CN101488290B - 一种防后车追尾预警方法及其预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防后车追尾预警方法及其预警系统，它包括以下步骤：1)设置一防后车追尾预警系统，它包括一信息采集单元、一包括有一单片机的系统控制单元和一预警执行单元；在所述单片机内预置一防后车追尾预警模块，在该防后车追尾预警模块内预置碰撞报警范围和一计算车辆碰撞时间的公式；2)采集后车相对于自车的距离和相对速度信息及自车速度信息；3)计算后车与自车的碰撞时间TTC和报警碰撞时间阈值TTC_W；4)依据计算出的后车与自车的碰撞时间TTC与碰撞时间阈值TTC_W之间的差值和预置的碰撞报警范围，生成一控制指令；5)依据控制指令发出相应的报警信息。本发明可以实时、准确地监测自车和与其在同车道内行驶的后车的相对运动状态，有效预防高速行驶车辆追尾事故的发生。

Description

一种防后车追尾预警方法及其预警系统

技术领域

本发明涉及交通安全领域，特别是关于一种防后车追尾预警方法及其预警系统。

背景技术

追尾是最为常见的一种道路交通事故形态，根据中国交通管理部门的统计，追尾事故大约占到道路交通事故总量的30％。发生追尾事故的主要原因有：车速过高、驾驶员觉醒度低下或者疲劳驾驶等，因此，开发一种能够实时监测行车环境，实时准确地向驾驶员发出预警信息的预警系统，对于提高车辆行驶安全，减少追尾事故的发生具有重要意义。

目前，国内外的追尾事故预防技术主要包括三种：第一种是防止自车追尾前车的报警技术，其技术特征是：利用雷达、摄像机等传感设备探测自车与前车的相对距离、相对速度等行车环境信息，并由车载传感器感知自车运动状态，传感设备和车载传感器分别将行车环境信息和自车运动状态信息输送给车内的中央处理器，该中央处理器内预设的安全距离模型根据行车环境信息和自车运动状态，计算出自车与前车当时应该保持的安全距离，当检测到的自车与前车之间的距离小于计算出的安全距离时，安全距离模型将会通过提示装置向驾驶员提供报警信息，以避免追尾事故的发生。第二种是防止后车追尾自车的报警技术，其技术特征是根据自车的运动状态，向后车提供警示信息，以避免后车追尾自车。最典型的防止后车追尾自车的报警技术是目前汽车上通用的刹车尾灯，当驾驶员踩制动踏板时，尾灯点亮，以提醒后车驾驶员注意安全车距，该技术特征在于：当自车上的传感器识别出自身为正常行驶时，警示器将自动关闭；当车辆出现急减速时，自车上的传感器根据自车速度的递减率进行自动识别，当传感器识别到有危险时，警示器上的报警灯就会发出蓝、黄两种颜色的频闪灯光，以提醒后车驾驶员；当车辆发生碰撞后，自车上的警示器打开报警灯，同时无线语音系统将自动打开，并向其它后车发出语音警示内容，比如：“请注意！前方有事故发生，请减速驾驶”。在方圆1000米以内并且使用了上述预警技术的车辆随后会接收到以上语音警示内容，从而周边的驾驶员就可以采取提前减速的措施，避免交通事故的发生。该预警技术还预留有SOS紧急求援和交通诱导接口。第三种是倒车雷达或倒车摄像机技术，该技术特征在于利用倒车雷达或倒车摄像机，驾驶员能够方便地了解到后面障碍物与自车的距离，因此利用该技术可以防止倒车时发生碰撞事故。

但是，上述三种预警技术分别存在各自的问题：第一种预警技术中的信息感知装置多数只能探测自车前方的路况，危险预警信息也只向自车驾驶员提供，而且这种类型的预警技术仅能防止自车追尾前车，不能防止自车被其它车辆追尾碰撞，因此这种技术不适用于运输易燃、易爆等危险品的车辆。第二种预警技术是根据自车的运动状态，向后车的驾驶员提供警示信息，而没有根据两车的相对运动状态，尤其是后车的运动状态，向自车驾驶员提供警示信息。第三种是在车辆尾部安装探测车辆后部障碍物的装置，但该类技术主要目的是给自车驾驶员倒车时以安全辅助的作用，并且这些探测装置大都是采用超声波雷达、摄像头等，不能预防高速行驶车辆追尾事故的发生。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实时监测自车和与其在同车道内行驶的后车的相对运动状态，并有效预防高速行驶车辆追尾事故发生的防后车追尾预警方法及其预警系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种防后车追尾预警方法，它包括以下步骤：1)设置一防后车追尾预警系统，它包括一信息采集单元、一包括有一单片机的系统控制单元和一预警执行单元；在所述单片机内预置一防后车追尾预警模块，在该防后车追尾预警模块内预置碰撞报警范围和一计算车辆碰撞时间的公式；2)采集后车相对于自车的距离和相对速度信息及自车速度信息；3)计算后车与自车的碰撞时间TTC和报警碰撞时间阈值TTC_W；4)依据计算出的后车与自车的碰撞时间TTC与碰撞时间阈值TTC_W之间的差值和预置的碰撞报警范围，生成一控制指令；5)依据控制指令发出相应的报警信息。

所述步骤1)中的所述预置的碰撞报警范围分为：当TTC＞TTC_WH时，危险级别为安全，不发出报警信息；当TTC_WL≤TTC≤TTC_WH时，危险级别为较危险，发出相应的报警信息；当TTC＜TTC_WL时，危险级别为非常危险，发出相应的报警信息；其中，TTC_WH为后车与自车的碰撞时间最大值，TTC_WL为后车与自车的碰撞时间最小值。

所述后车与自车的碰撞时间TTC的计算如下：

$\mathrm{TTC}=\frac{D}{V_R},$

式中，D为后车相对于自车的距离[km]，V_R为后车相对于自车的速度[km/h]。

所述TTC_WH和TTC_WL为车速函数，具体表达式如下：

$\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}1& V\&le;50\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}2& 50\mathrm{km}/h<V\&le;80\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}3& V>80\mathrm{km}/h\end{array}\right.;$

TTC_WL＝TTC_WH-2

式中，TTC_WH1、TTC_WH2、TTC_WH3均为经验设定值[h]，V为自车速度[km/h]。

一种防后车追尾预警系统，其特征在于包括：一信息采集单元，其为一雷达，采集自车相对于后车的距离和相对速度，输送给原车上的CAN总线；一系统控制单元，其包括一单片机，该单片机内预置的一防后车追尾预警模块，接收所述CAN总线传送的自车车速信息及自车相对于后车的距离和相对速度信息，并计算出后车与自车的碰撞时间TTC和碰撞时间阈值TTC_W，依据所述后车与自车的碰撞时间TTC和碰撞时间阈值TTC_W之间的差值，生成一控制指令；一预警执行单元，其中一驱动电路按照所述系统控制单元传送的控制指令，驱动一设置在自车后箱上的显示装置进行报警显示。

所述防后车追尾预警模块内预置有碰撞报警范围和一计算车辆碰撞时间的公式。

所述计算车辆碰撞时间的公式的表达式为：

$\mathrm{TTC}=\frac{D}{V_R},$

式中，D为后车相对于自车的距离[km]，V_R为后车相对于自车的速度[km/h]。

所述防后车追尾预警模块内预置有碰撞报警范围包括：当TTC＞TTC_WH时，危险级别为安全，不发出报警信息；当TTC_WL≤TTC≤TTC_WH时，危险级别为较危险，发出相应的报警信息；当TTC＜TTC_WL时，危险级别为非常危险，发出相应的报警信息；其中，所述TTC_WH为后车与自车的碰撞时间最大值，所述TTC_WL为后车与自车的碰撞时间最小值。

所述TTC_WH和TTC_WL为车速函数，具体表达式如下：

$\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}1& V\&le;50\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}2& 50\mathrm{km}/h<V\&le;80\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}3& V>80\mathrm{km}/h\end{array}\right.;$

TTC_WL＝TTC_WH-2

式中，TTC_WH1、TTC_WH2、TTC_WH3均为经验设定值[h]，V为自车速度[km/h]。

所述预警执行单元中的显示装置为一警示牌，该警示牌包括一等边三角形和一位于该等边三角形中间的感叹号；所述三角形和感叹号的边缘上间隔均匀地分布有交替闪烁的红色LED灯和黄色LED灯。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明方法采用雷达后置的方式，采集自车和与其在同车道内行驶的后车的相对距离和相对速度，主动实时地将后车运动状态输送给系统控制单元进行计算，并对危险状况进行判断后，生成一控制指令，传输给预警执行装置进行报警显示，因此本发明方法可以有效预防追尾事故的发生。2、由于本发明系统采用了高性能的单片机，其内预置的防后车追尾预警模块计算速度快，且预置在防后车追尾预警模块中的后车与自车的报警碰撞时间阈值TTC_W可以根据环境不同变化地设置，因此本发明系统不仅可以快速、及时地判断出危险程度，还能应用在不同高速行驶工况中。3、由于本发明系统可以根据报警危险级别的不同，驱动对应颜色的发光显示灯，一目了然地提醒后车的驾驶员。4、由于本发明采用的信息采集单元和系统控制单元不需要对车辆再次进行改造，因此更适于市场推广。本发明可以适合各种车辆，可靠性高，车辆在高速行驶时，能够主动、及时、准确地发出预警信息，避免追尾事故的发生。

附图说明

图1是本发明方法的工作流程图

图2本发明系统的方框图

图3是本发明系统中雷达和预警执行单元的安装位置示意图

图4是本发明系统中系统控制单元的电原理图

图5是本发明系统中预警执行单元的电原理图

图6是本发明系统中预警执行单元的显示装置的示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明方法包括以下步骤：

1)设置一防后车追尾预警系统，它包括一信息采集单元1、一系统控制单元2和一预警执行单元3；系统控制单元2内预置有一防后车追尾预警模块21，防后车追尾预警模块21内预置有碰撞报警范围和一计算车辆碰撞时间的公式，该公式如下：

$\mathrm{TTC}=\frac{D}{V_R},$

式中D为后车相对于自车的距离(单位为km)，V_R为后车相对于自车的速度(单位为km/h)。

2)信息采集单元1采集自车后方100m以内目标车辆的相对距离和相对速度信息和自车速度信息。

3)通过防后车追尾预警模块21，计算出后车与自车的碰撞时间TTC和报警碰撞时间阈值TTC_W。

4)防后车追尾预警模块21依据计算出的后车与自车的碰撞时间TTC与碰撞时间阈值TTC_W之间的差值和预置的碰撞报警范围，生成一控制指令输送给预警执行单元3。

5)预警执行单元3依据控制指令，发出相应的报警信息。

如图2所示，本发明系统包括一信息采集单元1、一系统控制单元2和一预警执行单元3。信息采集单元1将其检测到的与自车在同车道内行驶的后车的相对运动信息通过原车上的CAN(Controller Area Network)总线4发送给系统控制单元2，由系统控制单元2对后车追尾自车的危险程度进行判断，并根据判断结果生成一控制指令发送给预警执行单元3，预警执行单元3按接收到的控制指令发出报警信息，以提醒后车驾驶员。

如图3所示，信息采集单元1包括一雷达11。其中，雷达11可以安装在车辆后保险杠5的正中位置，其采用的是日本电装公司生产的车用激光雷达，该雷达能够获得其前方，即自车后方100m以内目标车辆相对于自车的距离和相对速度，并将探测结果通过CAN总线4发送给系统控制单元2。CAN总线4可以将检测到的自车速度信息输送给系统控制单元2。

如图4所示，系统控制单元2包括一单片机U1和一CAN收发器U2，单片机U1内预置有一防后车追尾预警模块21，其中，单片机U1可以采用飞思卡尔(Freescale)公司生产的、型号为MC9S08DZ60的八位单片机，CAN收发器U2可以采用NXP公司生产的TJA1050芯片，但均不限于此。CAN收发器U2上的引脚CANH、引脚CANL分别连接CAN总线4上的引脚CANH、引脚CANL，用以作为CAN总线4和单片机U1中内嵌的CAN协议控制器之间的物理媒体连接，完成CAN总线4上的差动信号和CAN协议控制器中的逻辑电平信号间的转化。CAN收发器U2上的引脚CANTXD、引脚CANRXD分别连接单片机U1上的引脚PTE6/TXCAN、引脚PTE7/RXCAN，将经CAN收发器U2转化后的自车和后车CAN信息输送至单片机U1内。单片机U1内的防后车追尾预警模块21从输入的自车和后车信息中提取同车道行驶的后车相对于自车的距离和相对速度信息，并对后车追尾自车的危险程度做出判断，并依据判断结果生成一控制指令，输送给预警执行单元3。

上述实施例中，电容C1和电容C2并联后构成一滤波电路，该滤波电路连接在CAN收发器U2的电源端VCC和地端GND之间。本实施例中，电容C1和电容C2与CAN收发器U2匹配，分别为0.1uF和10uF。

如图1所示，单片机U1根据采集到的自车和后车信息，利用防后车追尾预警模块21计算当前状态下的后车与自车的碰撞时间TTC、报警碰撞时间阈值TTC_WH和TTC_WL，其具体步骤如下：

(1)计算当前状态下的后车与自车的碰撞时间TTC：根据信息采集装置1中雷达11输送的后车相对于自车的距离D，后车相对于自车的速度V_R，计算碰撞时间TTC公式为：

$\mathrm{TTC}=\frac{D}{V_R}$

(2)确定碰撞时间阈值TTC_W，确定碰撞时间最大值TTC_WH和碰撞时间最小值TTC_WL：根据信息采集装置1中CAN总线4输送的自车速度V，确定报警碰撞时间阈值TTC_W，从而确定TTC_WH和TTC_WL，其中TTC_WH和TTC_WL是车速函数，其具体表达式如下：

$\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}1& V\&le;50\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}2& 50\mathrm{km}/h<V\&le;80\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}3& V>80\mathrm{km}/h\end{array}\right.$

TTC_WL＝TTC_WH-2

式中，TTC_WH1、TTC_WH2、TTC_WH3均为经验设定值，常用的一组参数值如下(如表1所示)：

表1

参数名	参数值
		TTC_WH1	4s
TTC_WH2	6s
		TTC_WH3	8s

(3)根据碰撞时间TTC与碰撞时间阈值TTC_WH(碰撞时间最大值)和TTC_WL(碰撞时间最小值)之间的差值，判定当前状态下后车追尾自车的危险级别，其判定方法是：当TTC＞TTC_WH时，危险级别为安全，单片机U1不向预警执行单元3发出报警指令；当TTC_WL≤TTC≤TTC_WH时，危险级别为较危险，单片机U1向预警执行单元3发出相应的报警指令；当TTC＜TTC_WL时，危险级别为非常危险，单片机U1向预警执行单元3发出相应的报警指令。

如图5所示，预警执行单元3包括一驱动电路31和一显示装置32，当系统控制单元2中的单片机U1判定出当前后车追尾自车的危险级别为危险时，单片机U1从其PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号输出端口PTD3/TPM1CH1和PWM信号输出端口PTD2/TPM1CH0输出PWM信号，通过驱动电路31中的CMOS管Q1和CMOS管Q2分别驱动显示装置32中的红色LED灯和黄色LED灯。例如：当危险级别为较危险时，黄色LED灯以2Hz频率交替闪烁；当危险级别为非常危险时，红色LED灯以5Hz频率交替闪烁；当危险级别为安全时，红色LED灯和黄色LED灯均熄灭。在实际应用中，根据危险程度也可以使红色LED灯和黄色LED灯同时以一定的频率闪烁。

上述实施例中，驱动电路31还包括若干限流电阻、若干滤波用电容和若干驱动用的CMOS管。其中，系统控制单元2中单片机U1的PWM信号输出端口PTD3/TPM1CH1与CMOS管Q1之间连接电阻R1，电容C3的正极板连接在PWM信号输出端口PTD3/TPM1CH1和电阻R1之间，且电容C3的负极板接地；PWM信号输出端口PTD2/TPM1CH1与CMOS管Q2之间连接阻R2，电容C4的正极板连接在PWM信号输出端口PTD2/TPM1CH1和电阻R2之间，电容C4的负极板接地。

如图6所示，显示装置31为一警示牌，设置在车辆后箱的正中央(如图3所示)，警示牌包括一等边三角形和一位于该等边三角形中间的感叹号，三角形和感叹号的边缘上间隔均匀地分布有上述红色LED灯和黄色LED灯。两色交替闪烁的光源可以更加有效的引起后车驾驶员的注意，提高报警效果。

上述各实施例中，信息采集单元1中还可以包括一现有的车速传感器，代替CAN总线4采集自车车速信息。

上述各实施例中，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种防后车追尾预警方法，它包括以下步骤：

1)设置一防后车追尾预警系统，它包括一信息采集单元、一包括有一单片机的系统控制单元和一预警执行单元；在所述单片机内预置一防后车追尾预警模块，在该防后车追尾预警模块内预置碰撞报警范围和一计算车辆碰撞时间的公式；

2)采集后车相对于自车的距离和相对速度信息及自车速度信息；

3)计算后车与自车的碰撞时间TTC、碰撞时间最大值TTC_WH和碰撞时间最小值TTC_WL；

4)依据计算出的后车与自车的碰撞时间TTC与碰撞时间最大值TTC_WH和碰撞时间最小值TTC_WL之间的差值和预置的碰撞报警范围，生成一控制指令；

5)依据控制指令发出相应的报警信息。

2.如权利要求1所述的一种防后车追尾预警方法，其特征在于：所述步骤1)中的所述预置的碰撞报警范围分为：

当TTC＞TTC_WH时，危险级别为安全，不发出报警信息；

当TTC_WL≤TTC≤TTC_WH时，危险级别为较危险，发出相应的报警信息；

当TTC＜TTC_WL时，危险级别为非常危险，发出相应的报警信息；

其中，TTC_WH为后车与自车的碰撞时间最大值，TTC_WL为后车与自车的碰撞时间最小值。

3.如权利要求1所述的一种防后车追尾预警方法，其特征在于：所述后车与自车的碰撞时间TTC的计算如下：

$\mathrm{TTC}=\frac{D}{V_R},$

式中，D为后车相对于自车的距离，单位为km；V_R为后车相对于自车的速度，单位为km/h。

4.如权利要求1或2所述的一种防后车追尾预警方法，其特征在于：所述TTC_WH和TTC_WL为车速函数，具体表达式如下：

$\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}1& V\&le;50\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}2& 50\mathrm{km}/h<V\&le;80\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}3& V>80\mathrm{km}/h\end{array}\right.;$

TTC_WL＝TTC_WH-2

式中，TTC_WH1、TTC_WH2、TTC_WH3均为经验设定值，单位为h；V为自车速度，单位为km/h。

5.一种实现如权利要求1～4所述方法的防后车追尾预警系统，其特征在于包括：一信息采集单元，其为一雷达，采集自车相对于后车的距离和相对速度，输送给自车上的CAN总线；

一系统控制单元，其包括一单片机，该单片机内预置的一防后车追尾预警模块，接收所述CAN总线传送的自车车速信息及自车相对于后车的距离和相对速度信息，并计算出后车与自车的碰撞时间TTC、碰撞时间最大值TTC_WH和碰撞时间最小值TTC_WL，依据所述后车与自车的碰撞时间TTC与碰撞时间最大值TTC_WH和碰撞时间最小值TTC_WL之间的差值，生成一控制指令；

一预警执行单元，其中一驱动电路按照所述系统控制单元传送的控制指令，驱动一设置在自车后箱上的显示装置进行报警显示。

6.如权利要求5所述的一种防后车追尾预警系统，其特征在于：所述防后车追尾预警模块内预置有碰撞报警范围和一计算车辆碰撞时间的公式。

7.如权利要求6所述的一种防后车追尾预警系统，其特征在于：所述计算车辆碰撞时间的公式的表达式为：

$\mathrm{TTC}=\frac{D}{V_R},$

式中，D为后车相对于自车的距离，单位为km；V_R为后车相对于自车的速度，单位为km/h。

8.如权利要求6所述的一种防后车追尾预警系统，其特征在于：所述防后车追尾预警模块内预置有碰撞报警范围包括：

当TTC＞TTC_WH时，危险级别为安全，不发出报警信息；

当TTC_WL≤TTC≤TTC_WH时，危险级别为较危险，发出相应的报警信息；

当TTC＜TTC_WL时，危险级别为非常危险，发出相应的报警信息；

其中，所述TTC_WH为后车与自车的碰撞时间最大值，所述TTC_WL为后车与自车的碰撞时间最小值。

9.如权利要求8所述的一种防后车追尾预警系统，其特征在于：所述TTC_WH和TTC_WL为车速函数，具体表达式如下：

$\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}1& V\&le;50\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}2& 50\mathrm{km}/h<V\&le;80\mathrm{km}/h\\ \mathrm{TTC}\_\mathrm{WH}3& V>80\mathrm{km}/h\end{array}\right.;$

TTC_WL＝TTC_WH-2

式中，TTC_WH1、TTC_WH2、TTC_WH3均为经验设定值，单位为h；V为自车速度，单位为km/h。

10.如权利要求5所述的一种防后车追尾预警系统，其特征在于：所述预警执行单元中的显示装置为一警示牌，该警示牌包括一等边三角形和一位于该等边三角形中间的感叹号；所述三角形和感叹号的边缘上间隔均匀地分布有交替闪烁的红色LED灯和黄色LED灯。

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