CN105644436B - 一种高速路面禁止倒车控制装置及其控制方法 - Google Patents

一种高速路面禁止倒车控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高速路面禁止倒车控制装置及其控制方法，该装置包括倒档开关、控制模块和移动式雷达测速模块，所述移动式雷达测速模块包括雷达发射单元和处理单元，所述倒档开关设置在变速器操纵杆上。所述雷达发射单元包括天线、混频器、本振、中放滤波器；所述混频器分别与天线、本振、中放滤波器连接；所述处理单元包括A/D转化器、DSP处理单元、输出单元、输入控制单元和RS232通信接口，所述输入控制单元、A/D转化器分别与DSP处理单元连接，所述DSP处理单元与输出单元连接，输出单元与RS232通信接口连接。该装置还包括与控制模块连接的车灯控制单元，所述车灯控制单元分别与制动灯、左侧转向灯和右侧转向灯连接。

Description

一种高速路面禁止倒车控制装置及其控制方法
技术领域
本专利属于汽车自动控制领域，具体涉及一种在高速公路或者环城等车速较高的路面，禁止倒车的控制装置。
背景技术
随着汽车制造业的发展，轿车已经成为普通家庭的生活必需品，轿车普及给人们的生活带来极大的方便，加快了出行效率，但是，由于部分驾驶员不遵守交通规则，往往容易造成重大交通事故，其中高速公路就是严重事故的易发路段。高速公路设计的出入口较少并且车速较快，如果驾驶员错过驶出高速的出口，需要行驶很长距离到下一个路口才能驶出，然后再重新上高速沿着另一侧车道开回来驶出高速，到达目的地，但是极少部分驾驶员因为不愿意多行驶路程或者赶时间，就冒险违反交通规则，在高速公路上倒车，由于在高速公路上行驶时，驾驶员很容易疲劳，所以后面的车辆就可能因为发现较晚而发生撞击事故，高速公路如果发生撞击，往往是严重的交通事故，可能会因为来不及刹车而发生多车相撞，将造成巨大的财产和生命的损失，给众多家庭带来巨大的悲痛。为了避免这类事故的发生，科技人员进行了广泛的研究，并取得了一定的科研成果。
“一种检测倒车行为的装置及其检测方法”(申请号：201310084333.2)在高速公路分岔路口埋设地感线圈，以第一辆车经过的时刻T1为基准，设随后经过的车辆时刻为Ti(i＝2,3……)，若Ti与T1相差4-6分钟，则将第一辆车与随后的Ti时刻之间的车牌信息进行比较，进而判断是否发生了“倒车”行为，如果发生“倒车”行为，则将该车信号发给交管部门，进行处罚。此专利对驾驶员起到威慑作用，约束了驾驶员高速路面“倒车”行为，但是存在如下弊端：第一受时间限制，如果倒车时间过长或过短，即不在4-6分钟范围之类，将无法监测到倒车现象；第二受地点限制，该装置可以在高速路口装监测装置，但是不可能在整个路面安装监测装置，驾驶员可以在高速分岔口倒车，也可能在非高速分岔口倒车，在非高速分岔口倒车的危害更大，因为高速分岔口附近，驾驶员相对谨慎且道路较宽，驶离高速路面车道上车辆的车速也相对较低，但是在高速路中间段(非高速分岔口)，车道较窄且车速较高，驾驶员视觉也相对疲劳，此时更容易发生车祸，危害更大，但是该专利却无法监测；第三受人为限制，驾驶员错过高速分岔路口时，极少部分驾驶员会采用遮挡车牌或者监控摄像头的方式逃避监测，强行“倒车”，给重大车祸埋下祸根。“一种检测高速岔路口汽车倒车行为的装置及其检测方法”(申请号：2013100843332.8)与“一种检测倒车行为的装置及其检测方法”(申请号：201310084333.2)控制思路和方法基本一样。
除以上两个专利之外，尚未发现高速路面禁止倒车装置，而以上两个专利控制思路基本一样，在约束高速路面“倒车”的同时，存在着较多问题，与实际使用有着较大的差距。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种高速路面禁止倒车控制装置及其控制方法，通过增加移动式雷达测速模块，解决了高速路面倒车现象，具有设计简单、实施方便、性能可靠、适用范围广等特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高速路面禁止倒车控制装置，该装置包括倒档开关、控制模块和移动式雷达测速模块，所述移动式雷达测速模块包括雷达发射单元和处理单元，所述倒档开关设置在变速器操纵杆上。所述雷达发射单元包括天线、混频器、本振、中放滤波器；所述混频器分别与天线、本振、中放滤波器连接；所述处理单元包括A/D转化器、DSP处理单元、输出单元、输入控制单元和RS232通信接口，所述输入控制单元、A/D转化器分别与DSP处理单元连接，所述DSP处理单元与输出单元连接，输出单元与RS232通信接口连接。该装置还包括与控制模块连接的车灯控制单元，所述车灯控制单元分别与制动灯、左侧转向灯和右侧转向灯连接。该装置还包括与控制模块连接的发动机控制单元，所述发动机控制单元与气缸喷油器线圈相连。该装置还包括与控制模块连接的语音控制单元，所述语音控制单元用于根据车辆的状态发出不同的报警信号。
一种高速路面禁止倒车控制装置的控制方法,该方法包括以下步骤：步骤一、当汽车处于倒档位置时，倒档开关闭合，移动式雷达测速模块对后方车辆进行测速；步骤二、移动式雷达测速模块测得的数据与设定阀值对比，超过设定阀值时，控制模块发出控制指令分别控制语音控制单元、车灯控制单元和发动机控制单元。
所述移动式雷达测速模块进行测速在雷达波发射单元中完成两个过程：步骤a、雷达天线发射一个固定频率的连续波，到达目标车辆后并反射，将雷达发射波跟获得的反射波共同混频处理，获得中频信号，提取差频信号；步骤b、中频放大器将差频信号滤波放大，使其满足A/D转换器的输入范围要求，再送入处理单元。
所述移动式雷达测速模块进行测速在数据处理单元中，数据信号处理器接收由A/D输出的串行数据转换而成的并行数据，然后进行多普勒频移的估计处理，再由DSP处理单元通过计算来判断信号是否失真，若失真，则由逻辑控制器改变放大器增益；若不存在失真，则DSP继续进行进一步数据处理，计算出目标物的移动速度信号，显示结果，并通过RS232和单片机进行数据交换。
所述发动机控制单元接到控制模块发出的禁止倒车指令后，0～2秒时间内，单片机f端口不发出信号；3～4秒时间内，单片机f端口送出信号到发动机电控单元，发动机电控单元接到此信号时，停止给各缸喷油器供电，喷油器将停止喷油，5秒及以上时间后，发动机电控单元储存故障码并锁死给喷油器供电。
本发明有益效果是:1.本控制装置适用于环城公路、高速公路等限速较高的全路段，禁止驾驶员在车速较高的路面上违规倒车，使用范围广。2.当驾驶员在高速路面违规倒车时(不管是分岔口还是其它路段)，并且与后方相对车速大于阈值时，制动灯和危险报警灯都将闪烁，提醒其它车辆注意避让；语音模块给驾驶员发出警告，督促驾驶员立即改正违规操作；发动机喷油器将停止喷油，切断动力。3.本专利同样考虑驾驶员采用遮挡等方式违规倒车的行为，如果遮挡雷达测速装置，则视为相对车速超过阈值。4.本专利在后方没有车辆高速接近时(200米之外)，可以实施倒车行为，设计较为人性化。5.本专利具有强制性，如果驾驶员强行操作，将以故障的形式禁止起动发动机。6.本专利在原车控制电路基础上，做简单的改进，具有设计简单、实施方便、性能可靠、适用范围广等特点。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为高速路面禁止倒车控制思路。
图2为高速路面禁止倒车控制电路图。
图3为移动式雷达测速装置控制示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本专利为了达到高速路面禁止倒车的目的，在原有汽车控制部件的基础上，进行了部分结构改进，并增加了移动式雷达测速装置、单片机、倒挡行程开关、语音模块、扬声器等。
一、在变速器操纵杆上增设倒挡开关，当变速器处在倒挡位置时，倒挡行程开关闭合；当变速器不在倒挡位置时，倒挡行程开关打开。
二、在汽车的后部安装移动式雷达测速装置，雷达测速装置主要由雷达发射单元与处理单元两大部分组成，雷达发射单元由天线、混频器、本振、中放滤波器部分组成；处理单元主要由A/D转化器、DSP处理单元、输出单元、输入控制单元、RS232通信接口部分等组成。
移动式雷达测速装置的控制思路如图3所示，其工作过程如下：
1.在雷达波发射单元中完成两个过程，即：(1)雷达天线发射一个一定频率的连续波，到达目标车辆后并反射，将雷达发射波跟获得的反射波共同混频处理，获得中频信号，提取差频信号。(2)中频放大器将差频信号滤波放大，使其满足A/D转换器的输入范围要求，再送入处理单元。
2.在数据处理单元中，数据信号处理器接收由A/D输出的串行数据转换而成的并行数据，然后进行多普勒频移的估计处理，再由DSP(Digital Signal Process)通过计算来判断信号是否失真，若失真，则由逻辑控制器改变放大器增益；若不存在失真，则DSP继续进行进一步数据处理，计算出目标物的移动速度信号，显示结果，并通过RS232和单片机进行数据交换。
三、当汽车变速器处于倒挡位置时，并且与后方的相对车速达到70km/h及以上时，单片机同时送出四路信号，第一路信号送给发动机控制单元，发动机控制单元接到信号后，停止给所有气缸喷油器线圈供电，喷油行为停止，发动机气缸将没有燃油供应；
第二路信号周期性的送到左右转向灯，转向灯闪烁(也可以利用原车继电器控制电路，则第二路送出的信号将不变，转向灯也将闪烁)；
第三路信号周期性的送到制动灯路，制动灯闪烁，闪烁的转向灯和闪烁的制动灯共同提醒后方车辆：前方车辆出现异常，注意避让；
第四路信号送到语音模块，此路信号分为三个阶段，0～2秒内语音模块通过扬声器发出“后方车辆高速接近，请勿倒车”，3～4秒内语音模块通过扬声器发出“发动机断油，将无法启动”，5秒以上语音模块通过扬声器发出“发动机无法启动，请维修”，发动机控制单元停止给各缸供油，只有到修理厂消除故障码后，才可以重新起动发动机。
四、如果驾驶员采用将雷达测速装置遮挡的方式来强行“倒车”，则雷达测速装置将默认当前的相对车速大于70km/h，控制装置同样发出四路信号，第一路信号送给发动机控制单元，发动机控制单元接到信号后，停止给所有气缸喷油器线圈供电；第二路信号周期性的送到左右转向灯，转向灯闪烁；第三路信号周期性的送到制动灯路，制动灯闪烁；第四路信号送到语音模块。
首先了解本装置的控制思路，如图1所示，当汽车处于倒挡位置时，如果与后方相对车速超过70km/h(一般城市内限速60km/h，环城公路限速80km/h，高速公路限速100km/h～120km/h，所以本装置的相对车速的阈值设定为70km/h，也可以是其它值)，单片机发出四路信号，第一路信号送给发动机电控单元，发动机电控单元停止给喷油器供电；第二路信号周期性送给转向灯；第三路信号周期性送给制动灯；第四路信号送给语音模块。
在分析本专利的控制电路之前，分析一下移动式雷达测速装置的工作过程(可以探测后方150～300米范围)，如图3所示。移动式雷达测速装置采用多普勒频移测速，采用DSP(Digital Signal Process)作为雷达测速装置的主处理器，满足对数据快速采集、处理，过滤了路人、非机动车、较高大的路标、非测量目标的移动车辆的干扰，准确的测出后方来车的车速，具体做法是安装在车辆后部的雷达测速装置发出两组波，其中，第一组雷达波的发射目标为相对地面静止的参照物，用于测量安装雷达测速装置的移动速度，也即是本车的车速；第二组雷达波的发射目标为移动物体，在得到两移动速度之差的基础上，再跟测量静止目标时的发射波做加减运算，就可知道移动物体的相对移动速度。
f1为反射波频率(Hz)，f0为发射波频率(Hz)，vw为目标物体相对移动速度(m/s),c为电磁波的传播速度(3×105(km/s))
雷达测速装置主要由雷达发射单元与处理单元两大部分组成，雷达发射单元由天线、混频器、本振、中放滤波器部分组成；处理单元主要由A/D转化器、DSP处理单元、输出单元、输入控制单元、RS232通信接口部分等组成。
现结合图2，叙述具体的控制过程：
当汽车处于倒挡位置时，倒挡行程开关K1闭合，并将此信号通过c1端口和c2端口送到单片机中，移动式雷达测速装置通过b1端口和b2端口将本车与后车的相对车速送到单片机中，单片机同时接到K1闭合和相对车速大于等于70km/h时，本控制装置将动作，单片机将同时送出四路信号：第一路信号是控制发动机喷油器通断情况，0～2秒时间内，单片机f端口不发出信号；3～4秒时间内，单片机f端口送出信号到发动机电控单元，发动机电控单元接到此信号时，停止给各缸喷油器供电，喷油器将停止喷油，信号传递过程为：单片机f端口→发动机电控单元→控制各缸喷油器线圈断电。5秒及以上时间后，发动机电控单元储存故障码并锁死给喷油器供电，即使重新起动起动机，发动机控制单元也无法给喷油器供电，需要到维修厂消除故障码后，才可以重新喷油，此种控制方式防止驾驶员强行倒车，具有强制作用。
第二路信号由单片机g端口和h端口送出，此路信号是周期性的通断，确保转向灯闪烁(也可以恒定的送出信号，但需要利用原车的转向灯继电器线路)，信号传递过程为：单片机g端口→右侧转向灯M2→搭铁；单片机h端口→左侧转向灯M1→搭铁；双侧转向灯(也即是危险报警灯)闪烁，提醒其它车辆注意避让。
第三路信号由单片机m端口送出，此信号也是周期性的通断，让制动灯闪烁(经实验证明，制动灯闪烁比制动灯常亮更具有提醒效果)，可以有效提醒后方车辆，前方车辆发生异常情况，请注意避让，信号传递过程为：单片机m端口→制动灯M→搭铁。
第四路信号由单片机e端口送出，信号传递过程为：单片机e端口→语音模块→扬声器，在0～2秒内语音模块通过扬声器发出“后方车辆高速接近，请勿倒车”，3～4秒内语音模块通过扬声器发出“发动机断油，将无法启动”，5秒以上语音模块通过扬声器发出“发动机无法启动，请维修”，发动机控制单元存储故障码，将不再给各缸供油，只有到修理厂消除故障码后，喷油器才可以正常工作，才可以重新起动发动机。
本专利的相对速度阈值、切断喷油时间、发动机喷油电磁阀的锁死时间等，可以根据具体情况进行调整。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高速路面禁止倒车控制装置，其特征在于,该装置包括倒档开关、控制模块和移动式雷达测速模块，所述移动式雷达测速模块包括雷达发射单元和处理单元，所述雷达发射单元包括天线、混频器、本振、中放滤波器；所述混频器分别与天线、本振、中放滤波器连接，所述倒档开关设置在变速器操纵杆上；该装置还包括与控制模块连接的车灯控制单元，所述车灯控制单元分别与制动灯、左侧转向灯和右侧转向灯连接；该装置还包括与控制模块连接的发动机控制单元，所述发动机控制单元与气缸喷油器线圈相连，还包括与控制模块连接的语音控制单元，所述语音控制单元用于根据车辆的状态发出不同的报警信号。
2.根据权利要求1所述的高速路面禁止倒车控制装置，其特征在于,所述处理单元包括A/D转化器、DSP处理单元、输出单元、输入控制单元和RS232通信接口，所述输入控制单元、A/D转化器分别与DSP处理单元连接，所述DSP处理单元与输出单元连接，输出单元与RS232通信接口连接。
3.一种高速路面禁止倒车控制装置的控制方法,其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、当汽车处于倒档位置时，倒档开关闭合，移动式雷达测速模块对后方车辆进行测速；
步骤二、移动式雷达测速模块测得的数据与设定阀值对比，超过设定阀值时，控制模块发出控制指令分别控制语音控制单元、车灯控制单元和发动机控制单元。
4.根据权利要求3所述的高速路面禁止倒车控制装置的控制方法,其特征在于，所述移动式雷达测速模块进行测速在雷达波发射单元中完成两个过程：
步骤a、雷达天线发射一个固定频率的连续波，到达目标车辆后并反射，将雷达发射波跟获得的反射波共同混频处理，获得中频信号，提取差频信号；
步骤b、中频放大器将差频信号滤波放大，使其满足A/D转换器的输入范围要求，再送入处理单元。
5.根据权利要求3所述的高速路面禁止倒车控制装置的控制方法,其特征在于，所述移动式雷达测速模块进行测速在数据处理单元中，数据信号处理器接收由A/D输出的串行数据转换而成的并行数据，然后进行多普勒频移的估计处理，再由DSP处理单元通过计算来判断信号是否失真，若失真，则由逻辑控制器改变放大器增益；若不存在失真，则DSP继续进行进一步数据处理，计算出目标物的移动速度信号，显示结果，并通过RS232和单片机进行数据交换。
6.根据权利要求3所述的高速路面禁止倒车控制装置的控制方法,其特征在于，所述发动机控制单元接到控制模块发出的禁止倒车指令后，0～2秒时间内，单片机f端口不发出信号；3～4秒时间内，单片机f端口送出信号到发动机电控单元，发动机电控单元接到此信号时，停止给各缸喷油器供电，喷油器将停止喷油，5秒及以上时间后，发动机电控单元储存故障码并锁死给喷油器供电。
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