CN104029679A - 一种汽车侧向主动防御方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车侧向主动防御方法。本发明首先由控制模块通过CAN总线获得ECU中的车速信号，判断汽车车速是否为零，若汽车车速为零，则控制模块通过LIN总线获取中控锁钥匙是否关闭，若处于关闭状态，说明驾驶员已锁上车门离开车辆，若已处于开启状态，则开启测距模式，若汽车车速为不为零，获取汽车转向信号，判断汽车是否转向；如汽车转向，则开启测距模式。本发明通过建立的速度与安全距离模型，能在第一时间内告知驾驶人员本车的安全情况，从而能大大降低事故的发生。

Description

一种汽车侧向主动防御方法

技术领域

本发明属于汽车电控系统技术领域，尤其一种涉及汽车侧向主动防御方法。

背景技术

目前汽车作为人们重要的交通工具，已成为人们生活工作中重要的伙伴。同时汽车的安全性也日益被消费者重视，因为一款安全性能好的车不仅能为自己和家人筑起一道屏障，也给他人带去一份安全保障。即使由于资金等现实因素制约，人们潜意识里仍将安全性列为重点，有关汽车安全性能的研究和新技术的应用也一直受到厂商的重视，从最初的保险杠减振系统、乘客安全带系统、安全气囊到汽车碰撞试验、车轮防抱制动系统(ABS)、驱动防滑系统(ASR)，车辆稳定控制系统(VSC)到无盲点、无视差安全后视镜及儿童座椅系统的研究，这些都是出于车的安全性而设计的。

据J.D.Power亚太公司2012年的调查表明该调查报告发现，车辆的安全性和质量是中国意向购车者的首要标准。超过3/5(66％)的高档车意向购车者和超过7/10(72％)的非高档车意向购车者因质量和安全性而考虑一款车型。可见，现代人购车非常的注重安全因素，哪款车能够提供更好的安全性能，就能在激烈的竞争中胜出。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种汽车侧向主动防御方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括以下步骤：

步骤1)控制模块通过CAN总线获得ECU中的车速信号，判断汽车车速是否为零，若汽车车速为零，则执行步骤2)，否则执行步骤3)。

步骤2)控制模块通过LIN总线获取中控锁钥匙是否关闭，若处于关闭状态，说明驾驶员已锁上车门离开车辆，若已处于开启状态，则两侧超声波传感器开始测量后方车辆距离，控制模块通过一定时间间隔测出两次车距，从而计算出后方车辆速度，通过车辆速度确定安全距离，当后方车辆车距小于安全距离时，执行器将锁死车门，显示锁死功能开启的LED显示灯亮，并返回步骤1)。

步骤3)获取汽车转向信号，判断汽车是否转向；如汽车转向，则开启对应转向侧的测距传感器，控制模块通过一定时间间隔测出两次车距，从而计算出后方车辆速度，通过车辆速度确定安全距离，当后方车辆车距小于安全距离时，提示后方有车的蜂鸣器响，如汽车未转向，则返回步骤1)。

所述的通过车辆速度确定安全距离具体是：设车辆速度为v，安全距离为s，则s＝1.371v+0.559v²。

本发明的有益效果：本发明通过建立的速度与安全距离模型，能在第一时间内告知驾驶人员本车的安全情况，从而能大大降低事故的发生。

附图说明

图1为汽车侧向主动防御系统组成。

图2为本发明作用范围，取车道距离为3m，取传感器间距为2m。根据超声波测距传感器检测范围将车后区域分为六个区域。

图3为系统工作流程图。

图4为刹车距离影响因素。

图5为中控锁原理图。

图6A和图6B为继电器驱动电路图。

图7为LED显示及蜂鸣器控制电路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，汽车侧向主动防御装置由超声波传感器，车速传感器，控制模块，BCM，ECU和执行器等组成，控制模块通过CAN总线获得ECU中的车速信号，通过LIN总线获得BCM中车门钥匙信号，执行器包括蜂鸣器、LED显示灯、数码管距离显示，如图1。出于各种条件限制，本实施例通过LED灯显示中控锁继电器运作，灯O亮，表示继电器Realy_O通电；灯C亮，表示继电器Realy_C通电。

如图2所示，对本发明的作用原理作详细说明。

若后方车辆在①区域时，如果后方车辆为机动车，因为车宽接近于2m，所以后方车辆必能在③或④区域检测到，安全装置就能动作；对于非机动车，如果要超越汽车，那么非机动车必然要经过③或者④区域，安全装置将会动作。

若后方车辆在区域②时，两个传感器都能检测到后方车辆，ECU将同时获取两传感器测得的车距，并取最小值进行计算；因为在②区域不能判定后方车辆将从车辆哪一侧经过，故此时安全装置要采取动作的话将同时锁死两侧车门。

若后方车辆在区域③或者④时，可以判定后方车辆将从那一边经过汽车，故若安全装置采取动作的话将锁死相应侧的车门。

⑤和⑥为传感器的盲区。若后方车辆只出现在区域⑤或者⑥时，因为区域⑤和区域⑥对称，只对区域⑤进行分析；由图可得后方车辆与前方车辆车侧向间距为1m(即一个车门宽度)及以内时，后方车辆离前方车辆行驶方向距离最大的情况为后方车辆车尾在A点时，由于车身有一定长度(记为5m)，那么此时后方车辆与前方车辆实际距离为6.5m，由于此时测距传感器探测不到，安全装置设定停车3-4s后才能打开车门，防止开门后刚好撞上后方车辆。当两车侧向距离大于1m且处于盲区时，那么前方车辆车门可以全部打开而不会有与后方车辆相碰的可能，人可以安全下车。

如图3所示，系统开始运行，首先判断车辆是否处于车速为零状态，如果车速为零就判断中控锁匙是否开启；如果车辆仍在运行，则通过判断转向灯是否打开来判断车辆是否要转向。如果中控锁匙关闭，说明驾驶员已锁上车门离开车辆，目前没有危险，系统回到开始运行状态重新运行；如果中控锁匙开启，说明车主可能会打开车门，引发事故，此时系统会锁死车门3秒，同时触发两侧测距传感器，发射出超声波。如果传感器没有接收到回波，说明检测范围内没有车辆，目前没有危险，等待350ms后，继续发射超声波进行检测；如果传感器收到回波，两侧的测距传感器分别测出两侧的测距d1和D1，隔一段时间再分别测出两侧的测距d2和D2，通过已测得的4个测距求得后方车辆的车速V1，V2。然后查得车辆的制动距离d，D，如果此时d2小于等于制动距离d,说明突然打开车门后方车辆刹车距离不够，导致事故发生，因此系统会锁死对应测车门，同时LED灯亮；如果此时d2大于制动距离d，说明后方车辆的距离是安全的，接下来就是判断转向灯是否打开。

如果转向灯开启，说明车辆要向转向灯开启的对应侧进行转向，则触发相应侧测距传感器，发射出超声波。如果传感器没有接收到回波，说明检测范围内没有车辆，目前没有危险，等待350ms后，继续发射超声波进行检测；如果传感器收到回波，相应侧的测距传感器会测出测距D1，隔一段时间再测出相应侧的测距D2，通过已测得的两个测距求得后方车辆的车速V。然后查得车辆的制动距离D，如果D2小于等于D,说明后方车辆刹车距离不够，可能会产生危险，此时LED灯亮，蜂鸣器响，提示驾驶员注意后方车辆；如果D2大于D，说明后方车辆车距安全，系统返回初始状态重新运行。

以下将本发明中所实用的安全距离模型作详细说明：

车辆刹车制动距离受到包括车辆速度，道路情况，驾驶员反应时间等各种因素的影响，不同情况下将有一个不同的刹车制动距离。因此本系统首先通过超声波测距模块测得后方车辆车速，ECU通过车速查表获得保守的安全刹车距离，以提升防御系统适应性。本系统安全刹车距离通过理论计算和经验数据求得。

1)刹车过程分析

一方面，车速是刹车距离的主要影响因素，车速越快，刹车距离越长；另一方面，还有其它很多因素会影响刹车距离，包括车型、车重、刹车系统的机械状况、轮胎类型和状况、路面类型和状况、天气状况、驾驶员的操作技术和身体状况等，如图4。

为了建立不同车型下刹车距离与车速之间的函数关系从以下分析入手：

首先，仔细分析刹车的过程，发现刹车经历两个阶段：

在第一阶段，司机意识到危险，做出刹车决定，并踩下刹车踏板使刹车系统开始起作用，汽车在反应时间段行驶的距离为“反应距离”；

在第二阶段，从刹车踏板被踩下、刹车系统开始起作用，到汽车完全停住，汽车在制动过程“行驶”(轮胎滑动摩擦地面)的距离为“制动距离”

进而可得出：刹车距离＝反应距离+制动距离

反应距离阶段分析：

根据常识，可以假设汽车在反应时间内车速没有改变，也就是说在此瞬间汽车做匀速直线运动，反应时间取决于驾驶员状况和汽车制动系统的灵敏性,与汽车的型号没有关系，而在不同年龄段的司机状况(包括反应、警觉性、视力等)有一定差别，因此在这研究中可以考虑分年龄段研究反应距离；正常情况下，汽车制动系统的灵敏性都非常好，与驾驶员状况相比，可以忽略。鉴于本系统要保证任何情况下不发生意外，反应时间应取根据统计所得的较大值。

2)制动距离阶段分析：

在制动过程，汽车的轮胎产生滚动摩擦，车速从v迅速减慢，直到车速变为0，汽车完全停止。用物理的语言来陈述，那就是：汽车制动力使汽车做减速运动，汽车制动力做功导致汽车动能的损失。

在制动过程中，按照汽车的刹车系统及结构设计，不同车型在在相同条件下的紧急刹车的加速度是有一定区别的，也就是说，最大制动力受到汽车设计，车重，刹车系统性能的影响，所以认为不同车型的刹车情况是不同的。为确保本系统适用于不同车型，将刹车的加速度取为各种车型统计所得的较大值，也可以针对不同车型，对ECU进行标定，使本系统更好的实现主动防御功能。

2)安全刹车距离计算模型建立

模型假设：

(1)假设道路、天气和驾驶员等条件相同，汽车没有超载，也没有故障；

(2)假设汽车在平直道路上行驶，驾驶员紧急刹车，一脚把刹车踏板踩到底，汽车在刹车过程没有转方向；

(3)假设汽车在反应阶段做匀速直线运动；

(4)假设汽车在制动过程做匀减速直线运动，加速度a只与车型有关，同车型时为常数，制动力所做的功只等于汽车动能的损失；

(5)假设刹车距离等于反应距离加上制动距离

模型建立：

根据假设(2)、(3)，汽车在反应阶段做匀速直线运动，立即得到反应距离：

d_反应＝t_反应v (4.1)

根据牛顿第二定律和假设(4)，汽车在制动过程做匀减速直线运动，加速度a是常数，有F＝ma；再根据功能原理，汽车制动力所做的功等于汽车动能的损失：Fd_制动＝mv²/2；所以d_制动＝v²/2a。

令，k＝1/(2a)，就得到制动距离：

d_制动＝kv² (4.2)

最后，根据假设(5)，及(4.1)—(4.2)式，刹车距离为

d＝d_反应+d_制动＝t_反应v+kv² (4.3)

(4.3)式就是汽车刹车距离的数学模型

模型的求解过程：

反应时间t_反应的数据，根据统计得如下结果

不同年龄段平均反应时间

	青年组	中年组	老年组
				反应时间(s)	1.278	1.218	1.371

行车过程中不能排除老年人开车，故取反应时间t_反应为1.371s。

研究汽车的制动距离时，结合最小二乘法进行拟合。利用公式：S＝Σ(kv²-d_制动)²进行求解：

解答时先对S求导可得：

S'＝Σ2k(v²)²-2d_制动v² (4.4)

令S′＝0，可求得k值：

$k=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{{2v}_i}^2{d}_i^{\′\′}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}2{\left({v_i}^2\right)}^2}---\left(4.5\right)$

统计10种不同型号汽车在公路的最大制动距离实测数据进行了统计，来求得k值。

最大制动距离实测数据

对表(4-1)五列与六列数据进行求和

$\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{{2v}_i}^2{d}_i^{\′\′}=178536.265---\left(4.6\right)$

$\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}2{\left({v_i}^2\right)}^2=3014498.552---\left(4.7\right)$

将上面两组数据代入(4.5)式可得k＝0.059。

所以本侧向主动防御系统安全距离计算公式为：

d＝1.371v+0.559v² (4.8)

测距传感器的选取

目前测距传感器主要分为激光传感器，红外线传感器和超声波传感器。激光传感器具有量程大，精度高的特点，但是激光传感器应用于本发明时，由于方向性太好，能测量范围很小，同时在本发明中目标角度不固定或目标太亮时，激光测距性能也会变差，难已实现要求。红外线测距传感器生产成本相对超声波传感器较高。而超声波测距性能稳定,抗干扰性强，测量精度高；受对象表面和颜色的影响小,受气流影响也比较小；环境适应性能好,在恶劣天气下性能稳定,受雨、雪、雾等的影响小；所以在本发明中采用超声波传感器。

车辆检测后方车辆距离和速度是通过超声波测距模块进行的。其主要由超声波换能器及其发射/接收电路构成。其中，超声换波能器用来实现电能与声能相互转换。在发射状态下，超声换能器将电能转换为声能；在接收状态下，超声换能器将声能转换为电能。换能器的主要作用是发射和接收超声波信号；超声波发射电路是用来产生一定频率的交变电压来作为换能器的工作电源，驱动换能器向外发射超声波信号；超声波接收电路是用来对回波信号进行放大、滤波等调理，以便ECU对信号进行处理。

由于本发明要求超声波测距模块的测距范围需在35m以上，故需要采取措施以提高发射能量，得到更强的回波信号来实现远距离测量。据市场上现有的超声波测距模块测量范围已在45m以上，可见超声波测距是可行的。

微处理器及外围电路的实现

由于本发明实现的功能并不复杂，对单片机在资源和实时性的要求并不高，同时基于经济性和能力的考虑，采用大众化且经济性好的单片机即可，因此选取STC89C52单片机。

其中包括晶振电路，复位电路，电源电路，距离显示电路，车门锁死控制电路，LED显示及蜂鸣器控制电路。

1)车门锁死控制电路

为提高汽车使用的便利性和行车的安全性，现代汽车越来越多地安装中控锁。它的功能主要有：中央控制，当驾驶员锁住其身边的车门时，其他车门也同时锁住，驾驶员可通过门锁开关同时打开各个车门，也可单独打开某个车门；速度控制，当行车速度达到一定时，各个车门能自行锁上，防止乘员误操作车门把手而导致车门打开；单独控制，除在驾驶员身边车门以外，还在其他门设置单独的弹簧锁开关，可独立地控制一个车门的打开和锁住。在本作品中需要控制两侧车门在一定情况下的开闭。

中控锁控制盒结构和原理如图5所示：共有8根引线，其中两根为电源线：①接电瓶的正极，②接电瓶的负极；③④为中控锁接线，分别接中控制锁的两个引线；还有四根控制线：控制线A两根和控制线B两根，从结构和原理图中可以看出，控制线A两根线的作用是一样的，因为他们在中控锁控制盒内实际为一根引线，只不过是引出控制盒时分为了两根，同样的原理，控制线B两根线的作用也是一样的。

图6A和图6B为继电器驱动电路，在控制盒内有两个相同的继电器和相应的时间控制电路，当两个继电器的线圈不通电时，中控锁接线均搭铁，当一个继电器线圈通电时，这个继电器控制的中控锁接线接正，所以，当两个继电器A和B分别通电时，即可以实现中控锁的开锁或落锁。

继电器A和B线圈的通电或断电由控制线A和B通过时间控制电路控制，控制线A搭铁可接正极时，时间控制电路A控制继电器A线圈通电，同理，控制线B搭铁可接正极时，时间控制电路B控制继电器B线圈通电。时间控制电路的作用是控制继电器线圈的通电时间，为了实现准确的开锁或落锁动作，即使控制线A或B长期搭铁或接正极，而时间控制电路控制继电器线圈的通电只有不到一秒钟时间。本作品在实际应用中只要控制控制线A和B通电，就能实现对车门的控制。由于单片机输出电压不足以控制控制线A和B,故采用上拉电阻驱动控制线A和B，如图6，当Lock Open为高电平时，三极管导通，Realy O为低电平，当Lock Open为低电平时，三极管截止，RealyO为高电平；在Lock Close同样原理。在演示过程中，本作品采用一个LED灯显示的开关量来示意车门是否被锁死。

2)LED显示及蜂鸣器控制电路

当车门锁死功能开启以及转向后方近距离车辆时，本作品会通过LED灯以及蜂鸣器来提醒车内人员。其控制电路如图7，当单片机引脚Bell和Lamp输出为高电平时，三极管Q2N222导通,同时LED灯亮，蜂鸣器响。

Claims (3)

1. 一种汽车侧向主动防御方法，该方法使用汽车侧向主动防御装置，该装置包括超声波传感器，车速传感器，控制模块，BCM，ECU和执行器，控制模块通过CAN总线获得ECU中的车速信号，通过LIN总线获得BCM中车门钥匙信号或汽车转向信号，执行器包括蜂鸣器、LED显示灯、距离显示数码管；

其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1）控制模块通过CAN总线获得ECU中的车速信号，判断汽车车速是否为零，若汽车车速为零，则执行步骤2），否则执行步骤3）；

步骤2）控制模块通过LIN总线获取中控锁钥匙是否关闭，若处于关闭状态，说明驾驶员已锁上车门离开车辆，若已处于开启状态，则两侧超声波传感器开始测量后方车辆距离，控制模块通过一定时间间隔测出两次车距，从而计算出后方车辆速度，通过车辆速度确定安全距离，当后方车辆车距小于安全距离时，执行器将锁死车门，显示锁死功能开启的LED显示灯亮，并返回步骤1）；

步骤3）获取汽车转向信号，判断汽车是否转向；如汽车转向，则开启对应转向侧的测距传感器，控制模块通过一定时间间隔测出两次车距，从而计算出后方车辆速度，通过车辆速度确定安全距离，当后方车辆车距小于安全距离时，提示后方有车的蜂鸣器响，如汽车未转向，则返回步骤1）；

所述的通过车辆速度确定安全距离具体是：设车辆速度为 ，安全距离为，则。

2.根据权利要求1所述的一种汽车侧向主动防御方法，其特征在于：

步骤2）具体是：如果中控锁钥匙关闭，说明驾驶员已锁上车门离开车辆，目前没有危险；如果中控锁钥匙开启，说明车主可能会打开车门，引发事故，此时锁死车门3秒，同时触发两侧测距传感器，发射出超声波；如果传感器没有接收到回波，说明检测范围内没有车辆，目前没有危险，等待350ms后，继续发射超声波进行检测；如果传感器收到回波，两侧的测距传感器分别测出两侧的测距d1和D1，隔一段时间再分别测出两侧的测距d2和D2，通过已测得的4个测距求得后方车辆的车速V1，V2；然后确定车辆的安全距离d，D，如果此时d2小于等于安全距离d或者D2小于等于安全距离D，说明突然打开车门后方车辆刹车距离不够，导致事故发生，系统锁死对应测车门，同时LED灯亮。

3.根据权利要求1所述的一种汽车侧向主动防御方法，其特征在于：

步骤3）具体是：获取汽车转向信号，判断汽车是否转向；如汽车转向，则开启对应转向侧的测距传感器，发射出超声波；如果测距传感器没有接收到回波，说明检测范围内没有车辆，目前没有危险，等待350ms后，继续发射超声波进行检测；如果传感器收到回波，相应侧的测距传感器会测出测距D1，隔一段时间再测出测距D2，通过已测得的两个测距求得后方车辆的车速V；然后查得车辆的安全距离D，如果D2小于等于D,说明后方车辆刹车距离不够，可能会产生危险，此时提示后方有车的蜂鸣器响，提示驾驶员注意后方车辆。