CN104494550A - 一种车辆主动避撞装置及避撞距离的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆主动避撞装置及其避撞距离计算方法，包括车载雷达系统、自车传感器、执行机构、中央控制系统，所述自车传感器和车载雷达系统同中央控制系统相连接，所述中央控制系统和执行机构相连，所述执行机构和自车相连；上述中央控制系统的CPU通过接收传感器的各个数据，进行安全状态的判断，并且发出必要的避撞指令。本发明的主动安全避撞装置及其方法，能够通过车载雷达和自车传感系统所采集的实时数据，判断自车所属于的安全状态，在驾驶员精神状态不佳，或者注意力不集中的情况下能够有效的避免车祸的发生。

Description

一种车辆主动避撞装置及避撞距离的计算方法

技术领域

本发明涉及一种主动安全控制系统，尤其涉及一种车辆主动安全距离的计算方法及其装置。

背景技术

随着中国汽车行业的飞速发展，汽车总量的增加，全国范围内的交通事故和人员伤亡的数量也在不断增加，汽车的安全性因此逐渐成为人们关注的焦点。

汽车的安全性分“主动安全”和“被动安全”两大块。吸能车身、安全气囊、安全带只能解决意外事故后的问题，因此这些系统都只能是被动安全被动安全在碰撞时起到保护作用；而主动安全系统则事先防范交通事故的发生，更能保证驾乘者的安全，因此主动安全系统将比被动安全系统更受人关注。主动安全技术含量高低不但直接影响车辆的安全性能，而且也能增加汽车本身的价值。目前主流的汽车主动安全技术主要包括ABS(防抱死系统)、EBD(Electric Brake force Distribution，)(电子制动力分配)、EBA(电控辅助制动系统)、TCS(牵引力控制)以及ESC(Electric stability contro1)，(电子稳定控制)等。

但上述技术无法提前预防事故的发生，也无法再驾驶员精神状态不佳，注意力不集中的情况下有效的减少事故的发生。为此，必须发明汽车主动避撞系统，能够在驾驶员没有采取措施的情况下，预先采取避撞措施，防止事故的发生。

现有的避撞距离模型过于复杂，并且很多是经验公式，不能够满足中国路况的复杂情况，而且输入参数过于繁多，不能够很好的对实时的路况进行反应，有很高的误报率。

发明内容

本发明需要解决的问题是发明一种车辆主动避撞距离计算方法及其装置。

为了实现上述发明功能，本发明的技术方案为：

一种车辆主动避撞装置，包括车载雷达系统、自车传感器、执行机构、中央控制系统，所述自车传感器和车载雷达系统同中央控制系统相连接，所述中央控制系统和执行机构相连，所述执行机构和自车相连；

所述车载雷达系统用于获得目标车辆的速度和加速度，以及两车之间的相对距离；

所述自车传感器直接与中央控制系统相连接用于采集自车的速度、加速度数据；

所述执行机构用于控制节气门的开度和制动压力的大小；

所述中央控制系统的CPU通过接收传感器的各个数据，进行安全状态的判断，并且发出必要的避撞指令。

进一步，所述车载雷达系统的型号为碟虎X8S。

进一步，所述自车加速度的传感器型号为52的MEAS传感器。

进一步，所述中央控制系统采用飞歌E8043NAVI。

本发明的方法的技术方案为：

一种用于车辆主动避撞距离的计算方法，包括以下步骤(假设两车的实时相对距离s₁＞0)：

步骤1，通过车载雷达获得两车的相对垂直距离s₁、两车中心线水平距离d₀、自车宽d₁、前车宽d₂、以及前车的速度v₂、加速度a₂，若d₀≤(d₁+d₂)/2，则两车在同一车道当中，并且进入下一步计算；

步骤2，通过雷达所获取的自车和目标车辆的速度以及加速度v₁，v₂，a₁和a₂，中央控制系统计算两车的安全距离和最小安全距离，按照以下情况判断自车安全状况：

a)当v₁≤v₂，a₁≤a₂时，当s₁＞0时，两车处于安全状态；

b)当v₁≤v₂，a₁＞a₂时，当s₁＞0时，自车暂时处于安全状态，并继续监测实时的两车安全距离和相对车速，加速度；

c)当v₁＞v₂，a₁＜a₂时，

满足s₀＝[v₁×(v₁-v₂)/(a₁-a₂)+1/2×a₁×(v₁-c₂)²/(a₁-a₂)²]-v₂×(v₁-v₂)/(a₁-a₂)-1/2×a₂×(v₁-v₂)²/(a₁-a₂)²，则s₀为v₁＞v₂，a₁＜a₂情况下的理论安全距离；

若s₁＞s₀，则自车属于安全状态，没有碰撞危险，并继续监测实时的两车安全距离和相对车速，加速度；

若s₁≤s₀，则自车属于非安全状态，有碰撞危险，安全指示灯变为红色，并且发出警报，若驾驶员仍旧没有采取措施，自动采取减小节气门开度为原来的3/4，保证乘客的安全性和舒适性，并且计算两车的最小安全距离

其中：

t_r：驾驶员反应时间，一般设置为1.2s；

t_a：制动力协调时间，一般设置为0.1s；

t_s：制动力增长时间一般设置为0.2s；

a₁：汽车在路面上最大加速度，其与路面有关，本发明取的是在水泥干燥路面6m/s²；

d₁：两车停止时的相对距离，取d₁＝3m；

若s₁≤s₃，采取最大减速度为6m/s²进行减速，保证乘客安全；

d)当v₁≥v₂，a₁≥a₂时，此时两车的安全预警距离为：

$s_2=v_1(t_r+t_a+t_s/2)+v_1^2/{2a}_1-v_2(t_a+t_s/2)-v_2^2/{2a}_1+d_1,d_1$ 为两车停止时的相对距离，在本发明专利中取d₁＝3m；

其中：

t_r：驾驶员反应时间，一般设置为1.2s；

t_a为制动力协调时间，一般设置为0.1s；

t_s为制动力增长时间一般设置为0.2s；

a₁为汽车在路面上最大加速度，其与路面有关，本发明取的是在水泥干燥路面6m/s²；

当s₁＞s₂时，自车没有碰撞危险，并继续监测实时的两车安全距离和相对车速，加速度；

当s₂≤s₀时，自车属于非安全状态，有碰撞危险，指示灯变为红色，并且发出警报，若驾驶员仍旧没有采取措施，自动采取减小节气门开度为原来的3/4，保证乘客的安全性和舒适性；此时两车的最小安全距离为：为两车静止时的相对距离，在本发明专利中取d₁＝3m；

当s₁≤s₃，自车属于极度危险状况，自动采取最大减速度为6m/s²进行减速，保证乘客的安全性。

进一步，所述步骤1-2的过程中，中央控制器使用反馈控制以响应从所述自车传感器和车载雷达系统所传递的数据。

进一步，所述步骤1-2的过程中，中央控制系统使用反馈执行控制的方式使得控制器通过对计算所得的预警安全距离与现实距离进行比较，评估自车的安全状态，并且通过执行机构采取必要的避撞措施。

本发明的有益效果为：

1)本发明所提出的一种车辆主动安全避撞装置及其距离计算方法，将汽车的实时速度，加速度，实时的相对距离作为输入量。

2)通过实际距离和理论安全距离进行比较，简化了系统的输入量，能够精确快速的判断自车的安全状态，并且在不同的安全状态下采取不同的避撞措施，能够有效的减少误报率。

3)在驾驶员精神状态不佳，注意力不集中的情况下，自动检测自车的安全状况，并且在驾驶员没有采取有效措施时，自动采取制动措施。极大的提高了驾驶员和乘客的安全性。

因此本发明的主动安全避撞装置及其方法，能够通过车载雷达和自车传感系统所采集的实时数据，判断自车所属于的安全状态，在驾驶员精神状态不佳，或者注意力不集中的情况下能够有效的避免车祸的发生。

附图说明

图1为本发明的装置模块框图；

图2为本发明的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明的结构原理作进一步的详细描述。

如图1所示，一种车辆主动避撞距离的计算方法及其装置包括：车载雷达系统，自车传感器系统，控制单元，制动力执行机构。所述的车载雷达系统，自车传感器系统与控制单元相连，将检测的实时数据传递到控制单元，控制单元将控制指令传递到执行机构，执行机构来控制汽车制动踏板压力，和节气门的开度大小。所述车载雷达系统的型号为碟虎X8S；所述自车加速度的传感器型号为52的MEAS传感器；所述中央控制系统采用飞歌E8043NAVI。

本发明所述的车载雷达系统用于获得目标车辆的速度和加速度，以及两车之间的相对距离。所述自车传感器直接与CPU相连接，用于获得自车的速度加速度等数据。所述执行机构用于控制节气门的开度和制动压力的大小。所述的CPU通过接收传感器的各个数据，进行安全状态的判断，并且发出避撞指令。

用于车辆安全状态的计算步骤包括：通过车载雷达首先判断目标车辆与自车是否在同 一车道上。如果在同一车道上，根据车载雷达测得的目标车辆的速度v₂和加速度a₂，自车传感器获得的自车的速度v₁和a₁计算两车的实时预警安全距离，同时与雷达测得的相对距离s₁进行比较，判断自车所属于的安全等级。并且采取不同的安全措施。

本发明具备的主动预警功能，结合图2所示的流程图，首先通过车载雷达测得两车的相对垂直距离s₁，d₁，判断目标车辆与自车是否在同一车道上，如果在同一车道上进入下一步。

通过雷达所获取的自车和目标车辆的速度以及加速度v₁，v₂，a₁和a₂，通过公式计算两车的安全距离和最小安全距离，按照以下情况判断安全状况：

当v₁≤v₂，a₁≤a₂时，当s₁＞0时，自车处于安全状态。

当v₁≤v₂，a₁＞a₂时，当s₁＞0时，自车暂时安全，并继续监测实时的两车安全距离和相对车速，加速度。当v₁＞v₂，a₁＜a₂时，s₀＝[v₁×(v₁-v₂)/(a₁-a₂)+1/2×a₁×(v₁-v₂)²/(a₁-a₂)²]-v₂×(v₁-v₂)/(a₁-a₂)-1/2×a₂×(v₁-v₂)²/(a₁-a₂)²若s₁＞s₀，则自车属于安全状态，没有碰撞危险，并继续监测实时的两车安全距离和相对车速，加速度。若s₁≤s₀，则自车属于非安全状态，有碰撞危险，安全指示灯变为红色，并且发出警报，若驾驶员仍旧没有采取措施，自动采取减小节气门开度为原来的3/4，同时计算最小安全距离s₃。若s₁≤s₃，则采取最大减速度为6m/s²进行制动，保证乘客的安全性。

当v₁≥v₂，a₁≥a₂时，此时两车的安全预警距离为：

$s_2=v_1(t_r+t_a+t_s/2)+v_1^2/{2a}_1-v_2(t_a+t_s/2)-v_2^2/{2a}_1+d_1,$

d₁为两车静止时的相对距离，在本发明专利中取d₁＝3m

当s₁＞s₂时，自车没有碰撞危险，并继续监测实时的两车安全距离和相对车速，加速度。

当s₁≤s₂时，自车属于非安全状态，有碰撞危险，安全指示灯变为红色，并且发出警报，若驾驶员仍旧没有采取措施，自动采取减小节气门开度为原来的3/4，保证乘客的安全性但不会引起乘客的过度不适。此时两车的最小安全距离为： 当s₁≤s₃，自车属于极度危险状况，自动采取最大减速度为6m/s²进行减速。保证乘客的安全性。

本专利发明的一种车辆主动安全避撞距离计算方法，将汽车的实时速度，加速度，实时的相对距离作为输入量。通过实际距离和理论安全距离进行比较，简化了系统的输入量，能够精确快速的判断自车的安全状态，并且在不同的安全状态下采取不同的避撞措施，能够有效的减少误报率。在驾驶员精神状态不佳，注意力不集中的情况下，自动检测自车的安全状况，并且在驾驶员没有采取有效措施时，自动采取制动措施。极大的提高了驾驶员和乘客的安全性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等同替换或等效流程变化，或直接或间接运用在其他的技术领域，都应涵盖在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种车辆主动避撞装置，其特征在于，包括车载雷达系统、自车传感器、执行机构、中央控制系统，所述自车传感器和车载雷达系统同中央控制系统相连接，所述中央控制系统和执行机构相连，所述执行机构和自车相连；

所述车载雷达系统用于获得目标车辆的速度和加速度，以及两车之间的相对距离；

所述自车传感器直接与中央控制系统相连接用于采集自车的速度、加速度数据；

所述执行机构用于控制节气门的开度和制动压力的大小；

所述中央控制系统的CPU通过接收传感器的各个数据，进行安全状态的判断，并且发出必要的避撞指令。

2.根据权利要求1所述的车辆主动避撞装置，其特征在于，所述车载雷达系统的型号为碟虎X8S。

3.根据权利要求1所述的车辆主动避撞装置，其特征在于，所述自车加速度的传感器型号为52的MEAS传感器。

4.根据权利要求1所述的车辆主动避撞装置，其特征在于，所述中央控制系统采用飞歌E8043NAVI。

5.一种用于车辆主动避撞距离的计算方法，其特征在于，包括以下步骤(假设两车的实时相对距离s₁＞0)：

步骤1，通过车载雷达获得两车的相对垂直距离s₁、两车中心线水平距离d₀、自车宽d₁、前车宽d₂、以及前车的速度v₂、加速度a₂，若d₀≤(d₁+d₂)/2，则两车在同一车道当中，并且进入下一步计算；

步骤2，通过雷达所获取的自车和目标车辆的速度以及加速度v₁，v₂，a₁和a₂，中央控制系统计算两车的安全距离和最小安全距离，按照以下情况判断自车安全状况：

a)当v₁≤v₂，a₁≤a₂时，当s₁＞0时，两车处于安全状态；

b)当v₁≤v₂，a₁＞a₂时，当s₁＞0时，自车暂时处于安全状态，并继续监测实时的两车安全距离和相对车速，加速度；

c)当v₁＞v₂，a₁＜a₂时，

满足s₀＝[v₁×(v₁-v₂)/(a₁-a₂)+1/2×a₁×(v₁-v₂)²/(a₁-a₂)²]-v₂×(v₁-v₂)/(a₁-a₂)-1/2×a₂×(v₁-v₂)²/(a₁-a₂)²， 则s₀为v₁＞v₂，a₁＜a₂情况下的理论安全距离；

若s₁＞s₀，则自车属于安全状态，没有碰撞危险，并继续监测实时的两车安全距离和相对车速，加速度；

若s₁≤s₀，则自车属于非安全状态，有碰撞危险，安全指示灯变为红色，并且发出警报，若驾驶员仍旧没有采取措施，自动采取减小节气门开度为原来的3/4，保证乘客的安全性和舒适性，并且计算两车的最小安全距离s₃：

其中：

t_r：驾驶员反应时间，一般设置为1.2s；

t_a：制动力协调时间，一般设置为0.1s；

t_s：制动力增长时间一般设置为0.2s；

a₁：汽车在路面上最大加速度，其与路面有关，本发明取的是在水泥干燥路面6m/s²；

d₁：两车停止时的相对距离，取d₁＝3m；

若s₁≤s₃，采取最大减速度为6m/s²进行减速，保证乘客安全；

d)当v₁≥v₂，a₁≥a₂时，此时两车的安全预警距离为：

d₁为两车停止时的相对距离，在本发明专利中取d₁＝3m；

其中：

t_r：驾驶员反应时间，一般设置为1.2s；

t_a为制动力协调时间，一般设置为0.1s；

t_s为制动力增长时间一般设置为0.2s；

a₁为汽车在路面上最大加速度，其与路面有关，本发明取的是在水泥干燥路面6m/s²；

当s₁＞s₂时，自车没有碰撞危险，并继续监测实时的两车安全距离和相对车速，加速度；

当s₂≤s₀时，自车属于非安全状态，有碰撞危险，指示灯变为红色，并且发出警报， 若驾驶员仍旧没有采取措施，自动采取减小节气门开度为原来的3/4，保证乘客的安全性和舒适性；此时两车的最小安全距离为：d₁为两车静止时的相对距离，在本发明专利中取d₁＝3m；

当s₁≤s₃，自车属于极度危险状况，自动采取最大减速度为6m/s²进行减速，保证乘客的安全性。

6.根据权利要求5所述的用于车辆主动避撞距离的计算方法，其特征在于，所述步骤1-2的过程中，中央控制器使用反馈控制以响应从所述自车传感器和车载雷达系统所传递的数据。

7.根据权利要求5所述的用于车辆主动避撞距离的计算方法，其特征在于，所述步骤1-2的过程中，中央控制系统使用反馈执行控制的方式使得控制器通过对计算所得的预警安全距离与现实距离进行比较，评估自车的安全状态，并且通过执行机构采取必要的避撞措施。