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专利号: 2020101151413
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于深度学习的主动式气囊拉带装置,其特征在于,包括:气囊回收装置(12)、单向电机(1)、电机支架(2)、转速传感器(3)、传动轴(4)、挡板(5)、卷筒(6)、底座(7)、摄像头、语音提示模块(11)、主动式安全气囊(9)、拉带模块(13)以及ACU;

所述气囊回收装置(12)安装在座椅靠背中,用于回收主动式安全气囊的气囊袋;所述拉带模块布置在气囊回收装置中;所述单向电机(1)安装在电机支架(2)上端,在拉带回收时,单向电机(1)为卷筒(6)提供动力;所述电机支架(2)与底座(7)相连,为单向电机(1)提供支撑力;所述转速传感器(3)安装在单向电机(1)上,用于检测单向电机输出轴的旋转圈数;所述传动轴的两端分别与单向电机的输出轴和卷筒(6)相连,用于将单向电机输出的转矩传递至卷筒(6),使得单相电机的输出轴与卷筒(6)同步转动;所述挡板(5)位于卷筒(6)的中心位置,用于隔离卷筒(6)的两端拉带,防止在拉带回收时,拉带发生缠绕现象;所述卷筒(6)固定连接传动轴上,用于在安全气囊泄气时回收拉带;所述底座(7)通过螺栓固定在气囊回收装置(12)上;所述摄像头布置在车内,用于拍摄乘员的坐姿,以采集乘员坐姿图像;语音提示模块(11)用于提醒乘员佩戴安全带;所述主动式安全气囊(9)能够收纳于气囊回收装置中,在校车发生碰撞时,为乘员提供最佳防护。

2.根据权利要求1所述的基于深度学习的主动式气囊拉带装置,其特征在于,所述ACU根据轮速传感器(3)实时采集车速信息、根据存储的算法获得儿童乘员安全带的佩戴信息和乘员的姿态信息,其包括头部、颈部、胸部、髋部、大腿、小腿和前臂的坐标信息,结合储存在ACU中的主动式安全气囊包形信息进行匹配,得出最优包形,以便为儿童乘员提供最佳防护;

所述ACU计算各个拉带的长度,以确定单向电机输出轴的旋转圈数,向拉带模块发送信号,通过控制拉带的长度,以使得气囊达到ACU计算得到的包形;

所述ACU存储的算法包括:YOLO3网络模型,得出包含儿童乘员和安全带的区域;G-RMI算法模型,对儿童乘员进行姿态估计;以及Softmax分类器模型,用于当前儿童乘员的坐姿类别。

3.基于深度学习的主动式气囊拉带装置的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1:各摄像头采集儿童乘员坐姿图像,将图像信息输入已训练好的Yolo3网络中,输出分类为儿童乘员和安全带的包围框;

步骤2:判别Yolo3网络是否输出儿童乘员和安全带的包围框,若没有检测到儿童乘员,则主动式安全气囊不启动,反之,则主动式安全气囊开始启动;若检测到儿童乘员未佩戴安全带,则发出预警信号,语音提示模块(11)接收到预警信号后,进行语音提示,若检测到儿童乘员已佩戴安全带,则语音提示模块不工作;

步骤3:将Yolo3网络输出的儿童乘员包围框,输入到姿态估计网络中,使用G-RMI算法得到关节点骨架图,将骨架图输入到分类器softmax中,得到人体坐姿图像对应的儿童乘员当前坐姿状态,进而确定出头部、颈部、胸部、髋部、大腿、小腿和前臂等的位置,以及儿童乘员相对于座椅对称面的横向偏移度,同时,对原始图像特征的提取,估算儿童乘员前胸与前排座椅的距离,并将数据传输至主动式安全气囊控制器,即ACU;

步骤4:ACU根据轮速传感器实时采集车速信息、步骤2中获得的儿童乘员安全带的佩戴信息和步骤3中获得的乘员的姿态信息,其包括头部、颈部、胸部、髋部、大腿、小腿和前臂的坐标信息,结合储存在ACU中的主动式安全气囊包形进行匹配,得以匹配最优包形,为儿童乘员提供最佳防护;

步骤5:ACU计算各个拉带的长度,以确定单向电机输出轴的旋转圈数,向拉带模块发送信号,通过控制拉带的长度,以达到ACU计算得到的包形;

步骤6:在校车发生碰撞的过程中,ACU根据摄像头探测到的儿童乘员与主动式安全气囊的接触位置,实时向单向电机发送信号,通过控制各个拉带的长度,以控制主动式安全气囊的包形,极大降低儿童乘员的损伤。

4.根据权利要求3所述的基于深度学习的主动式气囊拉带装置的控制方法,其特征在于,步骤3中,用于儿童乘员的姿态估计方法,具体包括:采用自顶向下的方式,即先使用目标检测方法对图像中的人物进行检测,并将包含人物的目标区域框出,然后对目标区域进行单人姿态估计;具体分为三个阶段,第一阶段,将原始图像输入YOLO3网络中,输出儿童乘员和安全带的包围框和类别,即使用矩形框框出包含儿童乘员和安全带的区域,将包含儿童乘员的区域进行截取,输入到下一阶段的网络;第二阶段,采用G-RMI算法对儿童乘员进行姿态估计,即采用基于全卷积网络的残差网ResNet对第一阶段截取的目标区域的人物,进行预测密集热图Dense Heatmap和补偿Offset,最后通过Dense Heatmap和Offset的融合得到关键点的精确定位,从而得到儿童乘员的人体骨架图;第三阶段,将人体姿态估计网络输出的人体骨架图,输入分类器Softmax中,得到当前儿童乘员的坐姿类别。

5.根据权利要求4所述的基于深度学习的主动式气囊拉带装置的控制方法,其特征在于,所述YOLO3网络使用目标算法Yolo V3,采用YOLOv3的Darknet-53网络结构;采用DarkNet53网络前52个CBL层,存在有23个残差层结构,设计3个不同尺度的特征图输出,并且通过上采样将3个不同分辨率的特征图进行了融合;通过聚类先验框尺寸,对每个尺度的输出给定3个先验框;

其中CBL层集合了卷积操作、BatchNormal操作和LeakyReLU激活操作的网络层,Conv2d表示卷积操作,卷积核数量为a,大小为b×b;BN表示批标准化操作;LeakyReLU是激活函数,公式如下:其中,ai是(1,+∞)区间内的固定参数;

在将原始图像输入到DarkNet-53网络之前,将其归一化为符合DarkNet-53输入的尺寸,图像归一化处理公式为:

其中:xi表示图像像素点值,min(x),max(x)分别表示图像像素的最大值和最小值。

6.根据权利要求5所述的基于深度学习的主动式气囊拉带装置的控制方法,其特征在于,所述采用G-RMI算法对儿童乘员进行姿态估计的方法如下:(1)对矩形框框出的预测区域进行裁剪,并对矩形框的高度或宽度进行扩展,使得所用图像的矩形框具有相同的长宽比i(1.0~1.5),保证提取的图像不发生扭曲;

(2)采用基于全卷积网络的残差网络ResNet(共101层),并使用1*1的卷积层替换它的最后一层,生成3*K个输出通道的热图Dense Heatmap(每个关键点一个通道)和补偿offset,K=17为关键点数量;生成热图Dense Heatmap和补偿offset后,将两者结合生成高度局部化激活图fk(xi):Fk(xi)=lk-xi

其中,G(·)为双线性插值核,这是霍夫投票的形式:图像裁剪网格中的每一个点j投下一张投票,并对每一个关键点的位置进行估计,投票由它在相应关键点的影像盘中的概率加权得到;hk为热图的输出通道,lk为第k个关键点的位置,x为每个点的位置;

(3)将热图Dense Heatmap和补偿offset通过上述公式进行融合后,可精确地确定关节点的位置,进而得到儿童乘员的骨架图。

7.根据权利要求3所述的基于深度学习的主动式气囊拉带装置的控制方法,其特征在于,语音提示模块在语音提示三次后,停止播报。

8.根据权利要求3所述的基于深度学习的主动式气囊拉带装置的控制方法,其特征在于,在主动式安全气囊充气时,单向电机作为发电机,将充气时卷筒转动产生的动能转化为电能,储存至储能模块中。

9.根据权利要求3所述的基于深度学习的主动式气囊拉带装置的控制方法,其特征在于,在步骤5中,所述拉带模块的控制方法为:在ACU计算完成后,主动式安全气囊开始充气,在充气过程中,主动式安全气囊拉动拉带,从而拉带受力以带动卷筒转动,此时卷筒产生动能,单向电机将卷筒的动能转化为电能,储存至储能模块中;当转速传感器检测到单向电机输出轴的旋转圈数达到目标圈数后,ACU向单向电机发送启动信号,单向电机开始启动,产生阻力距,使得卷筒停止转动;在拉带回收过程中,储能模块向单向电机提供电能,带动卷筒向回转动,以回收拉带。