CN104742845A - 一种汽车防追尾的动态预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车防追尾的动态预警系统，其包括：云服务器；各个汽车均安装毫米波雷达及GPS导航仪；与所述GPS导航仪中的微控制器相连的车距确定模块，用于确定定自身与前车之间的实际车距；防撞监控模块，用于当所述实际车距小于预设的第一安全距离时发出防撞报警触发信号；通信模块，用于将地理位置信息及所述实际车距发送给所述云服务器；所述云服务器用于根据各个汽车上传的所述地理位置信息判断汽车之间的位置关系，并当某一台汽车发送的所述实际车距小于预设的第二安全距离时，向该汽车及其周边汽车发出第二防撞提示信号。本发明具有监控准确、实现成本较低、使用方便且实用等诸多优点。

Description

一种汽车防追尾的动态预警系统

技术领域

本发明涉及汽车安全领域，尤其是涉及一种汽车防追尾的动态预警系统。

背景技术

随着汽车走进千家万户，汽车数量也逐年递增。据统计，追尾碰撞事故是汽车在高速公路上的主要事故形态。据戴姆勒-奔驰公司的研究表明，驾驶员如果能在碰撞发生前0.5秒得到预警，就能避免50％的碰撞事故；若在1秒前得到预警，则可避免90％的碰撞事故。因此，开发研制汽车防追尾碰撞报警装置，在追尾碰撞发生之前给予驾驶员警示，提醒驾驶员采取制动或换道等措施，防止自车追尾前车，对于提高汽车行驶安全，减少追尾事故的发生，具有重要的意义。

目前，汽车上已经采取很多方式来预防或者减小追尾撞车事故造成的伤害。例如，在汽车前后方加装保险杠、为驾驶员和乘员装备安全带以及安全气囊等被动防护方式。此外，随着电子传感器技术及计算机技术的飞速发展，一些汽车厂商纷纷推出了主动防追尾装置。

比如，美国的通用汽车公司以及日本的丰田和本田汽车公司已将防追尾控制系统的研究从科研阶段进入了商品生产阶段，并且此系统在国外的商品车上得到了很好地应用，在汽车主动性安全方面起到了非常大的作用。但是这些装置往往成本较高，大多数只通过预警及辅助制动的方式来预防追尾事故的发生，且成本较高，因此仅使用在一些高端车型中，尚未得到普及。

又如，中国专利CN201220592520.7提出公开了一种汽车防追尾碰撞控制装置，包括车前雷达、单片机、蜂鸣器、制动电机和安全带电机，车前雷达与单片机的输入端相连，蜂鸣器、制动电机和安全带电机分别与单片机的输出端相连，通过在两车间距较近时向驾驶员预警并主动减速，在距离更近时给安全带施加作用力使其锁紧，从而有效的减少追尾事故的发生，且在碰撞发生时有效减少对乘员的伤害。该技术方案虽然简单，但仅仅是通过车前雷达判断与前车距离来对汽车驾驶员产生警示，并无考虑自身车速、所在环境等因素，故在实际中难于推广应用。

发明内容

本发明提出一种汽车防追尾的动态预警系统，利用云服务器将各个汽车联网，由每台汽车各自检测自己与前车之间的距离，由云服务器对各个汽车的位置关系与车距进行综合的智能监控，起到防追尾、防撞的预警目的。

在考虑自身车速的前提下利用毫米波雷达精确的测定与前车之间的距离，利用汽车上广泛使用的GPS导航仪在符合预设条件下对汽车驾驶员发出警示信号，从而尽量避免发生汽车追尾事故。

本发明采用如下技术方案实现：一种汽车防追尾的动态预警系统，其包括：云服务器；各个汽车均安装毫米波雷达及GPS导航仪，所述毫米波雷达的输出端电性相连所述GPS导航仪；与所述GPS导航仪中的微控制器相连的车距确定模块，该车距确定模块用于对所述毫米波雷达的测距结果数据进行处理得到初步车距d₀，并根据由所述GPS导航仪提供的自身车速v₀对所述初步车距d₀进行动态补偿，从而确定自身与前车之间的实际车距d；分别与所述车距确定模块及所述微控制器相连的防撞监控模块，该防撞监控模块用于根据所述实际车距d进行防撞监控，当所述实际车距d小于预设的第一安全距离时发出防撞报警触发信号，由所述微控制器根据所述防撞报警触发信号触发所述GPS导航仪播报预设的第一防撞提示信号；连接所述GPS导航仪与所述云服务器的通信模块，用于将所述GPS导航仪获取的地理位置信息及所述实际车距d发送给所述云服务器；所述云服务器用于根据各个汽车上传的所述地理位置信息判断汽车之间的位置关系，并当某一台汽车发送的所述实际车距d小于预设的第二安全距离时，向该汽车及其周边汽车发出第二防撞提示信号。

其中，所述车距确定模块包括相连的车距数据处理单元及车距补偿单元；所述车距数据处理单元用于将所述毫米波雷达输出的连续n次的测距结果数据D₁、D₂、…、D_n-1及D_n进行加权平均计算，输出计算得到的初步车距d₀，并根据测距结果数据的变化趋势计算方向函数J(n)；所述车距补偿单元用于预先建立的车速-补偿系数对应表，并从所述车速-补偿系数对应表中查表获得对应自身车速v₀的补偿系数γ，并利用下列公式“实际车距d＝初步车距d₀*(1+方向函数J(n)*补偿系数γ)”计算实际车距d；n为预设值且为正整数。

其中，所述计算方向函数J(n)的公式为：若(D_n+D_n-1)>(D_n-2+D_n-3)，则J(n)＝1；若(D_n+D_n-1)＝(D_n-2+D_n-3)，则J(n)＝0；若(D_n+D_n-1)＜(D_n-2+D_n-3)，则J(n)＝-1。

其中，n为6～12的整数。

其中，所述微控制器为具有USB通信端口的ARM芯片，所述毫米波雷达的输出端通过USB接口电路连接所述微控制器的USB通信端口。

其中，所述预先建立的车速-补偿系数对应表包括：确定车速范围的步长l，且当车速＝0时确定补偿系数γ＝0，并从车速＝0开始，以所述步长l确定各个车速范围；依次确定第i个车速范围((i-1)*l，i*l]对应的补偿系数γ_i，其中，l及i均为正整数。

其中，所述确定第i个车速范围((i-1)*l，i*l]对应的补偿系数γ_i包括：在第i个车速范围((i-1)*l，i*l]内随机选定k个不同的测试车速V_k，在每个测试车速V_k下使测试汽车与前车保持距离H并使两者均以该测试车速匀速前进，测试所述毫米波雷达的测距误差W，以计算本次测试车速V_k对应的初步系数γ^’ _k；

依据公式计算第i个车速范围((i-1)*l，i*l]的补偿系数γ_i；

其中，k＝1,2,…,m，m为大于2的自然数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明一方面对车距检测实行动态补偿，另一方面采用云服务器对各个汽车联网进行智能监控，不仅提高防追尾预警的准确性，还能提高防追尾预警的全面性。另外，本发明结构简单、实现成本较低，可广泛与各种品牌及结构的GPS导航仪搭配实现，使用方便且实用。

附图说明

图1是各汽车与云服务器的连接示意图；

图2是本发明提出的汽车防追尾的动态预警系统的结构框图；

图3是本发明提出的汽车防追尾的动态预警系统的流程示意图。

具体实施方式

本发明提出一种汽车防追尾的动态预警系统，在考虑自身车速的前提下利用毫米波雷达精确的测定与前车之间的距离，利用汽车上广泛使用的GPS导航仪在符合预设条件下对汽车驾驶员发出警示信号，并利用GPS导航仪的地理位置信息由云服务器判断与一个汽车所在位置的周围汽车，发预警信息通知周围汽车的司机注意驾驶，从而尽量避免发生汽车追尾事故。

如图1所示，各个汽车2通过无线通信方式与云服务器1进行信息交互。

结合图2所示，本发明提出的汽车防追尾的动态预警系统包括：云服务器1；在各个汽车2内部安装有GPS导航仪4，该GPS导航仪4具有微处理器41、GPS模块42及与所述云服务器1进行远程通信的通信模块43(比如，通信模块43为3G通信模块、4G通信模块，等)；在各个汽车2的车头上安装于检测与前车距离的毫米波雷达3，所述毫米波雷达3的输出端与所述GPS导航仪4中微控制器41电性相连；与所述微控制器41相连的车距确定模块5，该车距确定模块5用于对所述毫米波雷达3的测距结果数据进行处理得到初步车距d₀，并根据由所述GPS导航仪4提供的自身车速v₀对所述初步车距进行动态补偿，从而确定自身与前车之间的实际车距d；分别与所述车距确定模块5及所述微控制器41相连的防撞监控模块6，该防撞监控模块6用于当所述实际车距d小于预设的第一安全距离时发出防撞报警触发信号，由所述微控制器41根据所述防撞报警触发信号触发所述GPS导航仪4播报预设的第一防撞提示信号，从而提醒汽车驾驶员作出正确的驾驶动作以避免追尾来达到防撞目的；所述通信模块43将GPS模块42输出的地理位置信息及所述车距确定模块5输出的所述实际车距d发送给所述云服务器1；所述云服务器1利用各个汽车2上传的所述地理位置信息判断汽车之间的位置关系，当某一台汽车发送的所述实际车距d小于预设的第二安全距离时，向该汽车及其周边汽车发出第二防撞提示信号，各汽车收到第二防撞提示信号后由各自的GPS模块进行语言博报以提醒驾驶员。

其中，考虑到在各汽车2与云服务器1之间通信需要消耗时间，而汽车又在以高速运动，故可以设置所述第二安全距离大于所述第二安全距离。所述第一防撞提示信号类似如“与前方车距小于50米，请减速慢行”，所述第二防撞提示信号类似如“前车/后车可能减速，请注意”，等。

另外，自身车速v₀是GSP导航仪2可以获取的一个已知数据，可以通过GSP导航仪2根据地理位置信息计算获取，也可以根据汽车上安装的车速传感器检测获取，或其他现有技术手段获取，在此不再加以详细说明。再者，通信模块43可以不是GPS导航仪2的一个组成部分，而是通信模块43直接与GPS导航仪2相连实现通信功能，此乃本领域技术人员熟知常识，在此不再加以详细说明。

在一个优选实施例中，微控制器41为具有USB通信端口的ARM芯片，所述毫米波雷达3的输出端通过USB接口电路(图中未画出)连接至微控制器41的USB通信端口。

在一个优选实施例中，所述车距确定模块5包括相连的车距数据处理单元51及车距补偿单元52。

在所述微控制器41接收到所述毫米波雷达3的测距结果数据后，所述车距数据处理单元51将预设连续n次(考虑到数据准确性及计算时间，预设n次等于6-12次为佳)的测距结果数据D₁、D₂、…、D_n-1及D_n进行加权平均计算，输出计算得到的初步车距d₀，并所述初步车距d₀将至车距补偿单元52。并且，所述车距数据处理单元51根据连续n个测距结果数据D₁、D₂、…、D_n-1及D_n计算方向函数J(n)并将计算结果传送给所述车距补偿单元52：

①若(D_n+D_n-1)>(D_n-2+D_n-3)，则J(n)＝1。

②若(D_n+D_n-1)＝(D_n-2+D_n-3)，则J(n)＝0。

③若(D_n+D_n-1)＜(D_n-2+D_n-3)，则J(n)＝-1。

上述方向函数J(n)考虑了两车之间的相对距离动态变化趋势，根据相对距离的动态变化趋势来确定朝正向或负向对所述初步车距进行动态补偿：为了防止单一一次测量结果的不准确性，故本申请是取连续的2个测试结果作为一个整体考虑，若最新的一个整体测试结果(即：D_n+D_n-1)比相邻的上一个整体测试结果(即：D_n-2+D_n-3)要大，则说明此时自身汽车减速或前车加速，两者之间的车距有扩大趋势，于是朝正向对所述初步车距d₀进行动态补偿；若最新的一个整体测试结果(即：D_n+D_n-1)比相邻的上一个整体测试结果(即：D_n-2+D_n-3)要小，则说明此时自身汽车加速或前车减速，两者之间的车距有缩小趋势，于是朝负向对所述初步车距d₀进行动态补偿；若(D_n+D_n-1)＝(D_n-2+D_n-3)，表示两汽车保持恒距离的匀速运动，此时无需对所述初步车距d₀进行补偿。

另外，考虑到汽车的自身车速v₀与前车速度不同且可能是动态变化的，从而可能导致所述毫米波雷达3在每次测距时两车之间的实际距离都是不同的；而所述初步车距只是对连续的多次测距结果数据进行加权平均计算所得，计算结果可能与两车之间的实际距离存在较大的误差，故本发明在考虑汽车的自身车速v₀的基础上，由所述车距补偿单元52对所述初步车距进行动态补偿，从而确定自身与前车之间准确的实际车距d。

在所述车距补偿单元52中，预先根据经验值或实际测试值，预先建立车速-补偿系数对应表，该车速-补偿系数对应表中包括了不同车速范围时对应的补偿系数γ。所述车距补偿单元52根据自身车速v₀在预设的车速-补偿系数对应表中查表获得相应的补偿系数γ，利用下列公式计算实际车距d：

实际车距d＝初步车距d₀*(1+方向函数J(n)*补偿系数γ)。其中，*表示乘法。

其中，预先建立车速-补偿系数对应表的步骤如下：(1)确定车速范围的步长l(比如，l＝5公里/小时)，且当车速＝0时确定补偿系数γ＝0，并从车速＝0开始，以一个所述步长l确定一个车速范围；(2)依次确定第i个车速范围((i-1)*l，i*l](即测试车速大于(i-1)*l且小于或等于i*l)内的补偿系数γ_i。其中，l及i为正整数。

其中，确定第i个车速范围((i-1)*l，i*l]的补偿系数γ_i包括步骤：

a、在第i个车速范围((i-1)*l，i*l]内随机选定k个不同的测试车速V_k，在每个测试车速V_k下使测试汽车与前车保持一确定距离H并使两者均以该测试车速匀速前进，测试所述毫米波雷达的测距误差W，以计算本次测试车速V_k对应的初步系数γ^’ _k；b、计算第i个车速范围内各车速对应的补偿系数γ_i的加权均值计算公式为：

${\mathrm{\γ}}_i=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{V}_k*{\mathrm{\γ}}_k^{\text{'}}/\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{V}_k$

其中，V_k表示该车速范围内的测试车速，该测试车速V_k对应的初步系数γ’_k，k＝1,2,…,m，m为大于2自然数，表示在该车速范围内选定的m个测试车速。

比如，在一个车速范围内分别以测试车速V₁、V₂和V₃进行测试，分别计算得到的初步系数γ₁’、γ₂’及γ₃’，则该车速范围内各车速对应的补偿系数γ＝(V₁*γ’₁+V₂*γ’₂+V₃*γ’₂)/(V₁+V₂+V₃)。

在同一个车速范围内的不同车速，均为同一个补偿系数γ。因此，为了提高补偿计算的准确性，尽可能采用较小的步长l。

另外，本发明为了简化系统结构及实现成本，充分利用现有GPS导航仪4，当所述防撞监控模块6监控到所述实际车距d小于预设的安全距离时发出防撞报警触发信号，由所述微控制器41根据所述防撞报警触发信号触发所述GPS导航仪4播报预设的防撞提示信号，从而提醒汽车驾驶员作出正确的驾驶动作以避免追尾来达到防撞目的。

需要特别说明的是，本发明中所述车距确定模块5及所述防撞监控模块6均可以由计算机程序语言来实现，并作为所述微控制器41的控制程序的一部分即可。

结合图3所示，对应的，本发明还公开了一种基于毫米波雷达的汽车防追尾方法，该方法包括如下步骤：

步骤S1、由所述毫米波雷达3获取与前车的测距结果数据并发送给所述GPS导航仪4的微控制器41。该测距结果数据包括预设连续n次(考虑到数据准确性及计算时间，预设n次等于6-12次为佳)的测距结果数据D₁、D₂、…、D_n-1及D_n。

步骤S2、由与所述微控制器41相连的所述车距数据处理单元51将所述预设连续n次的测距结果数据D₁、D₂、…、D_n-1及D_n进行加权平均计算，输出计算得到的初步车距d₀，并根据连续n个测距结果数据D₁、D₂、…、D_n-1及D_n计算方向函数J(n)。

步骤S3、由与所述微控制器41相连的所述车距补偿单元52根据自身车速v₀在预设的车速-补偿系数对应表中查表获得相应的补偿系数γ，利用下列公式计算实际车距d：实际车距d＝初步车距d₀*(1+方向函数J(n)*补偿系数γ)。其中，*表示乘法。

步骤S4、所述防撞监控模块6根据所述实际车距d进行防撞监控，当所述实际车距d小于预设的安全距离时发出防撞报警触发信号，由所述微控制器41触发所述GPS导航仪4播报预设的防撞提示信号，从而提醒汽车驾驶员作出正确的驾驶动作以避免追尾来达到防撞目的。

步骤S5、各个汽车均通过各自的通信模块43将各自的GPS模块42输出的地理位置信息及各自的所述车距确定模块5输出的所述实际车距d发送给所述云服务器1。

步骤S6、所述云服务器1利用各个汽车2上传的所述地理位置信息判断汽车之间的位置关系，当某一台汽车发送的所述实际车距d小于预设的第二安全距离时，向该汽车及其周边汽车发出第二防撞提示信号，各汽车收到第二防撞提示信号后由各自的GPS模块进行语言博报以提醒驾驶员。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车防追尾的动态预警系统，其特征在于，包括：

云服务器；

各个汽车均安装毫米波雷达及GPS导航仪，所述毫米波雷达的输出端电性相连所述GPS导航仪；

与所述GPS导航仪中的微控制器相连的车距确定模块，该车距确定模块用于对所述毫米波雷达的测距结果数据进行处理得到初步车距d₀，并根据由所述GPS导航仪提供的自身车速v₀对所述初步车距d₀进行动态补偿，从而确定自身与前车之间的实际车距d；

分别与所述车距确定模块及所述微控制器相连的防撞监控模块，该防撞监控模块用于根据所述实际车距d进行防撞监控，当所述实际车距d小于预设的第一安全距离时发出防撞报警触发信号，由所述微控制器根据所述防撞报警触发信号触发所述GPS导航仪播报预设的第一防撞提示信号；

连接所述GPS导航仪与所述云服务器的通信模块，用于将所述GPS导航仪获取的地理位置信息及所述实际车距d发送给所述云服务器；

所述云服务器用于根据各个汽车上传的所述地理位置信息判断汽车之间的位置关系，并当某一台汽车发送的所述实际车距d小于预设的第二安全距离时，向该汽车及其周边汽车发出第二防撞提示信号。

2.根据权利要求1所述一种汽车防追尾的动态预警系统，其特征在于，所述车距确定模块包括相连的车距数据处理单元及车距补偿单元；

所述车距数据处理单元用于将所述毫米波雷达输出的连续n次的测距结果数据D₁、D₂、…、D_n-1及D_n进行加权平均计算，输出计算得到的初步车距d₀，并根据测距结果数据的变化趋势计算方向函数J(n)；

所述车距补偿单元用于预先建立的车速-补偿系数对应表，并从所述车速-补偿系数对应表中查表获得对应自身车速v₀的补偿系数γ，并利用下列公式“实际车距d＝初步车距d₀*(1+方向函数J(n)*补偿系数γ)”计算实际车距d；

其中，n为预设值且为正整数。

3.根据权利要求2所述一种汽车防追尾的动态预警系统，其特征在于，所述计算方向函数J(n)的公式为：

若(D_n+D_n-1)>(D_n-2+D_n-3)，则J(n)＝1；

若(D_n+D_n-1)＝(D_n-2+D_n-3)，则J(n)＝0；

若(D_n+D_n-1)＜(D_n-2+D_n-3)，则J(n)＝-1。

4.根据权利要求2所述一种汽车防追尾的动态预警系统，其特征在于，n为6～12的整数。

5.根据权利要求1所述一种汽车防追尾的动态预警系统，其特征在于，所述微控制器为具有USB通信端口的ARM芯片，所述毫米波雷达的输出端通过USB接口电路连接所述微控制器的USB通信端口。

6.根据权利要求2所述一种汽车防追尾的动态预警系统，其特征在于，所述预先建立的车速-补偿系数对应表包括：

确定车速范围的步长l，且当车速＝0时确定补偿系数γ＝0，并从车速＝0开始，以所述步长l确定各个车速范围；

依次确定第i个车速范围((i-1)*l，i*l]对应的补偿系数γ_i，其中，l及i均为正整数。

7.根据权利要求6所述一种汽车防追尾的动态预警系统，其特征在于，所述确定第i个车速范围((i-1)*l，i*l]对应的补偿系数γ_i包括：

在第i个车速范围((i-1)*l，i*l]内随机选定k个不同的测试车速V_k，在每个测试车速V_k下使测试汽车与前车保持距离H并使两者均以该测试车速匀速前进，测试所述毫米波雷达的测距误差W，以计算本次测试车速V_k对应的初步系数γ’^k；

依据公式计算第i个车速范围((i-1)*l，i*l]的补偿系数γ_i；

其中，k＝1,2,…,m，m为大于2的自然数。