CN104553784B - 油门和刹车控制机构及车辆自适应车距控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油门和刹车控制机构，包括：分别与刹车机构和油门机构联动的杠杆机构I和杠杆机构II。当没有外力作用时，杠杆机构I和杠杆机构II在刹车机构和油门机构的作用下，自动回复至初始位置。当杠杆机构I和杠杆机构II处于初始位置时，刹车机构和油门机构处于未踩下状态；驱动部I和驱动部II分别驱动杠杆机构I和杠杆机构II动作。为了能够减少输入动力源的数量，所述的驱动部I和驱动部II联动。所述的驱动部I带动杠杆机构I运动时，杠杆机构I带动刹车机构动作，驱动部II对杠杆机构II不产生作用，此时杠杆机构II和油门机构均处于初始位置。

Description

油门和刹车控制机构及车辆自适应车距控制系统

技术领域

本发明涉及一种能够控制刹车和油门的联动控制机构，以及基于该控制机构和雷达以及视觉监测的控制车辆进行自适应车距保持和调整的系统。

涉及专利分类号B60一般车辆B60K车辆动力装置或传动装置的布置或安装；两个以上不同的原动机的布置或安装；辅助驱动装置；车辆用仪表或仪表板；与车辆动力装置的冷却、进气、排气或燃料供给结合的布置B60K26/00动力装置控制机构在车上的布置或安装B60K26/02起动装置或部件的。

B60W不同类型或不同功能的车辆子系统的联合控制；专门适用于混合动力车辆的控制系统；不与某一特定子系统的控制相关联的道路车辆驾驶控制系统B60W30/00不与某一特定子系统的控制B60W30/14巡航控制。

背景技术

随着技术的发展，带有自适应车距保持系统(或称为自适应巡航系统)车辆数量开始增多，该系统能够在一定限度上的保持车道，并且能够根据前车的速度，控制本车的速度、车辆的停止和启动，能够将驾驶员从繁复的方向盘、油门和刹车操作中解放出来，在给驾驶员带来方便的同时，能够在相当大的程度上减少因驾驶员的误操作而引起的交通事故发生的几率。

现有的自适应车距保持系统，主要包括：获取前车位置和速度信息的传感器单元、结合车辆自身行驶信息和前车信息，计算出本车行驶速度以及加速或减速指令的处理单元和控制系统。现有系统大多通过电子控制单元对油门和刹车装置进行独立控制，这在一定程度上增加了控制系统的设计复杂度和硬件设备数量以及成本开销；同时，油门和刹车的独立控制，对于二者之间的耦合关系(如同时刹车和加油门)仅从软件控制角度进行实施，并未从硬件设计方面给予根本解决，这给整个系统的正常工作造成一定的安全隐患。

发明内容

本发明提出的一种油门和刹车控制机构，包括：分别与刹车机构和油门机构联动的杠杆机构I和杠杆机构II。当没有外力作用时，杠杆机构I和杠杆机构II在原车自带刹车机构和油门机构的作用下，自动回复至初始位置。当杠杆机构I和杠杆机构II处于初始位置时，刹车机构和油门机构均处于未踩下状态；

驱动部I和驱动部II分别驱动杠杆机构I和杠杆机构II动作，同时为了能够减少输入动力源的数量，所述的驱动部I和驱动部II联动。

考虑到刹车踏板和油门踏板除极端状态下不会同时踩下，所述的驱动部I带动杠杆机构I运动时，杠杆机构I带动刹车机构动作；直至所述的杠杆机构I回复原位，该过程中，杠杆机构II始终处于初始位置；驱动部II带动杠杆机构II运动时，杠杆机构II带动油门机构动作；直至所述的杠杆机构II回复原位，所述的杠杆机构I始终处于初始位置。

作为优选的实施方式，所述的驱动部I和驱动部II分别为联动的轮I和轮II，轮I和轮II上分别设有带动连杆机构I和连杆机构II运动的限位部I和限位部II；同样的，为了保证刹车机构和油门机构不同时作用，在轮I和轮II内分别设有一段截面为扇形的槽，并且在初始状态下，所述杠杆机构I活动端位于齿轮I限位部I槽的右端壁处，杠杆机构II活动端位于齿轮II限位部II槽的左端壁处，这样轮I和轮II在顺时针旋转时，只有当杠杆机构I回复原位后，杠杆机构II才能在限位部II槽的左端壁的驱动下旋转；轮I和轮II逆时针旋转时，只有当杠杆机构II回复原位后，杠杆机构I才能在齿轮I限位部I槽的右端壁的带动下旋转。

为了保证能够在杠杆活动过程中，对杠杆机构作出连续过渡性的控制，确保槽的端壁与杠杆机构的活动端(段)正确有效的接触，作为优选的实施方式，所述的限位部I和限位部II其截面为扇形的槽，相应的，杠杆机构I和杠杆机构II的活动端分别位于轮I和轮II的所述槽中。

初始状态下，所述的杠杆机构I活动端位于齿轮I限位部I槽的右端壁处，杠杆机构II活动端位于齿轮II限位部II槽的左端壁处。

轮I驱动部I槽的右端壁推动杠杆机构I旋转至指定位置，直至杠杆机构I回复原位的动作过程中，所述的杠杆机构II的活动端始终固定，位于轮II的限位部II槽的两端壁之间的空间，限位部II对杠杆机构II的活动端不产生作用，即在刹车机构动作时，保证油门机构始终位于初始位置。

同样的，当轮II驱动部槽II的左端壁带动杠杆机构II旋转至指定位置，直至杠杆机构II回复原位的动作过程中，所述的杠杆机构I活动端始终固定，位于轮I的限位部I槽的两端壁之间的空间，限位部I对杠杆机构I的活动端不产生作用，即在油门机构动作时，保证刹车机构始终位于初始位置。

作为优选的实施方式，所述的轮I和轮II为齿轮，即驱动部I和驱动部II为齿轮。一个驱动齿轮分别与轮I和轮II啮合，为轮I和轮II提供旋转的动力。通过驱动齿轮，还可以控制所述的轮I和轮II旋转的速度，进而控制刹车机构或者油门机构动作和回复原位过程的速度，较好的模仿了实际驾驶过程中刹车和油门的动作，还可做到油门和刹车的“轻踩轻放”，实现行车平稳性并达到节油的目的。

更进一步的，为了进一步的减少机构的体积，作为优选的实施方式，所述的轮I和轮II的中部具有孔，孔的内壁设有所述容纳杠杆机构I和杠杆机构II活动端的槽；所述的孔可以是通孔或者盲孔，轮I和轮II的旋转中心即为孔的中心；如果是盲孔，在盲孔的底面中央位置设置旋转轴；如果是通孔，需要在旋转轴和通孔的侧壁之间设置连接件，比如连接杆等。

为了能让连杆机构通过，所述的孔侧壁还设有供连杆机构穿过的通槽。

更进一步的，考虑到齿轮作旋转运动，杠杆也做旋转运动，为了保证齿轮在带动连杆旋转时具有相同的角速度，即满足线性关系，保持对杠杆的有效控制；保证杠杆活动端的运动轨迹与齿轮槽的运动轨迹相同，避免产生运动干涉现象。作为优选的实施方式，所述的杠杆机构I和杠杆机构II杠杆的支撑点分别与轮I和轮II的圆心同轴。

一种车辆自适应车距控制系统，包括油门和刹车的控制机构；还具有：探测车辆前方物体的雷达单元和处理单元。

工作时，所述的雷达单元将其获取的至少包括前方物体速度和位置的测距信息传输至所述的处理单元；所述的处理单元根据车辆自身速度和设定的安全距离，计算所述的驱动齿轮转动的圈数(角度)和转速并控制驱动齿轮按所述的转速转过计算的圈数(角度)，从而实现与前方车辆车距的自动保持。

更进一步的，还具有获取车辆前方图像的视频获取单元；工作时，该视频获取单元向所述的处理单元传送车辆前方的图像；处理单元分析图像，判定本车和其所行车道两侧车道线的相对位置，并判定前方是否有物体；当判定本车偏离车道时，处理单元控制扬声器给驾驶员一提醒，当判定前方有物体时，处理单元控制所述的雷达单元打开进行雷达测量。车载雷达的应需开启，一方面可以防止其探测到其它障碍物的误报，另一方面也可以避免长时间开启带来的诸如能量、器件磨损等弊端。更进一步的，考虑到，现有的车载雷达的波束的探测范围有限，如果采用线状雷达，则其成本开销和实时性又存在一定问题，故为了提升探测精度，作为优选的实施方式，所述的雷达单元包括：设置在车辆前方中部的中部雷达和设置在车辆前方两侧的左侧雷达和右侧雷达；

工作时，所述的处理单元根据视频获取单元传送的前方图像，分析车辆前方存在物体(车辆)时，判定前方车辆在图像中的相对位置(偏中、偏左、偏右)来选择启动所述的中部雷达、左侧雷达和右侧雷达。比如当前方车辆处于图像偏左的位置时，左侧雷达启动进行测距，当前方车辆处于图像偏中间位置时，中部雷达启动，进行探测。通过设置多个雷达，可以在车辆进行并线时，启动两个或全部雷达，对原车道的目标和目标车道的目标进行测距，根据测距结果计算出并线的时机和并线的速度，相对于单个雷达，优势十分明显。

更进一步的，考虑道路的坡度对车辆行驶速度和所需的刹车力度有较大影响，故优选的还在于设有重力传感器；该重力传感器感知当前车辆角度信息，将该信息传送至所述的处理单元，所述的处理单元根据所述的前方车辆信息、车辆自身速度、设定的安全距离和当前的坡度，计算得出所述的驱动齿轮的圈数(旋转角度值)和转速；控制所述的驱动齿轮按设定的转速转过设定的圈数(角度)。

在方向盘上设有控制启停该车辆自适应车距控制系统的开关按钮。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整个系统的运作原理图；

图2是刹车和油门控制机构的立体结构图；

图3是刹车和油门控制机构中从动齿轮的内部构造图；

图4是摄取图像中雷达探测点以及前车与车道线示意图；

图5是上、下坡时油门、刹车预紧和自由行程预设示意图；

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明作详细的说明：

图1-4为本发明的整个系统的运作原理框架图。在车辆前方保险杠中央装有一个摄像头(发明内容部分描述的视频获取单元)，对前方环境进行实时监控并将图像信息传给处理单元，车辆前方保险杠的左侧、中侧和右侧分别装有一个雷达，当摄像头探测到前方有车辆时，处理单元根据前车在图像中的位置启用相对应位置的雷达，如图3所示，处理单元分析到车辆在图像中的偏中位置，就会启用保险杠中部的雷达，由雷达测出与前车的距离Lx，处理单元根据预设的最小安全距离Lmin、安全距离中值Lm和最大允许距离Lmax与Lx进行实时比较，当Lmin<Lx<Lm时，控制图2所示的刹车和油门控制机构进行刹车动作，与前车距离越近，刹车程度越大，始终控制Lx>Lmin；当Lm<Lx<Lmax时，控制刹车和油门控制机构进行加油门动作，与前车距离越远，加油门的程度越大，当Lx>Lmax时，处理单元控制扬声器给驾驶员一提醒信息。

参考图2、图3和图5所示，从动齿轮如图3所示：齿轮中央部分设置有盲孔，盲孔的底面的中央位置设置有轴孔18，盲孔的侧壁划分为两个部分，一部分加工有槽11，另一部分加工成供连杆穿过的通槽16，槽11和通槽16的内部为扇形。与槽11对应的齿轮扇形区域的外缘设有轮齿，与通槽16对应的齿轮扇形区域的外缘为光滑外缘，不设有轮齿。

当处理单元控制所述刹车和油门控制机构进行刹车工作时(或由加油门状态转为刹车操作时)，步进电机驱动齿轮2顺时针转动带动从动齿轮I1和从动齿轮II4转动，此时从动齿轮I1逆时针旋转，从动齿轮II4也逆时针旋转，从动齿轮I1内连杆机构I10端部从悬空状态逐渐转换到凹槽11右端壁对它施加力并带动它逆时针旋转的状态，而从动齿轮II4内连杆机构II5顶部从凹槽3左端壁给对它施加力的状态逐渐转换到它与左壁分离的悬空状态；当处理单元控制刹车和油门控制机构进行加油门工作时或由刹车状态转为加油门状态时，步进电机主动齿轮2逆时针转动带动从动齿轮I1和从动齿轮II4转动，此时从动齿轮I1顺时针旋转，从动齿轮II4也顺时针旋转，从动齿轮I1内连杆机构I10顶部从凹槽11右端壁对它施加力的状态逐渐转换到它与凹槽11右端壁分离的悬空状态，从动齿轮II4内连杆机构II5顶部从悬空状态逐渐转换到凹槽3左端壁对它施加力并带动它顺时针旋转的状态。较佳的，本发明的刹车和油门控制机构保证了在加油门时刹车处于完全放松、在刹车时油门处于完全放松的理想状态，并实现了从加油门到刹车或从刹车到加油门的稳定过渡，较好的满足了平时驾驶员操纵油门和刹车“轻踩轻放”的要求，有助于行车中的平稳性。

参考图1和图5所示，安装在车体内的重力感应器对道路的坡度i进行实时检测，将不同的坡度信号传给处理单元，处理单元将根据不同的坡度信号来设置油门和刹车的预紧力或自由行程。当车辆遇下坡情况时，由于车体自身重力沿斜面的分力作用，需中央处理器根据坡度i的大小通过步进电机对刹车加设一定的预紧力Fx1来抵消重力沿斜面方向的分力作用，i越大，Fx1越大，与此同时，油门结构需要一定的自由行程，来防止车辆速度的骤增；当车辆遇上坡情况时，也由于车辆自身重力沿斜面方向的分力的作用，则需处理单元根据坡度i的大小通过步进电机对油门结构加设一定的预紧力Fx2，来抵消重力沿斜面的分力作用，i越大，Fx2越大。

参考图1所示，所述的摄像头对本车与车辆两侧的车道线的位置进行实时监控，处理单元由获得的图像检测出本车体在所行车道内的位置，从而得出车体和两侧车道线的位置关系，当发现车辆将要越道时，控制扬声器给驾驶员一提醒信号，驾驶员以便及时调整方向盘或及时按方向盘上按钮来停止本车辆自适应车距控制系统的运作。

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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种油门和刹车控制机构，其特征在于具有：与刹车机构联动的杠杆机构I、与油门机构联动的杠杆机构II、驱动杠杆机构I的驱动部I和驱动杠杆机构II的驱动部II；所述的驱动部I和驱动部II联动；

杠杆机构I和杠杆机构II处于初始位置时，刹车机构和油门机构处于未踩下状态；

所述的驱动部I带动杠杆机构I运动时，杠杆机构I带动刹车机构动作；直至所述的杠杆机构I在原车刹车机构自带弹簧的作用下回复原位，杠杆机构II始终处于初始位置；驱动部II带动杠杆机构II运动时，杠杆机构II带动油门机构动作；直至所述的杠杆机构II在原车油门机构自带弹簧的作用下回复原位，所述的杠杆机构I始终处于初始位置；

所述的驱动部I和驱动部II分别为联动的轮I和轮II，轮I和轮II上分别设有带动连杆机构I和连杆机构II运动的限位部I和限位部II；

轮I和轮II顺时针旋转时，包括：

杠杆机构I回复阶段；杠杆机构I从运动位置逐渐恢复至初始位置，该阶段中杠杆机构II始终位于初始位置；

杠杆机构II运动阶段：杠杆机构II在限位部II的带动下旋转，该阶段中杠杆机构I始终位于初始位置；

轮I和轮II逆时针旋转时，包括：

杠杆机构II回复阶段：杠杆机构II从运动位置逐渐回复至初始位置，该阶段中杠杆机构I始终处于初始位置；

杠杆机构I运动阶段：杠杆机构I在限位部I的带动下旋转，该阶段中杠杆机构II始终处于初始位置；

所述的限位部I和限位部II为其截面为扇形的槽；所述杠杆机构I和杠杆机构II的活动端分别位于轮I和轮II的所述槽中；

初始状态下，所述杠杆机构I活动端位于齿轮I限位部I槽的右端壁处，杠杆机构II活动端位于齿轮II限位部II槽的左端壁处；

限位部I和限位部II在控制对应杠杆机构运动的过程中，其受力部位分别为限位部I槽的右端壁和限位部II槽的左端壁；

轮I驱动部I槽的右端壁推动杠杆机构I旋转至指定位置，直至杠杆机构I回复原位的动作过程中，所述的杠杆机构II的活动端始终固定，位于轮II的限位部II的槽的两端壁之间的空间，限位部II对杠杆机构II的活动端不产生作用；

轮II驱动部槽II的左端壁带动杠杆机构II旋转至指定位置，直至杠杆机构II回复原位的动作过程中，所述的杠杆机构I活动端始终固定，位于轮I的限位部I的槽的两端壁之间的空间，限位部I对杠杆机构I的活动端不产生作用。

2.根据权利要求1所述的油门和刹车控制机构，其特征还在于所述的轮I和轮II为齿轮，一驱动齿轮分别与齿轮I和齿轮II啮合。

3.根据权利要求2所述的油门和刹车控制机构，其特征还在于所述的齿轮I和齿轮II的中部具有孔，孔的内壁设有所述的容纳杠杆机构I和杠杆机构II活动端的槽；所述的孔侧壁还设有供连杆机构穿过的通槽。

4.根据权利要求3所述的油门和刹车控制机构，其特征还在于所述的杠杆机构I和杠杆机构II杠杆的支撑点分别与轮I和轮II的圆心同轴。

5.一种车辆自适应车距控制系统，其特征在于包括如权利要求4所述的油门和刹车的控制机构；还具有：

探测车辆前方物体的雷达单元和处理单元；

工作时，所述的雷达单元将其获取的至少包括前方物体速度和位置的测距信息传输至所述的处理单元；

所述的处理单元根据车辆自身速度和设定的安全距离，计算所述的驱动齿轮转动的圈数或角度和转速并控制驱动齿轮按所述的转速转过计算的圈数或角度，完成车辆距离的自动保持。

6.根据权利要求5所述的自适应车距控制系统，其特征还在于具有获取车辆前方图像的视频获取单元；

工作时，该视频获取单元向所述的处理单元传送车辆前方的图像；处理单元分析图像，判定前方是否有物体；当判定前方有物体时，处理单元控制所述的雷达单元打开进行雷达测量；

与以上工作同时，处理单元根据图像分析判断本车和其所行车道两侧车道线的相对位置，当车道偏离车道时，控制扬声器给驾驶员语音提示。

7.根据权利要求6所述的自适应车距控制系统，其特征还在于所述的雷达单元包括：设置在车辆前方中部的中部雷达和设置在车辆前方两侧的左侧雷达和右侧雷达；

工作时，所述的处理单元根据视频获取单元传送的前方图像，分析车辆前方存在车辆或物体时，判定前方车辆在图像中的相对位置，相对于车辆行进方向偏左、偏中或偏右来选择启动所述的中部雷达、左侧雷达和右侧雷达。

8.根据权利要求5-7任意一项权利要求所述的自适应车距控制系统，其特征还在于具有重力传感器；该重力传感器感知当前车辆角度信息，即坡度信息，将该信息传送至所述的处理单元，所述的处理单元根据前方车辆信息、车辆自身速度、设定的安全距离和当前的坡度，计算得出所述的驱动齿轮的圈数或旋转角度值和转速；控制所述的驱动齿轮按设定的转速转过设定的圈数或角度。