CN101377685B - 用于电动汽车的智能防撞系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电动汽车的智能防撞系统和方法，所述方法包括检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度；判断是否需要减速或刹车；如果需要减速则减小用于驱动电动机的PWM信号的占空比，如果需要刹车则封锁PWM信号的输出。本发明结合了电动车运用电动机作为动力的特点，提前给出减速或刹车的控制指令，减小PWM信号的占空比或者封锁PWM信号的输出，还可以将控制指令输出到车辆仪表显示装置或尾灯控制装置，用声光进行警示。

Description

用于电动汽车的智能防撞系统

技术领域

本发明涉及电动汽车安全防护技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于电动汽车的智能防撞系统及方法。 

背景技术

研究分析表明：80％以上的交通事故是由于司机反应不及时所引起的，因此对智能防撞系统的研发越来越得到关注，开发了很多种用于避免汽车碰撞的控制系统。 

现有的一类汽车防撞系统，如CN2468062Y所公开的题为“毫米波汽车防撞雷达装置”的专利，该专利所提供的装置由天线、收发组件、中放、信号处理、报警及显示、函数发生器和电源组成，当探测到的汽车与前方障碍物的距离小于安全门限值时，向驾驶员发出声光报警信息，但是并不会由汽车系统本身进行自动减速或刹车控制，只是简单地提醒驾驶员而已，如果驾驶员未能采取措施避免事故的发生，则事故发生的机率还是相当高。因此这种装置并不具备智能特性，不能为驾驶员提供智能保障。 

另一类汽车防撞系统则解决了上述系统的缺陷，即具备智能控制的特点。如CN1586945A所公开的题为“汽车追尾防撞预警智能控制系统及控制方法”的专利，所公开的系统集检测、分析、处理、控制为一体，包括信号采样部分(多普勒测距雷达、车速传感器、制动传感器)、系统中央处理部分、控制执行部分(发动机供油系统控制装置和制动系统控制装置)和显示报警部分。这种系统包括三种工作模式，其中智能控制模式是指：当多普勒测距雷达测得的当前车距小于或等于通过车速传感器、制动传感器测得的数据等等计算出来的安全制动距离时，发出连续蜂鸣报警声并自动控制车速、 制动。但是这份专利是针对燃油汽车领域的，所以其对车速的控制主要是通过调节对发动机供油量而实现的，而刹车也是利用现有的机械制动装置而实现的。目前，对于电动汽车领域，现有的这种针对燃油汽车领域的解决方案不能简单地应用到电动汽车领域中，也没有开发出类似的控制系统及控制方法。 

发明内容

本发明针对电动汽车领域，提供一种控制直接简单、安全性高的电动汽车的智能防撞控制系统及控制方法。 

本发明提供的用于电动汽车的智能防撞系统包括核心控制单元和执行装置，核心控制单元用于检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度、判断是否需要减速或刹车并控制执行装置以执行相应的动作，其中，所述执行装置为电动力控制与驱动装置，该电动力控制与驱动装置包括驱动功率模块，所述驱动功率模块输出用于驱动电动机的PWM信号，所述核心控制单元输出减速或刹车的控制指令到所述驱动功率模块以相应地减小驱动功率模块输出的PWM信号的占空比或封锁PWM信号的输出。 

本发明提供的用于电动汽车的智能防撞方法包括以下步骤：检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度；判断是否需要减速或刹车；其中，如果需要减速则减小用于驱动电动机的PWM信号的占空比，如果需要刹车则封锁PWM信号的输出。 

本发明的智能防撞系统中核心控制单元的部分功能相当于多普勒测距雷达，智能防撞方法与现有技术中的方法也基本类似，但是与现有技术中的不同点主要在于输出的是控制指令，并且通过控制PWM信号来自动控制车速。本发明的优点在于： 

1)结合了电动车运用电动机作为动力的特点，当检测到与前方障碍物 间距过近发生事故的机率增大时，则提前给出减速或刹车的控制指令，减小用于驱动电动机的PWM信号的占空比或者封锁PWM信号的输出。这样，在PWM信号的占空比减小的情况下，电动机的转速相应地降低，车辆速度缓速降低；在封锁PWM信号的输出的情况下，停止驱动电动机，车辆速度立即大幅降低，直至静止。因此，通过控制电动机的转速可以直接根本地降低车速，控制直接，可以有效地防止事故发生。本发明提供的智能防撞系统及方法也可以运用于混合动力汽车。 

2)优选情况下，还将减速或刹车的控制指令输出到车辆仪表显示装置或尾灯控制装置，这样可以用声光报警对提醒驾驶员当前车距过近，或者利用尾灯对后方车辆进行警示以有效地防止由于本车减速或刹车而汽车后方车辆在此时追尾而造成的损失。 

3)本发明还提供了解除智能防撞功能的机制，这样可以避免如果发生堵车等类似情况，本车与前方车辆之间的车距总是很小，如果开启智能防撞功能则会频繁刹车，并不利于驾驶员驾驶。 

4)本发明提供的智能防撞系统及方法由于自动控制进行减速或刹车，这样利用电动汽车的特有性质可以通过减速或刹车实现能量回馈，可以用这样回馈的能量对电池充电。 

附图说明

图1为本发明提供的用于电动汽车的智能防撞系统的组件连接示意图； 

图2为本发明的核心控制单元的内部组件连接示意图； 

图3为本发明提供的用于电动汽车的智能防撞方法的流程图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。 

首先介绍本发明提供的用于电动汽车的智能防撞系统。 

参见图1，本发明提供的系统包括核心控制单元1和执行装置，核心控制单元1用于检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度、判断是否需要减速或刹车并控制执行装置以执行相应的动作，其中，所述执行装置为电动力控制与驱动装置3，该电动力控制与驱动装置3包括驱动功率模块，所述驱动功率模块输出用于驱动电动机的PWM信号，所述核心控制单元1输出减速或刹车的控制指令到所述驱动功率模块以相应地减小驱动功率模块输出的PWM信号的占空比或封锁PWM信号的输出。 

如图2所示，所述核心控制单元1包括：无线信号收发组件11、信号调理电路12和控制电路13。 

其中所述无线信号收发组件11用于发射和接收无线电波，包括发射机111和接收机112，其中发射机111将来自信号调理电路12(具体说是发射信号调理电路121)的振荡源信号通过压控振荡、耦合等处理生成无线电波并通过天线发射出去，该无线电波经前方障碍物反射并由接收机112通过天线接收，接收机112将接收到的无线电波传送到信号调理电路12(具体说是接收信号调理电路122)。其中所发射并接收的无线电波可以为超声波、激光等等，一般为毫米波。通过检测发射无线电波与接收到无线电波的时间差以及无线电波的传输速度(传输速度由振荡源决定)，可以获得车辆与前方障碍物之间的当前间距(以下简称为“当前间距”)。 

所述信号调理电路12用于对待发射的信号进行预处理和对接收到信号进行后期处理，包括发射信号调理电路121和接收信号调理电路122，其中发射信号调理电路121用于对振荡源信号进行信号变换，并将变换后的振荡源信号传送到发射机111。接收信号调理电路122用于对接收机112接收到信号进行清除杂波、对有用信号进行放大和滤波等处理，并将处理后的有用信号传送到控制电路13。 

所述控制电路13用于对接收信号调理电路122传送来的信号进行计算，得出当前间距，并获取车辆与前方障碍物之间的相对速度(以下简称为“相对速度”)，根据当前间距、相对速度和车辆的最大制动加速度判断当前间距是否在安全间距之内，并根据判断结果输出相应的控制指令。 

其中“当前间距”为前面描述的发射无线电波与接收到无线电波的时间差的一半与无线电波的传输速度的乘积。“相对速度”为车辆当前速度减去前方障碍物速度的速度差，相对速度用于计算安全间距时使用。如果前方障碍物静止，则相对速度即为车辆当前速度，如果前方障碍物速度比车辆当前速度快，则相对速度为负值。车辆当前速度可以通过车速传感器获取或者从车辆主控ECU中获取。相对速度可以利用车辆与前方障碍物之间的间距变化量以及车辆当前车速获得车辆与前方障碍物之间的相对速度，间距变化量通过在至少两个时刻测量车辆与前方障碍物之间的间距可以得到。“安全间距”是指：假定前方障碍物静止，汽车在当前车速的情况下采取最大制动加速度刹车刚好不能碰撞到该障碍物的距离。车辆最大制动加速度根据具体车型确定，可以由生产厂家提供。 

获得上述参数后，控制电路13比较当前间距与安全间距，若当前间距大于安全间距且彼此之间的绝对差值大于安全间距的一定安全比例(例如20％)以上，则表明安全，控制电路13不输出任何控制指令，汽车完全由驾驶员控制；若当前间距大于或等于安全间距且彼此之间的绝对差值不超过安全间距的所述安全比例(例如20％)，则表明有潜在危险，控制电路13输出减速的控制指令；若当前间距小于安全间距，则表明车距过近、十分危险，控制电路13输出刹车的控制指令。 

该控制电路13可以为DSP控制电路，包括高速可编程数字信号处理芯片及其外围电路，其中高速可编程数字信号处理芯片可以选用TI公司的TMS320F2812之类的C2000系列的芯片或者其他的DSP芯片。 

所述控制电路13将控制指令输出到电动力控制与驱动装置3，由于本发明针对的是电动汽车，所以优选通过CAN总线进行控制指令的传输。因此，本发明提供的核心控制单元1中还包括CAN收发器14。 

所述CAN收发器14用于将控制电路13输出的控制指令发送到电动力控制与驱动装置3。根据具体实际情况，本发明的CAN收发器14还将当前车速、当前间距和/或控制指令输出到仪表显示装置4和尾灯控制装置5，如图1所示，这样驾驶员可以从仪表盘上获知当前车速、当前间距以及是否需要减速或刹车以便驾驶员进行进一步的判断和动作，尾灯控制装置5可以根据控制指令来控制尾灯如何点亮以提醒后方驾驶员注意。 

由于优选使用了CAN通信方式，所以核心控制单元1优选通过CAN总线与电动力控制与驱动装置3进行通信，这样该智能防撞系统中采用的通信网络即为CAN通信网络2，用于将核心控制单元1输出的控制指令传送到电动力控制与驱动装置3和/或汽车的其他相关部件，如上述的仪表显示装置4或尾灯控制装置5。 

所述电动力控制与驱动装置3用于控制电动汽车的电动机，具有驱动功率模块，所述驱动功率模块输出用于驱动电动机的PWM信号，可以根据来自核心控制单元1的控制指令通过改变驱动功率模块输出的PWM信号的占空比来控制驱动电机减速或制动刹车。所述驱动功率模块可以由多个IGBT驱动模块组成，该IGBT驱动模块可以为由三菱或赛米控公司生产的IGBT驱动模块组成。 

具体来说，当电动力控制与驱动装置3接收到减速的控制指令时，降低驱动功率模块输出的PWM信号的占空比，直至不再接收到减速的控制指令。这时，由于驱动电动机的PWM信号的占空比降低，所以电动机的转速也相应地降低，从而达到减速的目的。至于占空比的减小程度可以根据本领域技术人员设定，优选地根据当前间距和相对速度确定，也就是需要确定当车辆 速度减小到多少时，安全间距可以减小到使得当前间距大于减小后的安全间距并且两者之间的绝对差值超过减小后的安全间距的所述安全比例以上。因此核心控制单元1还将当前间距和相对速度发送到电动力控制与驱动装置3，这时，电动力控制与驱动装置3根据当前间距和相对速度确定降低PWM信号的占空比的程度，由于这两个因素一直都在变化，因此降低PWM信号的占空比的程度也一直在变化，直至不再接收到减速的控制指令。这时，电动机的转速不是匀速减小的。 

当电动力控制与驱动装置3接收到刹车的控制指令时，立即封锁驱动功率模块的PWM信号的输出，此时电动机由于缺少驱动的PWM信号从而大幅降低转速，可以利用制动刹车时转速降低进行能量回收，以对车载电池组进行充电。 

所述电动力控制与驱动装置3在接收到来自核心控制单元1的减速或刹车的控制指令时，对此期间驾驶员的人为躲避事故的措施(例如转向、减速、刹车等)优先响应，并对此期间驾驶员的人为加速事故发生的措施(例如加速)进行屏蔽，从而可以更好的保护驾驶员的人身安全。 

如前所述，优选情况下，该系统还与车辆仪表显示装置4和/或尾灯控制装置5进行通信，具体说是核心控制单元1的CAN收发器14与上述两个装置进行通信，用于辅助提示驾驶员本车与前方车辆间距过近或提示后方车辆不要接近本车。 

具体地说，核心控制单元1的CAN收发器14将减速或刹车的控制指令和当前间距发送到车辆仪表显示装置4，车辆仪表显示装置4利用仪表显示当前间距，还可以根据减速或刹车的控制指令启动报警装置提示驾驶员，所述报警装置可以为语音报警装置或灯光报警装置，如蜂鸣器或警示灯，分别进行声光报警。以蜂鸣器和警示灯为例，如果车辆仪表显示装置4接收到的是减速的控制指令，则蜂鸣器可以发出间断的警报音，警示灯呈黄色；如果 车辆仪表显示装置4接收到的是刹车的控制指令，则蜂鸣器可以发出连续的警报音，警示灯呈红色。 

核心控制单元1的CAN收发器14将减速或刹车的控制指令发送到尾灯控制装置5，尾灯控制装置5用于当接收到减速或刹车的控制指令时，点亮刹车尾灯或控制尾灯闪烁等等，从而有效地防止后方车辆在此时追尾造成损失。 

此外，本发明还提供了解除智能防撞功能的机制，这样可以避免如果发生堵车等类似情况，本车与前方车辆之间的车距总是很小，如果开启智能防撞功能则会频繁刹车，并不利于驾驶员驾驶。也就是说，本发明提供的系统还包括启动开关(未图示)，可以位于仪表面板上，由驾驶员控制，当需要智能防撞功能时，该启动开关闭合时，输出一个使能信号到核心控制单元1的控制端，使得核心控制单元1开始工作，反之处于堵车情况下时，该启动开关断开，核心控制单元1不工作。 

下面介绍本发明提供的用于电动汽车的智能防撞方法。 

参见图3，本发明提供的方法包括以下步骤：检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度；判断是否需要减速或刹车；其中，如果需要减速则减小用于驱动电动机的PWM信号的占空比，如果需要刹车则封锁PWM信号的输出。 

其中检测车辆与前方障碍物之间的当前间距的步骤包括以下步骤：发射无线电波；接收该无线电波经前方障碍物反射回来的无线电波；以及用发射无线电波和接收到无线电波的时间差的一半乘以无线电波的传输速度得到车辆与前方障碍物之间的当前间距。 

检测车辆与前方障碍物之间的相对速度(车辆当前车速减去前方障碍物速度)的步骤包括以下步骤：获取车辆当前车速；利用车辆与前方障碍物之间的间距变化量以及车辆当前车速获得车辆与前方障碍物之间的相对速度。 其中车辆当前速度可以通过车速传感器或主控ECU获取，间距变化量通过在至少两个时刻测量车辆与前方障碍物之间的间距可以得到。 

判断是否需要减速或刹车的步骤包括以下步骤：根据相对速度和车辆的最大制动加速度计算出的安全间距；比较当前间距和安全间距；若当前间距大于安全间距且彼此之间的绝对差值超过安全间距的一定安全比例(例如20％)以上，则表明安全，不需要减速或刹车，不采取任何措施；若当前间距大于或等于安全间距且彼此之间的绝对差值不超过安全间距的所述安全比例，则表明有潜在危险，需要减速；若当前间距小于安全间距，则表明车距过近、十分危险，需要刹车。 

如果需要减速，则减小用于驱动电动机的PWM信号的占空比，占空比的减小程度可以根据本领域技术人员设定，优选地根据当前间距和相对速度确定，也就是需要确定当车辆速度减小到多少时，安全间距可以减小到使得当前间距大于减小后的安全间距并且两者之间的绝对差值超过减小后的安全间距的所述安全比例以上，由于这两个因素一直都在变化，因此降低PWM信号的占空比的程度也一直在变化，直至不再接收到减速的控制指令。这时，电动机的转速不是匀速减小的。 

如果需要刹车则封锁PWM信号的输出。此时电动机由于缺少驱动的PWM信号从而大幅降低转速，可以利用制动刹车时转速降低进行能量回收，以对车载电池组进行充电。 

此外，当需要减速或刹车时还可以通过车辆仪表显示装置4在车辆仪表盘上显示当前间距，并通过报警装置(语音报警装置和灯光报警装置)提示驾驶员当前间距过近，采取相应的措施。还可以通过尾灯控制装置5来控制车辆尾灯(点亮刹车尾灯或控制尾灯闪烁等等)以警示后方车辆的驾驶员，从而有效地防止后方车辆在此时追尾造成损失。 

通过以上描述，本领域人员可以清楚地了解，本发明提供的用于电动汽 车的智能防撞方法可以由本发明提供的用于电动汽车的智能防撞系统进行实施，从而能够提供一种安全、有效、全面、直接的智能防撞机制。 

Claims (7)

1.一种用于电动汽车的智能防撞系统，该系统包括核心控制单元(1)和执行装置，核心控制单元(1)用于检测车辆与前方障碍物之间的当前间距以及相对速度、判断是否需要减速或刹车、并控制执行装置以执行相应的动作，所述执行装置为电动力控制与驱动装置(3)，该电动力控制与驱动装置(3)包括驱动功率模块，所述驱动功率模块输出用于驱动电动机的PWM信号，所述核心控制单元(1)输出减速或刹车的控制指令到所述驱动功率模块，以相应地减小驱动功率模块输出的PWM信号的占空比或封锁PWM信号的输出，

其中，所述核心控制单元(1)包括无线信号收发组件(11)、信号调理电路(12)和控制电路(13)，所述无线信号收发组件(11)用于发射和接收无线电波，包括发射机(111)和接收机(112)；所述信号调理电路(12)用于对待发射的信号进行预处理和对接收到信号进行后期处理，包括发射信号调理电路(121)和接收信号调理电路(122)；所述控制电路(13)用于对接收信号调理电路(122)传送来的信号进行计算，得出当前间距，并获取车辆与前方障碍物之间的相对速度，根据当前间距、相对速度和车辆的最大制动加速度判断当前间距是否在安全间距之内，并根据判断结果输出相应的控制指令。

2.根据权利要求1所述的智能防撞系统，其中，发射机(111)根据来自发射信号调理电路(121)的振荡源信号生成无线电波并通过天线发射出去，该无线电波经前方障碍物反射并由接收机(112)通过天线接收，接收机(112)并将接收到的无线电波传送到接收信号调理电路(122)。

3.根据权利要求1所述的智能防撞系统，其中，所述控制电路(13)比较当前间距与安全间距，若当前间距大于安全间距且彼此之间的绝对差值超过安全间距的安全比例以上，则控制电路(13)不输出任何控制指令；若当前间距大于或等于安全间距且彼此之间的绝对差值不超过安全间距的所述安全比例，则控制电路(13)输出减速的控制指令；若当前间距小于安全间距，则控制电路(13)输出刹车的控制指令。

4.根据权利要求3所述的智能防撞系统，其中，所述控制电路(13)为DSP控制电路，包括高速可编程数字信号处理芯片及其外围电路。

5.根据权利要求1、3或4所述的智能防撞系统，其中，所述核心控制单元(1)还包括CAN收发器(14)，所述系统还包括CAN通信网络(2)，CAN收发器(14)通过CAN通信网络(2)将控制电路(13)输出的控制指令发送到电动力控制与驱动装置(3)。

6.根据权利要求1所述的智能防撞系统，其中，当核心控制单元(1)输出减速的控制指令时，核心控制单元(1)同时还将当前间距和相对速度发送到电动力控制与驱动装置(3)，电动力控制与驱动装置(3)根据当前间距和相对速度确定降低PWM信号的占空比的程度。

7.根据权利要求1所述的智能防撞系统，其中，该系统还包括启动开关，当该启动开关闭合时，输出一个使能信号到核心控制单元(1)的控制端，使得核心控制单元(1)开始工作；而当该启动开关断开时，核心控制单元(1)不工作。

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