CN103754158A - 一种汽车防后车追尾的预警装置及预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车防后车追尾的预警装置及预警方法,该预警装置包括了毫米波雷达、单片机和预警指示装置,预警指示装置由灯具驱动电路和预警指示灯组成,单片机能根据毫米波雷达采集到的本车的位置、速度及前车的位置、速度,输出控制信号给灯具驱动电路;利用本预警装置采集到的本车的位置、速度及前车的位置、速度,及装载在单片机内的已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型,该预警方法得到一个本车的期望加速度,当单片机判断本车的期望加速度小于加速度设定值时,单片机输出控制信号驱使预警指示灯闪烁,及时地在本车采取急刹之前向后车驾驶员发出警报,有效地避免了因后车驾驶员反应不及时而诱发的追尾事故,提高了行车安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车安全技术,尤其是涉及一种汽车防后车追尾的预警装置及预警方法,其用以引导驾驶员采取安全的驾驶行为,降低后车二次追尾的风险。
背景技术
道路交通安全中重要的研究方向是汽车自身的研究,具体包含了两方面内容:一是汽车被动安全技术,即事故发生后,为减少财产或人员的损失而采用的技术措施;二是汽车主动安全技术,即在事故发生前,防止事故发生而采取的措施。汽车被动安全技术的进步,如增强汽车车架结构的强度、增设安全气囊、增设安全带等安全装置,明显地减少了财产或人员的损失,但是并不能从根本上避免交通事故的发生,真正达到安全水平。
随着我国机动化进程的加快,交通事故频发,人员伤亡和财产损失的数据巨大。大量的交通事故数据分析结果表明,80%以上的交通事故是由于驾驶员的反应不及所引起的,多数为追尾技术,若后车驾驶员能够提早意识到发生追尾事故的风险并采取合理的措施,则可避免大量的追尾事故。但是,现有技术中还没有能够用于提示后车驾驶员的预警技术,难以很好地避免追尾事故的发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车防后车追尾的预警装置及预警方法,其能够在本车采取急刹之前向后车驾驶员发出警报,有效地避免了因后车驾驶员反应不及时而诱发的追尾事故。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种汽车防后车追尾的预警装置,其特征在于包括用于安装在汽车前部的毫米波雷达、用于安装在汽车内的单片机和用于安装在汽车尾部的预警指示装置,所述的预警指示装置由灯具驱动电路和预警指示灯组成,所述的毫米波雷达与所述的单片机连接,所述的单片机的输出端与所述的灯具驱动电路的输入端连接,所述的灯具驱动电路的输出端与所述的预警指示灯连接;所述的毫米波雷达采集本车的位置、速度及前车的位置、速度,所述的单片机读取本车的位置、速度及前车的位置、速度,所述的单片机输出控制信号给所述的灯具驱动电路。
所述的单片机的型号为ATmega8。
根据上述的汽车防后车追尾的预警装置相应的预警方法,其特征在于包括以下步骤:
①单片机控制毫米波雷达每隔一个时间周期实时地采集本车的位置、速度及前车的位置、速度,毫米波雷达实时地传输采集到的本车的位置、速度及前车的位置、速度给单片机;
②单片机读取本车的位置、速度及前车的位置、速度,然后单片机根据本车的位置和前车的位置计算得到本车与前车的位置差值,并根据本车的速度和前车的速度计算得到本车与前车的速度差值,再根据本车与前车的位置差值及本车的速度计算得到本车与前车的位置差异度;
③将本车与前车的速度差值及本车与前车的位置差异度作为单片机中装载的已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型的输入参数,已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型根据输入参数计算得到本车的期望加速度;
④单片机判断本车的期望加速度与加速度设定值之间的关系,当本车的期望加速度小于加速度设定值时,单片机输出控制信号给灯具驱动电路驱使预警指示灯闪烁一段时间,以向本车后方的车辆发出追尾警报,当本车的期望加速度大于或等于加速度设定值时,预警指示灯不工作。
所述的步骤①中时间周期为0.5秒。
所述的步骤②中将本车与前车的位置差值记为DX,DX=x1-xh,其中,x1表示前车的位置,xh表示本车的位置,在此位置指在行驶方向上的位置;将本车与前车的速度差值记为DV,DV=v1-vh,v1表示前车的速度,vh表示本车的速度;将本车与前车的位置差异度记为DSSD,DSSD=DX/(1.5×vh)。
所述的步骤③中已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型的模型参数包括速度差值隶属度函数和位置差异度隶属度函数,其中,速度差值隶属度函数为:
(1)快速接近,如果DV1<=-6.0m/s,隶属度=1;如果DV1>=-2.2m/s,隶属度=0;如果-6m/s<DV1<-2.2m/s,隶属度=1-(DV1+6)/3.8;
(2)接近,如果DV1<=-6.0m/s,隶属度=0;如果-6m/s<DV1<=-2.2m/s,隶属度=(DV1+6)/3.8;如果-2.2m/s<DV1<-0.2m/s,隶属度=1-(DV1+2.2)/2;如果DV1>=-0.2m/s,隶属度=0;
(3)等速,如果DV1<=-0.2m/s,隶属度=0;如果-0.2m/s<DV1<=1.8m/s,隶属度=(DV1+0.2)/2;如果-0.2m/s<DV1<1.8m/s,隶属度=1-(DV1+0.2)/2;如果DV1>=1.8m/s,隶属度=0;
(4)加大,如果DV1<=-0.2m/s,隶属度=0;如果-0.2m/s<DV1<=1.8m/s,隶属度=(DV1+0.2)/2;如果1.8m/s<DV1<3m/s,隶属度=1-(DV1-1.8)/1.2;如果DV1>=1.8m/s,隶属度=0;
(5)快速加大,如果DV1<=1.8m/s,隶属度=0;如果-6m/s<DV1<=-2.2m/s,隶属度=(DV1-1.8)/1.2;如果DV1>=3m/s,隶属度=1,其中,DV1表示前后两辆车的速度差值;
位置差异度隶属度函数为:
(1)近,如果DSSD1<=0.45s,隶属度=1;如果DSSD1>=1.25s,隶属度=0;如果0.45s<DSSD1<1.25s,隶属度=1-(DSSD1-0.45)/0.8;
(2)适中,如果DSSD1<=0.45s,隶属度=0;如果0.45s<DSSD1<=1.25s,隶属度=(DSSD1-0.45)/0.8;如果1.25s<DSSD1<1.75s,隶属度=1-(DSSD1-1.25)/0.5;如果DSSD1>=1.75s,隶属度=0;
(3)远,如果DSSD1<=1.25s,隶属度=0;如果1.25s<DSSD1<=1.75s,隶属度=(DSSD1-1.25)/0.5;如果DSSD1>=1.75s,隶属度=1,其中,DSSD1表示前后两辆车的位置差异度值;
已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型中的模糊规则为:
如果DV1为快速接近且DSSD1为近,则a为-2.745m/s2;
如果DV1为快速接近且DSSD1为适中,则a为-1.989m/s2;
如果DV1为快速接近且DSSD1为远,则a为-1.5238m/s2;
如果DV1为接近且DSSD1为近,则a为-1.2769m/s2;
如果DV1为接近且DSSD1为适中,则a为-0.9527m/s2;
如果DV1为接近且DSSD1为远,则a为-0.3487m/s2;
如果DV1为等速且DSSD1为近,则a为-0.3424m/s2;
如果DV1为等速且DSSD1为适中,则a为-0.0582m/s2;
如果DV1为等速且DSSD1为远,则a为0.3183m/s2;
如果DV1为加大且DSSD1为近,则a为0.4479m/s2;
如果DV1为加大且DSSD1为适中,则a为0.578m/s2;
如果DV1为加大且DSSD1为远,则a为0.762m/s2;
如果DV1为快速加大且DSSD1为近,则a为0.8639m/s2;
如果DV1为快速加大且DSSD1为适中,则a为0.421m/s2;
如果DV1为快速加大且DSSD1为远,则a为1.02m/s2,其中,a表示前后两辆车中的后车的期望加速度。
所述的步骤④中加速度设定值为-2.0m/s2。
所述的步骤④中预警指示灯闪烁2秒。
所述的步骤④中预警指示灯的闪烁频率为fh,fh=0.6×DV+0.05×(DX-t0×vh),其中,DV为本车与前车的速度差值,DX为本车与前车的位置差值,vh为本车的速度,t0为驾驶员反应时间。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本预警装置包括了安装在汽车前部的毫米波雷达、用于安装在汽车内的单片机和用于安装在汽车尾部的预警指示装置,预警指示装置由灯具驱动电路和预警指示灯组成,单片机能根据毫米波雷达采集到的本车的位置、速度及前车的位置、速度,输出控制信号给灯具驱动电路;利用本预警装置采集到的本车的位置、速度及前车的位置、速度,及装载在单片机内的已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型,得到一个本车的期望加速度,当单片机判断本车的期望加速度小于加速度设定值时,单片机输出控制信号给灯具驱动电路驱使预警指示灯闪烁,及时地在本车采取急刹之前向后车驾驶员发出警报,有效地避免了因后车驾驶员反应不及时而诱发的追尾事故,提高了行车安全性。
附图说明
图1为本发明的预警装置的结构示意图;
图2为本发明的预警装置安装在汽车上的示意图;
图3为本发明的预警方法的流程图;
图4为本发明的预警方法的训练好的Sugeno类型的模糊推理系统模型的结构图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例提出了一种汽车防后车追尾的预警装置,如图1和图2所示,包括用于安装在汽车1前部的毫米波雷达2、用于安装在汽车1内的单片机3和用于安装在汽车尾部的预警指示装置4,预警指示装置4由灯具驱动电路和预警指示灯组成,毫米波雷达2与单片机3连接,单片机3的输出端与灯具驱动电路的输入端连接,灯具驱动电路的输出端与预警指示灯连接;毫米波雷达2采集本车的位置、速度及前车的位置、速度,单片机读取本车的位置、速度及前车的位置、速度,单片机3输出控制信号给灯具驱动电路。本实施例中,毫米波雷达2安装在汽车头部,毫米波雷达2利用目标对电磁波的反射来测定障碍物的位置,毫米波是指波长在1cm以下,频率在30GHz~300GHz的电磁波。对于本实施例中安装在汽车头部的毫米波雷达一般适用于60GHz、120GHz、180GHz这三个波段,本实施例中采用的毫米波雷达的特点是波长短,穿透能力强,几乎不受气象条件的影响,而且探测性能稳定,实时性强。本实施例中的单片机的型号为ATmega8,在实际操作中,也可以选用其他型号的单片机来完成对本车的位置、速度及前车的位置、速度的读取。
根据本实施例提出的汽车防后车追尾的预警装置,本实施例提出了一种相对应的预警方法,如图3所示,包括以下步骤:
①单片机控制毫米波雷达每隔一个时间周期实时地采集本车的位置、速度及前车的位置、速度,毫米波雷达实时地传输采集到的本车的位置、速度及前车的位置、速度给单片机。毫米波雷达采集本车的位置、速度及前车的位置、速度这些数据的时间间隔可以通过人工设定,本实施例中单片机控制毫米波雷达每隔0.5秒采集本车的位置、速度及前车的位置、速度。
②单片机读取本车的位置、速度及前车的位置、速度,然后单片机根据本车的位置和前车的位置计算得到本车与前车的位置差值,并根据本车的速度和前车的速度计算得到本车与前车的速度差值,再根据本车与前车的位置差值及本车的速度计算得到本车与前车的位置差异度。将本车与前车的位置差值记为DX,DX=x1-xh,其中,x1表示前车的位置,xh表示本车的位置,在此位置指在行驶方向上的位置;将本车与前车的速度差值记为DV,DV=v1-vh,v1表示前车的速度,vh表示本车的速度;将本车与前车的位置差异度记为DSSD,DSSD=DX/(1.5×vh)。
③将本车与前车的速度差值及本车与前车的位置差异度作为单片机中装载的已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型的输入参数,已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型根据输入参数计算得到本车的期望加速度。
如图4所示,已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型的模型参数包括速度差值隶属度函数和位置差异度隶属度函数,其中,速度差值隶属度函数为:
(1)快速接近,如果DV1<=-6.0m/s,隶属度=1;如果DV1>=-2.2m/s,隶属度=0;如果-6m/s<DV1<-2.2m/s,隶属度=1-(DV1+6)/3.8;
(2)接近,如果DV1<=-6.0m/s,隶属度=0;如果-6m/s<DV1<=-2.2m/s,隶属度=(DV1+6)/3.8;如果-2.2m/s<DV1<-0.2m/s,隶属度=1-(DV1+2.2)/2;如果DV1>=-0.2m/s,隶属度=0;
(3)等速,如果DV1<=-0.2m/s,隶属度=0;如果-0.2m/s<DV1<=1.8m/s,隶属度=(DV1+0.2)/2;如果-0.2m/s<DV1<1.8m/s,隶属度=1-(DV1+0.2)/2;如果DV1>=1.8m/s,隶属度=0;
(4)加大,如果DV1<=-0.2m/s,隶属度=0;如果-0.2m/s<DV1<=1.8m/s,隶属度=(DV1+0.2)/2;如果1.8m/s<DV1<3m/s,隶属度=1-(DV1-1.8)/1.2;如果DV1>=1.8m/s,隶属度=0;
(5)快速加大,如果DV1<=1.8m/s,隶属度=0;如果-6m/s<DV1<=-2.2m/s,隶属度=(DV1-1.8)/1.2;如果DV1>=3m/s,隶属度=1,其中,DV1表示前后两辆车的速度差值;
位置差异度隶属度函数为:
(1)近,如果DSSD1<=0.45s,隶属度=1;如果DSSD1>=1.25s,隶属度=0;如果0.45s<DSSD1<1.25s,隶属度=1-(DSSD1-0.45)/0.8;
(2)适中,如果DSSD1<=0.45s,隶属度=0;如果0.45s<DSSD1<=1.25s,隶属度=(DSSD1-0.45)/0.8;如果1.25s<DSSD1<1.75s,隶属度=1-(DSSD1-1.25)/0.5;如果DSSD1>=1.75s,隶属度=0;
(3)远,如果DSSD1<=1.25s,隶属度=0;如果1.25s<DSSD1<=1.75s,隶属度=(DSSD1-1.25)/0.5;如果DSSD1>=1.75s,隶属度=1,其中,DSSD1表示前后两辆车的位置差异度值;
已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型中的模糊规则为:
如果DV1为快速接近且DSSD1为近,则a为-2.745m/s2;
如果DV1为快速接近且DSSD1为适中,则a为-1.989m/s2;
如果DV1为快速接近且DSSD1为远,则a为-1.5238m/s2;
如果DV1为接近且DSSD1为近,则a为-1.2769m/s2;
如果DV1为接近且DSSD1为适中,则a为-0.9527m/s2;
如果DV1为接近且DSSD1为远,则a为-0.3487m/s2;
如果DV1为等速且DSSD1为近,则a为-0.3424m/s2;
如果DV1为等速且DSSD1为适中,则a为-0.0582m/s2;
如果DV1为等速且DSSD1为远,则a为0.3183m/s2;
如果DV1为加大且DSSD1为近,则a为0.4479m/s2;
如果DV1为加大且DSSD1为适中,则a为0.578m/s2;
如果DV1为加大且DSSD1为远,则a为0.762m/s2;
如果DV1为快速加大且DSSD1为近,则a为0.8639m/s2;
如果DV1为快速加大且DSSD1为适中,则a为0.421m/s2;
如果DV1为快速加大且DSSD1为远,则a为1.02m/s2,其中,a表示前后两辆车中的后车的期望加速度。
④单片机判断本车的期望加速度与加速度设定值之间的关系,当本车的期望加速度小于加速度设定值时,单片机输出控制信号给灯具驱动电路使预警指示灯闪烁2秒,预警指示灯的闪烁频率为fh,fh=0.6×DV+0.05×(DX-t0×vh),预警指示灯闪烁向本车后方的车发出追尾警报,预警指示灯的闪烁时间和闪烁频率可以根据人员设定,本实施例中的加速度设定值可以根据城市汽车行驶状况自行设定,在本实施例中,加速度设定值为-2.0m/s2。其中,DV为本车与前车的速度差值,DX为本车与前车的位置差值,vh为本车的速度,t0为驾驶员反应时间,实际情况中根据实验人员实验数据测得t0,在本实施例中取t0为0.7秒。当本车的期望加速度大于或等于加速度设定值时,表示本车与前车保持安全的距离,不会发生需要踩急刹车的情况,故预警指示灯不工作。
Claims (9)
1.一种汽车防后车追尾的预警装置,其特征在于包括用于安装在汽车前部的毫米波雷达、用于安装在汽车内的单片机和用于安装在汽车尾部的预警指示装置,所述的预警指示装置由灯具驱动电路和预警指示灯组成,所述的毫米波雷达与所述的单片机连接,所述的单片机的输出端与所述的灯具驱动电路的输入端连接,所述的灯具驱动电路的输出端与所述的预警指示灯连接;所述的毫米波雷达采集本车的位置、速度及前车的位置、速度,所述的单片机读取本车的位置、速度及前车的位置、速度,所述的单片机输出控制信号给所述的灯具驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种汽车防后车追尾的预警装置,其特征在于所述的单片机的型号为ATmega8。
3.一种权利要求2所述的汽车防后车追尾的预警装置相应的预警方法,其特征在于包括以下步骤:
①单片机控制毫米波雷达每隔一个时间周期实时地采集本车的位置、速度及前车的位置、速度,毫米波雷达实时地传输采集到的本车的位置、速度及前车的位置、速度给单片机;
②单片机读取本车的位置、速度及前车的位置、速度,然后单片机根据本车的位置和前车的位置计算得到本车与前车的位置差值,并根据本车的速度和前车的速度计算得到本车与前车的速度差值,再根据本车与前车的位置差值及本车的速度计算得到本车与前车的位置差异度;
③将本车与前车的速度差值及本车与前车的位置差异度作为单片机中装载的已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型的输入参数,已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型根据输入参数计算得到本车的期望加速度;
④单片机判断本车的期望加速度与加速度设定值之间的关系,当本车的期望加速度小于加速度设定值时,单片机输出控制信号给灯具驱动电路驱使预警指示灯闪烁一段时间,以向本车后方的车辆发出追尾警报,当本车的期望加速度大于或等于加速度设定值时,预警指示灯不工作。
4.根据权利要求3所述的一种汽车防后车追尾的预警方法,其特征在于所述的步骤①中时间周期为0.5秒。
5.根据权利要求3或4所述的一种汽车防后车追尾的预警方法,其特征在于所述的步骤②中将本车与前车的位置差值记为DX,DX=x1-xh,其中,x1表示前车的位置,xh表示本车的位置,在此位置指在行驶方向上的位置;将本车与前车的速度差值记为DV,DV=v1-vh,v1表示前车的速度,vh表示本车的速度;将本车与前车的位置差异度记为DSSD,DSSD=DX/(1.5×vh)。
6.根据权利要求5所述的一种汽车防后车追尾的预警方法,其特征在于所述的步骤③中已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型的模型参数包括速度差值隶属度函数和位置差异度隶属度函数,其中,速度差值隶属度函数为:
(1)快速接近,如果DV1<=-6.0m/s,隶属度=1;如果DV1>=-2.2m/s,隶属度=0;如果-6m/s<DV1<-2.2m/s,隶属度=1-(DV1+6)/3.8;
(2)接近,如果DV1<=-6.0m/s,隶属度=0;如果-6m/s<DV1<=-2.2m/s,隶属度=(DV1+6)/3.8;如果-2.2m/s<DV1<-0.2m/s,隶属度=1-(DV1+2.2)/2;如果DV1>=-0.2m/s,隶属度=0;
(3)等速,如果DV1<=-0.2m/s,隶属度=0;如果-0.2m/s<DV1<=1.8m/s,隶属度=(DV1+0.2)/2;如果-0.2m/s<DV1<1.8m/s,隶属度=1-(DV1+0.2)/2;如果DV1>=1.8m/s,隶属度=0;
(4)加大,如果DV1<=-0.2m/s,隶属度=0;如果-0.2m/s<DV1<=1.8m/s,隶属度=(DV1+0.2)/2;如果1.8m/s<DV1<3m/s,隶属度=1-(DV1-1.8)/1.2;如果DV1>=1.8m/s,隶属度=0;
(5)快速加大,如果DV1<=1.8m/s,隶属度=0;如果-6m/s<DV1<=-2.2m/s,隶属度=(DV1-1.8)/1.2;如果DV1>=3m/s,隶属度=1,其中,DV1表示前后两辆车的速度差值;
位置差异度隶属度函数为:
(1)近,如果DSSD1<=0.45s,隶属度=1;如果DSSD1>=1.25s,隶属度=0;如果0.45s<DSSD1<1.25s,隶属度=1-(DSSD1-0.45)/0.8;
(2)适中,如果DSSD1<=0.45s,隶属度=0;如果0.45s<DSSD1<=1.25s,隶属度=(DSSD1-0.45)/0.8;如果1.25s<DSSD1<1.75s,隶属度=1-(DSSD1-1.25)/0.5;如果DSSD1>=1.75s,隶属度=0;
(3)远,如果DSSD1<=1.25s,隶属度=0;如果1.25s<DSSD1<=1.75s,隶属度=(DSSD1-1.25)/0.5;如果DSSD1>=1.75s,隶属度=1,其中,DSSD1表示前后两辆车的位置差异度值;
已训练的Sugeno类型的模糊推理系统模型中的模糊规则为:
如果DV1为快速接近且DSSD1为近,则a为-2.745m/s2;
如果DV1为快速接近且DSSD1为适中,则a为-1.989m/s2;
如果DV1为快速接近且DSSD1为远,则a为-1.5238m/s2;
如果DV1为接近且DSSD1为近,则a为-1.2769m/s2;
如果DV1为接近且DSSD1为适中,则a为-0.9527m/s2;
如果DV1为接近且DSSD1为远,则a为-0.3487m/s2;
如果DV1为等速且DSSD1为近,则a为-0.3424m/s2;
如果DV1为等速且DSSD1为适中,则a为-0.0582m/s2;
如果DV1为等速且DSSD1为远,则a为0.3183m/s2;
如果DV1为加大且DSSD1为近,则a为0.4479m/s2;
如果DV1为加大且DSSD1为适中,则a为0.578m/s2;
如果DV1为加大且DSSD1为远,则a为0.762m/s2;
如果DV1为快速加大且DSSD1为近,则a为0.8639m/s2;
如果DV1为快速加大且DSSD1为适中,则a为0.421m/s2;
如果DV1为快速加大且DSSD1为远,则a为1.02m/s2,其中,a表示前后两辆车中的后车的期望加速度。
7.根据权利要求6所述的一种汽车防后车追尾的预警方法,其特征在于所述的步骤④中加速度设定值为-2.0m/s2。
8.根据权利要求7所述的一种汽车防后车追尾的预警方法,其特征在于所述的步骤④中预警指示灯闪烁2秒。
9.根据权利要求8所述的一种汽车防后车追尾的预警方法,其特征在于所述的步骤④中预警指示灯的闪烁频率为fh,fh=0.6×DV+0.05×(DX-t0×vh),其中,DV为本车与前车的速度差值,DX为本车与前车的位置差值,vh为本车的速度,t0为驾驶员反应时间。
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