本發(fā)明涉及車輛安全，具體涉及一種基于姿態(tài)識別的汽車落水智能應急逃生系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、車輛落水時，由于車內(nèi)外水壓差的迅速增加，車門和車窗難以打開，而駕駛員和乘客在落水初期往往會因突發(fā)狀況而面臨極大的逃生困難，這一狀況對車內(nèi)人員的生命安全構成了嚴重威脅?，F(xiàn)有技術中已有一些用于提高落水逃生效率的方案。例如，一些車輛安裝了安全氣囊系統(tǒng)或在檢測到落水時自動解鎖車門和車窗的智能逃生系統(tǒng)。然而，這些技術在應對復雜的落水姿態(tài)及突發(fā)情況時存在顯著不足：

2、公開（公布）號cn215663329u公開了車輛落水逃生裝置及車輛，通過觸發(fā)氣囊為乘員提供保護。然而在車頭朝下入水的姿態(tài)下，氣囊的展開可能導致乘員被壓在座椅與氣囊之間，阻礙乘員從車門或車窗逃生。同時，該方案未能針對不同姿態(tài)提供個性化的逃生指令，缺乏姿態(tài)分析機制。

3、公開（公布）號cn114715065a公開了一種汽車落水安全智能自救系統(tǒng)，通過水位檢測觸發(fā)車窗、車門和后備箱的解鎖。然而該方案僅在檢測到車輛落水后執(zhí)行固定的解鎖操作，未能根據(jù)車輛的具體姿態(tài)（如車頭朝下、車尾朝下等）選擇合適的逃生通道。當車頭朝下入水時，前門或前窗的解鎖可能加速車輛進水和下沉，增加逃生難度。

4、部分現(xiàn)有技術僅提供車門、車窗解鎖功能，缺乏備用電源、動態(tài)路徑調(diào)整及逃生照明和語音提示功能。在主電源失效或光線不足的情況下，乘員可能難以及時識別逃生方向，從而延誤逃生。

5、現(xiàn)有技術的上述不足限制了車輛落水逃生系統(tǒng)的有效性，特別是在不同姿態(tài)和復雜環(huán)境下，車內(nèi)人員的逃生率難以保證。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中缺乏對落水姿態(tài)的判斷、逃生路徑單一以及輔助功能不足等問題，本發(fā)明提供一種基于姿態(tài)識別的汽車落水智能應急逃生系統(tǒng)及方法，通過多傳感器協(xié)同工作，在車輛發(fā)生落水事故時快速識別車輛的具體入水姿態(tài)如車頭朝下、車尾朝下、水平或倒置入水，并根據(jù)不同的姿態(tài)生成適合的逃生指令，確保車內(nèi)乘員能夠選擇最佳的逃生路徑。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術方案來實現(xiàn)：

3、基于姿態(tài)識別的汽車落水智能應急逃生系統(tǒng)，包括：

4、水位檢測模塊，用于實時檢測車輛是否處于落水狀態(tài)；

5、姿態(tài)識別模塊，用于通過車載陀螺儀和加速度傳感器實時獲取車輛的角速度和加速度數(shù)據(jù)，基于所述角速度和加速度數(shù)據(jù)計算車輛的俯仰角和橫滾角，實時識別車輛的落水姿態(tài)；

6、逃生控制模塊，用于接收車輛的落水狀態(tài)及落水姿態(tài)，并基于所述落水姿態(tài)下達逃生指令；

7、安全帶控制模塊，用于在接收到所述逃生控制模塊的逃生指令后自動解鎖安全帶；

8、車門/車窗控制模塊，用于基于逃生控制模塊的逃生指令在不同落水姿態(tài)下控制車門和車窗的開閉狀態(tài)，提供逃生出口；

9、座椅控制模塊，用于在接收到所述逃生控制模塊的逃生指令后將車內(nèi)座椅放平；

10、照明和語音提示模塊，用于在車輛落水后自動開啟防水照明燈，根據(jù)水下光線情況自動調(diào)節(jié)照明亮度，并提供語音逃生指引；

11、自動報警模塊，用于在判斷車輛處于落水狀態(tài)時自動向外部救援中心發(fā)送車輛位置信號，并在檢測到車輛處于淺水或非落水狀態(tài)時自動取消報警信號；

12、備用控制模塊，用于在車輛主電源失效時自動切換至備用電源，保障逃生控制模塊、安全帶控制模塊、車門/車窗控制模塊、照明和報警功能的正常運行。

13、優(yōu)選的，所述水位檢測模塊包括：

14、水位感應單元，用于實時檢測車輛外部的水位變化，當所述水位變化達到預設閾值時判斷車輛處于落水狀態(tài)，并在車輛落水時生成水位信號；

15、水位信號傳輸單元，用于將所述水位信號發(fā)送至逃生控制模塊。

16、優(yōu)選的，所述姿態(tài)識別模塊包括：

17、車載陀螺儀和加速度傳感器，用于實時獲取車輛在三軸方向的角速度和加速度數(shù)據(jù)；

18、姿態(tài)平滑處理單元，用于通過時間序列平滑技術計算車輛的俯仰角和橫滾角，公式如下：

19、；

20、；

21、其中：為平滑系數(shù)，取值范圍為[0，1]；、、分別為加速度傳感器在、、軸上采集的加速度數(shù)據(jù)；為t時刻車輛的俯仰角；為t-1時刻車輛的俯仰角；為t時刻車輛的橫滾角；為t-1時刻車輛的橫滾角；

22、自適應閾值計算單元，用于根據(jù)車輛的重心高度和車輛長度動態(tài)調(diào)整俯仰角的閾值和橫滾角的閾值，公式如下：

23、；

24、；

25、其中：和分別為俯仰角和橫滾角的基礎閾值；為調(diào)整因子；

26、落水姿態(tài)判斷單元，用于基于姿態(tài)平滑處理單元計算的俯仰角和橫滾角及自適應閾值計算單元計算的閾值，根據(jù)落水姿態(tài)判斷規(guī)則判斷車輛的落水姿態(tài)，所述落水姿態(tài)判斷規(guī)則具體為：

27、當俯仰角超過正閾值且橫滾角在正常范圍時，判斷為“車頭朝下”；

28、當俯仰角小于負閾值且橫滾角在正常范圍時，判斷為“車尾朝下”；

29、當俯仰角和橫滾角均在正常范圍內(nèi)時，判斷為“水平入水”；

30、當橫滾角超過閾值時，判斷為“倒置入水”。

31、優(yōu)選的，所述姿態(tài)識別模塊進一步包括：

32、動態(tài)調(diào)整單元，用于結合車輛速度和環(huán)境變化，通過動態(tài)調(diào)整算法對計算出的俯仰角和橫滾角進行修正，所述動態(tài)調(diào)整算法具體包括：

33、

34、其中：和分別為修正后t時刻車輛的俯仰角和橫滾角；為調(diào)節(jié)因子；為車輛速度；為水流速度；為路徑曲率調(diào)整函數(shù)；為加速度修正項；

35、路徑曲率調(diào)整函數(shù)計算公式為：

36、

37、其中：為曲率隨路徑位移的變化率；和分別為曲率調(diào)整的比例系數(shù)和變化率的權重系數(shù)；

38、加速度修正項的計算公式為：

39、

40、其中：為車輛位移；和分別為比例增益系數(shù)和微分增益系數(shù)；為車輛位移的當前速度；為車輛位移的加速度；

41、修正結果分別為修正后的俯仰角和橫滾角，直接輸入至逃生控制模塊，用于動態(tài)生成逃生指令。

42、優(yōu)選的，所述姿態(tài)識別模塊包括卡爾曼濾波單元，用于對車載陀螺儀和加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波處理，所述卡爾曼濾波單元通過以下步驟實現(xiàn)：

43、輸入車載陀螺儀和加速度傳感器獲取的角速度和加速度數(shù)據(jù)；

44、通過卡爾曼濾波算法對所述角速度和加速度數(shù)據(jù)進行預測與更新，計算最優(yōu)估計值；

45、動態(tài)調(diào)整卡爾曼增益，減小噪聲干擾，提高俯仰角和橫滾角的計算精度。

46、優(yōu)選的，所述逃生控制模塊包括：

47、逃生指令生成單元，用于基于所述落水姿態(tài)生成相應的逃生指令，包括：

48、車頭朝下時，打開后備箱、后車門和高位車窗，解鎖安全帶并放平座椅；

49、車尾朝下時，打開前門車窗或天窗，解鎖安全帶并放平座椅；

50、水平入水時，打開前后車門和高位車窗，解鎖安全帶并放平座椅；

51、倒置入水時，打開高位側窗，解鎖安全帶并放平座椅；

52、氣囊控制單元，用于在車輛落水且氣囊已展開的情況下通過快速放氣閥門放氣；

53、輔助開窗觸發(fā)單元，包括：

54、水壓感應觸發(fā)裝置，用于在電控系統(tǒng)失效或水壓導致車窗難以打開時，通過水壓感應器檢測水壓水平，當水壓達到設定閾值時自動激活機械開窗裝置；

55、備用電源單元，用于在主電源失效的情況下，為車窗控制系統(tǒng)提供短時供電，執(zhí)行自動開窗操作；

56、高壓氣體助力開窗裝置，用于在電控系統(tǒng)失效的情況下，釋放高壓氣體以推動指定車窗開裂隙；

57、車窗破碎輔助設計，在乘員座椅所在側的車窗左下角預設破窗點，并配置緊急破窗按鈕。

58、優(yōu)選的，所述安全帶控制模塊包括姿態(tài)聯(lián)動解鎖單元，用于在逃生控制模塊接收到車輛落水的落水姿態(tài)后，自動解鎖所有乘員的安全帶。

59、優(yōu)選的，所述照明和語音提示模塊包括：

60、應急分步指引單元，用于在不同的落水姿態(tài)下，為乘員提供逐步的語音逃生指引，包括提示最佳逃生方向、解鎖出口的操作步驟以及逃生過程中的安全注意事項；

61、視覺指引單元，用于在車內(nèi)逃生方向位置激活高亮防水指示燈，突出標示推薦的逃生出口和逃生路徑。

62、優(yōu)選的，所述自動報警模塊包括：

63、位置信號發(fā)送單元，用于在檢測到車輛處于落水狀態(tài)時，立即向外部救援中心發(fā)送車輛的實時位置信號；

64、水位和姿態(tài)聯(lián)動監(jiān)測單元，用于基于水位傳感器和姿態(tài)識別模塊的信息判斷車輛是否處于淺水或安全狀態(tài)，若檢測到車輛脫離危險，則自動取消報警信號；

65、備用電源保障單元，用于在車輛主電源失效的情況下，確保位置信號發(fā)送單元能夠繼續(xù)向外部發(fā)送求救信號。

66、基于姿態(tài)識別的汽車落水智能應急逃生系統(tǒng)的應急逃生方法，包含以下步驟：

67、步驟s1：實時檢測車輛外部的水位變化，當水位變化達到預設閾值時判斷車輛處于落水狀態(tài)，并在車輛落水時生成水位信號從而觸發(fā)車輛落水姿態(tài)的判定；

68、步驟s2：利用車載陀螺儀和加速度傳感器獲取車輛在三軸方向的角速度和加速度數(shù)據(jù)，基于所述角速度和加速度數(shù)據(jù)計算車輛的俯仰角和橫滾角，實時識別車輛的落水姿態(tài)，所述落水姿態(tài)包括車頭朝下、車尾朝下、水平入水或倒置入水；

69、步驟s3：根據(jù)落水姿態(tài)生成逃生指令，解鎖所有乘員的安全帶并調(diào)整座椅至平放狀態(tài)，根據(jù)車輛的落水姿態(tài)控制車門或車窗的開閉狀態(tài)；

70、步驟s4：車輛落水后自動開啟防水照明燈，根據(jù)水下光線情況自動調(diào)節(jié)照明亮度，并提供語音逃生指引；

71、步驟s5：在判斷車輛處于落水狀態(tài)時自動向外部救援中心發(fā)送實時位置信號，并在車輛脫險后自動取消報警信號；

72、步驟s6：當主電源失效時自動切換至備用電源，確保系統(tǒng)各功能模塊的正常運行。

73、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：發(fā)明通過姿態(tài)識別模塊，利用車載陀螺儀和加速度傳感器實時采集三軸角速度和加速度數(shù)據(jù)，結合時間序列平滑技術和自適應閾值動態(tài)調(diào)整算法，實現(xiàn)了對車輛俯仰角和橫滾角的高精度計算，從而能夠準確判斷不同落水姿態(tài)，在姿態(tài)識別的精度和動態(tài)適應性上具有顯著提升。通過逃生控制模塊，根據(jù)車輛實時落水姿態(tài)動態(tài)生成逃生指令，精準控制車門、車窗和安全帶的操作，為乘員提供最佳的逃生通道，避免因固定逃生路徑設計導致的失敗。針對復雜環(huán)境（如低光環(huán)境、主電源失效等），本發(fā)明設計了多模塊協(xié)作機制，包括照明和語音提示模塊可根據(jù)實時光線情況自動調(diào)節(jié)亮度，并通過語音引導乘員完成逃生操作；備用控制模塊在主電源失效時快速切換至備用電源，保障系統(tǒng)的持續(xù)運行，大幅提升了系統(tǒng)在極端環(huán)境下的可靠性。本發(fā)明通過自動報警模塊，在檢測到車輛落水后立即向外部救援中心發(fā)送車輛的實時位置信息，同時具備水位和姿態(tài)聯(lián)動監(jiān)測功能，可在車輛脫離危險后自動取消報警信號，避免資源浪費。各模塊如水位檢測模塊、姿態(tài)識別模塊、逃生控制模塊等之間具備高度協(xié)作能力，水位檢測模塊觸發(fā)姿態(tài)識別模塊啟動，實時計算車輛姿態(tài)，生成基于姿態(tài)的逃生指令，并聯(lián)動控制車窗和照明模塊，系統(tǒng)響應速度更快、效率更高。本發(fā)明的多模塊協(xié)同設計和動態(tài)調(diào)整能力確保乘員能夠快速識別逃生路徑并安全離開車輛，同時減少水流涌入帶來的危險，顯著提高了乘員的逃生成功率和安全性。