車結構中的殼體；雷射器陣列，該雷射器陣列安裝到所說的殼體中並產生指向到上部區的第一束、指向到中部區的第二束和指向到下部區的第三束；第一傳感器組件，用於接收來自所說的的上部區的反射束，所說的第一傳感器組件產生與出現在所說的上部區中的乘員的第一部分成比例的第一信號；第二傳感器組件，用於接收來自所說的的中部區的反射束，所說的第二傳感器組件產生與出現在所說的中部區中的乘員的第二部分成比例的第二信號；第三傳感器組件，用於接收來自所說的的下部區的反射束，所說的第三傳感器組件產生與出現在所說的下部區中的乘員的第三部分成比例的第三信號，其中所說的第一，第二和第三傳感器組件都安裝在所說的殼體內；中央處理器，用於接收所說的第一、第二和第三信號並綜合所說的信號來產生表示乘員在機車內的位置的信號氣囊系統，用於接收所說的控制信號以根據乘員在機車內的位置改變氣囊的展開。
14．依據權利要求13所述的系統，其中每個所說的第一、第二和第三束為至少40度寬和至少3度厚。
15．依據權利要求1所述的系統，其中每個所說的第一、第二和第三束彼此間隔開至少10度。
16．依據權利要求15所述的系統，包括安裝在所說的殼體內的透鏡，該透鏡用於控制所說的第一、第二和第三束的大小和形狀，並將所說的第一束指向到所說的上部區、將所說的第二束指向到所說的中部區以及將所說的第三束指向到所說的下部區。
17．一種感測在機車內的乘員的位置的方法，包括如下的步驟產生對著第一區的第一雷射束；產生對著第二區的第二雷射束；產生對著第三區的第三雷射束；當第一雷射束打到在第一區中的乘員的一部分上時接收第一雷射束的反射光；產生表示乘員在第一區中的第一比例量的第一信號；當第二雷射束打到在第二區中的乘員的一部分上時接收第二雷射束的反射光；產生表示乘員在第二區中的第二比例量的第二信號；當第三雷射束打到在第三區中的乘員的一部分上時接收第三雷射束的反射光；產生表示乘員在第三區中的第三比例量的第三信號；以及綜合第一、第二和第三信號以確定乘員在機車內的位置。
18．依據權利要求17所述的方法，包括產生表示乘員在機車內的位置的控制信號並基於該控制信號控制氣囊的展開的步驟。
19．依據權利要求18所述的方法，包括將第一、第二和第三雷射束彼此至少間隔開10度的步驟。
20．依據權利要求19所述的方法，包括每個雷射束產生至少40度和寬3度厚的光幕的步驟。
全文摘要
一種機車乘員感測系統包括產生三束雷射的雷射器陣列。第一束指向到上身區,第二束指向到身體的中部區,而第三束指向到下身區。第一傳感器組件接收來自上身區的反射束並產生與表示出現在上部區中的乘員量成比例的第一信號。第二傳感器組件接收來自身體中部區的反射束並產生與表示出現在身體中部區中的乘員量成比例的第二信號。第三傳感器組件接收來自下部區的反射束並產生與表示出現在下部區中的乘員量成比例的第三信號。雷射器陣列和第一、第二和第三傳感器組件都安裝在公共的殼體中,該公共的殼體安裝在機車結構中比如A－立柱或後視鏡中。中央處理器接收第一、第二和第三信號並綜合這些信號產生表示乘員在機車內的位置的控制信號。應用這種控制信號基於乘員在機車內的位置來控制氣囊的展開。
文檔編號B60R21/01GK1314853SQ00800678
公開日2001年9月26日 申請日期2000年2月23日 優先權日1999年2月24日
發明者小C·R·庫克, D·M·奧羅爾克, J·克拉克, A·奎爾 申請人:美國西門子汽車公司