CN102139674A - 一种雾天汽车防追尾系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雾天汽车防追尾系统采用红外线，对前方车辆进行热探测，红外线波长为8～14μm，穿透雨、雾的能力较高，从而看清人眼看不见或看不清的前方车辆，因此，特别适合于雾天对前方车辆的测距。另外，本发明对于车距的判断以自身车辆、前车都完全停下来时的距离L′来进行，即在实际计算出自身车辆与前车的距离的基础上，考虑了自身车辆速度、前车的速度，算出自身车辆的完全刹车距离、前车的完全刹车距离、驾驶员反应时间的行驶距离对自身车辆与前车的距离进行判断，得到更为准确的正常距离或不同紧急程度的警告报警，避免雾天汽车防追尾事故的发生。

Description

一种雾天汽车防追尾系统

技术领域

本发明属于汽车安全技术领域，更为具体地讲，涉及一种雾天汽车防追尾系统。

背景技术

目前，随着中国经济的增长，汽车的拥有量增长迅速，汽车安全方面的研究也在火热进行。

追尾事故是一种常见的车辆交通事故，有统计显示，追尾事故大约占总的交通事故的30％，其原因有多方面，主要有：车速过快、疲劳驾驶、酒后驾驶、天气状况恶劣等，因此能开发一种能够实时监测行车前后环境，实时准确地向驾驶员发出预警信息的预警系统，对于提高驾驶安全，减少交通事故的发生具有重要的意义。

目前，根据预防追尾事故技术方向不同，主要分为两种：一种是针对自身车辆与前面车辆之间的预防追尾技术；一种是针对自身车辆与后面车辆之间的防追尾技术。而这些技术主要难点在汽车的测距中，在汽车测距技术方面，目前主要有四种测距技术：

1、超声波雷达测距方式

利用超声波穿透力强来进行测距，具有一定的方向性，传输过程中衰减小，反射力强等特点。

2、毫米波雷达测距

利用目标对电磁波的反射来发现目标并测定其位置。毫米波雷达能探测多目标，且分辨率好，探测精度高，受天气影响较小，已经达到实际应用水平。目前主要的形式有脉冲多普勒雷达，双频CW雷达，FM雷达三种。

3、摄像系统测距

利用摄像头，面阵CCD，可获得视野的二维图像，但无法确定与被测物体间的距离。目前主要运用双摄像头，模拟人眼视觉原理，通过对两幅图像的计算机处理，即可确定视野中每个物体的三维坐标。

4、激光雷达测距

激光雷达测距是光子雷达系统，具有测量时间短、量程大、清度高等特点。在汽车测距领域主要可分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。

非成像式雷达根据光束传播时间确定距离，激光束在传播途中遇到前车发生反射。成像式激光雷达又可以分为扫描式成像激光雷达和非扫描式成像激光雷达，扫描成像激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜相结合，利用扫描器控制出射激光方向，能过对整个视场进行逐点扫描测量，即可获得视场内目标的三维信息。

上述各种测距技术都有自己的不足之处：①、在利用超声波测距中，超声波的速度受环境影响较大，在不同的温度下，声速不同，在-30℃～30℃变化为313m/s～349m/s，且还会随着雨、雾、雪等天气变化而变化，不能精确测距；还有超声波能量与距离平方成反比，在超出一定距离后，其灵敏度迅速下降。②、在毫秒波雷达测距中，但是也存在着电磁干扰问题，特别是现代汽车装有各式各样的电磁元件，还有司机携带的手机、麦克风、Mp3等，也会对其造成一定的影响。③、在摄像系统测距中，其缺点是价格较高，同时由于受到软件和硬件的制约，成像速度较慢。④、较理想的测距技术为激光测距，但当前激光测距技术只注意到利用激光测距，成像激光雷达也要与光学仪器结合，然而在有雾天气，这样的设备却不能很好的达到成像目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于雾天的汽车防追尾系统。

为实现上述目的，本发明雾天汽车防追尾系统，包括自车测速单元，测量得到自身车辆速度v₀，其特征在于还包括：

一红外测距单元，用于以一定频率f₀发射脉冲形式的红外线，对前方车辆进行热探测，红外线波长为8～14μm；当红外线遇到前方车辆时会发生漫反射，红外测距单元接收到反射的红外线，然后输出一组一组的代表发射红外线与接收反射红外线的时间差Δt的计数脉冲数量给CPU处理单元；

一CPU处理单元，用于首先根据以下公式计算出自身车辆与前车的距离d：

d＝c×Δt/2，

其中，Δt＝nT，n为计数脉冲的个数，T为计数脉冲的周期，c为光速；

然后，根据自身车辆与前车的距离d的变化Δd以及自身车辆速度v₀计算出前车的速度v₁：

v₁＝Δdf₀+v₀；

然后，根据自身车辆速度v₀、前车的速度v₁，算出自身车辆的完全刹车距离L₀，前车的完全刹车距离L₁、驾驶员反应时间的行驶距离L₂

$L_0=\frac{{v_0}^2}{2a}$

$L_1=\frac{{v_1}^2}{2a}$

$L_2=\frac{v_0}{t_2}$

其中a为汽车完全抱死刹车时的加速度，t₂为驾驶员反应时间；

最后，计算出自身车辆、前车都完全停下来时的距离L′：

L′＝L₁+d-L₀-L₂

并根据距离L′将自身车辆与前车的距离分为：

L′＞L_e时为正常车距，L_e为设定的正常距离；

L_c＞L′＞L_n时为注意车距，L_n为设定的注意距离；

L_n＞L′＞L_w时为警告车距，L_w为设定的警告距离；

L_w＞L′＞L_tw时为严重警告车距，L_tw为设定的严重警告距离；

L_tw＞L′时为制动车距；

一报警单元；

当CPU处理单元判断出目前的车距为注意车距、警告车距以及严重警告车距时，给驾驶者拉响不同紧急的报警信号，以便采取不同操控措施，避免追尾事故的发生，也同时给后面的车辆进行语音或警示灯警告措施，避免二次追尾发生。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种雾天汽车防追尾系统采用红外线，对前方车辆进行热探测，红外线波长为8～14μm，穿透雨、雾的能力较高，从而看清人眼看不见或看不清的前方车辆，因此，特别适合于雾天对前方车辆的测距。另外，本发明对于车距的判断以自身车辆、前车都完全停下来时的距离L′来进行，即在实际计算出自身车辆与前车的距离的基础上，考虑了自身车辆速度、前车的速度，算出自身车辆的完全刹车距离、前车的完全刹车距离、驾驶员反应时间的行驶距离对自身车辆与前车的距离进行判断，得到更为准确的正常距离或不同紧急程度的警告报警，避免雾天汽车防追尾事故的发生。

附图说明

图1是本发明雾天汽车防追尾系统一种具体实施方式原理框图；

图2是图1所示的红外热成像部分的电原理框图；

图3是图2所示的成像显示单元的显示界面图；

图4是图1所示的报警单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例1

图1是本发明雾天汽车防追尾系统一种具体实施方式原理框图。

在本实施例中，如图1所示，雾天汽车防追尾系统包括自车测速单元1，红外测距单元2、CPU处理单元3、报警单元4、操作控制单元5、热红外光学转换电路6、热红外传感器7以及成像现实单元8。

自车测速单元1测量得到自身车辆速度v₀给CPU处理单元3。

红外测距单元2以一定频率f₀，在本实施例中，f₀＝50KHz，脉冲宽度为1ns发射脉冲形式的红外线，对前方车辆进行热探测，红外线波长为8～14μm；当红外线遇到前方车辆时会发生漫反射，红外测距单元2接收到反射的红外线，然后输出一组一组的代表发射红外线与接收反射红外线的时间差Δt的计数脉冲数量给CPU处理单元3。

在本实施中，红外测距单元2发射红外线时，启动其计数电路，计数电路进入计数状态；当红外测距单元2的接收器接收到反射的红外线时，给出一个信号脉冲，使计数器停止计数，这样就得到了反应时间差Δt的计数脉冲数量。

在CPU处理单元部分3采用ARM系统的32位的处理器。现在的32位处理器中，ARM有着强大的处理能力，外围扩展功能全面，能满足汽车实时性处理数据的要求。此部分最重要的是处理算法，该部分主要是完成对安全距离的实时设定。

CPU处理单元3首先根据以下公式计算出自身车辆与前车的距离d：

d＝c×Δt/2，

其中，Δt＝nT，n为计数脉冲的个数，T为计数脉冲的周期，c为光速；

在本实施例中，T为1ns，如果与前车的距离为60米，则的时间差Δt：

Δt＝(2×30)/(3×10⁸)s＝0.2us

计数脉冲的个数为100个。

然后，根据自身车辆与前车的距离d的变化Δd以及自身车辆速度v₀计算出前车的速度v₁：

v₁＝Δdf₀+v₀；

然后，根据自身车辆速度v₀、前车的速度v₁，算出自身车辆的完全刹车距离L₀，前车的完全刹车距离L₁、驾驶员反应时间的行驶距离L₂

$L_0=\frac{{v_0}^2}{2a}$

$L_1=\frac{{v_1}^2}{2a}$

$L_2=\frac{v_0}{t_2}$

其中a为汽车完全抱死刹车时的加速度，t₂为驾驶员反应时间；

最后，计算出自身车辆、前车都完全停下来时的距离L′：

L′＝L₁+d-L₀-L₂

并根据距离L′将自身车辆与前车的距离分为：

L′＞L_e时为正常车距，L_e为设定的正常距离，在本实施例中为30米；

L_c＞L′＞L_n时为注意车距，L_n为设定的注意距离，在本实施例中为20米；；

L_n＞L′＞L_w时为警告车距，L_w为设定的警告距离，在本实施例中为15米；；

L_w＞L′＞L_tw时为严重警告车距，L_tw为设定的严重警告距离，在本实施例中为7米；

距离L′小于7米为制动车距。

当CPU处理单元3判断出目前的车距为注意车距、警告车距以及严重警告车距时，通过报警单元4给驾驶者拉响不同紧急的报警信号，以便采取制动措施，避免追尾事故的发生，也同时给后面的车辆进行语音、警示灯双重警告措施，避免二次追尾发生。

在本实施例中，由于雾天汽车防追尾系统在正常天气行使时，会干扰汽车的驾驶，因此，还包括有操作控制单元5，用于驾驶员开启或关闭雾天汽车防追尾系统。

本单元主要是设计给驾驶员操作，其主要功能，可以实现司机决定什么时候启用该系统，什么时候不用该系统，如在天气比较好的情况下，可以停用该系统，而在大雾，大雨或下雪天时，就应该启用该系统，增强系统的灵活性和适用性。

在本实施例中，如图1所示，雾天汽车防追尾系统还包括热红外光学转换电路6、热红外传感器7以及成像显示单元8。

图2是图1所示的红外热成像部分的电原理框图。

在本实施例中，如图1所示，热红外传感器7接收到前方车辆发动机发出的红外辐射，然后热红外传感器7将红外辐射能转换成电信号，并输入到后面热红外光学转换电路6，以便能对信号进行积分、传输、处理和扫描，并进行A/D转换输出，最后送入CPU模块作视频图像处理，再进行一些图像亮度与对比度的控制、实际校正与伪彩色描绘处理。经过处理的信号送入到视频信号形成部分进行D/A转换并形成标准的视频信号，最后通过成像显示单元8的显示器显示被测前方车辆的红外热像图。热成像技术为现有技术，在此不再详细展开描述。

图3是图2所示的成像显示单元的显示界面图。

如图3所示，在本实施例中，运用显示器来显示前方车辆的热成像图像，根据不同的距离级别，在显示器左右分别设几条距离警示线，分别是正常车距、注意车距、警告车距以及严重警告车距，前方车辆的热成像实时的显示在显示器前方，最下面是自身车辆的位置。热成像也能很好地在雾天使用，因此，本实施例采用热成像来显示前方车辆。

由于热成像图像观察的是前方车辆的实际距离，即自身车辆与前车的距离d，而判断正常车距、注意车距、警告车距以及严重警告车距是自身车辆、前车都完全停下来时的距离L′，因此，需要依据前面的公式，即根据公式d＝L′-L₁+L₀+L₂，将距离L′代入正常距离L_c、注意距离L_n、警告距离L_w、严重警告距离L_tw，实时换算成自身车辆与前车的距离d，然后依据换算出的自身车辆与前车的距离d来显示距离警戒线。距离警戒线会根据车辆的行驶状况，进行实时的位置调整，使驾驶员能做出更为准确的判断。

通过热成像显示以及距离警示线司机可以随时看到自己与前面的距离是在哪种范围内，以便于做出自身车辆的及时调整。

热成像也能很好地在雾天使用，因此，采用热成像来获得前车的图像。

图4是图1所示的报警单元的电路原理图。

报警单元4采用两种方式同时进行报警：警示灯闪烁和语音警告提示。结合前面的监测距离与安全距离的对比，不同的安全级别采取不同的报警方式。这部分接在处理模块外围，如图4所示，作为CPU处理单元3的输出端。当CPU处理单元处理完毕安全距离的测算后，根据不同的结果给出语音信号给放大器401、放大后由扬声器402发出语音：

L′＞L_e时为正常车距，不发出声音；

L_c＞L′＞L_n时为注意车距，发出“请注意前方”语音提示；

L_n＞L′＞L_w时为警告车距，发出“距车小，请注意减速”语音提示；

L_w＞L′＞L_tw时为严重警告车距，发出“距车太小，请立即减速”语音提示；

距离L′小于7米为制动车距，“距车太小，请立即制动”语音提示。

同时车尾的警示灯403按紧急程度进行闪烁，等等。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种雾天汽车防追尾系统，包括自车测速单元，测量得到自身车辆速度v₀，其特征在于还包括：

一红外测距单元，用于以一定频率f₀发射脉冲形式的红外线，对前方车辆进行热探测，红外线波长为8～14μm；当红外线遇到前方车辆时会发生漫反射，红外测距单元接收到反射的红外线，然后输出一组一组的代表发射红外线与接收反射红外线的时间差Δt的计数脉冲数量给CPU处理单元；

一CPU处理单元，用于首先根据以下公式计算出自身车辆与前车的距离d：

d＝c×Δt/2，

其中，Δt＝nT，n为计数脉冲的个数，T为计数脉冲的周期，c为光速；

然后，根据自身车辆与前车的距离d的变化Δd以及自身车辆速度v₀计算出前车的速度v₁：

v₁＝Δdf₀+v₀；

然后，根据自身车辆速度v₀、前车的速度v₁，算出自身车辆的完全刹车距离L₀，前车的完全刹车距离L₁、驾驶员反应时间的行驶距离L₂

$L_0=\frac{{v_0}^2}{2a}$

$L_1=\frac{{v_1}^2}{2a}$

$L_2=\frac{v_0}{t_2}$

其中a为汽车完全抱死刹车时的加速度，t₂为驾驶员反应时间；

最后，计算出自身车辆、前车都完全停下来时的距离L′：

L′＝L₁+d-L₀-L₂

并根据距离L′将自身车辆与前车的距离分为：

L′＞L_e时为正常车距，L_e为设定的正常距离；

L_c＞L′＞L_n时为注意车距，L_n为设定的注意距离；

L_n＞L′＞L_w时为警告车距，L_w为设定的警告距离；

L_w＞L′＞L_tw时为严重警告车距，L_tw为设定的严重警告距离；

L_tw＞L′时为制动车距；

一报警单元；

当CPU处理单元判断出目前的车距为注意车距、警告车距以及严重警告车距时，给驾驶者拉响不同紧急的报警信号，以便采取不同操控措施，避免追尾事故的发生，也同时给后面的车辆进行语音或警示灯警告措施，避免二次追尾发生。

2.根据权利要求1所述的雾天汽车防追尾系统，其特征在于，还包括有操作控制单元，用于驾驶员开启或关闭雾天汽车防追尾系统。

3.根据权利要求1所述的雾天汽车防追尾系统，其特征在于，所述的还包括热红外光学转换电路、热红外传感器以及成像显示单元；

热红外传感器接收到前方车辆发动机发出的红外辐射，并转换成电信号，输入到后面热红外光学转换电路，以便能对信号进行积分、传输、处理和扫描，并进行A/D转换输出，最后送入CPU模块作视频图像处理，送入到视频信号形成部分进行D/A转换并形成标准的视频信号，最后通过成像显示单元的显示器显示被测前方车辆的红外热像图；

根据不同的距离L′，在成像显示单元的显示器左右分别设距离警示线，前方车辆的热成像实时的显示在显示器前方，最下面是自身车辆的位置；

距离警示线根据公式d＝L′-L₁+L₀+L₂，将距离L′代入正常距离L_c、注意距离L_n、警告距离L_w、严重警告距离L_tw将实时换算成自身车辆与前车的距离d，然后依据换算出的自身车辆与前车的距离d来显示距离警戒线。

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