CN103978927A - 一种基于前向防撞系统的汽车刹车尾灯自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于前向防撞系统的汽车刹车尾灯自动控制系统，包括前向行驶环境感知单元，碰撞危险判断单元和智能刹车尾灯总成三部分，其中：前向行驶环境感知单元由传感器和信息处理单元组成，可与前向防撞系统共享实时采集得到的前向行驶环境信息；碰撞危险判断单元采用碰撞时间余量来定量表征潜在碰撞的危险程度，并且根据碰撞时间余量的大小做出相应的预警提示；智能刹车尾灯总成安装于汽车尾部用于取代传统的刹车尾灯，由红色指示灯和黄色指示灯组成；碰撞危险判断单元分别与信息处理单元、智能刹车尾灯总成采取电信号连接。本发明可替代传统的汽车刹车尾灯，降低跟车过程中连环追尾事故的风险，辅助驾驶员实现安全驾驶。

Description

一种基于前向防撞系统的汽车刹车尾灯自动控制系统

技术领域

本发明涉及汽车主动安全技术领域，特别是一种基于前向防撞系统的汽车刹车尾灯自动控制系统。

背景技术

面对严峻的交通安全形势，人们对汽车行驶的安全性产生了更高的诉求。传统的被动安全技术只能针对碰撞发生之后的保护，无法做到防患于未然；主动安全技术作为典型的机-电-信一体化的交叉技术，通过先进的环境感知系统全面提升驾驶员的感知和决策能力，从而提前预防碰撞事故的发生。

前向防撞系统作为汽车主动安全技术中的重要组成，主要通过雷达和机器视觉来检测汽车前方的行驶环境，一旦检测到潜在的碰撞目标，通过安全距离模型判断后，根据碰撞威胁的大小，立即通过声光报警提醒驾驶员采取必要的避撞操作(刹车或转向)，甚至在极端危险工况下通过自动刹车来避免碰撞的发生。

因此对于前向防撞系统，具有良好的前向环境感知能力和主动报警避撞能力，但是从前向防撞系统的工作原理可知，以上功能仅仅是对装备了该系统的汽车而言。假设汽车呈队列方式行驶，如果队列中某些汽车由于成本的因素没有安装前向防撞系统，有可能会因为其中某辆车的驾驶失误，导致连环追尾事故。究其原因，就是前向防撞系统无法将其获得的危险信息有效的传递给后方跟随行驶的汽车，并影响其驾驶行为，从而无法从本质上斩断连环追尾的产生链条。

另一方面，刹车尾灯对于提示跟车中的后车驾驶员具有重要的价值。特别是如果前车为货车、客车或SUV等大体型车辆，后车驾驶员的视线将受到遮蔽而无法看清所跟车辆前方的交通情况，也就无法对前方车流的运动状态进行提前预估。此时，只能被动的依赖前车的运动状态或者刹车尾灯来进行应对操作。

传统的刹车尾灯是由驾驶员踩下制动踏板来点亮的。而在驾驶员踩下踏板的过程中，存在一定的延时，包括大脑的决策延时和足部的运动延时。更为严重的是，如果由于驾驶员的疏忽未踩下制动踏板，刹车尾灯就会完全失效。即使对于装备有前向防撞系统的汽车，在前向防撞系统施加主动制动的同时也会亮起刹车灯，但是主动制动干预通常发生在极其紧急的工况下，此时刹车灯的触发时机对于后车驾驶员而言往往过迟。

此外，目前刹车尾灯的传递信息相对过少，只能当作一个开关信号使用，即在踩下刹车踏板时亮起；而在刹车尾灯亮起时并非意味着前方车辆正遭遇碰撞威胁。例如汽车在下长坡过程中，刹车尾灯会一直亮起，不一定就代表有碰撞的危险；而在市区拥堵工况下，前车会经常性的急停急刹，导致后车驾驶员对刹车尾灯的频繁亮起已经麻木，而在遭遇真正碰撞危险时无法及时避撞。

由上可见，传统的刹车尾灯无论是从点亮的时机还是所能传递的信息量上都有相当的功能局限。而随着汽车主动安全技术的发展，可以预见越来越多的汽车上将装备有前向防撞系统。在此基础上设计的一种新的刹车尾灯控制系统，将不再取决于驾驶员的刹车行为，而是受前向防撞系统的环境感知信息和碰撞危险判断指标来控制。因此，分级报警的时机取决于碰撞的威胁程度，同时能包含有更多的提示信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于前向防撞系统的汽车刹车尾灯自动控制系统，该系统利用汽车前向防撞系统的环境感知单元(雷达/机器视觉)检测发生潜在碰撞的危险程度，并通过智能刹车尾灯及时对后方跟随车辆进行分级预警，以实现对后方跟随车辆驾驶员的危险预警，避免发生连环追尾事故，提高汽车的行驶安全性。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的汽车刹车尾灯自动控制系统，是一种基于前向防撞系统的汽车刹车尾灯自动控制系统，包括前向行驶环境感知单元，碰撞危险判断单元和智能刹车尾灯总成三部分，其中：前向行驶环境感知单元由传感器和信息处理单元组成，传感器与前向防撞系统共享实时采集得到的前向行驶环境信息；碰撞危险判断单元采用碰撞时间余量来表征潜在碰撞的危险程度的定量指标，并且根据碰撞时间余量的大小做出相应的预警提示；智能刹车尾灯总成安装于汽车尾部用于取代传统的刹车尾灯，由红色指示灯和黄色指示灯组成；碰撞危险判断单元分别与信息处理单元、智能刹车尾灯总成采取电信号连接。

所述的传感器为布置在汽车前保险杠上的毫米波雷达，或布置在汽车前档后视镜背面的机器视觉部件，或两者皆用。

所述的信息处理单元，负责接收传感器实时采集得到的所有数据，并从中提取出前方危险目标的有效信息，其包括车距、相对车速、方位角；经过处理后的目标有效信息通过CAN通讯传递给碰撞危险判断单元作进一步的判断。

所述的碰撞危险判断单元，基于前向防撞系统的控制算法扩展而来，该算法作为软件模块下载到前向防撞系统的ECU中，并与其原有程序相兼容，该算法公式为：

$\left\{\begin{array}{cc}R=T_{\mathrm{buffer}}\·v_h+\frac{1}{2}{a}_h\·{\left(T_{\mathrm{buffer}}\right)}^2-\frac{{v_p}^2}{2a_p}& -\frac{v_p}{a_p}\≤T_{\mathrm{buffer}}\\ R=-T_{\mathrm{buffer}}\·v_r-\frac{1}{2}{a}_r\·{\left(T_{\mathrm{buffer}}\right)}^2& -\frac{v_p}{a_p}>T_{\mathrm{buffer}}\end{array}\right.$

式中的车距R、前车车速v_p、自车车速v_h、相对车速v_r、自车加速度a_h、前车加速度a_p、相对加速度a_r信息均由信息处理单元实时提供。T_buffer即为计算出的碰撞时间余量，通过T_buffer与图3中的时间常数t1、t2、t3、t4比较大小，判断出当前的碰撞危险程度。

所述的智能刹车尾灯总成接收碰撞危险判断单元的控制指令并发出不同程度的报警信号，具体是根据危险程度由弱至强，分为提示、警告、紧急和极端四种预警级别，相应的表现为黄灯闪烁、黄灯常亮、红灯闪烁、红灯常亮四种信号。

本发明提供的上述汽车刹车尾灯自动控制系统，其用途是：在实现对后方跟随车辆驾驶员的危险预警，使后车驾驶员及时采取避撞措施，避免发生连环追尾事故，提高汽车的行驶安全性中的应用。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

其一.现有的汽车前向防撞系统只能应用于所装备的车辆。本发明在不影响汽车前向防撞系统原有功能的基础上，进一步将其应用范围扩展至车流中的后方跟随车辆，从本质上解决因传递滞后导致的汽车连环追尾问题。由于本发明与汽车前向防撞系统共享传感器，只须在其控制器中增加一个软件模块，执行器的改造成本极其低廉。

其二.传统的汽车刹车尾灯由制动踏板控制，因此存在驾驶员的反应延迟甚至失效的可能。本发明使得刹车尾灯由前向防撞系统自动控制。根据碰撞危险程度采取分级预警，不仅报警及时并且信息量更大，从而使得驾驶员在跟车过程中能够获得更多的前方交通车辆信息，提高了汽车的行驶安全性。

附图说明

图1为本发明汽车刹车尾灯自动控制系统的结构示意图。

图2为汽车刹车尾灯自动控制系统的工作原理示意图。

图3为根据碰撞危险大小的分级报警策略的示意图。

图中：1.毫米波雷达；2.机器视觉；3.信息处理单元；4.碰撞危险判断单元；5.智能刹车尾灯总成；6.毫米波雷达和机器视觉。

具体实施方式

本发明利用前向防撞系统的环境感知单元(雷达/机器视觉)，检测前方潜在的碰撞目标，并且根据碰撞危险程度，对后方跟随车辆进行分级预警；后车驾驶员根据智能刹车尾灯的报警信号提示，可同步感知来自前车的碰撞威胁，及时做出必要的避撞操作(制动/转向)。本发明包括传感器，控制器和执行器三部分，其中传感器与现有的汽车前向防撞系统相同，并且与其共享实时采集得到的前向行驶环境信息；执行器则在传统的刹车尾灯的基础上进行改造；而控制器基于前向防撞控制器进行算法扩展，同时与其原有程序相兼容。本发明在汽车前向防撞系统的基础上，保留了其环境感知单元和危险判断单元，并通过对刹车尾灯的主动控制实现功能扩展。因此，本发明能实现对后方跟随车辆驾驶员的危险预警，避免发生连环追尾事故，相较于传统的刹车尾灯，更能辅助驾驶员提高汽车的行驶安全性。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的基于前向防撞系统的汽车刹车尾灯自动控制系统，其结构如图1所示，包括前向行驶环境感知单元，碰撞危险判断单元，以及智能刹车尾灯总成三个部分。

所述的前向行驶环境感知单元，由传感器及信息处理单元3组成，其中：传感器为布置在前保险杠上的毫米波雷达1，或布置在车前档后视镜背面的机器视觉2部件，或两者皆用即毫米波雷达和机器视觉6。信息处理单元作为前向行驶环境感知单元的核心部分，负责接收传感器实时采集得到的所有数据，并从中提取出前方危险目标的有效信息，如车距、相对车速、方位角等。经过处理后的障碍物信息通过CAN通讯传递给碰撞危险判断单元作进一步的判断。

所述的碰撞危险判断单元4为控制器，基于前向防撞控制器的算法扩展而来，同时与其原有程序相兼容，即采用碰撞时间余量来表征潜在碰撞的危险程度的定量指标，并且根据碰撞时间余量的大小做出相应的预警提示。该算法作为软件模块下载到前向防撞系统的ECU中，并与其原有程序相兼容。该算法公式为：

$\left\{\begin{array}{cc}R=T_{\mathrm{buffer}}\·v_h+\frac{1}{2}{a}_h\·{\left(T_{\mathrm{buffer}}\right)}^2-\frac{{v_p}^2}{2a_p}& -\frac{v_p}{a_p}\≤T_{\mathrm{buffer}}\\ R=-T_{\mathrm{buffer}}\·v_r-\frac{1}{2}{a}_r\·{\left(T_{\mathrm{buffer}}\right)}^2& -\frac{v_p}{a_p}>T_{\mathrm{buffer}}\end{array}\right.$

式中的车距R、前车车速v_p、自车车速v_h、相对车速v_r、自车加速度a_h、前车加速度a_p、相对加速度a_r等信息均由信息处理单元3提供。T_buffer即为计算出的碰撞时间余量，通过T_buffer与图3中的时间常数t₁、t₂、t₃、t₄依次进行比较，确定当前危险程度的大小。

所述的智能刹车尾灯总成5为执行器，在传统的刹车尾灯的基础上进行改造而来，安装于汽车尾部用于取代传统的刹车尾灯，由红色指示灯和黄色指示灯组成。智能刹车尾灯总成与碰撞危险判断单元之间采取电信号连接，并接受其控制指令分时亮起，分别可以实现黄灯闪烁、黄灯常亮、红灯闪烁、红灯常亮四种状态，它们分别表示为提示性预警、警告性预警、紧急危险预警和极端危险预警。

本发明的工作原理是：参见图2，若后车驾驶员受到自车遮蔽而无法看清前方道路状况，那么只能被动的依靠自车的反应而反应。当前车紧急刹车时，后车只有等到自车刹车后才会减速。如果自车没有及时刹车而与前车相撞，那么后车最终也可能会与前车/自车相撞。但应用了本发明汽车刹车尾灯自动控制系统后，自车通过毫米波雷达1与机器视觉2的信息感知到来自前车的碰撞威胁，与此同时，利用自车的刹车尾灯自动控制系统对后车驾驶员提供分级预警，相当于后车驾驶员直接获得了来自前车的潜在碰撞信息，从而提前做出必要的避撞操作。即使跟车过程中的后车驾驶员视线受限，也能达到与自车同步感知，摆脱了对于自车的依赖性，因此能根本上解决多车连环追尾问题。

本发明的分级报警策略是：参见图3，为了对碰撞危险程度进行定量估计，采用了一种基于时间的危险判定指标，在充分利用测得的车间运动信息的基础上，直观反映出当前工况距离碰撞发生的时间余量。根据碰撞时间余量的大小，就可以制定出相应的分级报警策略，具体将其划分为五个区间：即安全行驶区、提示危险区、警告危险区、紧急危险区和极端危险区。汽车前向防撞系统在上述危险区域中，针对自车依次采取视觉报警、声光报警、制动力预先建压和主动制动。类似的，汽车刹车尾灯自动控制系统在上述危险区域中，针对后方跟随车辆，依次发出黄色闪烁信号、黄色常亮信号、红色闪烁信号和红色常亮信号。对于本发明而言，只要确定出参数t₁、t₂、t₃、t₄，即能在不同碰撞危险级别下实现相应形式的预警。

Claims (6)

1.一种汽车刹车尾灯自动控制系统，其特征是一种基于前向防撞系统的汽车刹车尾灯自动控制系统，包括前向行驶环境感知单元，碰撞危险判断单元和智能刹车尾灯总成三部分，其中：前向行驶环境感知单元由传感器和信息处理单元组成，传感器与前向防撞系统共享实时采集得到的前向行驶环境信息；碰撞危险判断单元采用碰撞时间余量来表征潜在碰撞的危险程度的定量指标，并且根据碰撞时间余量的大小做出相应的预警提示；智能刹车尾灯总成安装于汽车尾部用于取代传统的刹车尾灯，由红色指示灯和黄色指示灯组成；碰撞危险判断单元分别与信息处理单元、智能刹车尾灯总成采取电信号连接。

2.根据权利要求1所述的汽车刹车尾灯自动控制系统，其特征是所述的传感器为布置在汽车前保险杠上的毫米波雷达，或布置在汽车前档后视镜背面的机器视觉部件，或两者皆用。

3.根据权利要求1所述的汽车刹车尾灯自动控制系统，其特征是所述的信息处理单元，负责接收传感器实时采集得到的所有数据，并从中提取出前方危险目标的有效信息，其包括车距、相对车速、方位角；经过处理后的目标有效信息通过CAN通讯传递给碰撞危险判断单元作进一步的判断。

4.根据权利要求1所述的汽车刹车尾灯自动控制系统，其特征是所述的碰撞危险判断单元，基于前向防撞控制器的算法扩展而来，该算法作为软件模块下载到前向防撞系统的ECU中，并与其原有程序相兼容，该算法公式为：

$\left\{\begin{array}{cc}R=T_{\mathrm{buffer}}\·v_h+\frac{1}{2}{a}_h\·{\left(T_{\mathrm{buffer}}\right)}^2-\frac{{v_p}^2}{2a_p}& -\frac{v_p}{a_p}\≤T_{\mathrm{buffer}}\\ R=-T_{\mathrm{buffer}}\·v_r-\frac{1}{2}{a}_r\·{\left(T_{\mathrm{buffer}}\right)}^2& -\frac{v_p}{a_p}>T_{\mathrm{buffer}}\end{array}\right.$

式中的车距R、前车车速v_p、自车车速v_h、相对车速v_r、自车加速度a_h、前车加速度a_p、相对加速度a_r信息均由信息处理单元实时提供，碰撞时间余量T_buffer定量表征了当前的碰撞危险程度的大小。

5.根据权利要求1所述的汽车刹车尾灯自动控制系统，其特征是所述的智能刹车尾灯总成接收碰撞危险判断单元的控制指令并发出不同程度的报警信号，具体是根据危险程度由弱至强，分为提示、警告、紧急和极端四种预警级别，相应的表现为黄灯闪烁、黄灯常亮、红灯闪烁、红灯常亮四种信号。

6.权利要求1至5中任一权利要求所述汽车刹车尾灯自动控制系统的用途，其特征是在实现对后方跟随车辆驾驶员的危险预警，使后车驾驶员及时采取避撞措施，避免发生连环追尾事故，提高汽车的行驶安全性中的应用。