專利名稱：一種汽車自動避撞系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車安全技術領域，特別涉及一種汽車自動避撞系統(tǒng)。
背景技術：
眾所周知，交通安全一直是公眾關注的問題，而高速交通安全則是關系駕駛員安全的一個重大問題。由于高速公路上車速較快，反應時間短，若駕駛員出現(xiàn)長途疲勞駕駛、突發(fā)疾病、新手誤操作、大霧視野受阻或醉駕等種種現(xiàn)象，很容易造成汽車追尾，導致重大事故的發(fā)生。為了提高行駛安全，現(xiàn)有技術出現(xiàn)了一些具有基于超聲波等方式的傳感器的防撞警示裝置，由于傳感器是防撞警示裝置中的重要部件，而現(xiàn)有的傳感器大概分為:(I)毫米波測速雷達；(2) DDR成像；(3)超聲波測距雷達。上述傳感器的優(yōu)缺點如下:(I)毫米波雷達，其測速精度較好，距離遠，抗干擾一般，電磁波環(huán)境污染嚴重，其波速散射角度大，一般在10度 20度之間,這意味著在100米的波速探測面的寬度為22 44米，其優(yōu)點是容易發(fā)現(xiàn)各種大小目標，但缺點更加突出-很容易把旁邊車道的物體、路邊的樹、高度4 5米以上的標示牌和橫跨高架路當障礙目標；干擾感應目標；⑵DDR成像，其無環(huán)境污染，但抗干擾差，受天氣影響嚴重，測距精度差，通常不能單獨使用而是主要起到輔助作用。(3)超聲波測距雷達，其成本很低，但抗干擾差，聲波環(huán)境污染嚴重，測距距離短(10米以內)，目前主要用在倒車雷達。具有上述傳感器的裝置可簡單測量車輛和障礙物，進而對駕駛員進行報警提示，但這些警示裝置，由于受天氣、路況的影響和自身的限制，可探測距離有限，且由于其僅僅具有警示功能，無法應對突發(fā)情況，司機來不及進行相應的操作，依舊會造成相撞，對行駛安全起不到有效地作用。另外，當出現(xiàn)危機時，很多駕駛員會出現(xiàn)踩剎車誤踩油門的現(xiàn)象，現(xiàn)有技術中解決"踩剎車誤踩油門"的方法是通過檢測油門信號的快慢來分辨踩油門的“正?！焙汀爱惓！?，信號的變化率過快就認為“異常”，否則視為“正?！?。這種方法雖然可以起到了一定的保護作用，但在實際中發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)有技術中存在缺點:時間響應較慢。一般踩剎車誤踩油門事件都是發(fā)生在突發(fā)事件，當正常行車前方突然出現(xiàn)意外的障礙物，司機慌亂踩剎車導致誤踩油門。從司機發(fā)現(xiàn)障礙物到踩下油門的時間絕大多數(shù)超過0.5秒，檢測到油門信號“異?！币舶l(fā)生在“誤踩”以后，由于留給駕駛員的反應時間較短，因此，一旦出現(xiàn)問題，很難避免。另外，現(xiàn)有技術中的警示裝置只能應用于一般公路上，無法在高速公路上應用。
實用新型內容(一)要解決的技術問題[0013]本實用新型要解決的技術問題是提供一種汽車自動避撞系統(tǒng)，精確探測目標，探測范圍廣，具有主動報警和主動采用有效措施進行防撞的功能，安全可靠。(二)技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供一種汽車自動避撞系統(tǒng)，包括:信息采集裝置、數(shù)據(jù)處理控制器、語音報警裝置、制動輸出裝置和顯示裝置；所述信息采集裝置、語音報警裝置、制動輸出裝置和顯示裝置與數(shù)據(jù)處理控制器連接；所述制動輸出裝置包括剎車控制裝置和油門控制裝置；所述信息采集裝置包括安裝在車頭的至少一個高速掃描激光雷達以及安裝在車尾的至少一個高速掃描激光雷達；所述高速掃描激光雷達用于檢測自身車體與障礙物之間的相對距離和相對速度；所述高速掃描激光雷達包括激光雷達主體和固定外殼，在所述激光雷達主體和固定外殼之間的橫向和縱向安裝多個電磁線圈；所述固定外殼與車體固定連接，所述固定外殼和激光雷達主體采用彈性連接。進一步地，所述信息采集裝置還包括車速傳感器、天氣溫濕度傳感器和大氣微粒濃度傳感器，所述車速傳感器用于檢測自身車體的實際速度；所述天氣溫濕度傳感器和大氣微粒濃度傳感器用于檢測霧雨及沙塵天氣的能見度，實時校正高速掃描激光雷達的測量精度。進一步地，所述數(shù)據(jù)處理控制器包括兩個ARM9微中央處理器，其互為熱備份；還包括光電耦合器、數(shù)/模轉換器、多個RS232串口、輸入輸出接口和閃存。進一步地，所述數(shù)據(jù)處理控制器還包括濾波單元，用于過濾從信息采集裝置獲取到的信息。進一步地，所述數(shù)據(jù)處理控制器設有數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫中存儲語音報警裝置的語音報警輸出閾值、剎車控制裝置的剎車制動輸出閾值和油門控制裝置中的斷開油門輸出閾值；所述數(shù)據(jù)處理控制器分析自身車體與障礙物之間相對距離和相對速度分別與上述閾值的關系后，輸出相應的控制信號。進一步地，所述剎車控制裝置包括剎車控制電路、齒輪液壓泵、液壓缸和推動桿，所述推動桿在液壓缸的作用下作用于車體中的腳踏剎車板。進一步地，所述剎車控制裝置包括剎車控制電路、齒輪液壓泵、液壓缸、拉動桿和連接鋼絲，在拉動桿傳動下，所述連接鋼絲作用于車體中的腳踏剎車板。進一步地，所述油門控制裝置包括油門控制電路和電磁閥。進一步地，還包括切換裝置，若車速傳感器檢測到自身車體車速小于閾值時，切換裝置自動切斷該避撞系統(tǒng)。(三)有益效果本實用新型提供的汽車自動避撞系統(tǒng)，采用高速掃描激光雷達，可自動、有效地檢測到前方車輛的相對距離和相對速度，進而可判斷兩車是否安全，并采取相應的報警或制動措施，有效避免了汽車相撞，有效減小高速公路上追尾事故的發(fā)生；提高了行車的安全性，最大程度地確保駕駛員在突發(fā)事件發(fā)生時的人身安全。
圖1為本實用新型實施例汽車自動避撞系統(tǒng)結構示意圖；圖2為本實用新型實施例汽車自動避撞系統(tǒng)中高速掃描激光雷達原理示意圖；圖3為本實用新型實施例汽車自動避撞系統(tǒng)中制動輸出裝置結構示意圖；圖4為本實用新型實施例汽車自動避撞系統(tǒng)中制動輸出裝置結構另一示意圖；圖5為本實用新型實施例汽車自動避撞系統(tǒng)中高速掃描激光雷達結構示意圖；圖6為本實用新型實施例汽車自動避撞系統(tǒng)中語音報警裝置顯示屏示意圖；圖7為本實用新型實施例汽車自動避撞系統(tǒng)中語音報警裝置顯示屏另一示意圖；圖8為本實用新型實施例汽車自動避撞方法流程圖；圖9為本實用新型實施例汽車自動避撞方法原理流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。如圖1-2所示，本實用新型實施例提供一種汽車自動避撞系統(tǒng)，包括:信息采集裝置、數(shù)據(jù)處理控制器5、語音報警裝置2、制動輸出裝置和液晶顯示裝置4 ;信息采集裝置、語音報警裝置2、制動輸出裝置3和液晶顯示裝置4與數(shù)據(jù)處理控制器5連接；制動輸出裝置包括剎車控制裝置和油門控制裝置。如圖5所示，本實施例中的信息采集裝置包括三個高速掃描激光雷達11，用于自身車體與車前后障礙物相對距離和相對速度的檢測。其中兩個高速掃描激光雷達11安裝在車頭方向，具體可安裝在車頭保險杠或車燈高度位置上；另外一個安裝在車尾方向上，具體也可安裝在車尾保險杠或車燈高度上。所述高速掃描激光雷達11包括激光雷達主體111和固定外殼112，在所述激光雷達主體111和固定外殼之間的橫向和縱向安裝多個電磁線圈113 ;所述固定外殼112與汽車主體固定連接，所述固定外殼112和激光雷達主體111采用彈性連接。具體的，采用在固定外殼和激光雷達主體之間設置彈簧114來實現(xiàn)兩者之間的彈性連接。該高速掃描激光雷達具備以下四大功能:(I)測距范圍:在緊急剎車的情況下，從100公里時速降到零，剎車距離約50米(指小車無雨一般水泥路面，大車重載有雨則更遠)，另剎車時的平均移動速度為50公里/h，13.9米/秒，則從起動剎車的瞬間到剎停的時間需要3.6秒鐘。在起動剎車之前，100公里車速每秒移動約27.8米，如果系統(tǒng)從發(fā)現(xiàn)障礙物到數(shù)據(jù)處理判斷到起動剎車的瞬間的響應時間為0.7秒，則激光雷達測距距離必須大于70米；如果再給預警和斷油門留I秒鐘的時間，測距距離就必須達100米。本系統(tǒng)選擇的激光測距雷達測距范圍O 150米，完全符合要求。參考圖2，其中A為自身車體，B為障礙物，其中圖2中的障礙物為同車道上的遠方目標。本實施例中的障礙物指的是車體、人或其他物體。(2)測速能力:速度是單位時間距離的變化值，后一個測距值減去前一個測距值除以采樣時間就是速度，(S2-S1)/采樣周期=V.采樣周期是固定的，即連續(xù)的測距值通過運算就能得到連續(xù)的速度值。本系統(tǒng)的激光測距雷達也完全符合要求。(3)響應時間:一般的激光測距雷達米樣頻率低于5赫茲,米樣周期大于0.2秒，兩個測距值算出速度值需0.4秒；而本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理到液壓缸桿開始推動剎車板至少需
0.5秒(液壓裝置一般響應較慢)，關鍵是為抗干擾至少10個以上的測量數(shù)據(jù)才能準確判斷，則總的采樣時間就大于2秒，系統(tǒng)總的響應時間大于2.5秒，這樣會出現(xiàn)兩種結果:距離測量必須大于150米或測量準確度差。所以，采樣頻率必須提高10倍，即50赫茲以上，本系統(tǒng)的100赫茲完全符合要求。由于設置有高速掃描激光雷達隨時監(jiān)視前方，一當意外出現(xiàn)，只需0.1秒時間就能發(fā)現(xiàn)并自動采取斷油門的措施，而這動作發(fā)生在"誤踩"之前，故本技術比現(xiàn)有技術快了至少0.5秒，使得“誤踩”現(xiàn)象不存在。(4)抗干擾性:高速掃描激光雷達包括激光雷達主體和固定外殼，在所述激光雷達主體和固定外殼之間的橫向和縱向安裝多個電磁線圈；所述固定外殼與汽車主體固定連接，所述固定外殼和激光雷達主體采用彈性連接?？刂齐姶啪€圈的頻率和電流就可控制雷達上下左右相應頻率和幅度的轉角，實現(xiàn)掃描。其中，信息采集裝置還包括車速傳感器12、天氣溫濕度傳感器13和大氣微粒濃度傳感器14，所述車速傳感器12用于檢測自身車體的實際速度；天氣溫濕度傳感器13和大氣微粒濃度傳感器14用于檢測霧雨及沙塵天氣的能見度，實時校正高速掃描激光雷達的測量精度。其中，所述數(shù)據(jù)處理控制器5包括兩個ARM9微中央處理器(MCU)，其互為熱備份；還包括光電耦合器、數(shù)/模轉換器、多個RS232 (簡稱R232)串口、輸入輸出接口和閃存。ARM9是一種功能強大的32位嵌入式微機系統(tǒng)，主頻可達500mHZ，能高速數(shù)據(jù)處理，內嵌程序存儲器，可直接連接觸摸液晶顯示屏和各種接口。為了極大提高可靠性，系統(tǒng)采用冗余設計，雙MCU互為熱備份，平常只需一個工作，另一休眠；當一個MCU故障，另一個自動運行，并作故障顯示提醒更換。這樣使得可靠性提高一個數(shù)量級。數(shù)據(jù)存儲也有閃存和外部存儲器雙備份，外部存儲器也方便取出離線給上位機進行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)處理控制器5還包括智能濾波單元，用于過濾從信息采集裝置獲取到的信息，其數(shù)據(jù)處理控制器內設有數(shù)據(jù)庫，用于存儲語音報警裝置的語音報警輸出閾值、剎車控制裝置的剎車制動輸出閾值和油門控制裝置中的斷開油門輸出閾值；所述數(shù)據(jù)處理控制器分析自身車體與障礙物之間相對距尚和相對速度分別與上述閾值的關系后，輸出相應的控制信號。具體的，數(shù)據(jù)處理控制器5通過輸入接口接收到信息采集裝置傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)，經(jīng)程序的二階平滑濾波和智能濾波，排除干擾信號，取出有用信號，與程序存儲的參數(shù)進行比較，做出相應措施:報警、油門斷路或剎車。另外數(shù)據(jù)處理控制器還負責在線的系統(tǒng)故障巡檢和顯示，具有程序受干擾亂碼后自動復位恢復運轉的功能；其中，閃存可儲存至少500小時系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)；關鍵數(shù)據(jù)如有控制輸出則保存1000小時。如圖6-7所示，本實施例中的液晶顯示裝置可以預先設定若干個顯示窗口和參數(shù)，用于將當前所采集到的信息進行顯示，駕駛員通過該顯示裝置可直接了解當前車體狀態(tài)。另外，該系統(tǒng)還包括切換裝置，若車速傳感器檢測到自身車體車速小于車速閾值時，切換裝置自動切斷該避撞系統(tǒng)。具體的，系統(tǒng)切除條件值設為E，單位為公里，當從速度傳感器接收的實時自身速度Vl低于E時，將自動切換該系統(tǒng)，禁止報警、斷開油門和制動輸出，故障顯示除外。另外，切換裝置還可以用于當車速傳感器檢測到的自身車體車速大于或等于車速閾值時，自動啟動該避撞系統(tǒng)。受干擾自恢復(看門狗)子程序具體設計為:當主程序正常循環(huán)一次，自恢復計數(shù)器清零，如果自恢復沒有被清零，計數(shù)器到一定值后，系統(tǒng)重新啟動，同時把熱備份機轉換成主機。另外，該數(shù)據(jù)處理器定時檢查各傳感器工況；檢查系統(tǒng)各硬件和軟件工況；開機檢查報警，制動輸出是否正常，有故障顯示故障內容并一直保持直到故障解除。如圖3所示，其中，剎車控制裝置包括剎車控制電路310、齒輪液壓泵311、液壓缸322和推動桿323，所述推動桿323在液壓缸322的作用下作用于車體中的腳踏剎車板6。另外，如圖4所示，剎車控制裝置包括剎車控制電路310、齒輪液壓泵311、液壓缸322、拉動桿324和連接鋼絲325，在拉動桿324傳動下，所述連接鋼絲325作用于車體中的腳踏剎車板6。油門控制裝置包括油門控制電路320和電磁閥321。如圖8-9所示，本實用新型實施例提供一種汽車自動避撞方法，具體包括:步驟S1:獲取自身車體與障礙物之間的相對距離和相對速度；步驟S2:分別將獲取到的相對距離和相對速度與預先設置的語音報警輸出閾值、剎車制動輸出閾值和斷開油門輸出閾值進行比較；步驟S3:若滿足閾值要求，則輸出相應閾值的控制信號。具體為:數(shù)據(jù)處理控制器接收車速傳感器傳過來的脈沖信號計數(shù)，并轉成對應的自身速度Vi;接收激光傳感器傳輸過來的測距信號進行數(shù)字二階平滑和智能濾波，計算出相對速度V2 ；數(shù)據(jù)庫中設置“報警輸出”、“斷開油門輸出”和“剎車制動輸出”的閾值，包括相對速度V2最高及最低的初始值以及相對應的相對距離S最小初始值；考慮到一定安全余量，將150公里設置為相對速度的最高初始值，則最小的報警閾值為100米，斷開油門輸出閾值為80米；制動輸出閾值為70米。某個相對速度V2和對應的相對距離S為邏輯“與”，即相對速度V2 >= 150公里且相對距離S < = 100米時，則報警條件成立；速度>=150公里且距離<=80米時，則斷開油門條件成立；速度>=150公里且距離<=70米，則制動輸出條件成立。報警和斷開油門輸出必須發(fā)生在制動輸出之前，并且保持到制動輸出結束。為保險起見，當制動輸出發(fā)生同時輸出斷開油門，設置報警聲音應隨距離的逼近逐漸急促。當相對速度V2下降一級(一級系數(shù)為A)，則相對距離S也同時下降一級(系數(shù)為B)，以保持兩者邏輯“與”關系。信號檢測程序執(zhí)行順序如下:最高相對速度V2初始值減去A*(0，1，2，3 η)，同時相對距離S初始值減去B* (0，I，2，3 η);其中(0，I，2，3 η)為執(zhí)行序數(shù)；例如，當A = 5、Β = 3，執(zhí)行序數(shù)為5時，即檢測到100公里-5*5 >=75公里,貝丨J60米-3*5 <= 45米為制動輸出條件；65米-3*5 <= 50米為斷開油門條件；70米-3*5<=55米為聲音報警條件.當相對速度<=零時，程序回到開始。[0075]與前車跟車太近“報警顯示”、“斷開油門”子程序的設計具體為:把從汽車速度傳感器接收的實時自身速度Vl和激光傳感器的相對距離S成邏輯“與”關系。首先設置自身速度Vl和相對距離S的初始值，自身速度Vl的初始值為100公里，相對距離的初始值<=15米為報警條件；相對距離的初始值=< 10米為斷開油門條件，自身速度Vl —級下降系數(shù)為C，相對距離S系數(shù)為D，公式同上，C暫定為5 ;D = 0.5。本實用新型提供的汽車自動避撞系統(tǒng)，采用高速掃描激光雷達，可自動、有效地檢測到前方車輛的相對距離和相對速度，進而可判斷兩車是否安全，并采取相應的報警或制動措施，有效避免了汽車相撞，有效減小高速公路上追尾事故的發(fā)生；提高了行車的安全性，最大程度地確保駕駛員在突發(fā)事件發(fā)生時的人身安全。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種汽車自動避撞系統(tǒng)，其特征在于，包括: 信息采集裝置、數(shù)據(jù)處理控制器、語音報警裝置、制動輸出裝置和顯示裝置； 所述信息采集裝置、語音報警裝置、制動輸出裝置和顯示裝置與數(shù)據(jù)處理控制器連接; 所述制動輸出裝置包括剎車控制裝置和油門控制裝置； 所述信息采集裝置包括安裝在車頭的至少一個高速掃描激光雷達以及安裝在車尾的至少一個高速掃描激光雷達；所述高速掃描激光雷達用于檢測自身車體與障礙物之間的相對距離和相對速度； 所述高速掃描激光雷達包括激光雷達主體和固定外殼，在所述激光雷達主體和固定外殼之間的橫向和縱向安裝多個電磁線圈；所述固定外殼與車體固定連接，所述固定外殼和激光雷達主體之間采用彈性連接。
2.如權利要求1所述的汽車自動避撞系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集裝置還包括車速傳感器、天氣溫濕度傳感器和大氣微粒濃度傳感器，所述車速傳感器用于檢測自身車體的實際速度； 所述天氣溫濕度傳感器和大氣微粒濃度傳感器用于檢測霧雨及沙塵天氣的能見度，實時校正高速掃描激光雷達的測量精度。
3.如權利要求1所述的汽車自動避撞系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理控制器包括兩個ARM9微中央處理器，其互為熱備份；所述數(shù)據(jù)處理控制器還包括光電耦合器、數(shù)/模轉換器、多個RS232串口、輸入輸出接口和閃存。
4.如權利要求3所述的汽車自動避撞系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理控制器還包括智能濾波單元，用于過濾從信息采集裝置獲取到的信息。
5.如權利要求1所述的汽車自動避撞系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理控制器設有數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫中存儲語音報警裝置的語音報警輸出閾值、剎車控制裝置的剎車制動輸出閾值和油門控制裝置中的斷開油門輸出閾值；所述數(shù)據(jù)處理控制器分析自身車體與障礙物之間相對距離和相對速度分別與上述閾值的關系后，輸出相應的控制信號。
6.如權利要求1所述的汽車自動避撞系統(tǒng)，其特征在于，所述剎車控制裝置包括剎車控制電路、齒輪液壓泵、液壓缸和推動桿，所述推動桿在液壓缸的作用下作用于車體中的腳踏剎車板。
7.如權利要求1所述的汽車自動避撞系統(tǒng)，其特征在于，所述剎車控制裝置包括剎車控制電路、齒輪液壓泵、液壓缸、拉動桿和連接鋼絲，在拉動桿傳動下，所述連接鋼絲作用于車體中的腳踏剎車板。
8.如權利要求1所述的汽車自動避撞系統(tǒng)，其特征在于，所述油門控制裝置包括油門控制電路和電磁閥。
9.如權利要求2所述的汽車自動避撞系統(tǒng)，其特征在于，還包括切換裝置，若車速傳感器檢測到自身車體車速小于預先設定的車速閾值時，切換裝置自動切斷該避撞系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型涉及汽車安全技術領域，特別涉及一種汽車自動避撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括信息采集裝置、數(shù)據(jù)處理控制器、語音報警裝置、制動輸出裝置和顯示裝置；制動輸出裝置包括剎車控制裝置和油門控制裝置；信息采集裝置包括分別在車頭和車尾安裝至少一個高速掃描激光雷達，高速掃描激光雷達用于檢測自身車體與障礙物之間的相對距離和相對速度。本實用新型提供的汽車自動避撞系統(tǒng)，通過檢測與前方車輛的相對距離和相對速度判斷兩車是否安全，并采取相應的報警或制動措施，有效避免了汽車相撞，有效減小高速公路上追尾事故的發(fā)生；提高了行車的安全性，最大程度地確保駕駛員在突發(fā)事件發(fā)生時的人身安全。
文檔編號B60W30/09GK203063939SQ201320068580
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權日2013年2月6日
發(fā)明者劉兆雄 申請人:劉兆雄