CN103359123B - 一种智能车速控制管理系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能车速控制管理系统及实现方法,通过安装本发明的系统，可以有效合理的控制驾驶员的驾驶速度，使得汽车速度自动在限速要求范围内得到控制，本发明可以对不同的用户的身份信息进行管理，使得不同驾驶员可以拥有其各自的车速限制等数据库信息,通过验证后，就可以使得不同驾驶员登陆进各自的车速控制管理系统,本发明专利智能车速控制管理系统的驾驶自主控制模块、常速驾驶模块、自动定速驾驶模块、超速驾驶模块（包括自动减速模块和强制减速模块）之间都是相互关联的，其各自对应的模式状态之间也是可以相互转换的，从而控制汽车的速度，保证驾驶的安全性。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种车速控制方法，尤其为一种智能车速控制管理系统及实现方法。
背景技术
由于不同道路对于汽车行驶限速值要求不同，目前的限速控制系统很难针对不同道路进行限速，比如高速公路、城市道路、不同车道的限速值范围都不相同，因此需要根据当前汽车所在的不同道路进行分别限速。
目前，通过摄像头来对限速牌进行识别的系统，其识别率和识别性能不高，容易受到天气变化影响，且价格昂贵。
同时，现有的限速控制系统也没有根据当前实时的道路限速信息，而只是单一对最高限速值进行控制；同时，目前的车载GPS系统，也并没有提供车速控制功能，只是简单的导航或者道路限速信息的提醒。
另外，定速驾驶系统也只能单一的通过人工设置选择定速驾驶，不能自动根据道路限速情况和要求实现定速驾驶。
因此，需要将当前汽车所处道路的限速值信息和对其进行有效合理控制限速的方法相结合，使得汽车速度自动在限速要求范围内得到控制，才能有效对汽车进行限速管理。
发明内容
针对上述就是问题，本发明提出一种智能车速控制管理系统及实现方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种智能车速控制管理系统，包括人际交互控制台、车载GPS信号收发器模块、矢量道路限速数据库、个人道路限速数据库、车速传感器模块、限速控制器模块；
所述人际交互控制台包括人际交互界面，以及提醒系统用于提醒驾驶员当前驾驶情况和信息；
所述车载GPS信号收发器模块用于定位当前汽车所在位置并获取其位置信息；
所述矢量道路限速数据库用于存储道路的限速值信息；
所述个人道路限速数据库用于存储个人设置的限速值信息；
车速传感器模块用于用于获取计算当前车速值信息；
智能限速控制器模块根据当前汽车的位置信息，通过矢量道路限速数据库查询当前汽车所在道路的限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]，通过个人道路限速数据库查询当前汽车所在道路个人设置的限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]，通过限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]和限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]计算获得当前道路的实际限速值，比对车速传感器模块获得的当前车速值与当前道路的实际限速值，当当前车速值大于实际限速值或者接近超速提醒阈值时，通过人际交互控制台进行提醒或者进行减速。
进一步的，所述智能限速控制器模块包括身份验证模块、GPS数据信息处理模块、矢量道路限速信息查询模块、道路实际限速信息计算模块、超速判断模块；还包括汽车电子控制单元模块；
所述身份验证模块用于通过人机交互控制台获取用户的身份信息，对其进行比对验证；
GPS数据信息处理模块用于根据车载GPS信号收发器模块获得的位置信息，获取当前汽车所在位置的矢量坐标；
矢量道路限速信息查询模块用于根据当前汽车位置的矢量坐标，在矢量道路数据库中查询当前汽车所在的矢量道路信息以及该道路的的限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]；
道路实际限速信息计算模块用于根据身份验证模块获得的驾驶用户信息和当前所在道路矢量信息，在个人道路限速数据库中查询设置的该驾驶员在该道路的限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]，并根据当前所在道路的限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]和设置该驾驶员在该道路的限速信息[Vusrmin,Vusrmax]，计算驾驶员的实际道路限速值信息；
超速判断模块用于根据当前车速值和驾驶员的实际道路限速值信息来判断驾驶员是否超速或者接近超速提醒阈值；
汽车电子控制单元模块根据超速判断模块的判断，作出如下控制：
定速驾驶，使得汽车自动保持当前车速行驶；
自动减速，控制汽车来进行自动减速；
强制减速，控制汽车无法加速，并进行强制减速。
一种智能车速控制管理实现方法，包括如下步骤：
31)通过车载GPS信号收发器模块定位当前汽车所在位置并获取其位置信息；
32)通过矢量道路限速数据库查询当前汽车所在道路的限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]，通过个人道路限速数据库查询当前汽车所在道路个人设置的限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]；
33)通过限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]和限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]计算获得当前道路的实际限速值，比对车速传感器模块获得的当前车速值与当前道路的实际限速值；
34)当当前车速值大于实际限速值或者接近超速提醒阈值时通过人际交互控制台进行提醒或者进行减速。
进一步的，还包括身份验证步骤，驾驶员通过人际交互控制台进行验证从而获得该驾驶员的身份信息；步骤32)中，利用用户的身份信息查询个人道路限速数据库，从而获得当前汽车所在道路个人设置的限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]。
进一步的，通过车载GPS信号收发器模块定位当前汽车所在位置并获取其位置信息，将该位置信息转换为矢量坐标，然后通过该矢量坐标查询矢量道路限速数据库。
进一步的，计算获得当前道路的实际限速值包括如下步骤：通过查询矢量道路数据库获取当前GPS矢量道路的限速范围[Vgpsmin,Vgpsmax]，通过查询个人限速数据库，获取设置的个人道路限速值范围[Vusrmin,Vusrmax]，如果当前Vgpsmin>Vusrmin，则Vmin＝Vgpsmin，否则Vmin＝Vusrmin；如果当前Vgpsmax>Vusrmax，则Vmax＝Vusrmax，否则Vmax＝Vgpsmax；从而得到当前驾驶员用户在该道路的实际限速值范围[Vmin,Vmax]。
进一步的，所述步骤34)具体步骤如下：获取当前车速值Vcur，再通过查询获得驾驶管理员当前用户的限速提醒阈值Vthreshold，如果当前车速值Vcur小于当前道路实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，则若之前开启了超速计时器，将其关闭，并进入常速驾驶模式；如果当前车速值Vcur不小于当前实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，则进一步判断当前车速值Vcur是否小于当前道路实际限速值Vmax，如果是，则也同样关闭超速定时器，并进入驾驶提醒模式，由人机交互控制台提醒驾驶员已经接近限速值，同时又进入超速判断模块，循环检查判断当前超速情况；当前车速值Vcur不小于当前道路实际限速值Vmax，则当前汽车超速，需要开启超速定时器，记录超速驾驶时间，并进入超速驾驶处理模块对其进行处理。
进一步的，所述超速驾驶处理模块对其进行处理的步骤包括：首先通过查询获取驾驶管理员设置的当前用户强制减速时间阈值Tthreshold，根据开启的超速定时器，判断当前超速时间是否小于该强制减速时间阈值Tthreshold，如果是小于，则进一步判断驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了减速的相关操作，则解除自动控制系统，进入驾驶员自主控制模式，否则自动控制系统进行自动减速，如果当前超速时间不小于强制减速时间阈值Tthreshold，则开启超速定时器，即之前没有开启超速定时器，则现在开启；之前若已经开启，则继续计时，之后自动控制系统来对汽车实现强制减速。
进一步的，所述自动控制系统进行自动减速包括如下步骤：首先发送自动减速控制信号给汽车电子控制单元模块，通过汽车电子控制单元模块控制节气门进而控制电机反转，减少发动机供油量，限制动力输出，或者通过推动刹车片接触车轴来进行自动刹车，使得汽车速度降低，之后，判断当前驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式，由驾驶员自行控制车速；否则，进一步判断当前车速Vcur是否小于当前实际限速值Vmax，如果不是，则继续进入自动减速模块进行自动减速；如果当前车速Vcur<实际限速值Vmax，则关闭超速定时器，进一步判断当前驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式，由驾驶员自行控制车速；否则，继续发送自动减速控制信号给汽车电子控制单元模块进行自动减速，并进一步判断当前车速Vcur是否小于实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，如果是，则进入常速驾驶模式，否则，进入驾驶员提醒模式，通过人际交互控制台提醒驾驶员已经接近限速值。
进一步的，自动控制系统来对汽车实现强制减速包括如下步骤：首先汽车电子控制单元模块屏蔽所有加速相关控制信号，然后，发送自动减速控制信号给汽车电子控制单元模块，控制节气门进而控制电机反转，减少发动机供油量，限制动力输出，或者通过推动刹车片接触车轴来进行自动刹车，使得汽车速度降低，然后，判断当前驾驶员是否执行了车速减速相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式由驾驶员自行控制车速；否则，进一步判断当前车速Vcur是否小于当前实际限速值Vmax，如果不是，则继续进入自动减速模块进行自动减速；如果当前车速Vcur<实际限速值Vmax，则汽车电子控制单元模块解除对加速控制相关信号的屏蔽，恢复正常工作状态，并关闭超速定时器，进一步判断当前驾驶员是否执行了车速减速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式由驾驶员自行控制车速；否则，继续发送自动减速控制信号给汽车电子控制单元模块进行自动减速。并进一步判断当前车速Vcur是否小于实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，如果是，则进入常速驾驶模式，否则，进入驾驶员提醒模式。
本发明的有益效果在于：通过安装本发明的系统，可以有效合理的控制驾驶员的驾驶速度，使得汽车速度自动在限速要求范围内得到控制，本发明可以对不同的用户的身份信息进行管理，使得不同驾驶员可以拥有其各自的车速限制等数据库信息。通过验证后，就可以使得不同驾驶员登陆进各自的车速控制管理系统。如果不能通过，则为非法用户无法驾驶汽车，也保证了汽车驾驶的安全性。由管理员统一设置不同用户的车速限制信息。这样可以方便比如家长对孩子的限速管理控制或者教练员对练车学员的减速管理控制等。如果没有对其设置个人限速要求，则系统会采用默认的通用汽车限速值。首先根据当前所使用的车型，根据交通法规，设置不同的要求，本发明专利智能车速控制管理系统的驾驶自主控制模块、常速驾驶模块、自动定速驾驶模块、超速驾驶模块(包括自动减速模块和强制减速模块)之间都是相互关联的，其各自对应的模式状态之间也是可以相互转换的，从而控制汽车的速度，保证驾驶的安全性。
附图说明
图1为本发明专利智能车速控制管理系统处理模块流程图；
图2为本发明专利智能车速控制管理系统结构图；
图3为本发明专利HMI提醒系统和各个需要提醒的驾驶模式对应关系图；
图4为本发明专利的个人道路限速信息计算模块流程图；
图5为本发明专利的超速判断模块处理流程图；
图6为本发明专利的超速驾驶处理模块流程图；
图7为本发明专利的自动减速模块处理流程图；
图8为本发明专利的强制减速模块处理流程图；
图9为本发明专利的常速驾驶模式处理流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
为了实现对汽车速度进行智能化的控制和管理，本发明的智能车速控制管理系统包括：
(1)HMI人机交互控制台，包括可以进行触控输入和显示的屏幕，音响，以及语音/图像/文字提醒系统用于提醒驾驶员当前驾驶情况和信息。
(2)车载GPS全球定位系统信号收发器模块，用于定位当前所在位置获取其位置信息。
(3)矢量道路限速数据库，该数据库信息可以是存储在本地智能车速控制管理系统数据库中，也可以存放在网络云端数据库中。
(4)个人道路限速数据库，该数据库信息同样既可以是存储在本地智能车速控制管理系统数据库中，又可以存放在网络云端数据库中。
(5)车速传感器，用于获取计算当前车速值信息。
(6)智能限速控制器(MCU)，该控制器也是本系统的核心控制单元，主要包括如下几个模块：
(6.1)身份验证模块，用于通过HMI人机交互控制台获取用户的身份信息，对其进行验证，看是否通过。
(6.2)GPS数据信息处理模块，用于获取当前汽车所在位置坐标和其矢量信息。矢量道路限速信息查询模块，用于根据当前汽车位置矢量坐标，在矢量道路数据库中查询所在的矢量道路信息以及该道路信息的限速值信息。
(6.3)个人道路限速信息计算模块，用于根据驾驶用户信息和当前所在道路矢量信息，在个人道路限速数据库中查询设置的驾驶员在该道路的限速值信息。并根据当前所在道路的限速值信息和设置当前用户在该道路的限速信息，计算驾驶员的实际道路限速值信息。
(6.4)当前车速计算模块，用于通过车速传感器、车轮转速传感器或者GPS单位时间的行驶距离等其他方式，计算出当前汽车速度值。
(6.5)超速判断模块，根据当前车速值和驾驶员的实际道路限速值信息来判断驾驶员是否超速或者接近超速提醒阈值。
(7)汽车电子控制单元(ECU)中包括3个主要的控制相关模块，分别如下：定速驾驶模块，用于使得汽车自动保持当前车速行驶。
自动减速模块，用于ECU控制汽车来进行自动减速。
强制减速模块，用于ECU控制汽车无法加速，并进行强制减速。
本发明专利可以对不同的用户的身份信息进行管理，使得不同驾驶员可以拥有其各自的车速限制等数据库信息。用户的身份信息验证可以是用户名和密码的组合，或者是通过生物认证等方式，比如指纹识别，人脸识别等，或者是通过RFID，亦或是它们其中的组合方式等。通过验证后，就可以使得不同驾驶员登陆进各自的车速控制管理系统。如果不能通过，则为非法用户无法驾驶汽车，也保证了汽车驾驶的安全性。
智能车速控制管理系统的管理员用户可以对所有驾驶员账户信息进行管理，包括增加、删除、修改驾驶员账户信息等。而驾驶员则可以对部分信息有修改权限，比如个人密码，电话等，而对于车速限制要求则不允许修改，由管理员统一设置不同用户的车速限制信息。这样可以方便比如家长对孩子的限速管理控制或者教练员对练车学员的减速管理控制等。
对于新加入的驾驶员用户，如果没有对其设置个人限速要求，则系统会采用默认的通用汽车限速值。首先根据当前所使用的车型，根据交通法规，设置不同的要求，比如：高速公路上行驶的小型载客汽车最高车速不得超过每小时120公里，其他机动车不得超过每小时100公里，同方向有2条车道的，左侧车道的最低车速为每小时100公里；同方向有3条以上车道的，最左侧车道的最低车速为每小时110公里，中间车道的最低车速为每小时90公里。同时，设置的个人限速值也遵循交通法规的通用汽车限速要求，其值必须要在通用汽车限速值范围内，否则会提示设置限速值不符合要求，需要重新设置。
本发明专利还提供了汽车驾驶管理员对不同驾驶用户进行个性化的设置，如下所示：
(1)身份验证方式设置：用户名密码、指纹识别、人脸识别等；
(2)不同用户的道路限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]设置；
(3)提醒方式设置：语音、文字、图像等；
(4)用户的限速提醒阈值Vthreshold设置；
(5)用户的强制减速时间阈值Tthreshold设置；
(6)数据库存储方式设置：本地或云端。
这些个性化设置都有其默认值设置。
本发明专利智能车速控制管理系统在启动控制相关模块的时机如下所述：
驾驶员没有进行刹车、油门、离合、档位等控制汽车速度的操作时。
包括：当前车速超过当前道路限速值，当前车速在当前道路限速值以内驾驶员踩踏加速踏板保持超速驾驶时间超过设定的强制减速时间阈值Tthreshold等情况。
本发明专利智能车速控制管理系统在关闭控制相关模块的时机如下所述：
当驾驶员进行了刹车、油门、离合、档位等控制汽车速度的操作时。
本发明专利智能车速控制管理系统的自动减速模块和强制减速模块之间是有区别和联系的两个模块。当驾驶员超速驾驶(即Vcur>Vmax)的时间小于Tthresh时，进入自动减速模块，该智能限速控制系统会自动完成汽车减速功能。在该过程中，驾驶员也可以执行了汽车速度控制相关操作，包括减速相关操作和加速相关操作，从而进入驾驶员自主控制模式，因此也会返回到初始状态重新开始判断当前是否超速情况。
自动减速模块转换到强制减速模块的情况：
如果进入自动减速模块后，又由于驾驶员执行了车速控制操作进入自主控制模式，之前的超速定时器仍然在启动计时，没有被关闭，因此，如果超速监测模块检测到当前驾驶员超速驾驶(即Vcur>Vmax)的时间超过Tthresh时，则会进入强制减速模块，屏蔽汽车加速控制相关操作信号。因此，此时驾驶员无法执行任何汽车加速相关操作，只能执行汽车减速操作，或者不进行任何操作，由系统进行自动减速操作，只有当前车速Vcur下降到最大限速值Vmax以下，才关闭驾驶超时计时器。并重新解除对加速踏板信号的屏蔽，恢复汽车动力传动系统以及加速相关功能。
强制减速模块转换到强制减速模块的情况：
如果进入强制减速模块后，驾驶员主动执行了汽车减速相关控制操作，比如踩踏刹车，减速减挡等操作，则进入自主控制模式，重新返回初始状态，根据当前车速和道路限速情况，判断当前是否超速。如果当前车速Vcur仍然不小于Vmax，则由于之前启动的驾驶超时计时器并没有被关闭，因此，驾驶员超速驾驶的时间必定仍然超过Tthresh，所以仍然会进入强制减速模块进行减速控制处理。
强制减速模块转换到自动减速模块的情况：
如果进入强制减速模块后，驾驶员主动执行了汽车减速相关控制操作，则进入自主控制模式，重新返回初始状态，根据当前车速和道路限速情况，判断当前是否超速。如果当前车速Vcur下降到Vmax以下或者Vmax-Vthresh以下，都会关闭超速定时器，并分别进入驾驶提醒模式和常速驾驶模式。如果之后驾驶员执行了汽车速度控制相关操作，则又会根据当前车速和当前道路限速情况判断是否超速，如果超速且超速驾驶时间没有超过阈值Tthresh，则又会重新启动超速驾驶定时器，并重新进入自动减速模块。
本发明专利智能车速控制管理系统的定速驾驶模块和驾驶员自主控制模块之间的关系如下：
如果当前车速Vcur小于Vmax-Vthresh，则进入常速驾驶模块，如果当前驾驶员没有进行任何汽车速度控制相关操作，则进入定速驾驶模块，保持当前符合要求的车速继续行驶；如果驾驶员进行了车速控制相关操作，则会进入驾驶员自主控制模块，重新根据当前车速和当前道路限速情况判断是否超速。如果当前车速Vcur仍然小于Vmax-Vthresh，则进入常速驾驶模块。否则，进入驾驶提醒模式或者超速驾驶模式，按照同前所述处理。
因此，本发明专利智能车速控制管理系统的驾驶自主控制模块、常速驾驶模块、自动定速驾驶模块、超速驾驶模块(包括自动减速模块和强制减速模块)之间都是相互关联的。其各自对应的模式状态之间也是可以相互转换的。
如图1所示是本发明专利智能车速控制管理系统各个功能模块的处理流程图，包括身份验证模块、处理GPS数据信息模块、查询矢量道路限速信息模块、个人道路限速信息计算模块、当前车速计算模块、超速判断模块、定速驾驶模块、自动减速模块、强制减速模块等。首先启动本智能车速控制管理系统，通过身份验证模块对驾驶员用户的身份进行验证，验证通过后，进入驾驶员自主控制模式，由驾驶员开始启动驾驶汽车。之后，通过GPS数据信息处理模块获取当前汽车的位置矢量信息，再由矢量道路限速信息查询模块来查询当前所在的道路位置信息，进而确定当前道路的限速值信息。然后，结合当前驾驶员个人限速数据库中设置的限速值和GPS道路规定的限速值，通过个人道路限速信息计算模块计算确定当前驾驶员个人在该道路的实际限速值。再由车速计算模块获得的当前车速值，根据前面计算出的当前驾驶员个人在该道路的实际限速值信息，通过超速判断模块来判断当前汽车是否超速。根据超速判断模块的分析处理，根据当前驾驶车速情况，使得汽车进入常速驾驶模式、驾驶提醒模式或者超速驾驶模式。
图2为本发明专利的系统结构图，包括HMI人机交互控制台、车载GPS模块、矢量道路限速数据库、个人道路限速数据库、车速传感器、智能限速控制器(MCU)、汽车电子控制单元(ECU)等。其中，HMI人机交互控制台，包括显示屏、外放音响、摄像头、传感器等。该控制台主要用于两个方面，一方面是对驾驶员身份信息的验证时获取用于的身份信息，可以根据情况选取进行哪种身份验证方式，因此所使用的控制台设备装置也可能因此而不同，比如要进行人脸识别认证，则需要摄像头；要进行指纹身份认证，则需要指纹采集传感器等。另一方面，该HMI人机交互控制台根据当前所处的驾驶模式和状态给予对应的提醒信息。提醒驾驶员信息的方式可以是语音、图像、文字等方式或者其中的组合方式。
图3所示为该HMI人机交互控制台提醒系统和各个需要提醒的驾驶模式的对应关系。主要由四类驾驶模式构成，分别是驾驶员自主控制模式、常速驾驶模式、驾驶员提醒模式和超速驾驶模式。本智能提醒系统，可以根据情况进行个性化的定制提醒，其中驾驶员提醒模式和超速驾驶模式是必须进行提醒的，驾驶员自主控制模式、常速驾驶模式可以根据情况进行设定是否提醒。提醒的方式也可以由驾驶员用户进行个性化的定制，选取何种提醒方式。同时，系统默认驾驶员提醒模式和超速驾驶模式的语音提醒是必须的，其他提醒方式可以个性化选择设定。
图2中所示的GPS为车载全球定位系统信号收发器模块，用于定位当前汽车所在位置坐标和矢量信息。该坐标数据为矢量信息，是具有方向性的，比如上坡或者下坡，车道和对向车道，其GPS坐标信息可能属于同一位置，但是各自的限速值可能是不同的。GPS数据信息处理模块通过其获取位置坐标矢量信息，并对其进行处理，计算出当前位置所属的矢量道路。
矢量道路限速数据库中存储了矢量道路信息和其对应的限速值信息。道路限速数据库的矢量道路-限速表如下表1所示：
表1矢量道路限速数据库的矢量道路-限速表
| 矢量道路名称(或编号) | 限速值范围 |
| Road 000001 | (Vgpsmin，Vgpsmax) |
| Road 000002 | (Vgpsmin，Vgpsmax) |
| …… | …… |
| Road xxxxxx | (Vgpsmin，Vgpsmax) |
根据当前GPS坐标矢量信息值，计算出当前位置属于哪条矢量道路，再查找道路-限速表中限速值即可。
该数据库信息可以是存储在本地智能车速控制管理系统数据库中，也可以存放在网络云端数据库中。通过矢量道路限速信息查询模块，查询当前汽车所在矢量道路的限速值范围[Vgpsmin,Vgpsmax]。
该计算查询过程可以通过无线网络，将该车的GPS坐标矢量信息发送到其对应的汽车信息管理服务中心，由该服务中心计算查询完成后，将结果返回给请求服务的汽车控制器，该服务中心有很强的实时计算和并行计算能力，可以更加高效快捷的完成该过程，也可以节省汽车内部的数据存储空间；同时也可以根据情况在车内本地通过存储的道路限速离线数据库，来完成该计算和查询过程。该道路限速离线数据库信息也可以定期通过联网方式进行更新，以便及时更新汽车本地存储的道路限速数据库信息。
个人道路限速数据库与矢量道路限速数据库类似，该数据库信息同样既可以是存储在本地智能车速控制管理系统数据库中，又可以存放在网络云端数据库中。该数据库为汽车驾驶管理员对当前用户设置的个性化限速要求，也是由当前矢量道路名称(或编号)和限速值范围组成的数据表。
根据驾驶员用户信息和当前所在道路矢量信息，在个人道路限速数据库中查询其设置在该道路的限速值范围[Vusrmin,Vusrmax]。通过个人道路限速信息计算模块，根据当前所在道路的限速值信息和设置当前用户在该道路的限速信息，计算驾驶员的实际道路限速值范围[Vmin,Vmax]。
该计算过程如图4所示，通过查询矢量道路数据库获取当前GPS矢量道路的限速范围[Vgpsmin,Vgpsmax]，通过查询个人限速数据库，获取设置的个人道路限速值范围[Vusrmin,Vusrmax]。
如果当前Vgpsmin>Vusrmin，则Vmin＝Vgpsmin，否则Vmin＝Vusrmin；
如果当前Vgpsmax>Vusrmax，则Vmax＝Vusrmax，否则Vmax＝Vgpsmax；
从而得到当前驾驶员用户在该道路的实际限速值范围[Vmin,Vmax]。
图2所示的车速传感器用户获取当前汽车行驶速度，同时也可以使用车轮转速传感器，来计算出当前汽车速度值。或者通过GPS模块，计算单位时间的行驶距离等方式来获得当前车速值。或者利用其中的几种方式组合，来消除不同方法的误差，由当前车速计算模块求其平均值作为当前车速值。
图5所示的为超速判断模块处理流程图，首先获取由车速计算模块计算出来的当前车速值Vcur，再查询驾驶管理员设置的当前用户的限速提醒阈值Vthreshold，默认为5公里/小时。
如果当前车速值Vcur小于当前道路实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，则若之前开启了超速计时器，将其关闭，并进入常速驾驶模式。
如果当前车速值Vcur不小于当前实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，则进一步判断当前车速值Vcur是否小于当前道路实际限速值Vmax，如果是，则也同样关闭超速定时器，并进入驾驶提醒模式，由HMI人机交互控制台的提醒系统来提醒驾驶员已经接近限速值，需要注意安全小心减速驾驶。同时又进入超速判断模块，循环检查判断当前超速情况。
当前车速值Vcur不小于当前道路实际限速值Vmax，则当前汽车超速，需要开启超速定时器，记录超速驾驶时间，并进入超速驾驶处理模块对其进行处理。
图6所示为本发明专利的超速驾驶处理模块流程图，首先获取驾驶管理员设置的当前用户强制减速时间阈值Tthreshold，其默认值为5秒。根据开启的超速定时器，判断当前超速时间是否小于该强制减速时间阈值Tthreshold。
如果是小于，则进一步判断驾驶员是否执行了车速控制相关操作，比如踩踏刹车踏板、离合踏板、油门踏板，进行减档位、加档位等操作。如果执行了相关操作，则解除自动控制系统，进入驾驶员自主控制模式，否则进入自动减速模块，由智能车速控制系统来实现自动减速。
如果当前超速时间不小于强制减速时间阈值Tthreshold，则开启超速定时器，即之前没有开启超速定时器，则现在开启；之前若已经开启，则继续计时。之后进入强制减速模块，由智能车速控制系统来对汽车实现强制减速。
图7所示为本发明专利的自动减速模块处理流程图，首先发送自动减速控制信号给汽车电子控制单元ECU，通过ECU控制节气门进而控制电机反转，减少发动机供油量，限制动力输出，或者通过推动刹车片接触车轴来进行自动刹车，使得汽车速度降低。
之后，判断当前驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式，由驾驶员自行控制车速；
否则，进一步判断当前车速Vcur是否小于当前实际限速值Vmax，如果不是，则继续进入自动减速模块进行自动减速；
如果当前车速Vcur<实际限速值Vmax，则关闭超速定时器。进一步判断当前驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式，由驾驶员自行控制车速；
否则，继续发送自动减速控制信号给ECU进行自动减速。并进一步判断当前车速Vcur是否小于实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，如果是，则进入常速驾驶模式。否则，进入驾驶员提醒模式，通过语音等方式提醒驾驶员已经接近限速值，小心减速驾驶。
图8所示为本发明专利的强制减速模块处理流程图，首先汽车电子控制单元ECU屏蔽所有加速相关控制信号，包括加速踏板信号、加档位信号等。然后，发送自动减速控制信号给ECU，控制节气门进而控制电机反转，减少发动机供油量，限制动力输出，或者通过推动刹车片接触车轴来进行自动刹车，使得汽车速度降低。
然后，判断当前驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式由驾驶员自行控制车速；
否则，进一步判断当前车速Vcur是否小于当前实际限速值Vmax，如果不是，则继续进入自动减速模块进行自动减速；
如果当前车速Vcur<实际限速值Vmax，则ECU解除对加速控制相关信号的屏蔽，恢复正常工作状态，并关闭超速定时器。进一步判断当前驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式由驾驶员自行控制车速；
否则，继续发送自动减速控制信号给ECU进行自动减速。并进一步判断当前车速Vcur是否小于实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，如果是，则进入常速驾驶模式。否则，进入驾驶员提醒模式。
图9所示为本发明专利的常速驾驶模式处理流程图，常速驾驶模式是在当前车速Vcur小于当前实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold时进行。判断当前驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式，由驾驶员自行控制车速；
否则，启动定速驾驶模块，由该模块来发送定速驾驶信号给ECU，使得汽车保持当前车速继续行驶。一旦驾驶员执行了汽车速度控制相关操作，则解除定速驾驶，进入驾驶员自主控制模式，由驾驶员自行控制车速。
为了进一步说明本发明专利的具体实施方式，特作如下说明其工作处理流程：
1.首先对用户身份进行验证，通过后(可根据用户ID信息，在车速控制管理系统数据库中查找到该用户的车速限制情况)；
2.读取GPS传感器的坐标数据获取当前汽车所在位置信息，该坐标数据为具有方向性的矢量信息。
3.根据GPS坐标位置矢量信息，计算出当前位置属于哪条矢量道路，在道路限速数据库的矢量道路-限速表中进行查询，找到其对应的限速值范围Vgpsmin～Vgpsmax(一般道路只有最高限速值，少数有最低限速值信息)。
4.根据当前用户ID信息和GPS计算出的当前所在矢量道路信息，在该用户个人限速数据库中查询其个人在该矢量道路上的限速值范围Vusrmin～Vusrmax。
5.如果当前Vgpsmin>Vusrmin，则Vmin＝Vgpsmin，否则Vmin＝Vusrmin；如果当前Vgpsmax>Vusrmax，则Vmax＝Vusrmax，否则Vmax＝Vgpsmax；
6.读取当前车速传感器得到当前车速值Vcur，同时也可以通过车轮转速传感器，GPS汽车单位时间行驶的距离来等计算方式来获得当前车速值，看当前车速是否在[Vmin,Vmax]范围内。
7.根据智能车速控制管理系统管理员设置的超速提醒阈值Vthresh(其默认值可以设为5公里/小时)，由智能限速控制器模块来计算判断当前车速Vcur是否小于Vmax-Vthresh，来进行如下处理：
8.如果是，即当前车速Vcur小于Vmax-Vthresh，则进入常速驾驶模式；
9.否则，即当前车速Vcur不小于Vmax-Vthresh，则进一步判断当前车速Vcur是否小于Vmax，即在[Vmax-Vthresh，Vmax)范围中，进行如下处理：
10.如果是，则进入驾驶提醒模式，通过语音或者灯光视觉等方式提醒驾驶员注意控制车速，以免超速驾驶。
11.如果不是，即当前车速Vcur达到或者超过最大限速值Vmax，则对驾驶员通过语音等方式提出严重警告，提醒其马上减速，不要超速驾驶，以免发生危险。同时启动超速定时器开始记录超速驾驶的时间。并进行如下处理：
12.智能限速控制器模块，通过超速定时器检测其超速驾驶的时间，如果当前驾驶员超速驾驶时间没有超过智能车速控制管理系统管理员设置的超速驾驶控制时间Tthresh(其默认值可以设为5秒钟)，则按照如下进行处理：
12.1如果当前驾驶员进行了车速减速的操作，比如踩踏刹车，减速减挡等操作，则提醒驾驶员已超速驾驶请尽快减速，并进入驾驶员自主控制模式。
12.2如果当前驾驶员没有进行任何车速减速的操作，则智能限速控制器将使得汽车进入自动减速模块，按照如下操作进行：
12.2.1自动减速模块：ECU控制节气门进而控制电机反转，减少发动机供油量，限制动力输出，或者通过推动刹车片接触车轴来进行自动刹车，使汽车得到降速。
12.2.2再判断当前车速Vcur是否小于最大限速值Vmax，如果没有，则继续进行上一步自动减速模块使得车速下降到最大限速值Vmax以下。
13.如果当前车速Vcur下降到最大限速值Vmax以下，则关闭驾驶超时计时器。
14.如果驾驶员仍然没有进行任何车速减速操作，则仍然进行自动减速模块，直到当前车速下降到Vmax-Vthresh以下为止。如果驾驶员不操作，则进入定速驾驶模式，保持当前车速驾驶；
15.如果驾驶员在上述步骤中进行了车速减速操作，则直接进入驾驶员自主控制模式。如果减速到Vmax-Vthresh以下，则进入常速驾驶模式；否则仍然进入步骤9进行判断处理。
16.(步骤12的另外一种情况)智能限速控制器模块检测其超速驾驶的时间如果超过设置的超速驾驶控制时间Tthresh，则进入强制减速模式，按照如下进行处理：
17.ECU电子控制单元屏蔽加速踏板的任何信号，关闭汽车动力传动系统以及加速相关功能，驾驶员执行任何加速相关操作都将被屏蔽使其无效。
18.进入自动减速模块，使得汽车强制减速。此时只有驾驶员进行减速相关操作才有效，才可以进入驾驶员自主控制模式。
19.再判断当前车速Vcur是否小于最大限速值Vmax，如果没有，则继续进行上一步自动减速模块使得车速下降到最大限速值Vmax以下。
20.如果当前车速Vcur下降到最大限速值Vmax以下，则关闭驾驶超时计时器。并重新解除对加速踏板信号的屏蔽，恢复汽车动力传动系统以及加速相关功能。
21.其余和自动减速模块处理相同，在此不做赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (7)
1.一种智能车速控制管理系统，其特征在于，包括人际交互控制台、车载GPS信号收发器模块、矢量道路限速数据库、个人道路限速数据库、车速传感器模块、限速控制器模块；
所述人际交互控制台包括人际交互界面，以及提醒系统用于提醒驾驶员当前驾驶情况和信息；
所述车载GPS信号收发器模块用于定位当前汽车所在位置并获取其位置信息；
所述矢量道路限速数据库用于存储道路的限速值信息；
所述个人道路限速数据库用于存储个人设置的限速值信息；
车速传感器模块用于用于获取计算当前车速值信息；
所述限速控制器模块包括身份验证模块、GPS数据信息处理模块、矢量道路限速信息查询模块、道路实际限速信息计算模块、超速判断模块；还包括汽车电子控制单元模块；
所述身份验证模块用于通过人机交互控制台获取用户的身份信息，对其进行比对验证，利用该身份信息查询个人道路限速数据库，从而获得当前汽车所在道路个人设置的限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]；
GPS数据信息处理模块用于根据车载GPS信号收发器模块获得的位置信息，获取当前汽车所在位置的矢量坐标；
矢量道路限速信息查询模块用于根据当前汽车位置的矢量坐标，在矢量道路数据库中查询当前汽车所在的矢量道路信息以及该道路的的限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]；
道路实际限速信息计算模块用于根据身份验证模块获得的驾驶用户信息和当前所在道路矢量信息，在个人道路限速数据库中查询设置的该驾驶员在该道路的限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]，并根据当前所在道路的限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]和设置该驾驶员在该道路的限速信息[Vusrmin,Vusrmax]，计算驾驶员的实际道路限速值信息；
超速判断模块用于根据当前车速值和驾驶员的实际道路限速值信息来判断驾驶员是否超速或者接近超速提醒阈值；
汽车电子控制单元模块根据超速判断模块的判断，作出如下控制：
定速驾驶，使得汽车自动保持当前车速行驶；
自动减速，控制汽车来进行自动减速；
强制减速，控制汽车无法加速，并进行强制减速；
限速控制器模块根据当前汽车的位置信息，通过矢量道路限速数据库查询当前汽车所在道路的限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]，通过个人道路限速数据库查询当前汽车所在道路个人设置的限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]，通过限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]和限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]计算获得当前道路的实际限速值，比对车速传感器模块获得的当前车速值与当前道路的实际限速值，当当前车速值大于实际限速值或者接近超速提醒阈值时，通过人际交互控制台进行提醒或者进行减速；
通过所述车速传感器模块获取当前车速值Vcur，再通过所述个人道路限速数据库查询获得驾驶管理员当前用户的限速提醒阈值Vthreshold，如果当前车速值Vcur小于当前道路实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，则若之前开启了超速计时器，将其关闭，并进入常速驾驶模式；如果当前车速值Vcur不小于当前实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，则进一步判断当前车速值Vcur是否小于当前道路实际限速值Vmax，如果是，则也同样关闭超速定时器，并进入驾驶提醒模式，由人机交互控制台提醒驾驶员已经接近限速值，同时又进入超速判断模块，循环检查判断当前超速情况；当前车速值Vcur不小于当前道路实际限速值Vmax，则当前汽车超速，需要开启超速定时器，记录超速驾驶时间，并进入超速驾驶处理模块对其进行处理；
当前道路实际限速值包括通过查询矢量道路数据库获取当前GPS矢量道路的限速范围[Vgpsmin,Vgpsmax]，通过查询个人限速数据库，获取设置的个人道路限速值范围[Vusrmin,Vusrmax]，如果当前Vgpsmin>Vusrmin，则Vmin＝Vgpsmin，否则Vmin＝Vusrmin；如果当前Vgpsmax>Vusrmax，则Vmax＝Vusrmax，否则Vmax＝Vgpsmax；从而得到当前驾驶员用户在该道路的实际限速值范围[Vmin,Vmax]。
2.一种智能车速控制管理实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
31)通过车载GPS信号收发器模块定位当前汽车所在位置并获取其位置信息；
32)通过矢量道路限速数据库查询当前汽车所在道路的限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]，通过个人道路限速数据库查询当前汽车所在道路个人设置的限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]；
33)通过限速值信息[Vgpsmin,Vgpsmax]和限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]计算获得当前道路的实际限速值，比对车速传感器模块获得的当前车速值与当前道路的实际限速值；
34)当当前车速值大于实际限速值或者接近超速提醒阈值时通过人际交互控制台进行提醒或者进行减速；
步骤32)中，利用用户的身份信息查询个人道路限速数据库，从而获得当前汽车所在道路个人设置的限速值信息[Vusrmin,Vusrmax]；
步骤33)中计算获得当前道路的实际限速值包括如下步骤：通过查询矢量道路数据库获取当前GPS矢量道路的限速范围[Vgpsmin,Vgpsmax]，通过查询个人限速数据库，获取设置的个人道路限速值范围[Vusrmin,Vusrmax]，如果当前Vgpsmin>Vusrmin，则Vmin＝Vgpsmin，否则Vmin＝Vusrmin；如果当前Vgpsmax>Vusrmax，则Vmax＝Vusrmax，否则Vmax＝Vgpsmax；从而得到当前驾驶员用户在该道路的实际限速值范围[Vmin,Vmax]；
所述步骤34)具体步骤如下：获取当前车速值Vcur，再通过查询获得驾驶管理员当前用户的限速提醒阈值Vthreshold，如果当前车速值Vcur小于当前道路实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，则若之前开启了超速计时器，将其关闭，并进入常速驾驶模式；如果当前车速值Vcur不小于当前实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，则进一步判断当前车速值Vcur是否小于当前道路实际限速值Vmax，如果是，则也同样关闭超速定时器，并进入驾驶提醒模式，由人机交互控制台提醒驾驶员已经接近限速值，同时又进入超速判断模块，循环检查判断当前超速情况；当前车速值Vcur不小于当前道路实际限速值Vmax，则当前汽车超速，需要开启超速定时器，记录超速驾驶时间，并进入超速驾驶处理模块对其进行处理。
3.根据权利要求2所述的一种智能车速控制管理实现方法，其特征在于，还包括身份验证步骤，驾驶员通过人际交互控制台进行验证从而获得该驾驶员的身份信息。
4.根据权利要求3所述的一种智能车速控制管理实现方法，其特征在于，通过车载GPS信号收发器模块定位当前汽车所在位置并获取其位置信息，将该位置信息转换为矢量坐标，然后通过该矢量坐标查询矢量道路限速数据库。
5.根据权利要求2所述的一种智能车速控制管理实现方法，其特征在于，所述超速驾驶处理模块对其进行处理的步骤包括：首先通过查询获取驾驶管理员设置的当前用户强制减速时间阈值Tthreshold，根据开启的超速定时器，判断当前超速时间是否小于该强制减速时间阈值Tthreshold，如果是小于，则进一步判断驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了减速的相关操作，则解除自动控制系统，进入驾驶员自主控制模式，否则自动控制系统进行自动减速，如果当前超速时间不小于强制减速时间阈值Tthreshold，则开启超速定时器，即之前没有开启超速定时器，则现在开启；之前若已经开启，则继续计时，之后自动控制系统来对汽车实现强制减速。
6.根据权利要求5所述的一种智能车速控制管理实现方法，其特征在于，所述自动控制系统进行自动减速包括如下步骤：首先发送自动减速控制信号给汽车电子控制单元模块，通过汽车电子控制单元模块控制节气门进而控制电机反转，减少发动机供油量，限制动力输出，或者通过推动刹车片接触车轴来进行自动刹车，使得汽车速度降低，之后，判断当前驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式，由驾驶员自行控制车速；否则，进一步判断当前车速Vcur是否小于当前实际限速值Vmax，如果不是，则继续进入自动减速模块进行自动减速；如果当前车速Vcur<实际限速值Vmax，则关闭超速定时器，进一步判断当前驾驶员是否执行了车速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式，由驾驶员自行控制车速；否则，继续发送自动减速控制信号给汽车电子控制单元模块进行自动减速，并进一步判断当前车速Vcur是否小于实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，如果是，则进入常速驾驶模式，否则，进入驾驶员提醒模式，通过人际交互控制台提醒驾驶员已经接近限速值。
7.根据权利要求5所述的一种智能车速控制管理实现方法，其特征在于，自动控制系统来对汽车实现强制减速包括如下步骤：首先汽车电子控制单元模块屏蔽所有加速相关控制信号，然后，发送自动减速控制信号给汽车电子控制单元模块，控制节气门进而控制电机反转，减少发动机供油量，限制动力输出，或者通过推动刹车片接触车轴来进行自动刹车，使得汽车速度降低，然后，判断当前驾驶员是否执行了车速减速相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式由驾驶员自行控制车速；否则，进一步判断当前车速Vcur是否小于当前实际限速值Vmax，如果不是，则继续进入自动减速模块进行自动减速；如果当前车速Vcur<实际限速值Vmax，则汽车电子控制单元模块解除对加速控制相关信号的屏蔽，恢复正常工作状态，并关闭超速定时器，进一步判断当前驾驶员是否执行了车速减速控制相关操作，如果执行了，则进入驾驶员自主控制模式由驾驶员自行控制车速；否则，继续发送自动减速控制信号给汽车电子控制单元模块进行自动减速，并进一步判断当前车速Vcur是否小于实际限速值Vmax减去限速提醒阈值Vthreshold，如果是，则进入常速驾驶模式，否则，进入驾驶员提醒模式。
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