專利名稱：一種汽車防追尾系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車防追尾系統(tǒng)及方法，屬于汽車主動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2010年，我國汽車產(chǎn)銷雙雙超過1800萬輛，分別達(dá)到1826. 47萬輛和1806. 19萬
輛，同比分別增長32. 44%和32. 37%，穩(wěn)居全球產(chǎn)銷第一。但交通事故死亡人數(shù)卻占世界的百分之十六，汽車交通安全已經(jīng)成為公共安全問題中舉足輕重的問題。對(duì)大量交通事故的分析表明，超過65%的車輛相撞屬于追尾相撞,其余則屬于側(cè)面相撞和 正面相撞。有關(guān)研究表明，若駕駛員能夠提早I秒意識(shí)到有事故危險(xiǎn)并采取相應(yīng)的措施，則90%的追尾事故和60%的正面碰撞事故都可以避免。而汽車防碰撞系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，干擾因素眾多，只用單一測距傳感器做出判斷容易產(chǎn)生虛警問題。申請(qǐng)?zhí)枮?00910223472. 2專利公開了汽車自動(dòng)限速防追尾系統(tǒng)，本發(fā)明主要由超聲波測距模塊、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、限速模塊組成。其中超聲波測距模塊可以將兩車實(shí)時(shí)距離傳給數(shù)據(jù)處理及控制模塊，數(shù)據(jù)處理及控制模塊根據(jù)兩車間距和本車速度計(jì)算出兩車的制動(dòng)距離，若前車制動(dòng)距離減后車制動(dòng)距離小于設(shè)定距離時(shí)，則數(shù)據(jù)處理及控制模塊就發(fā)出指令使限速模塊動(dòng)作，使汽車保持在安全車速之內(nèi)。該汽車自動(dòng)限速防追尾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，作用效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，但超聲波的速度易受外界環(huán)境的影響。在不同的溫度下，傳播速度是不同的；而且聲速還隨雨、霧、雪等天氣的變化而變化，不能精確測距。超聲波能量按距離的平方成正比衰減，故距離越遠(yuǎn)，反射回的超聲波越少，靈敏度下降的也越快，從而使得超聲波測距方式只適用于較短距離，目前一般的超聲波測距儀理想測量距離為4m 5m。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有汽車防追尾系統(tǒng)中由于傳感器單一造成的測量距離受限以及外界環(huán)境造成的測量不準(zhǔn)確而導(dǎo)致系統(tǒng)判斷錯(cuò)誤，使輸出控制單元誤動(dòng)的問題。本發(fā)明的為解決上述技術(shù)問題而提出一種汽車防追尾系統(tǒng)，包括信息采集單元、信息處理單元和輸出控制單元，所述的信息采集單元包括測距傳感器、溫度傳感器、駕駛員狀態(tài)傳感器和車速傳感器，其中測距傳感器包括利用多種測距方式的多種測距傳感器，信息處理單元包括自檢模塊、溫度判斷模塊、測距信息融合計(jì)算模塊、安全距離計(jì)算模塊和判斷控制模塊，根據(jù)計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離并與實(shí)測車間距離，控制輸出控制單元作出相應(yīng)的動(dòng)作。所述的自檢模塊用于在車輛啟動(dòng)時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行自檢，判斷該車輛是否正常，所述的溫度判斷模塊用于判斷車外溫度是否小于O度，如果低于O度，修改車輛的最高速度，所述的測距信息融合計(jì)算模塊用于利用聯(lián)合卡爾曼濾波器對(duì)多個(gè)測距傳感器測的信息進(jìn)行融合，得出實(shí)測車距的準(zhǔn)確數(shù)值，所述的安全距離計(jì)算模塊是用于根據(jù)自車速度和相對(duì)速度建立安全距離模型，計(jì)算該車輛當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離，所述的判斷控制模塊用于將計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離與實(shí)測車間距離進(jìn)行比較，井根據(jù)比較結(jié)果控制輸出控制單元作出相應(yīng)的動(dòng)作。所述的判斷控制模塊的判斷控制過程為
將計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離與實(shí)測車間距離進(jìn)行比較，判斷實(shí)測車距是否大于安全距離，如果實(shí)測距離小于安全距離，則進(jìn)行報(bào)警；
判斷駕駛員的狀態(tài)，如果駕駛員狀態(tài)良好，提醒駕駛員進(jìn)行減速，直至實(shí)測距離超過安全距離，如果駕駛員狀態(tài)不佳，則啟動(dòng)油門動(dòng)作控制器進(jìn)行減速；
如果前車和后車超出臨界最小距離時(shí)，且上述報(bào)警器報(bào)警后，駕駛員未及時(shí)采取制動(dòng)措施，則啟動(dòng)制動(dòng)動(dòng)作控制器開始動(dòng)作，帶動(dòng)制動(dòng)踏板制動(dòng)，直至 己車與前車達(dá)到安全距離后;
如果減速后，其實(shí)測距離仍小于安全距離時(shí)，且前車沒有轉(zhuǎn)向時(shí)，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)作控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)向，以避免追尾事故發(fā)生。所述的信息處理單元對(duì)接收到的多個(gè)測距傳感器測量的車距信息利用基于聯(lián)合卡爾曼濾波與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的信息融合模型進(jìn)行處理。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題還提出一種汽車防追尾方法，該方法的具體步驟如下
1).車輛啟動(dòng)時(shí)首先對(duì)車輛進(jìn)行自檢，判斷該車輛是否正常，如果車輛不正常，則將車輛送去檢修，否則，進(jìn)入步驟2)；
2).判斷車外溫度是否小于O度，如果低于O度，修改車輛的最高速度，如果不低于O度，就直接行駛；
3).利用聯(lián)合卡爾曼濾波器對(duì)多個(gè)測距信息進(jìn)行融合，得出實(shí)測車距的準(zhǔn)確數(shù)值；
4).根據(jù)自車速度和相対速度建立安全距離模型，計(jì)算該車輛當(dāng)前應(yīng)保持的安全距
離；
5).將計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離與實(shí)測車間距離進(jìn)行比較，判斷實(shí)測車距是否
大于安全距離，如果大于安全距離，則回到步驟2)，如果實(shí)測距離小于安全距離，則進(jìn)行報(bào)m.
6).判斷駕駛員的狀態(tài)，如果駕駛員狀態(tài)良好，提醒駕駛員進(jìn)行減速，直至實(shí)測距離超過安全距離，如果駕駛員狀態(tài)不佳，則啟動(dòng)油門動(dòng)作控制器進(jìn)行減速；
7).如果前車和后車超出臨界最小距離時(shí)，且上述報(bào)警器報(bào)警后，駕駛員未及時(shí)采取制動(dòng)措施，則啟動(dòng)制動(dòng)動(dòng)作控制器開始動(dòng)作，帶動(dòng)制動(dòng)踏板制動(dòng)，直至己車與前車達(dá)到安全距離后；
8).如果減速后，其實(shí)測距離仍小于安全距離時(shí)，且前車沒有轉(zhuǎn)向時(shí)，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)作控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)向，以避免追尾事故發(fā)生。所述的步驟3)中得出準(zhǔn)確的實(shí)測數(shù)據(jù)的具體過程如下
首先將多個(gè)測距信息經(jīng)過相應(yīng)公式進(jìn)行處理，然后用聯(lián)合卡爾曼濾波器對(duì)測距的信息進(jìn)行融合，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理經(jīng)過濾波的數(shù)據(jù)，將聯(lián)合卡爾曼濾波中局部濾波的輸出和全局濾波的輸出，分別作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入出節(jié)點(diǎn)的輸入，經(jīng)過ー定的訓(xùn)練學(xué)習(xí)。所述的步驟6)中判斷駕駛員的工作狀態(tài)是通過判斷駕駛員毎分鐘眨眼的次數(shù)或每分鐘脈搏次數(shù)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過使用多 種不同的測距傳感器測量車距并利用聯(lián)合卡爾曼濾波器對(duì)多個(gè)測距信息進(jìn)行融合，得出實(shí)測車距的準(zhǔn)確數(shù)值，然后與車輛安全距離進(jìn)行判斷比較，從而更準(zhǔn)確的控制輸出控制單元作出相應(yīng)的動(dòng)作以避免發(fā)生車輛追尾事故。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，作用效果更加明顯。


圖I是本發(fā)明一種汽車防追尾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖2是本發(fā)明一種汽車防追尾方法工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步說明。本發(fā)明的一種汽車防追尾系統(tǒng)的實(shí)施例
如圖I所示，本發(fā)明的汽車防追尾系統(tǒng)包括信息采集單元、信息處理單元和信息輸出單元。信息采集單元包括測距傳感器、溫度傳感器、電源模塊、駕駛員狀態(tài)傳感器和車速傳感器，其中測距傳感器為超聲波測距儀、毫米波雷達(dá)測距儀、攝像系統(tǒng)測距儀、激光測距傳感器等多傳感器混合使用，駕駛員狀態(tài)傳感
器監(jiān)測駕駛員的狀態(tài)信息，如脈搏信號(hào)，每分鐘眨眼的次數(shù)等，以便了解駕駛員的狀態(tài)信息，為汽車防追尾系統(tǒng)提供基本信息支持，車速傳感器其作用實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車的運(yùn)行速度，裝于車輪總成的轉(zhuǎn)向節(jié)臂或軸頭上。信息處理單元包括自檢模塊、溫度判斷模塊、測距信息融合計(jì)算模塊、安全距離計(jì)算模塊和判斷控制模塊，自檢模塊用于在車輛啟動(dòng)時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行自檢，判斷該車輛是否正常，溫度判斷模塊用于判斷車外溫度是否小于O度，如果低于O度，修改車輛的最高速度，測距信息融合計(jì)算模塊用于利用聯(lián)合卡爾曼濾波器對(duì)多個(gè)測距傳感器測的信息進(jìn)行融合，得出實(shí)測車距的準(zhǔn)確數(shù)值，安全距離計(jì)算模塊是用于根據(jù)自車速度和相對(duì)速度建立安全距離模型，計(jì)算該車輛當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離，判斷控制模塊的判斷控制過程為將計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離與實(shí)測車間距離進(jìn)行比較，判斷實(shí)測車距是否大于安全距離，如果實(shí)測距離小于安全距離，則進(jìn)行報(bào)警；判斷駕駛員的狀態(tài)，如果駕駛員狀態(tài)良好，提醒駕駛員進(jìn)行減速，直至實(shí)測距離超過安全距離，如果駕駛員狀態(tài)不佳，則啟動(dòng)油門動(dòng)作控制器進(jìn)行減速；如果前車和后車超出臨界最小距離時(shí)，且上述報(bào)警器報(bào)警后，駕駛員未及時(shí)米取制動(dòng)措施，則啟動(dòng)制動(dòng)動(dòng)作控制器開始動(dòng)作，帶動(dòng)制動(dòng)踏板制動(dòng)，直至己車與前車達(dá)到安全距離后；如果減速后，其實(shí)測距離仍小于安全距離時(shí)，且前車沒有轉(zhuǎn)向時(shí)，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)作控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)向，以避免追尾事故發(fā)生。信息輸出單元包括液晶顯示、聲光報(bào)警、制動(dòng)動(dòng)作控制器、油門動(dòng)作控制器和轉(zhuǎn)向動(dòng)作控制器。液晶顯示屏用于顯示兩車間實(shí)際距離及相對(duì)速度，聲光報(bào)警器用于提供聲音報(bào)警和指示燈報(bào)警，及時(shí)的報(bào)警可以有效地提醒駕駛員，促使其采取合適的應(yīng)對(duì)措施，油門動(dòng)作傳感器用來檢測油門大小，并能控制油門大小以控制車速，制動(dòng)動(dòng)作控制器安裝于制動(dòng)踏板支架處，轉(zhuǎn)向動(dòng)作控制器其作用是當(dāng)前車和后車超出臨界最小距離時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)計(jì)算出目前的減速度都不能避免追尾，且前面的車沒有轉(zhuǎn)向，則自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)啟動(dòng)，該車自動(dòng)轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)防追尾事故的發(fā)生。
本發(fā)明的一種汽車防追尾方法的實(shí)施例
1.車輛啟動(dòng)時(shí)首先對(duì)車輛進(jìn)行自檢，判斷該車輛是否正常，如果車輛不正常，則將車輛送去檢修，否則，進(jìn)入步驟2 ;
2.判斷車外溫度是否小于O度，如果低于O度，修改 車輛的最高速度，如果不低于O度，就直接行駛；
3.將多個(gè)測距信息在信息處理單元經(jīng)過相應(yīng)公式的處理，然后用聯(lián)合卡爾曼濾波器對(duì)測距的信息進(jìn)行融合，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理經(jīng)過濾波的數(shù)據(jù)，將聯(lián)合卡爾曼濾波中局部濾波的輸出和全局濾波的輸出，分別作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入出節(jié)點(diǎn)的輸入，經(jīng)過一定的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，得到實(shí)測車距的準(zhǔn)確數(shù)值；
4.根據(jù)自車速度和相対速度建立安全距離模型，計(jì)算該車輛當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離；
5.將計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離與實(shí)測車間距離進(jìn)行比較，判斷實(shí)測車距是否大于安全距離，如果大于安全距離，則回到步驟2)，如果實(shí)測距離小于安全距離，則開啟聲光報(bào)警系統(tǒng)；
6.判斷駕駛員的狀態(tài)，如果每分鐘眨眼的次數(shù)低于平均眨眼次數(shù)或毎分鐘脈搏次數(shù)降低，則判斷駕駛員處于疲憊或發(fā)困狀態(tài)，如果駕駛員狀態(tài)良好，提醒駕駛員進(jìn)行減速，直至實(shí)測距離超過安全距離，如果駕駛員處于疲憊或發(fā)困狀態(tài)，則啟動(dòng)油門動(dòng)作控制器進(jìn)行減速；
7.如果前車和后車超出臨界最小距離時(shí)，且上述報(bào)警器報(bào)警后，駕駛員未及時(shí)采取制動(dòng)措施，則啟動(dòng)制動(dòng)動(dòng)作控制器開始動(dòng)作，帶動(dòng)制動(dòng)踏板制動(dòng)，直至己車與前車達(dá)到安全距離后；
8.如果減速后，其實(shí)測距離仍小于安全距離時(shí)，且前車沒有轉(zhuǎn)向時(shí)，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)作控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)向，以避免追尾事故發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種汽車防追尾系統(tǒng)，包括信息采集單元、信息處理單元和輸出控制単元，其特征在干所述的信息采集單元包括測距傳感器、溫度傳感器、駕駛員狀態(tài)傳感器和車速傳感器，其中測距傳感器包括利用多種測距方式的多種測距傳感器，所述的信息處理單元包括自檢模塊、溫度判斷模塊、測距信息融合計(jì)算模塊、安全距離計(jì)算模塊和判斷控制模塊，根據(jù)計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離并與實(shí)測車間距離，控制輸出控制単元作出相應(yīng)的動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的汽車防追尾系統(tǒng)，其特征在于所述的自檢模塊用于在車輛啟動(dòng)時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行自檢，判斷該車輛是否正常，所述的溫度判斷模塊用于判斷車外溫度是否小于O度，如果低于O度，修改車輛的最高速度，所述的測距信息融合計(jì)算模塊用于利用聯(lián)合卡爾曼濾波器對(duì)多個(gè)測距傳感器測的信息進(jìn)行融合，得出實(shí)測車距的準(zhǔn)確數(shù)值，所述的安全距離計(jì)算模塊是用于根據(jù)自車速度和相対速度建立安全距離模型，計(jì)算該車輛當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離，所述的判斷控制模塊用于將計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離與實(shí)測車間距離進(jìn)行比較，井根據(jù)比較結(jié)果控制輸出控制単元作出相應(yīng)的動(dòng)作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車防追尾系統(tǒng)，其特征在于所述的判斷控制模塊的判斷控制過程為 將計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離與實(shí)測車間距離進(jìn)行比較，判斷實(shí)測車距是否大于安全距離，如果實(shí)測距離小于安全距離，則進(jìn)行報(bào)警； 判斷駕駛員的狀態(tài)，如果駕駛員狀態(tài)良好，提醒駕駛員進(jìn)行減速，直至實(shí)測距離超過安全距離，如果駕駛員狀態(tài)不佳，則啟動(dòng)油門動(dòng)作控制器進(jìn)行減速； 如果前車和后車超出臨界最小距離時(shí)，且上述報(bào)警器報(bào)警后，駕駛員未及時(shí)采取制動(dòng)措施，則啟動(dòng)制動(dòng)動(dòng)作控制器開始動(dòng)作，帶動(dòng)制動(dòng)踏板制動(dòng)，直至己車與前車達(dá)到安全距離后; 如果減速后，其實(shí)測距離仍小于安全距離時(shí)，且前車沒有轉(zhuǎn)向時(shí)，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)作控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)向，以避免追尾事故發(fā)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的汽車防追尾系統(tǒng)，其特征在干所述的多種測距傳感器包括超聲波測距儀、毫米波雷達(dá)測距儀、攝像系統(tǒng)測距儀和激光測距傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的汽車防追尾系統(tǒng)，其特征在于所述的輸出控制單元包括顯示器、報(bào)警器、油門控制器、制動(dòng)控制器和轉(zhuǎn)向控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的汽車防追尾系統(tǒng)，其特征在干所述的駕駛員狀態(tài)傳感器用于采集駕駛員的狀態(tài)信息，包括脈搏信號(hào)和毎分鐘眨眼的次數(shù)信號(hào)。
7.一種汽車防追尾方法，其特征在干該汽車防追尾方法包括以下步驟 O.車輛啟動(dòng)時(shí)首先對(duì)車輛進(jìn)行自檢，判斷該車輛是否正常，如果車輛不正常，則將車輛送去檢修，否則，進(jìn)入步驟2)； 2).判斷車外溫度是否小于O度，如果低于O度，修改車輛的最高速度，如果不低于O度，就直接行駛； 3).利用聯(lián)合卡爾曼濾波器對(duì)多個(gè)測距信息進(jìn)行融合，得出實(shí)測車距的準(zhǔn)確數(shù)值； 4).根據(jù)自車速度和相対速度建立安全距離模型，計(jì)算該車輛當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離； 5).將計(jì)算出的當(dāng)前應(yīng)保持的安全距離與實(shí)測車間距離進(jìn)行比較，判斷實(shí)測車距是否大于安全距離，如果大于安全距離，則回到步驟2)，如果實(shí)測距離小于安全距離，則進(jìn)行報(bào)m . 6).判斷駕駛員的狀態(tài)，如果駕駛員狀態(tài)良好，提醒駕駛員進(jìn)行減速，直至實(shí)測距離超過安全距離，如果駕駛員狀態(tài)不佳，則啟動(dòng)油門動(dòng)作控制器進(jìn)行減速； 7).如果前車和后車超出臨界最小距離時(shí)，且上述報(bào)警器報(bào)警后，駕駛員未及時(shí)采取制動(dòng)措施，則啟動(dòng)制動(dòng)動(dòng)作控制器開始動(dòng)作，帶動(dòng)制動(dòng)踏板制動(dòng)，直至己車與前車達(dá)到安全距離后； 8).如果減速后，其實(shí)測距離仍小于安全距離時(shí)，且前車沒有轉(zhuǎn)向時(shí)，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)作控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)向，以避免追尾事故發(fā)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的汽車防追尾方法，其特征在于所述的步驟3)中得出準(zhǔn)確的實(shí)測數(shù)據(jù)的具體過程如下 首先將多個(gè)測距信息經(jīng)過相應(yīng)公式進(jìn)行處理，然后用聯(lián)合卡爾曼濾波器對(duì)測距的信息進(jìn)行融合，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理經(jīng)過濾波的數(shù)據(jù)，將聯(lián)合卡爾曼濾波中局部濾波的輸出和全局濾波的輸出，分別作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入出節(jié)點(diǎn)的輸入，經(jīng)過ー定的訓(xùn)練學(xué)習(xí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的汽車防追尾方法，其特征在于所述的步驟6)中判斷駕駛員的工作狀態(tài)是通過判斷駕駛員毎分鐘眨眼的次數(shù)或毎分鐘脈搏次數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車防追尾系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括信息采集單元、信息處理單元和輸出控制單元，所述的信息采集單元包括測距傳感器、溫度傳感器、駕駛員狀態(tài)傳感器和車速傳感器，其中測距傳感器包括利用多種測距方式的多種測距傳感器，所述的信息處理單元包括自檢模塊、溫度判斷模塊、測距信息融合計(jì)算模塊、安全距離計(jì)算模塊和判斷控制模塊，信息處理單元控制輸出控制單元作出相應(yīng)的動(dòng)作。本發(fā)明的汽車防追尾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，作用效果更加明顯。
文檔編號(hào)B60W10/20GK102673561SQ20111042965
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者丁會(huì)芳, 付三玲, 張伏, 張猛, 張鈺斌, 李延娜, 王俊, 羅四倍, 薛坤鵬, 邱兆美 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)