CN105691201A - 汽车综合行驶安全系统 - Google Patents

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邢峰
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Abstract

本发明公开了一种汽车综合行驶安全系统，包括防碰撞模块，前进方向障碍检测模块，油门防误踩模块，酒后驾驶发动机自锁模块，制动力大小警示系统。本发明利用一套装置解决了汽车主动安全与被动安全的全部问题，结构简单，控制简单，不需要驾驶员额外学习其他驾驶技术，较智能的解决汽车制动的大部分问题。

Description

汽车综合行驶安全系统
技术领域
本发明涉及汽车安全领域，具体涉及一种汽车综合行驶安全系统。
背景技术
现今，汽车越来越多的进入了人们的生活，越来越多的人选择驾车出行。驾车过程中，驾驶安全是必须的要求。
在有雾的天气、天黑或驾驶者短时间出现困倦的情况下，当行驶的前方突然出现不明障碍物时，很容易出现交通事故，防碰撞报警系统可以有效地对驾驶者，进行警示，而紧急制动防碰撞系统可以避免交通事故的发生。
驾驶者在遇到紧急情况时，驾驶者误把油门当作刹车操作的事例是屡见不鲜的(例如新手驾驶经验不足；酒后驾车者反应迟钝及女性驾车者容易紧张)，导致交通事故的发生，而油门防误踩系统可以避免交通事故的发生。
当汽车刹车系统出现不明故障时，容易出现交通事故，而制动失常防碰撞系统可以避免交通事故的发生。
酒后驾驶，发生交通事故的概率很大，酒后驾驶发动机自锁系统，可以在发现驾驶员喝酒后，使汽车紧急制动，并在短时间内锁定发动机，使汽车不能再次启动。制动(包括紧急制动、一般制动)力大小的警示系统，它通过警示灯，提醒车辆后面的车辆驾驶者前面车辆的制动情况，使后面车辆及时调整驾驶方式，避免交通事故的发生。
当前有关于防碰撞报警系统的研究装置有很多，主要是通过雷达发射超声波或红外线确定前后车距，当车距较小时便报警提醒驾驶员。但这样的装置只在行驶中的汽车对驾驶员起到提示作用，且当汽车在红绿灯口低速跟进时以及靠近停车时，便会产生误报警现象。也就是说，这样的装置没有考虑到不同车速情况下的安全距离。即使是有些防碰撞报警系统考虑到车速的影响，但也只有警示作用，而驾驶员开始制动的反应时间差异明显，尤其是新手，制动减速是否及时直接影响防碰撞的效果。
对于油门防误踩的研究，此类课题研究在国内较多，已成型的装置也有不少，有机械联动的，也有单片机智能控制的。这些装置经过试车检验的不多，均存在可靠性、实用性等等问题：
1)大部分装置只存在理论上或试验台上的可行性，没有考虑汽车自身内部结构有待实体装车检验。
2)对于一些纯机械联动装置，可靠性有待进一步考证。
3)装置造价太高，不易普及。
4)只能实现部分功能，只能实现防止油门误踩，却不能实现立即刹车，最终还是无法避免事故的发生。
在国外，一些知名品牌汽车也在进行相关研究，也有一些收获，初期产品也已装车试验。沃尔沃计划到2020年设计出，不会碰撞的汽车，宝马和丰田也在研究防误踩和紧急制动的相关安全研究。
鉴于酒后驾车带来的严重危害，各国不仅在执法上严厉打击酒后驾车行为，各大汽车生产商亦想方设法在汽车硬件上采取措施，使驾驶员在饮酒的情况下无法启动汽车。类似于本酒后驾车发动机自锁装置的有很多。萨博(Saab)汽车公司推出了具有酒精测试功能的“测酒钥匙”。在测酒钥匙的底部，有一个呼吸探测器，当驾驶员按下遥控车钥匙的时候，该探测器就会同时开始工作。驾驶者必须向测酒钥匙底部呼气，然后这个空气样本会由安装在钥匙里的半导体进行分析，如果样本合格，钥匙上的绿灯就会亮，车门自动开启；若样本不合格，红灯就会闪烁，发动机无法启动。对于利用酒精探测器判定酒后驾车的技术应用大同小异，另外，还有其他判定措施，如：皮肤血管酒精探测仪、激光酒精探测仪、目光检测仪等，此类方法复杂，而又受到人体生理差异性的影响。所谓的“酒精锁”装置，关键在与一个“锁”字。之所以能避免酒后驾车事故的发生，就因为在判定酒后驾驶的情况下，能够将发动机锁住，汽车无法再运行。同时，这类装置一个致命的缺陷也在这个“锁”字，因为驾驶员可以作弊，驾驶员可以在饮酒的情况下，先找未饮酒的人开启酒精锁，然后自己开车。这样，所谓的酒精锁就失去了原有的应用效果。另外，在酒精锁作为的情况下，汽车无法启动，可能会误导驾驶员认为是汽车故障，也就是说，酒精锁缺少提示装置，也是报警装置。在语音提示下，即使驾驶员仍想驾车，同车之人听到提示也会阻止酒后驾车行为，因为这与他们的生命安全戚戚相关。
专利号为CN200520051863.8的一种汽车制动显示器包括数制动灯，还包括控制亮灯数的制动灯开关，制动灯开关与汽车的制动连杆相连接，当刹车时，制动连杆带动制动灯开并关内的拨动连杆，由于导电板与拨动连杆固定，从而带动导电板移动，使接触弹片与导电板相接触，而导通至制动灯亮，根据刹车力度的不同，制动灯亮的个数也不同，使刹车力度可直接从制动灯上显示，给后面的车辆准确的提示，能有效的减少追尾事故。由于上述专利采用机械装置，零部件太多，工作过程太繁琐，这就给装置可靠性带来了不便。特别是上述专利装置以制动连杆的位移来确定制动力的大小，在制动系统完好的情况下，制动连杆的位移与制动力成正比，但一旦制动系出现故障，制动连杆的位移是毫无意义的。这就是说，上述专利装置，并不能对制动系统的故障进行监测预防。现在国外正在积极研究开发汽车安全性能，正逐步应用到普通车辆上面，而国内，在汽车安全性能各个方面，均有所研究，但是未形成一套完整的系统。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种汽车综合行驶安全系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
汽车综合行驶安全系统，包括
防碰撞模块，使用雷达传感器超声波的发射与接收测定汽车与前方物体的距离及两者接近的相对速度，以前方距离和相对车速作为微机控制系统判定报警的依据，每一相对车速对应相应的安全车距，并根据车辆自身车速对安全车距进行修正；
前进方向障碍检测模块，包括
第一微波雷达，装设于汽车的前方靠近中间的位置，用于对汽车正前方的障碍物进行扫描检测，并计算障碍物与汽车之间的距离发送到控制器；
第二微波雷达，装设在汽车前方靠近两侧的位置，用于对汽车前方左侧和前方右侧的障碍物进行左右交叉分别扫描检测，并计算障碍物与汽车之间的距离发送到控制器；
控制器，用于接收第一微波雷达、第二微波雷达的检测结果后进行综合判断，并将判断结果传输给提示模块以提醒驾驶员；
油门防误踩模块，通过雷达传感器、速度传感器、加速度传感器分别收集各自数据传输到单片机，单片机进行对比分析判断，得出是否是误踩油门的结论，从而发出相应指令，限油机构和刹车辅助机构根据指令做出相应反应，完成该模块的功能；
酒后驾驶发动机自锁模块，包括酒精含量探测器、数模转换器、单片机、步进电机，所述步进电机与汽车发动机进油管相连，用于控制发动机进油，酒精探测器固定在方向盘证中间，与数模转换器相连，用于准确确定驾驶员是否为酒后驾驶，所测气体中的酒精含量的浓度与酒精探测器检测后产生的电压值成比例，检测信号通过处理转换成数字信号输入到单片机，单片机对此信号进行处理判断：若酒精含量低于阀值，系统不作为，汽车正常起步行驶；若酒精含量在阀值以上，则单片机立即启动步进电机转动球芯式油阀，切断油路，发动机无法启动，同时语音提示器发出警示声音；
制动力大小警示系统，包括
安装在前轮的制动分油管上的制动油压传感器，用于采集油压信号，并将采集到的油压信号发送到数模器；
数模器，用于将接收的油压信号转换成数字信号后输入到单片机；
单片机，用于接收数模器发送的数字信号，并根据这些数据信号控制LED显示；
安装在驾驶舱仪表盘上的LED数码管、用于接收单片机的命令，以数字形式向驾驶员反映制动油压或制动力情况；
安装于后窗上的LED红色警示灯柱，在原高位刹车灯位置布置成一列，用于接收单片机的命令，以亮灯柱的高度反应制动力的大小，亮灯柱的高度反应制动力的大小成线性正比关系。
优选地，所述制动力大小警示系统包括紧急制动力大小警示系统和一般制动力大小警示系统。
优选地，所述防碰撞报警系统包括
传感器，用于侦测机动车与障碍物的距离；
控制器，电性连接至传感器，用以根据机动车当前车速得到报警车距；
报警装置，采用显示灯或蜂鸣器，电性连接控制器，其中若距离小于报警车距，控制器控制报警装置报警；
控制器，连接至机动车的制动踏板，根据机动车当前车速得到制动车距，若距离小于制动车距，控制器控制制动踏板进行制动操作；
步进电机，电性连接至控制器，步进电机根据控制器的信号转动；
制动拉索，连接步进电机和制动踏板，受步进电机的控制牵动制动踏板进行制动，若距离回复到大于制动车距，控制器控制制动踏板撤销制动。
优选地，防碰撞报警系统的制动系统采用以单片机AT89S52为核心的微机控制系统，以微波测距测速雷达为传感器，蜂鸣器和制动电机作为执行器。
优选地，所述油门防误踩模块包括加速度传感器、雷达传感器、转速传感器和单片机，加速度传感器安装于油门踏板的背面，雷达传感器安装于车身前端，转速传感器通过信号盘安装于车轮的轮轴上；单片机的输出端通过A/D转换连接有第一步进电机和第二步进电机；第一步进电机通过制动拉线与制动踏板连接；第二步进电机与油路中的限油阀连接，第一步进电机和制动拉线之间设置有一个起变向作用的滑轮，第一步进电机安装于制动踏板的后侧，第二步进电机与限油阀安装于油路前端。
优选地，所述防碰撞模块采用两级报警模式，其中，一级报警：制动车距＜前方车距≤报警车距，此时，只报警不自行制动，驾驶员有时间停止加速或减速控制车距；二级报警：前方车距≤制动车距，此时，报警继续，并立刻启用制动电机对汽车进行最大力度的制动，直至前方车距大于制动车距。
优选地，所述微波雷达的输出频率为10.525GHz，功率为20毫瓦，作为测速时，被测物体每经过波长2.85cm*1/2输出一个周波频率19.5Hz或1km/h；使用3dB辐射角度为12.5度，探测距离1-300m。
优选地，采用自激蜂鸣器，由直流电压驱动，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音。
本发明具有以下有益效果：
利用一套装置解决了汽车主动安全与被动安全的全部问题，结构简单，控制简单，不需要驾驶员额外学习其他驾驶技术，智能的解决汽车制动的大部分问题，提高了驾驶的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例汽车综合行驶安全系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种汽车综合行驶安全系统，包括
防碰撞模块，使用雷达传感器超声波的发射与接收测定汽车与前方物体的距离及两者接近的相对速度，以前方距离和相对车速作为微机控制系统判定报警的依据，每一相对车速对应相应的安全车距，并根据车辆自身车速对安全车距进行修正；
具体包括：
传感器，用于侦测机动车与障碍物的距离；
控制器，电性连接至传感器，用以根据机动车当前车速得到报警车距；
报警装置，采用显示灯或蜂鸣器，电性连接控制器，其中若距离小于报警车距，控制器控制报警装置报警；
控制器，连接至机动车的制动踏板，根据机动车当前车速得到制动车距，若距离小于制动车距，控制器控制制动踏板进行制动操作；
步进电机，电性连接至控制器，步进电机根据控制器的信号转动；
制动拉索，连接步进电机和制动踏板，受步进电机的控制牵动制动踏板进行制动，若距离回复到大于制动车距，控制器控制制动踏板撤销制动。
其工作原理如下：
微机处理系统根据相对速度和自身车速计算出对应的报警车距值和制动车距值，当检测到的前方车距大于报警车距，汽车正常行驶，系统不作为。一级报警：制动车距＜前方车距≤报警车距，此时，只报警不自行制动，驾驶员有时间停止加速或减速控制车距。二级报警：前方车距≤制动车距，此时，报警继续，并立刻启用制动电机对汽车进行最大力度的制动，直至前方车距大于制动车距。
前进方向障碍检测模块，包括
第一微波雷达，装设于汽车的前方靠近中间的位置，用于对汽车正前方的障碍物进行扫描检测，并计算障碍物与汽车之间的距离发送到控制器；
第二微波雷达，装设在汽车前方靠近两侧的位置，用于对汽车前方左侧和前方右侧的障碍物进行左右交叉分别扫描检测，并计算障碍物与汽车之间的距离发送到控制器；
控制器，用于接收第一微波雷达、第二微波雷达的检测结果后进行综合判断，并将判断结果传输给提示模块以提醒驾驶员；
其工作原理为：被测物体移动时，由于直达波和反射波混合的结果在接收检波器上混频出差拍信号，该差拍信号的频率和移动物体的速度成线性关系。速度越快，差拍频率越高，速度越慢，差拍信号频率越低。被测物体与微波腔体振荡器不移动时，输出的频率为零。探头对目标距离近，信号输出幅度大；探头对目标距离远，信号输出幅度小。利用信号幅度特性可得到距离信息。
油门防误踩系统，通过雷达传感器、速度传感器、加速度传感器分别收集各自数据传输到单片机，单片机进行对比分析判断，得出是否是误踩油门的结论，从而发出相应指令，限油机构和刹车辅助机构根据指令做出相应反应，完成该系统的功能；具体包括
加速度传感器、雷达传感器、转速传感器和单片机，加速度传感器安装于油门踏板的背面，雷达传感器安装于车身前端，转速传感器通过信号盘安装于车轮的轮轴上；单片机的输出端通过A/D转换连接有第一步进电机和第二步进电机；第一步进电机通过制动拉线与制动踏板连接；第二步进电机与油路中的限油阀连接，第一步进电机和制动拉线之间设置有一个起变向作用的滑轮，第一步进电机安装于制动踏板的后侧，第二步进电机与限油阀安装于油路前端。
系统的工作原理如下：
第一步，信号的收集：安装在油门踏板上的加速度传感器收集踏板下压的加速度信号，同时车速传感器收集该车的行驶速度，最后安装在车前端的雷达测距传感器收集前方障碍物(车、人或动物)与本车的距离。
第二步，信号的转换及传递：各传感器收集的信号通过A\D转换后传递到单片机中。
第三步，信号的分析与处理：单片机依照程序将接受到的信号进行分析处理。
第四步，命令的发出及执行：单片机完成信号分析处理后，发出命令信号，通过D\A转换传达到执行器，执行器(步进电机)执行命令。
酒后驾驶发动机自锁系统，包括酒精含量探测器、数模转换器、单片机、步进电机，所述步进电机与汽车发动机进油管相连，用于控制发动机进油，酒精探测器固定在方向盘证中间，与数模转换器相连，用于准确确定驾驶员是否为酒后驾驶，所测气体中的酒精含量的浓度与酒精探测器检测后产生的电压值成比例，检测信号通过处理转换成数字信号输入到单片机，单片机对此信号进行处理判断：若酒精含量低于阀值，系统不作为，汽车正常起步行驶；若酒精含量在阀值以上，则单片机立即启动步进电机转动球芯式油阀，切断油路，发动机无法启动，同时语音提示器发出警示声音；
制动力大小警示系统，包括
安装在前轮的制动分油管上的制动油压传感器，用于采集油压信号，并将采集到的油压信号发送到数模器；
数模器，用于将接收的油压信号转换成数字信号后输入到单片机；
单片机，用于接收数模器发送的数字信号，并根据这些数据信号控制LED显示；
安装在驾驶舱仪表盘上的LED数码管、用于接收单片机的命令，以数字形式向驾驶员反映制动油压或制动力情况；
安装于后窗上的LED红色警示灯柱，在原高位刹车灯位置布置成一列，用于接收单片机的命令，以亮灯柱的高度反应制动力的大小，亮灯柱的高度反应制动力的大小成线性正比关系。这种显示方式很直观，相比数字显示，后方驾驶员更能及时反应，而相对灯光亮度表示，避免了因白天光照干扰导致人的视觉误差。
所述制动力大小警示系统包括紧急制动力大小警示系统和一般制动力大小警示系统。
防碰撞报警系统的制动系统采用以单片机AT89S52为核心的微机控制系统，以微波测距测速雷达为传感器，蜂鸣器和制动电机作为执行器。
所述微波雷达的输出频率为10.525GHZ，功率为20毫瓦，作为测速时，被测物体每经过波长2.85cm*1/2输出一个周波频率19.5Hz或1km/h；使用3DB辐射角度为12.5度，探测距离1-300m。
采用自激蜂鸣器，由直流电压驱动，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.汽车综合行驶安全系统，其特征在于，包括
防碰撞模块，使用雷达传感器超声波的发射与接收测定汽车与前方物体的距离及两者接近的相对速度，以前方距离和相对车速作为微机控制系统判定报警的依据，每一相对车速对应相应的安全车距，并根据车辆自身车速对安全车距进行修正；
前进方向障碍检测模块，包括
第一微波雷达，装设于汽车的前方靠近中间的位置，用于对汽车正前方的障碍物进行扫描检测，并计算障碍物与汽车之间的距离发送到控制器；
第二微波雷达，装设在汽车前方靠近两侧的位置，用于对汽车前方左侧和前方右侧的障碍物进行左右交叉分别扫描检测，并计算障碍物与汽车之间的距离发送到控制器；
控制器，用于接收第一微波雷达、第二微波雷达的检测结果后进行综合判断，并将判断结果传输给提示模块以提醒驾驶员；
油门防误踩模块，通过雷达传感器、速度传感器、加速度传感器分别收集各自数据传输到单片机，单片机进行对比分析判断，得出是否是误踩油门的结论，从而发出相应指令，限油机构和刹车辅助机构根据指令做出相应反应，完成该模块的功能；
酒后驾驶发动机自锁模块，包括酒精含量探测器、数模转换器、单片机、步进电机，所述步进电机与汽车发动机进油管相连，用于控制发动机进油，酒精探测器固定在方向盘证中间，与数模转换器相连，用于准确确定驾驶员是否为酒后驾驶，所测气体中的酒精含量的浓度与酒精探测器检测后产生的电压值成比例，检测信号通过处理转换成数字信号输入到单片机，单片机对此信号进行处理判断：若酒精含量低于阀值，系统不作为，汽车正常起步行驶；若酒精含量在阀值以上，则单片机立即启动步进电机转动球芯式油阀，切断油路，发动机无法启动，同时语音提示器发出警示声音；
制动力大小警示系统，
包括安装在前轮的制动分油管上的制动油压传感器，用于采集油压信号，并将采集到的油压信号发送到数模器；
数模器，用于将接收的油压信号转换成数字信号后输入到单片机；
单片机，用于接收数模器发送的数字信号，并根据这些数据信号控制LED显示；
安装在驾驶舱仪表盘上的LED数码管、用于接收单片机的命令，以数字形式向驾驶员反映制动油压或制动力情况；
安装于后窗上的LED红色警示灯柱，在原高位刹车灯位置布置成一列，用于接收单片机的命令，以亮灯柱的高度反应制动力的大小，亮灯柱的高度反应制动力的大小成线性正比关系。
2.根据权利要求1所述的汽车综合行驶安全系统，其特征在于，所述制动力大小警示系统包括紧急制动力大小警示系统和一般制动力大小警示系统。
3.根据权利要求1所述的汽车综合行驶安全系统，其特征在于，所述防碰撞报警系统包括
传感器，用于侦测机动车与障碍物的距离；
控制器，电性连接至传感器，用以根据机动车当前车速得到报警车距；
报警装置，采用显示灯或蜂鸣器，电性连接控制器，其中若距离小于报警车距，控制器控制报警装置报警；
控制器，连接至机动车的制动踏板，根据机动车当前车速得到制动车距，若距离小于制动车距，控制器控制制动踏板进行制动操作；
步进电机，电性连接至控制器，步进电机根据控制器的信号转动；
制动拉索，连接步进电机和制动踏板，受步进电机的控制牵动制动踏板进行制动，若距离回复到大于制动车距，控制器控制制动踏板撤销制动。
4.根据权利要求1所述的汽车综合行驶安全系统，其特征在于，防碰撞报警系统的制动系统采用以单片机AT89S52为核心的微机控制系统，以微波测距测速雷达为传感器，蜂鸣器和制动电机作为执行器。
5.根据权利要求1所述的汽车综合行驶安全系统，其特征在于，所述油门防误踩模块包括加速度传感器、雷达传感器、转速传感器和单片机，加速度传感器安装于油门踏板的背面，雷达传感器安装于车身前端，转速传感器通过信号盘安装于车轮的轮轴上；单片机的输出端通过A/D转换连接有第一步进电机和第二步进电机；第一步进电机通过制动拉线与制动踏板连接；第二步进电机与油路中的限油阀连接，第一步进电机和制动拉线之间设置有一个起变向作用的滑轮，第一步进电机安装于制动踏板的后侧，第二步进电机与限油阀安装于油路前端。
6.根据权利要求1所述的汽车综合行驶安全系统，其特征在于，所述防碰撞模块采用两级报警模式，其中，一级报警：制动车距＜前方车距≤报警车距，此时，只报警不自行制动，驾驶员有时间停止加速或减速控制车距；二级报警：前方车距≤制动车距，此时，报警继续，并立刻启用制动电机对汽车进行最大力度的制动，直至前方车距大于制动车距。
7.根据权利要求1所述的汽车综合行驶安全系统，其特征在于，所述微波雷达的输出频率为10.525GHZ，功率为20毫瓦，作为测速时，被测物体每经过波长2.85cm*1/2输出一个周波频率19.5Hz或1km/h；使用3DB辐射角度为12.5度，探测距离1-300m。
8.根据权利要求1所述的汽车综合行驶安全系统，其特征在于，采用自激蜂鸣器，由直流电压驱动，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音。
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