CN104986158B - 一种汽车误踩油门安全制动系统及其制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车误踩油门安全制动系统及其制动方法。该系统包括控制开关模块、误踩识别模块以及制动控制模块。各模块之间通过CAN总线相连，ECU通过CAN总线控制误踩油门安全制动系统。其中，控制开关模块采用手控开关模块和/或声控开关模块，误踩识别模块采用时域流量监测方法，主要包括安装在供油管路中的流量传感器和数据处理与分析系统；制动控制模块ECU分别控制步进电机和直流电机进行制动控制。本发明采用直接检测供油速度和加速度，并配合手控或声控的方法判别误踩，准确性强，发生“误识别”的概率大大降低，提高了安全性和可靠性，能有效避免误踩油门导致的安全事故。

Description

一种汽车误踩油门安全制动系统及其制动方法

技术领域

本发属于自动控制技术领域以及车载智能控制领域的汽车安全保护装置，具体涉及一种汽车误踩油门安全制动系统及其制动方法，用来预防在汽车需紧急制动时，驾驶人误将油门当做制动踏板突然踩下导致交通安全事故。

背景技术

近年来，我国汽车保有量显著提高，使得交通环境日趋紧张的同时，每年新增驾驶人的数量也突飞猛进，驾驶人的整体驾车水平不容乐观，在汽车行驶过程中，当遇紧急情况亟需制动时，由于驾驶人操作不熟练以及情绪紧张等原因，出现误踩油门而引发交通事故的报道屡见不鲜。目前普遍应用的汽车上并没有对误踩油门的安全保护装置，而现有的相关研发专利也存在诸多缺陷。

开发一种误踩油门安全保护装置主要面临两个关键问题：一是如何判别正常踩踏油门还是误踩油门，并及时作出反应；二是确保识别的准确性，避免“误识别”引发更严重的后果。经现有的研发专利检索发现，目前采用的判别误踩油门的方式主要有以下两种：第一种是在油门踏板及其传动机构中的某处安装位置传感器或限位器，通过油门踏板下踏量判别或限制误踩。第二种是通过安装在油门踏板或油门踏板传动轴上的速度/加速度/压力传感器检测踩踏油门踏板的速度/加速度/压力等信息，当被检测量超出某一预设值，判别此时为误踩。不难发现，第一种方案存在明显的缺陷：起作用迟缓，制动前行驶距离远，不能及时制动。第二种方案中，误踩识别装置(即所述的传感器)与驾驶人接触更容易，抗干扰能力差，比如加速踏板自由行程或传动机构间隙的变化都会引起踩踏速度及踩踏力发生变化，更容易出现“误识别”现象，导致更严重的后果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种汽车误踩油门安全制动系统及其制动方法，技术方案如下：

一种汽车误踩油门安全制动系统，包括控制开关模块、误踩识别模块以及制动控制模块，各模块之间通过CAN总线相连；所述控制开关模块包括手控开关模块和/或声控开关模块；所述误踩识别模块主要由安装在供油管路中的流量传感器和数据处理与分析系统组成；所述制动控制模块包括误踩油门制动控制ECU以及受ECU控制的步进电机和直流电机。

所述手控开关模块主要包括安装在汽车方向盘右辐条上的手控开关，使驾驶人在紧急情况下顺势按下此开关。

所述声控开关模块包括并联在CAN总线上的声传感器、说话人识别模块、语音识别模块以及与误踩识别模块共用的数据处理与分析系统。

所述说话人识别模块和语音识别模块均分别包括预处理单元、特征提取单元、训练单元和识别单元。

一种汽车误踩油门安全制动系统的制动方法：

步骤一：识别供油过速信号，误踩识别模块通过时域流量监测方法，通过位于供油管路中的流量传感器实时监测每段微小时间间隔Δt内的供油量Δx，并转换成电信号，经过数据处理与分析系统的处理后，输送至ECU，ECU根据接收到的反应Δx的电信号以及所述时间间隔Δt计算出供油速度以及供油加速度，当供油速度以及供油加速度均超过设定阈值时，判断出现供油过速，并向ECU输出供油过速信号；

步骤二：识别控制开关信号，驾驶人员紧急情况下触发控制开关模块，并将控制开关模块触发信号发送给ECU，其中触发控制开关模块，驾驶员可采用触发手控开关模块和/或触发声控开关模块；

步骤三：判别误踩油门，当ECU同时接收到所述供油过速信号和控制开关模块触发信号时，判断驾驶人为误踩油门；

步骤四：实施紧急制动，当步骤三判断为误踩油门时，ECU控制步进电机带动节气门瞬间关闭，发动机停止供油，同时，ECU控制直流电机带动液压泵运转，将制动液泵入制动轮缸，推动制动器紧急制动。

所述步骤二中，触发手控开关模块时驾驶人员按下汽车方向盘右辐条上的手控开关，触发手控开关模块。

所述步骤二中，触发声控开关模块时驾驶人员输出语音指令，语音指令输入后经过说话人识别模块和语音识别模块的预处理、特征提取、模式匹配后输出识别结果，若识别结果与预设的“停车”或“刹车”等语音信息相匹配，则触发控制开关模块。

本发明带来的有益效果是：

1、本发明能有效避免误踩油门导致的交通事故；

2、采用流量传感器直接检测供油速度、加速度，配合安装在方向盘上的手控开关模块以及说话人识别功能的声控系统判别误踩，这种判别方法准确性强，发生“误识别”的概率大大降低，提高了安全性和可靠性；

3、采用CAN总线结构的优点是信息的传输效率更高，布线更简单；

4、当判别为误踩后，ECU同时发出切断供油以及紧急制动指令，确保驾车安全；

5、不需对原车结构做过大的改动，因此整套方案实施起来相对容易。

附图说明

图1为本发明系统结构框图

图2为本发明系统安装手控开关模块和声控开关模块的结构框图；

图3为本发明中手控开关的位置示意图；

图4为本发明中声控开关模块的说话人识别/语音识别过程原理图。

图中：

I-手控开关模块，II-声控开关模块，III-控制开关模块，IV-误踩识别模块，V-制动控制模块；

A-手控开关。

具体实施方式

目前普遍应用的电子油门是通过油门踏板上的油门位置传感器将油门踏板深度信息传给ECU，再由ECU驱动步进电机控制节气门开度。本发明在此基础上并联一条控制支路，该支路主要由一个连接在CAN总线上的ECU以及原车节气门步进电机组成，当ECU同时接收到供油过速信号以及语音指令信号时，ECU驱动步进电机使节气门关闭，切断供油。

本发明制动控制模块还包括一个直流电机，当ECU同时接收到供油过速信号以及语音指令信号时，ECU驱动直流电机使液压泵运转，向制动轮缸中泵入制动液，实施紧急制动。

所述直流电机和步进电机所在的两条线路均与原车结构为并联关系，工作互不影响。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：

如图1所示，一种可控的汽车误踩油门安全制动系统，包括控制开关模块III、误踩识别模块IV以及制动控制模块V，各模块之间通过CAN总线相连；所述误踩识别模块IV采用时域流量监测方法，主要包括安装在供油管路中的流量传感器和数据处理与分析系统；所述制动控制模块V包括误踩油门制动控制ECU以及受ECU控制的步进电机7和直流电机9。

如图2所示，所述控制开关模块III采用手控开关模块I和声控开关模块II；其中，手控开关模块I为手控开关，声控开关模块II包括并联在CAN总线上的声传感器、说话人识别模块、语音识别模块以及与误踩识别模块IV公用的数据处理与分析系统。

如图3所示，所述手控开关安装在汽车方向盘右辐条上，以方便驾驶人在紧急情况下顺势按下此开关。

如图4所示，说话人识别模块采用目前应用广泛的语音识别技术，包括预处理单元、特征提取单元、训练单元和识别单元。

本发明的制动系统在具体实施过程中，其控制开关模块不仅可以同时采用手控开关模块和语音控制模块的形式，还可以分别单独采用手控开关模块或语音控制模块的方式，其相对应的制动控制模块V和误踩识别模块IV均类似，此处不再赘述。

与上述本发明的制动系统相对应的制动方法如下：

1、手动控制模块下的工作过程

如图1、图2和图3所示，该汽车误踩油门安全制动系统的制动方法如下：

步骤一：误踩识别模块IV)通过位于供油管路中的流量传感器实时监测每段微小时间间隔Δt内的供油量Δx，并转换成电信号，经过数据处理与分析系统的处理后，输送至电子控制器ECU，ECU6)根据接收到的反应Δx的电信号以及所述时间间隔Δt计算出供油速度(通过Δx判断)以及供油加速度(将任意Δtk内的供油量Δxk与前一个Δtk-1的供油量Δxk-1作差，该差值σ即为供油加速度)，当供油速度以及供油加速度均超过设定阈值时，判断出现供油过速，并向ECU输出供油过速信号；

步骤二：当驾驶人员意识到自己可能误踩油门，而身体上却来不及收脚，导致突然精神紧张，在此紧急情况下驾驶人员顺势按下汽车方向盘右辐条上的手动开关，触发控制开关模块III，并将控制开关模块触发信号发送给ECU；

步骤三：判断误踩油门信号，当ECU同时接收到所述供油过速信号和控制开关模块触发信号时，判断驾驶人为误踩油门；

步骤四：实施紧急制动，当ECU判断出驾驶人为误踩油门时，ECU控制步进电机带动节气门瞬间关闭，发动机停止供油，同时，ECU控制直流电机带动液压泵运转，将制动液泵入制动轮缸，从而推动制动器实施紧急制动。

2、语音控制模块下的工作过程

如图1、图2和图4所示，该汽车误踩油门安全制动系统的制动方法如下：

准备工作：系统使用前，驾驶人需要向说话人识别模块多次重复输入语音信息，该模块采用特定的语音分析方法分析出说话人的语音特征参数，这些参数作为标准模式存储起来，形成参考模式库。所述语音识别模块的工作原理与说话人识别模块相似，二者最大的区别在于训练过程以及模板库不同。语音识别模块的模板库中存储的标准模式是语音内容信息，用于识别语音内容，而说话人识别模块的模板库中存储的是个体发音差异信息，用于识别发声个体。上述工作发生在系统使用前，是声控开关模块II的训练过程。

步骤一：误踩识别模块IV通过位于供油管路中的流量传感器实时监测每段微小时间间隔Δt内的供油量Δx，并转换成电信号，经过数据处理与分析系统的处理后，输送至电子控制器ECU，ECU根据接收到的反应Δx的电信号以及所述时间间隔Δt计算出供油速度(通过Δx判断)以及供油加速度(将任意Δtk内的供油量Δxk与前一个Δtk-1的供油量Δxk-1作差，该差值σ即为供油加速度)，当供油速度以及供油加速度均超过设定阈值时，判断出现供油过速，并向ECU输出供油过速信号；

步骤二：当驾驶人员意识到自己可能误踩油门，而身体上却来不及收脚，导致突然精神紧张而大喊大叫，在此紧急情况下驾驶人员输出语音指令，语音指令输入后经过预处理、特征提取、模式匹配后输出识别结果，若识别结果为语音来自驾驶人，且与预设的“停车”、“刹车”等语音信息相匹配，则触发控制开关模块III；

步骤三：判断误踩油门信号，当ECU同时接收到所述供油过速信号和控制开关模块触发信号时，判断驾驶人为误踩油门；

步骤四：实施紧急制动，当ECU判断出驾驶人为误踩油门时，ECU控制步进电机带动节气门瞬间关闭，发动机停止供油，同时，ECU控制直流电机带动液压泵运转，将制动液泵入制动轮缸，从而推动制动器实施紧急制动。

根据以上所述控制模块工作过程，声控开关模块II和手控开关模块I均是实时工作，互不影响，无论ECU采集到任一模块传来的信号或同时采集到两种信号，均能正常工作。

本发明的汽车误踩油门安全制动系统，控制开关模块既可以设计成手控开关模块和声控开关模块并行的结构，亦可选择其中任意一种控制模式，即设计成“一种手控的汽车误踩油门安全制动系统”或“一种声控的汽车误踩油门安全制动系统”。

本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明创造的目的作出多种变化，凡依据本发明技术方案的原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种汽车误踩油门安全制动系统的制动方法，所述制动系统包括控制开关模块、误踩识别模块以及制动控制模块，各模块之间通过CAN总线相连；所述控制开关模块包括手控开关模块和/或声控开关模块；所述误踩识别模块主要由安装在供油管路中的流量传感器和数据处理与分析系统组成；所述制动控制模块包括误踩油门制动控制ECU以及受ECU控制的步进电机和直流电机；

所述手控开关模块主要包括安装在汽车方向盘右辐条上的手控开关，使驾驶人在紧急情况下顺势按下此开关；

所述声控开关模块包括并联在CAN总线上的声传感器、说话人识别模块、语音识别模块以及与误踩识别模块共用的数据处理与分析系统；

所述说话人识别模块和语音识别模块均分别包括预处理单元、特征提取单元、训练单元和识别单元；

其特征在于，所述制动方法具体过程如下：

步骤一：识别供油过速信号，误踩识别模块通过时域流量监测方法，通过位于供油管路中的流量传感器实时监测每段微小时间间隔Δt内的供油量Δx，并转换成电信号，经过数据处理与分析系统的处理后，输送至ECU，ECU根据接收到的反应Δx的电信号以及所述时间间隔Δt计算出供油速度以及供油加速度，当供油速度以及供油加速度均超过设定阈值时，判断出现供油过速，并向ECU输出供油过速信号；

步骤二：识别控制开关信号，驾驶人员紧急情况下触发控制开关模块，并将控制开关模块触发信号发送给ECU，其中触发控制开关模块，驾驶员可采用触发手控开关模块和/或触发声控开关模块；

步骤三：判别误踩油门，当ECU同时接收到所述供油过速信号和控制开关模块触发信号时，判断驾驶人为误踩油门；

步骤四：实施紧急制动，当步骤三判断为误踩油门时，ECU控制步进电机带动节气门瞬间关闭，发动机停止供油，同时，ECU控制直流电机带动液压泵运转，将制动液泵入制动轮缸，推动制动器紧急制动；

所述步骤二中，触发手控开关模块时驾驶人员按下汽车方向盘右辐条上的手控开关，触发手控开关模块；

所述步骤二中，触发声控开关模块时驾驶人员输出语音指令，语音指令输入后经过说话人识别模块和语音识别模块的预处理、特征提取、模式匹配后输出识别结果，若识别结果与预设的“停车”或“刹车”语音信息相匹配，则触发控制开关模块。