CN102717799B - 一种制止二次碾压的车辆制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制止二次碾压的车辆制动系统，其特征是设置红外生命探测系统，是在汽车底盘的四周安装红外生命探测仪，红外探测光线覆盖包括车辆正下方和车辆外侧的设定区域；通过红外生命探头采集设定区域内的生命信息；图像判别显示系统针对红外生命探测系统采集的生命信息进行人体图像可视化处理，获得人体图像监测信息，动态反馈人体图像监测信息到单片机；在人体图像与设定区域有重叠时，判断为设定区域内存在有生命体，随即由单片机发出指令执行车辆紧急制动，并锁闭车辆启动系统，禁止启动；只有在判断设定区域内不存在有生命体时，车辆方可正常启动。本发明可以有效防止车辆再次碾压伤者导致行人死亡，用于降低车辆二次碾压事故的发生。

Description

一种制止二次碾压的车辆制动系统

技术领域

本发明涉及一种车辆事故安全系统，特别涉及一种制止二次碾压的车辆制动系统。

背景技术

随着国民经济的飞速发展和城市化进程的加快，机动车拥有量急剧增加，交通安全问题日益严峻，二次碾压事故时有发生。

二次碾压是指机动车司机在撞到受害人使其受伤的情况下，由于主观或客观的原因通过倒车或者转向径直再次碾压受害人，导致受伤人员死亡，此类恶性案件在社会上造成恶劣影响。

多数二次碾压的车辆在撞倒行人后再次启动地点到伤者的距离均很短，大约在1-2m范围内，车速度一般仅在30-40km/h。已有技术中，一方面，对于同车二次碾压事故的技术鉴定必须依靠于目击证人或摄像设备，界定判断标准模糊，存在很大的盲区；另一方面，车辆设计中的车辆安全是侧重于在驾驶员的生命安全，并没有针对行人安全的相关设计。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种出于对行人安全考虑的制止二次碾压的车辆制动系统，以杜绝相关恶性案件的发生。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明制止二次碾压的车辆制动系统的特点是包括有：

一红外生命探测系统：是在汽车底盘的四周安装红外生命探测仪，所述红外生命探测仪是由所述红外生命探头发出的红外探测光线覆盖包括车辆正下方和车辆外侧的设定区域；所述红外生命探头采用被动式热释电红外传感器，通过所述红外生命探头采集设定区域内的生命信息；

一图像判别显示系统：针对所述红外生命探测系统采集的生命信息进行人体图像可视化处理，获得人体图像监测信息，动态反馈所述人体图像监测信息到单片机；在所述人体图像与设定区域有重叠时，判断为设定区域内存在有生命体，随即由单片机发出指令执行车辆紧急制动，并锁闭车辆启动系统，禁止启动；只有在判断设定区域内不存在有生命体时，车辆方可正常启动。

本发明制止二次碾压的车辆制动系统的结构特点也在于：

设置紧急刹车制动系统，包括：在车内液压制动管路上并联液压自动刹车系统，以所述液压自动刹车系统在单片机发出指令时实施车辆紧急制动；在发动机供油油路上装置二位二通电磁阀，以所述二位二通电磁阀实现发动机供油油路的通断，实施车辆锁闭启动。

所述的图像判别显示系统是基于被动式红外热成像，采用大规模焦平面矩阵采集原始图像信息，通过DSP/FPGA集成电路板完成图像信息可视化处理。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明可以杜绝交通事故后“二次碾压”的发生，一旦探测到车底有生命信息立即刹车，大大降低此类交通事故伤亡率。

2、本发明的制动系统采用在车内液压制动管路上并联液压自动刹车系统的双制动刹车系统，在发动机供油油路上装置二位二通电磁阀现发动机供油油路的通断实施车辆锁闭启动，双制动刹车和锁启系统更加安全可靠。

3、本发明使用被动式红外热成像，采用大规模焦平面矩阵采集原始图像信息，通过DSP/FPGA集成电路板完成图像信息可视化处理。使得图像处理变得更加准确和简单。

附图说明

图1为本发明总体框架图；

图2为本发明汽车安装红外生命探头分布侧示图；

图3为本发明红外生命探头红外探测监控简图；

图4为本发明被动式红外热成像系统工作流程图；

图5为本发明被动式红外热成像信号处理电路板基本构成；

图6为本发明紧急刹车制动系统原理图；

图7为本发明车辆制动模块程序流程图；

图8为本发明制动系统中二位二通电磁阀结构示意图；

图9为本发明自动刹车执行机构原理图；

表1为本发明中钛酸锶钡BST红外敏感元主要技术参数；

具体实施方式

参见图1，本发明的具体实施是通过芯片单元固化控制程序，将红外生命探测系统、图像识别显示系统、紧急刹车制动系统三个子系统有机结合成一个整体，从而实现智能控制。车辆启动的同时，蓄电池开始为系统供电，安装在车辆底盘下方红外探头开始工作，对车辆底盘下方及其下方外侧一定范围(如10厘米)内的生命信息进行探测、摄像、分析。当有生命体进入监测区域后，被检测到，产生与之相对应的电信号，中央芯片单元对其进行处理后，对车辆制动子系统发出控制指令。车辆制动子系统根据车辆运行状态进行自动强制刹车且锁闭启动装制，并发出信号使监视图像画面暂停，显示出底盘下的静态图像，给驾驶员提供最直观的图像信息。只有当车辆监视区域下方生命特征消失后，车辆恢复正常工作状态。

具体实施中，红外生命探测系统是在汽车底盘的四周安装红外生命探测仪，红外生命探测仪是由红外生命探头发出的红外探测光线覆盖包括车辆正下方和车辆外侧的设定区域；红外生命探头采用被动式热释电红外传感器，通过红外生命探头采集设定区域内的生命信息。

红外生命探测原理：

红外生命探测仪是利用物体红外辐射原理，任何物体只要温度在绝对零度以上都会产生红外辐射，人体也是天然的红外辐射源。但人体的红外辐射特性与周围环境的红外辐射特性不同，红外生命探测仪就是利用它们之间的差别，以成像的方式把要搜索的目标与背景分开。人体的红外辐射能量较集中的中心波长为9.4μm，人体皮肤的红外辐射范围为3～50μm，其中8～14μm占全部人体辐射能量的46%，这个波长是设计人体红外探测仪的重要的技术参数。红外生命探测仪探测出生命的热量，光学系统将接收到的人体热辐射能量聚焦在红外传感器上后转变成电信号，处理后经监视器显示红外热像图，从而确定生命位置。生命探测传感器是整个系统正常工作的基础，它将人体红外波长信号转化为电信号，再传输到各个子系统模块中实现各部分的功能。综合考虑汽车的结构及其行驶的环境因素，本实施例中采用反应时间达到微秒级的被动式热释电红外传感器进行红外波长信号与电信号之间的转换，其他能满足要求的生命探测仪也可使用。当有人体波长信号进入探测区域时，通过滤光片被红外传感器接收到并产生热电效应，发出一个电信号进入后续系统模块，从而完成对整个制止车辆二次碾压系统的控制。

信号处理与控制模块：

人体红外线被红外生命探测仪识别，极化现象所产生的电信号是微弱的，需要对其进行处理以获得可以供利用的信号。在初始产生的电信号后加以两级耦合放大电路对信号进行放大，使其增益倍数达到一千倍以上，以匹配整个系统信号的需要。再将放大的电信号加至比较运算器上，比较得到是不是人体信号。如果是，通过运算器将信号输出到单片机控制芯片上，通过程序控制接下来的刹车系统，同时通过单片机控制显示画面，只显示有信号传输的那个摄像头传来的图像信息，使其保持暂停,将事故发生第一时间的图像呈现给驾驶员。如果不是，将信号传输回去，并反馈到刹车系统，解除信号。

红外生命探头的安装布置：

参见图2、图3，在车辆底盘2上安装一定数目的红外探头1；因为不同类型的红外生命探头的最大探测角度不同，车辆底盘2与地面3之间的高度以及车身宽度的不同，所以不同情况下的红外生命探头探测地面面积大小不同，故安装的红外生命探头数量要依据实际情况而定，探头的安装个数视车辆底盘高度以及车辆大小而定，图3中h为车辆底盘2距离地面3的高度，θ为红外生命探头的最大探测角度，由h和θ计算出探测仪的最大探测地面面积，d为探测仪探测地面最大面积的圆直径，确保所有红外生命探头发出的红外线能覆盖所规定的监测区域。

图像判别显示系统：针对所述红外生命探测系统采集的生命信息进行人体图像可视化处理，获得人体图像监测信息，动态反馈所述人体图像监测信息到单片机；在所述人体图像与设定区域有重叠时，判断为设定区域内存在有生命体，随即由单片机发出指令执行车辆紧急制动，并锁闭车辆启动系统，禁止启动；只有在判断设定区域内不存在有生命体时，车辆方可正常启动。

参见图4、图5，图像识别显示是基于被动式红外热成像技术，采用大规模焦平面矩阵采集原始图像信息，通过DSP/FPGA集成电路板完成图像信息可视化处理。红外视频成像系统工作流程。

红外视频成像前置元件：

①热敏感元件

热敏感元件采用不需制冷的热释电红外传感器，要求所选用的铁电材料的品质因数大，即需要具有较高的电压响应率，同时应该考虑对噪声的降低的作用，如BST（钛酸锶钡）材料，其主要参数如表1所示。

②焦平面技术

焦平面阵列技术是指将感光元件排列在焦平面上，形成阵列状，每个阵列称为一个像素，像素越多说明焦平面的分辨率越高，最终形成的图像也就越好，它是红外热成像的关键部分。现今的水平已经可以生产出较大规模的焦平面阵列，要求各像素之间隔热性要好，网状像素技术可以有效的控制横向热流通的问题，很好的解决调制传递函数的损失，提高摄像头的分辨率。

③读出电路

在每个像素的下面的硅板上集成着与探测阵列相对应的读出电路将该像素的信号传出，在每个探测元和开关之间加低通滤波器来减少噪声带宽。所有的电路都集成在硅底板上，减小了体积。

图像信息处理模块：

该模块由图像信息处理和A/D和D/A信号转换芯片两个部分构成。

（1）图像信息处理

红外热图像表征景物的温度分布是灰度图像，没有立体感，清晰度不高；受到景物热平衡、大气衰减的影响，红外图像空间相关性强、对比度低、视觉效果模糊；红外热成像系统不完善，会有各种各样的噪声影响，造成图像的非均匀性。故而需处理成适于人眼观察的图像信息。

①非均匀性矫正

考虑到图像既需要满足实时性的要求，同时又要求具有较好的矫正效果，所以采用LMS自适应与两点温度定标的非均匀矫正综合法。

②盲元检测及补偿

采用加窗的3σ方法进行检测，对检测出来的盲元先用邻域平均值来代替，再用中值滤波法补偿，从而获得较好的补偿效果。

③图像增强技术

常用的直方图均衡、自适应分段线性变换法，在目标得到增强的同时，噪声也会被增强，而采用离散小波变换红外图像增强方法，在增强图像的同时可以很好的抑制噪声，视觉效果最好。

（2）A/D和D/A信号转换芯片

D/A转换器（数模转换器，简称DAC）是用来将数字量转换成模拟量；A/D转换器（模数转换器，简称ADC）是将模拟量转换成数字量。目前A/D、D/A转换器较多，如采用DAC0832、ADC0809来分别实现D/A转换和A/D转换。

图像显示模块：

图像显示采用多画面监控技术，通过多画面分割器将多个红外视频摄像头传来的视频信号显示在显示屏上。采用基于DSP和FPGA集成电路板实现成像系统。其原理如图7所示。

设置紧急刹车制动系统，包括：在车内液压制动管路上并联液压自动刹车系统，以液压自动刹车系统在单片机发出指令时实施车辆紧急制动；在发动机供油油路上装置二位二通电磁阀，以二位二通电磁阀实现发动机供油油路的通断，实施车辆锁闭启动。

参见图6、图7，紧急刹车制动系统由车辆启动控制模块和车辆自动刹车模块组成。驾驶员在插入钥匙准备启动车辆时，压力传感器收到感应信号后会首先开启本套系统，红外生命探测系统开始对车辆底盘下方及其外侧一定监测范围内进行生命信息探测，同时车速传感器输出车速信号。智能控制系统对探测信号和车速信号进行分析处理，如果未探测到生命信息，车辆正常启动；如果探测到生命信息且车速v＝0(即车辆未启动或启动后处于待驶状态)，主控制器控制车辆启动模块实现车辆锁死，使车辆无法启动；如果探测到生命信息且车速0＜v＜v_c（即车辆已启动，并处于低速行驶状态），主控制器控制车辆自动刹车模块实现自动刹车。当驾驶人员下车移开车下人体使车辆监视区域下方生命信息消失后，控制信号解除，车辆启动模块自动解锁，车辆才能被重新启动并正常行驶；可以将v_c取为30km/h。

参见图8，制动控制子系统通过控制二位二通电磁阀实现发动机供油油路的通断。当主控制器发出控制信号，控制二位二通电磁阀的阀电磁铁4通电。阀电磁铁4通电后吸引阀衔铁9，阀衔铁9带动活塞7一起向左运动，当活塞7运动到电磁阀的阀芯的最左端时，油不能从油路入口5流向油路出口8，此时汽车发动机的供油被阻断。

参见图8，二位二通电磁阀装在发动机供油油路上，由油路入口5、油路出口8、活塞7、弹簧6、阀衔铁9和阀电磁铁4组成。当阀电磁铁4通电时，阀电磁铁4的磁力吸引阀衔铁9克服弹簧6的弹力把活塞7拉在二位二通电磁阀阀芯的左侧，此时油液不能从油路入口5进入阀芯，发动机的供油油路被阻断。当阀电磁铁4断电时，活塞7在回位弹簧6的作用下右移恢复到二位二通电磁阀芯的右端，油液从油路入口5进入阀芯，从油路出口8流出，发动机正常供油。

车辆自动刹车模块：

在汽车行驶的情况下，为了解决上述问题，在主控制器接受到控制信号时，可以采取启动熄火控制电路、切断发动机油路和控制车辆自动刹车三种方式，分别实现切断车上的点火系统和喷油电路使汽车熄火，停止向发电机供油以及进行刹车控制，从而制止二次碾压事故的发生。

然而，启动熄火控制电路和切断发动机油路这两种方式，存在一定的安全隐患。首先，由于汽车方向盘控制系统是与汽车的油路相连接的，因而一旦汽车熄火、断油，会使得方向盘无法控制。然而汽车在出现紧急制动状态后，往往不能立即停止下来，由于惯性会向前运行一段时间和路程。如果在这段时间和路程内，驾驶员无法调节方向盘来改变汽车的运行方向，同样不能达到制止二次碾压的目的，危险依然存在。其次，在某些情况下并不需要熄火，而需要的只是紧急减速避让，如果突然切断车上的点火系统和喷油电路，驾驶员会觉得无法适从，所以汽车的突然熄火是非常危险的。

基于以上考虑，本实施例选择第三种方式，即控制车辆自动刹车。

车辆自动刹车执行机构的设计：

参见图9，本实施例中的自动刹车执行机构是在保证原车制动系统正常运作和满足制动可靠性的基础上进行设置。如图9所示，左半部分是原车制动系统，右半部分是制止车辆二次碾压自动刹车系统，即在原有的液压制动管路中并联一套液压自动刹车系统，通过电磁阀控制自动刹车系统向制动管路提供压力。

车辆自动刹车执行机构主要部件说明：

1）液压泵12：液压泵12采用电动液压泵，液压泵12的进油口通过过滤器11与油箱10相连通，排油口通过第一单向阀14由管路与蓄能器15相连通。

2）溢流阀13：溢流阀13的一端与液压泵12的排油口相连通，另一端与油箱10相连通，溢流阀13用于限定液压泵12的输出压力。

3）蓄能器15：蓄能器15与压力继电器16相连接，蓄能器15由压力继电器16控制，在蓄能器15内压力油的压力低于压力继电器16所设定的压力值时，压力继电器16向液压泵12发出电信号，液压泵12工作，压力油从油箱10通过过滤器11进入液压泵12，由液压泵12输出的压力油通过第一单向阀14进入蓄能器15，使蓄能器15中压力油的压力升高；当蓄能器15内压力油的压力高于压力继电器16所设定的压力值时，压力继电器16向液压泵12发出信号，液压泵12停止工作。

4）液压缸18：液压缸18包括缸体1801，回位弹簧1802和柱塞1803。回位弹簧1802和柱塞1803设置在缸体1801内，柱塞1803的一端与回位弹簧1802连接，另一端分别与第一电磁换向阀17，第二电磁换向阀20的输出端连接。在液压缸18右腔上具有一个进油口和一个排油口，其中：右腔上的进油口通过第一电磁换向阀17由管路与蓄能器15相连通，排油口通过第二电磁换向阀20、第二单向阀21由管路与油箱10相连通。

5）电磁换向阀：第一电磁换向阀17为两位两通电磁换向阀，复位方式为弹簧复位，常态为常闭；第二电磁换向阀20为两位两通电磁换向阀，复位方式为弹簧复位，常态为常开。第一电磁换向阀17和第二电磁换向阀20分别通过第一继电器和第二继电器与一主控制器实现电连接。

6）车轮制动器、刹车助力器：车轮制动器19、刹车助力器23是原车制动系统中的刹车执行部件。

车辆自动刹车执行机构工作原理：

在正常制动时，由驾驶员踩下制动踏板22，实现制动。此时第一电磁换向阀17，第二电磁换向阀20不通电，位于常态位工作，第一电磁换向阀17关闭，第二电磁换向阀20打开；液压缸18的柱塞1803在回位弹簧1802的作用下，位于右侧。

当自动刹车时，主控制器发出制动信号后，第一继电器、第二继电器分别控制第一电磁换向阀17，第二电磁换向阀20通电工作，蓄能器15中的压力油通过第一电磁换向阀17进入液压缸18的右腔，柱塞1803右侧产生油压，推动柱塞1803左移，缸体1801左侧油腔体积减小，产生制动油压，使车轮制动器工作，控制车辆刹车。

主控制器发出解除制动信号后，第一继电器、第二继电器分别控制第一电磁换向阀17，第二电磁换向阀20断电，柱塞1803右侧油腔卸压，柱塞1803在回位弹簧1802的作用下右移，缸体1801左侧油腔体积增大，制动油压解除。主控制器发出保持制动压力信号后，第一继电器、第二继电器分别控制第一电磁换向阀17断电关闭，第二电磁换向阀20通电关闭，保持制动。这样自动制动系统就自动实现制动、解除制动、保持制动。

本发明中所涉及到的技术指标：

红外检测及成像系统技术指标：

检测条件与控制单元技术指标：

车辆行驶速度            0~30km/h

AT89S52工作电压         5V

本系统由红外生命探测系统、图像判别显示系统、紧急刹车制动系统三个部分组成。对车辆底盘下方及其外侧下方一定范围(如10厘米)进行实时监测生命信息,分析生检测的命信息，运用智能控制理论综合实现车辆制动控制和自动报警，以达到制止车辆二次碾压的目的。

其工作流程如下：在车辆启动的同时，蓄电池开始为系统供电，系统启动。红外线识别子系统开始工作，实时监测车下规定范围内环境，准确捕捉生命信号，测量人体波长，并量化为电压值，与活体电压范围进行比较，如果在规定的阈值内，则证明是生命体，系统进而转向下一个功能，否则，不是生命体，其他子系统不工作；探测到车下有生命体后，车辆制动子系统启动，实现车辆自动刹车或锁死启动，并发出信号使监视图像画面暂停，显示出底盘下的静态图像，给驾驶员提供最直观的图像信息。只有当车辆监视区域下方生命特征消失后，车辆才可恢复正常工作状态。

为了实现整个系统的智能自动控制，本系统运用递阶智能控制原理和专家智能控制原理，分层树状梳理，保证功能清晰实现。将生命信号转换为数字信号输入到单片机中，经过处理后再传给车辆制动子系统，系统的主控制器通过实时操作系统控制信号在系统总线内的传递方向，达到智能化。

表1BST（钛酸锶钡）红外敏感元主要技术参数

Claims (2)

1.一种制止二次碾压的车辆制动系统，其特征在于，包括：

红外生命探测系统，其是安装在汽车底盘四周的红外生命探测仪，所述红外生命探测仪的红外生命探头发出的红外探测光线覆盖包括车辆正下方和车辆外侧的设定区域；所述红外生命探头采用被动式热释电红外传感器，通过所述红外生命探头采集设定区域内的生命信息；

图像判别显示系统，其针对所述红外生命探测系统采集的生命信息进行人体图像可视化处理，获得人体图像监测信息，动态反馈所述人体图像监测信息到单片机；在所述人体图像与设定区域有重叠时，判断为设定区域内存在有生命体，随即由单片机发出指令执行车辆紧急制动，并锁闭车辆启动系统，禁止启动；只有在判断设定区域内不存在有生命体时，车辆方可正常启动；

自动刹车执行机构，其包括以下部件：

液压泵(12)，其采用电动液压泵，液压泵(12)的进油口通过过滤器(11)与油箱(10)相连通，排油口通过第一单向阀(14)由管路与蓄能器(15)相连通；

溢流阀(13)，其一端与液压泵(12)的排油口相连通，另一端与油箱(10)相连通，溢流阀(13)用于限定液压泵(12)的输出压力；

蓄能器(15)，其与压力继电器(16)相连接，蓄能器(15)由压力继电器(16)控制，在蓄能器(15)内压力油的压力低于压力继电器(16)所设定的压力值时，压力继电器(16)向液压泵(12)发出电信号，液压泵(12)工作，压力油从油箱(10)通过过滤器(11)进入液压泵(12)，由液压泵(12)输出的压力油通过第一单向阀(14)进入蓄能器(15)，使蓄能器(15)中压力油的压力升高；当蓄能器(15)内压力油的压力高于压力继电器(16)所设定的压力值时，压力继电器(16)向液压泵(12)发出信号，液压泵(12)停止工作；

液压缸(18)，其包括缸体(1801)、回位弹簧(1802)和柱塞(1803)，所述回位弹簧(1802)和柱塞(1803)设置在缸体(1801)内，柱塞(1803)的一端与回位弹簧(1802)连接，另一端分别与第一电磁换向阀(17)、第二电磁换向阀(20)的输出端连接；在所述液压缸(18)右腔上具有一个进油口和一个排油口，其中：右腔上的进油口通过第一电磁换向阀(17)由管路与蓄能器(15)相连通，排油口通过第二电磁换向阀(20)、第二单向阀(21)由管路与油箱(10)相连通；

电磁换向阀：其中，第一电磁换向阀(17)为两位两通电磁换向阀，复位方式为弹簧复位，常态为常闭；第二电磁换向阀(20)为两位两通电磁换向阀，复位方式为弹簧复位，常态为常开；第一电磁换向阀(17)和第二电磁换向阀(20)分别通过第一继电器和第二继电器与一主控制器实现电连接；

车轮制动器(19)和刹车助力器(23)，其是刹车执行部件。

2.根据权利要求1所述的制止二次碾压的车辆制动系统，其特征在于，所述图像判别显示系统是基于被动式红外热成像，采用大规模焦平面矩阵采集原始图像信息，通过DSP/FPGA集成电路板完成图像信息可视化处理。

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