CN105730442A - 一种汽车防追尾碰撞系统、方法及单片机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车防追尾碰撞系统、方法及单片机，其中主控单元(20)通过外设通信接口与环境感知模块(10)相连，通过线路与自车的执行单元(30)相连；通过专用短程通信DSRC接口与自车的车载单元(40)相连；自车的车载单元(40)通过车载自组网的DSRC技术与前车上的车载单元(40)通信；前车上的车载单元(40)通过电子硬件接口产生的中断信号控制前车中执行单元(30)的前车制动灯。主控单元(20)通过单片机预设的程序，根据自车车速、相对车速和前后两车车距信息，计算行车临界安全车距以及判断行进中与前车发生碰撞的危险程度，然后触发执行单元的相关动作。本发明能够大大减少追尾事故发生的概率。

Description

一种汽车防追尾碰撞系统、方法及单片机

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种汽车防追尾碰撞技术。

背景技术

随着全球汽车保有量的迅猛增长，汽车给人们的出行带来了极大的便利，推动了社会经济的发展和人类物质文明的进步，但由此带来的道路交通事故给人民生命财产和国民经济造成了巨大的损失。世界卫生组织表明：每年全球于交通事故中受到伤害的人数大概有2000万至5000万人，于道路交通事故死亡的人数大概有130万人，于道路交通事故所造成的经济损失大概为5180亿美金。道路交通事故即将成为除精神压力症和心血管病外致使人们不正常死亡的第三大直接原因。与其他国家相比，我国的道路交通事故尤为严重，每年约发生400万起，受伤人数约30万，死亡人数达到7万左右，直接经济损失近10亿元。通过对交通事故的分析显示：大于65％的车辆相撞属于追尾碰撞,且车辆追尾事故占全国交通事故总量的30％-40％，汽车发生追尾事故最重要原因是由于驾驶员没能及时做出反应。据一项分析显示：如果驾驶员提前有0.5s的预警时间并能及时地采取预防措施，就可避免大约60％的追尾事故；假设驾驶员能够有提前Is左右的预警时间,就可避免超过90％的追尾事故。

目前，虽然国外的汽车防追尾系统取得了一定的研究成果，但是由于成本等问题，该系统仅仅局限在一些豪华车上。而我国在汽车防追尾控制系统上的研究起步较晚，研制水平不高，研究机构相对分散，且所能实现的功能相对单一，只考虑了安全性，仍然处于实验阶段。

中国专利CN201510121475.0提出公开了一种汽车防追尾预警系统，当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；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。中国专利CN201210203507.8公开了一种高速公路汽车防追尾前车的自适应报警方法，该方法基于安全时间逻辑算法，能够适应驾驶员特性及行驶环境，对安全时间门限值即报警阈值进行实时自适应调整。但无论何种预警方式，预警始终都是基于自车的。

发明内容

本发明的目的是针对目前预警都是基于自车的技术难点，提供一种汽车防追尾碰撞系统、方法及单片机，其跳出传统的预警思维模式，能够基于前车一起实现防追尾碰撞预警，可以大大减少追尾事故的概率，提高行车安全，促进汽车防追尾碰撞系统的发展与完善。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明提供一种汽车防追尾碰撞系统，其包括：

环境感知模块、主控单元、执行单元、车载单元；

所述主控单元通过外设通信接口与环境感知模块相连，通过线路与自车的执行单元相连；通过专用短程通信DSRC接口与自车的车载单元相连；所述自车的车载单元通过车载自组网的DSRC技术与前车上的车载单元通信；

所述前车上的车载单元通过电子硬件接口产生的中断信号控制前车中执行单元的前车制动灯。

更进一步地，所述执行单元包括：设置在自车的LED指示灯、蜂鸣器、辅助制动电机、安全带预紧电机、节气门驱动电机，以及设置在前车中的前车制动灯；

所述主控单元包括：单片机、第一电磁继电器和第二电磁继电器；

所述第一电磁继电器、第二电磁继电器通过所述I/O接口与单片机相接；所述第一电磁继电器通过线路与所述LED指示灯、蜂鸣器和辅助制动电机相连；所述第二电磁继电器通过线路与所述辅助制动电机、安全带预紧电机、节气门驱动电机相接；所述前车中的前车制动灯由前车上的车载单元通过电子硬件接口产生的中断信号控制；

所述单片机通过外设通信接口接收到处理后的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号；根据提取到的激光雷达测距信号得到前后两车之间的实际车距S_实，以及，根据自车速度信号和相对车速信号计算得到第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2；若确定S_实≤D_临2成立，则确定碰撞不可避免，发送指令触发第二电磁继电器闭合；若确定S_实≤D_临2不成立，则继续判断D_临2<S_实≤D_临1是否成立，若确定D_临2<S_实≤D_临1成立，则确定碰撞可能发生，发送指令触发第一电磁继电器闭合，并同时通知自车的车载单元发射预警信号给前车的车载单元；若确定D_临2<S_实≤D_临1不成立，则所述单片机通过外设通信接口接收到下一组处理后的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号。

更进一步地，所述的主控单元还包括：

存储器；所述存储器通过外设通信接口接收到所述环境感知模块传输的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号，并将其存储。

更进一步地，所述环境感知模块包括：

前方车辆检测单元、车辆信号采集单元和信号处理电路；

所述前方车辆检测单元包括机器视觉传感器，通过所述机器视觉传感器对前方障碍物进行检测，将检测到的车辆前方图像进行数字图像处理，并对经过数字图像处理后的图形进行模式识别，若识别到前方车辆则会继续对其进行追踪；

所述车辆信号采集单元包括激光雷达测距传感器和速度传感器；通过所述激光雷达测距传感器实时测量前后两车之间的距离和相对车速，并对距离数据进行处理使其更加接近实际值，得到处理后的激光雷达测距信号；对相对车速数据进行处理使其更加接近实际值，得到处理后的相对车速信息；通过所述速度传感器实时感知自车车速，对感知到的自车车速进行相关处理使其更加接近实际值，得到处理后的自车速度信号。

所述信号处理电路对所述车辆信号采集单元处理后的激光雷达测距信号、相对车速信息和自车速度信号进行滤波处理，并输送出去。

本发明还提供一种汽车防追尾碰撞方法，其包括：

步骤S101，提取激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号；

步骤S102，根据提取到的激光雷达测距信号得到前后两车之间的实际车距S_实，以及，根据自车速度信号和相对车速信号计算得到第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2；

步骤S103，判断S_实≤D_临2是否成立？若成立，则表明碰撞不可避免，于是执行步骤S107；若不成立，则执行步骤S104；

步骤S104，判断D_临2<S_实≤D_临1是否成立？若成立，则表明碰撞可能发生，于是执行步骤S105，并同时执行步骤S106。若不成立，则返回步骤S101提取下一组激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号；

步骤S105，发生指令触发第一电磁继电器闭合；所述第一电磁继电器闭合控制所述LED指示灯、蜂鸣器和辅助制动电机启动；

步骤S106，通知本车的车载单元发射预警信号给前车上的车载单元；所述前车上的车载单元用于解析到预警信息，并触发电子硬件接口产生中断信号控制前车制动灯亮起；

步骤S107，发送指令触发第二电磁继电器闭合；所述第二电磁继电器的闭合控制所述辅助制动电机、安全带预紧电机、节气门驱动电机启动。

更进一步地，所述激光雷达测距信号、自车车速和相对车速通过如下过程获取：

通过机器视觉传感器对前方障碍物进行检测，并根据检测结果识别到前方车辆则会对其进行追踪；

通过所述激光雷达测距传感器实时测量前后两车之间的距离和相对车速，并对距离数据进行处理使其更加接近实际值，得到处理后的激光雷达测距信号；对相对车速数据进行处理使其更加接近实际值，得到处理后的相对车速信息；

通过所述速度传感器实时感知自车车速，对感知到的自车车速进行相关处理使其更加接近实际值，得到处理后的自车速度信号；

在提取前利用信号处理电路对所述激光雷达测距信号、相对车速信息和自车速度信号进行滤波处理。

更进一步地，所述步骤S102中计算所述第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2所采用的公式如下：

其中，u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；τ₁为驾驶员反应时间、τ₂为制动协调时间、τ₃为减速度增长时间；α_max表示制动过程中最大制动减速度；d₁表示对应可能发生碰撞情况下的制动后两车间第一安全距离；d₂表示对应碰撞不可避免情况下的制动后两车间第二安全距离。

更进一步地，在所述步骤S107之后还包括：

步骤S108，记录碰撞时间T；

步骤S109，判断当前时间是否大于碰撞时间T+t，其中所述t为设定时间阈值，若大于，则发送指令断开第二电磁继电器，放松制动卡钳和安全带，让节气门位置恢复正常；否则继续步骤S107。

更进一步地，所述一种汽车防追尾碰撞方法还包括：

确定S_实≥D_临1时，保持第一电磁继电器呈断开状态，同时自车的车载单元将安全信息发送给前车上的；前车上的车载单元解析到安全情况信号为安全信息，使前车刹车开关处于断开状态。

本发明还提供一种单片机，所述单片机中内置上述的一种汽车防追尾碰撞方法。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明与现有技术相比，有如下优点：

(1)本发明将前车制动灯巧妙的应用在防追尾预警中。若主控单元判断碰撞可能发生，本车车载单元将预警信息发送到前车，主动激发前方车辆制动灯亮起，保证驾驶员能够及时发现危险，从而有充足的时间正确操作车辆，大大减少追尾事故发生的概率，促进汽车防追尾碰撞系统的发展与完善；

(2)由于每辆汽车的尾部都安装有制动灯，此种预警方式成本相对较低，具有良好的社会效益和相当广阔的应用前景。

(3)本发明将车联网中的专用短程通信DSRC技术应用到防追尾碰撞系统中，提高了系统的可靠性和兼容性、减少系统的延迟。

附图说明

图1为本发明的一种汽车防追尾碰撞系统的基本组成框图；

图2是本发明中的单片机的处理流程图。

附图中：

环境感知模块10、主控单元20、执行单元30、车载单元40。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例一

本发明实施例一提供一种汽车防追尾碰撞系统，如图1所示，包括：环境感知模块10、主控单元20、执行单元30、车载单元(OnBoardUnit，OBU)40。

主控单元20通过外设通信接口与环境感知模块10相连，通过线路与自车的执行单元30相连；通过专用短程通信(DedicatedShortRangeCommunications，DSRC)接口与自车的车载单元40相连；自车的车载单元40通过车载自组网的DSRC技术与前车上的车载单元40通信；

前车上的车载单元40通过电子硬件接口产生的中断信号控制前车中执行单元30的前车制动灯。

1)环境感知模块10

环境感知模块10包括前方车辆检测单元、车辆信号采集单元和信号处理电路。

其中前方车辆检测单元包括机器视觉传感器。在车辆行驶过程中，前方车辆检测通过机器视觉传感器对前方障碍物进行检测，将检测到的车辆前方图像进行数字图像处理，并对经过数字图像处理后的图形进行模式识别，若识别到前方车辆则会继续对其进行追踪；

车辆信号采集单元包括激光雷达测距传感器和速度传感器。通过激光雷达测距传感器实时测量前后两车之间的距离和相对车速，并对距离数据进行补偿，使其更加接近实际值，得到处理后的激光雷达测距信号。对相对车速数据进行相关处理，使其更加接近实际值，得到处理后的相对车速信息；通过速度传感器实时感知自车车速，对感知到的自车车速进行相关处理，使其更加接近实际值，得到处理后的自车速度信号。

处理后的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号经过信号处理电路处理，之后送到主控单元20。

2)主控单元20

该主控单元20包括存储器、单片机、第一电磁继电器和第二电磁继电器，并且单片机上设置DSRC接口、I/O接口，以及外设通信接口。

单片机和存储器通过外设通信接口接收到处理后的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号；存储器将其存储以便后续研究使用。

单片机通过I/O接口与第一电磁继电器和第二电磁继电器相接；第一电磁继电器通过线路与设置在自车上的执行单元中的LED指示灯、蜂鸣器和辅助制动电机相连；第二电磁继电器通过线路与设置在自车上的辅助制动电机、安全带预紧电机、节气门驱动电机相接。

单片机通过DSRC接口与自车的车载单元40相接。自车的车载单元40与前车上的车载单元40通信，前车上的车载单元40通过电子硬件接口产生的中断信号控制上述前车中的前车制动灯。

单片机通过外设通信接口接收到处理后的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号；根据提取到的激光雷达测距信号得到前后两车之间的实际车距S_实，以及，根据自车速度信号和相对车速信号计算得到第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2；并根据计算结果判断行进中与前车发生碰撞的危险程度，然后根据危险程度经过I/O接口控制第一电磁继电器和第二电磁继电器的开闭，进而触发执行单元30执行相关动作；根据危险程度确定安全情况信息并经过DSRC接口发送到前车OBU，以便前车OBU控制前车制动灯。

单片机的执行流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤S101，提取处理后的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号。

步骤S102，根据提取到的激光雷达测距信号得到前后两车之间的实际车距S_实，以及，根据自车速度信号和相对车速信号计算得到第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2。

其中第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2的计算过程如下：

通常驾驶员的整个紧急制动过程分为四个阶段：驾驶员反应阶段，制动器起作用阶段，持续制动阶段，放松制动阶段。

驾驶员反应阶段汽车行驶的距离为：

D₁＝u₀×τ₁

其中u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；τ₁为驾驶员反应时间。

制动器起作用阶段汽车行驶的距离为：

$D_2=u_0\&times;({\mathrm{\&tau;}}_2+{\mathrm{\&tau;}}_3)-\frac{1}{6}{a}_{max}{\mathrm{\&tau;}}_3^2$

其中u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；τ₂为制动协调时间、τ₃为减速度增长时间；α_max表示制动过程中最大制动减速度。

持续制动阶段汽车行驶的距离为：

$D_3=\frac{u_0^2}{2a_{max}}-\frac{u_0{\mathrm{\&tau;}}_3}{2}+\frac{1}{8}{a}_{max}{\mathrm{\&tau;}}_3^2$

其中u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；τ₃为减速度增长时间；α_max表示制动过程中最大制动减速度；

放松制动阶段制动减速度逐渐减小到零，故驾驶员接到紧急制动信号后汽车行驶的距离为：

$D=({\mathrm{\&tau;}}_1+{\mathrm{\&tau;}}_2+\frac{{\mathrm{\&tau;}}_3}{2})u_0+\frac{u_0^2}{2a_{max}}-\frac{1}{24}{a}_{max}{\mathrm{\&tau;}}_3^2$

其中u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；τ₁为驾驶员反应时间、τ₂为制动协调时间、τ₃为减速度增长时间；α_max表示制动过程中最大制动减速度。

因为τ₃很小，故可以略去项，实际中汽车车速的单位为km/h，将上式的距离换成单位m后，汽车的制动行驶距离可写成：

$D=\frac{1}{3.6}({\mathrm{\&tau;}}_1+{\mathrm{\&tau;}}_2+\frac{{\mathrm{\&tau;}}_3}{2})u_0+\frac{u_0^2}{25.92a_{max}}$

式中，u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；τ₁为驾驶员反应时间、τ₂为制动协调时间、τ₃为减速度增长时间；α_max表示制动过程中最大制动减速度。

由上式可以看出，决定汽车制动行驶距离的主要因素是：驾驶员和系统的反应时间、起始制动车速(即驶员接到紧急制动信号时的自车车速)、最大制动减速度(即附着力)。随车辆种类、车辆装载的不同，车辆的最大制动减速度会有区别。本文假设自车与前车的附着力相同：一方面，可以使问题大大简化；另一方面，在实际中自车的制动减速度要比前车的制动减速度大，假设他们相等会更偏向于安全。设前制动前的车车辆车速为u₁，则前车和自车两车的相对速度为：

u_r＝u₀-u₁

其中，u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；u₁为制动前的前车车辆的车速。

设两车的制动距离之差为ΔD，经计算并简化后：

$\mathrm{\&Delta;}D=\frac{1}{3.6}({\mathrm{\&tau;}}_1+{\mathrm{\&tau;}}_2+\frac{{\mathrm{\&tau;}}_3}{2})u_0+\frac{u_r(2u_0-u_r)}{25.92a_{max}}$

u_r为前后两车的相对速度，u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；τ₁为驾驶员反应时间、τ₂为制动协调时间、τ₃为减速度增长时间；α_max表示制动过程中最大制动减速度。

为避免追尾碰撞，最小安全车距为：

D＝ΔD+d

其中，ΔD为两车的制动距离之差；d为制动后两车之间的安全距离。

可能发生碰撞情况下的临界安全车距记为第一临界安全车距，用符号D_临1表示，碰撞不可避免情况下的临界安全车距记为第二临界安全车距，用符号D_临2表示，二者通过如下公式计算得到：

其中，u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；τ₁为驾驶员反应时间、τ₂为制动协调时间、τ₃为减速度增长时间；α_max表示制动过程中最大制动减速度；d₁表示对应可能发生碰撞情况下的制动后两车间第一安全距离；d₂表示对应碰撞不可避免情况下的制动后两车间第二安全距离。

据经验数据，驾驶员反应时间τ₁取值为0.3～1.0s。对于在高速公路上行驶的驾驶员来说，他的反应时间会加长。为保证安全性，在计算安全距离时将τ₁取值为1.0s；制动协调时间τ₂包括消除制动踏板间隙所需的时间与消除各种铰链、轴承间隙及制动摩擦片完全贴靠在制动鼓或制动盘的时间。据相关文献分析，99％的车辆的制动协调时间τ₂为0.2s；据相关文献研究，减速度增长时间τ₃取值为0.1s；上述d₁取值为45m、上述d₂取值为2～7，优选为5m。

经过上述步骤S102得到两车之间的实际车距S_实、第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2，之后利用这些数据进行危险程度判断，具体如后续的步骤：

步骤S103，判断S_实≤D_临2是否成立？若成立，则表明碰撞不可避免，于是执行步骤S107；若不成立，则执行步骤S104；

步骤S104，判断D_临2<S_实≤D_临1是否成立？若成立，则表明碰撞可能发生，于是执行步骤S105，并同时执行步骤S106；若不成立，则返回S101，提取下一组激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号。

步骤S105，发生指令触发第一电磁继电器闭合。

第一电磁继电器闭合后，触发LED指示灯启动，开始快速闪烁；触发蜂鸣器启动，开始蜂鸣；触发辅助制动电机启动，并转动一定角度使制动卡钳推动制动片接近制动盘并开始轻轻制动。

可见第一电磁继电器闭合后，系统同时从视觉、听觉、触觉三个方面进行预警，提醒驾驶员立即制动，有效减少追尾发生的概率。

步骤S106，通知本车的OBU发射预警信号给前车。

本车车载单元OBU通过专用短程通信DSRC技术实时发射安全情况信息，一旦接收到单片机的发射预警信号的通知，则将安全情况信息等于预警信号，并将预警信息发送到前车OBU。

前车OBU解析接收到的安全情况信息，发现是预警信号，则触发其电子接口产生中断，并通过中断信号控制前车制动灯的电子开关闭合，进而前车制动灯亮起，催促本车驾驶员制动，大大减少追尾碰撞发生的概率，提高行车安全。

步骤S107，发送指令触发第二电磁继电器闭合。

第二电磁继电器闭合后，安全带预紧电机启动，提前收紧安全带，减小头部和颈部所承受的负荷；与此同时，节气门驱动电机迅速启动，将节气门关闭，对发动机动力输出进行干预和调整，将发动机切换到怠速状态；与此同时，辅助制动电机也会启动，并转动一定角度使制动卡钳推动制动片接近制动盘，自动施加最大减速度，降低车辆撞击时的速度来最大限度的减轻损伤，提高行车安全，但车辆仍由驾驶员完全掌控。

考虑到制动稳定后需要尽快恢复节气门位置，上述主控单元的处理流程还可以在步骤S107之后包括：

步骤S108，记录碰撞时间T；

步骤S109，判断当前时间是否大于碰撞时间T+t(t为设定时间阈值)，若大于，则发送指令断开第二电磁继电器，进而放松制动卡钳和安全带，让节气门位置恢复正常；否则继续步骤S107，即保持第二电磁继电器闭合。

由上述可以看出，前后两车的距离在D_临2<S_实≤D_临1期间，可以通过上述单片机中的预设程序以及执行部件，有效地将实际车距拉开，因此能够大大减小追尾碰撞发生的概率。

若S_实≥D_临1，则单片机预设程序还需要设定将第一电磁继电器断开(第一电磁继电器的默认状态为断开)，此时LED指示灯呈熄灭状态，蜂鸣器和辅助制动电机呈关闭状态，自车正常驾驶。同时自车的车载单元将安全情况信号发送给前车，前车的车载单元确定安全情况信号为安全信息时，则保持刹车开关呈断开状态，以免影响后方车辆正常行驶。

3)执行单元30

执行单元30包括设置在自车中的LED指示灯、蜂鸣器、辅助制动电机、安全带预紧电机、节气门驱动电机以及设置在前车中的前车制动灯。

自车中的LED指示灯、蜂鸣器、辅助制动电机、安全带预紧电机由上述主控单元20中的第一电磁继电器控制；自车中的辅助制动电机、安全带预紧电机、节气门驱动电机由上述主控单元20中的第二电磁继电器控制；

LED指示灯：该LED指示灯安装在仪表盘上，若主控单元判断碰撞可能发生，此LED指示灯闪烁；

蜂鸣器：蜂鸣器安装在LED指示灯附近，若主控单元判断碰撞可能发生，蜂鸣器被触发开始蜂鸣；

辅助制动电机：辅助制动电机接收到主控单元30中的单片机的命令后，实现对电机的控制。若主控单元判断碰撞可能发生，辅助制动电机在第一电磁继电器闭合后启动，并转动一定角度使制动卡钳推动制动片接近制动盘并开始轻轻制动。一方面以身体感知警示驾驶员，另一方面可以增大两车车距，减少碰撞发生的概率；若主控单元判断碰撞不可避免，即使没有驾驶员的制动操作，辅助制动电机在第二电磁继电器闭合后也会自动辅助制动电机转动一定角度给自车施加最大减速度，降低车辆撞击时的速度来最大限度的减轻损伤，，保证车辆以及车主的安全但车辆仍由驾驶员完全掌控；

安全带预紧电机：若主控单元判断碰撞不可避免，安全带预紧电机接收到单片机的命令后，电机迅速启动预先收紧安全带，减小头部和颈部所承受的负荷；

节气门驱动电机：若主控单元判断碰撞不可避免，节气门驱动电机接收到单片机的命令后，节气门驱动电机迅速启动将节气门关闭节气门，对发动机动力输出进行干预和调整，将发动机切换到怠速状态。

前车制动灯：若主控单元判断碰撞可能发生，前车车载单元会从接收到的安全情况信息中解析到预警信号，则通过电子接口产生中断信号，并通过中断信号控制前车制动灯电子开关闭合，进而前车制动灯亮起，催促本车驾驶员制动，大大减少追尾碰撞发生的概率，提高行车安全。

由上述可以看出LED指示灯、蜂鸣器和辅助制动电机被第一电磁继电器控制；辅助制动电机、安全带预紧电机和节气门驱动电机被的第二电磁继电器控制。可见第一电磁继电器和第二电磁继电器对辅助制动电机的控制是并联的，即任意一个继电器闭合，辅助制动电机都会启动，只是电机转动的程度不一样。

车载单元40

车载单元40包括由无线发射模块和无线接收模块组成的无线通信模块以及电子硬件接口。无线接收模块用于接收周围车上的车载单元发送过来的车辆信息。无线发射模块基于专用短程通信DSRC技术通过车载自组网(VehicularAd-hocNetwork，VANET)将安全情况信息实时地发送到前车上的车载单元，该安全情况信息包括安全信号或预警信号。

若前车上的车载单元解析到安全情况信息为预警信号，则触发其电子硬件接口产生中断，并通过中断信号控制前车制动灯的电子开关闭合，进而前车制动灯亮起，催促本车驾驶员制动，大大减少追尾碰撞发生的概率，提高行车安全。

IEEE/ETSI的标准规定DSRC由V2I(VehiculartoInfrastructure)和V2V(VehicletoVehicle)两部分组成，后者又称VANET。V2I通信当中，基础通信设施通常固定在路边，称为路侧单元(RoadSideUnit，RSU)，车上通信设施称为OBU。VANET是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，整个网络没有固定的基础设施，每个节点具备在一定的可移动性的同时都能动态地保持与其它节点的通信，这一特点正与车辆的移动性完美的契合。特别是对于有些需要能够临时快速自动组网的移动网络特殊场合来说，每一个节点可以看作是一个路由器，可以协助其它节点进行分组转发以及发现、维持到其它节点路由。这样，两个无法直接进行通信的节点，在车辆自组网中实现了相互间的数据交换。与普通的无线通信网络相比，首先，Adhoc网络中无中心节点，也就是说所有节点的地位平等。其中任何一个节点的加入或离开都不会对整个网络产生影响，该网络可以随时加入节点和去除节点，具有很强的牢固性。第二，在Adhoc网络中节点可以协调各自的行为。通过相关分层协议和分布式算法，Adhoc网络中节点可以自动地组成网络，而无需任何其他网络设施的协助。第三，由于无专用路由设备，Adhoc网络通过DSDV、WRP、AODV、DSR、TORA和ZRP等路由协议，借助普通的网络节点完成多跳路由。最后，Adhoc网络的动态的网络结构保证了其节点具备一定的可移动性，甚至可以随时增加节点或减少节点。

实施例二

本发明实施例二还提供一种单片机，其嵌入实施例一中的如图2所示的实施流程。

实施例三

本发明实施例三提供一种汽车防碰撞方法，其实施流程如图2所示，具体实施步骤与上述实施例一中的单片机的实施流程相关描述相同，这里不再详细阐述。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (10)

1.一种汽车防追尾碰撞系统，其特征在于，所述汽车防追尾碰撞系统包括：

环境感知模块(10)、主控单元(20)、执行单元(30)、车载单元(40)；

所述主控单元(20)通过外设通信接口与环境感知模块(10)相连，通过线路与自车的执行单元(30)相连；通过专用短程通信DSRC接口与自车的车载单元(40)相连；所述自车的车载单元(40)通过车载自组网的DSRC技术与前车上的车载单元(40)通信；

所述前车上的车载单元(40)通过电子硬件接口产生的中断信号控制前车中执行单元(30)的前车制动灯。

2.根据权利要求1所述的汽车防追尾碰撞系统，其特征在于，

所述执行单元(30)包括：设置在自车的LED指示灯、蜂鸣器、辅助制动电机、安全带预紧电机、节气门驱动电机，以及设置在前车中的前车制动灯；

所述主控单元(20)包括：单片机、第一电磁继电器和第二电磁继电器；

所述第一电磁继电器、第二电磁继电器通过所述I/O接口与单片机相接；所述第一电磁继电器通过线路与所述LED指示灯、蜂鸣器和辅助制动电机相连；所述第二电磁继电器通过线路与所述辅助制动电机、安全带预紧电机、节气门驱动电机相接；所述前车中的前车制动灯由前车上的车载单元(40)通过电子硬件接口产生的中断信号控制；

所述单片机通过外设通信接口接收到处理后的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号；根据提取到的激光雷达测距信号得到前后两车之间的实际车距S_实，以及，根据自车速度信号和相对车速信号计算得到第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2；若确定S_实≤D_临2成立，则确定碰撞不可避免，发送指令触发第二电磁继电器闭合；若确定S_实≤D_临2不成立，则继续判断D_临2<S_实≤D_临1是否成立，若确定D_临2<S_实≤D_临1成立，则确定碰撞可能发生，发送指令触发第一电磁继电器闭合，并同时通知自车的车载单元(40)发射预警信号给前车的车载单元；若确定D_临2<S_实≤D_临1不成立，则所述单片机通过外设通信接口接收到下一组处理后的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号。

3.根据权利要求1或2所述的汽车防追尾碰撞系统，其特征在于，所述的主控单元(20)还包括：

存储器；所述存储器通过外设通信接口接收到所述环境感知模块(10)传输的激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号，并将其存储。

4.根据权利要求3所述的汽车防追尾碰撞系统，其特征在于，所述环境感知模块(10)包括：

前方车辆检测单元、车辆信号采集单元和信号处理电路；

所述前方车辆检测单元包括机器视觉传感器，通过所述机器视觉传感器对前方障碍物进行检测，将检测到的车辆前方图像进行数字图像处理，并对经过数字图像处理后的图形进行模式识别，若识别到前方车辆则会继续对其进行追踪；

所述车辆信号采集单元包括激光雷达测距传感器和速度传感器；通过所述激光雷达测距传感器实时测量前后两车之间的距离和相对车速，并对距离数据进行处理使其更加接近实际值，得到处理后的激光雷达测距信号；对相对车速数据进行处理使其更加接近实际值，得到处理后的相对车速信息；通过所述速度传感器实时感知自车车速，对感知到的自车车速进行相关处理使其更加接近实际值，得到处理后的自车速度信号。

所述信号处理电路对所述车辆信号采集单元处理后的激光雷达测距信号、相对车速信息和自车速度信号进行滤波处理，并输送出去。

5.一种汽车防追尾碰撞方法，其特征在于，所述汽车防追尾碰撞方法包括：

步骤S101，提取激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号；

步骤S102，根据提取到的激光雷达测距信号得到前后两车之间的实际车距S_实，以及，根据自车速度信号和相对车速信号计算得到第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2；

步骤S103，判断S_实≤D_临2是否成立？若成立，则表明碰撞不可避免，于是执行步骤S107；若不成立，则执行步骤S104；

步骤S104，判断D_临2<S_实≤D_临1是否成立？若成立，则表明碰撞可能发生，于是执行步骤S105，并同时执行步骤S106。若不成立，则返回步骤S101提取下一组激光雷达测距信号、自车速度信号和相对车速信号；

步骤S105，发生指令触发第一电磁继电器闭合；所述第一电磁继电器闭合控制所述LED指示灯、蜂鸣器和辅助制动电机启动；

步骤S106，通知本车的车载单元发射预警信号给前车上的车载单元；所述前车上的车载单元用于解析到预警信息，并触发电子硬件接口产生中断信号控制前车制动灯亮起；

步骤S107，发送指令触发第二电磁继电器闭合；所述第二电磁继电器的闭合控制所述辅助制动电机、安全带预紧电机、节气门驱动电机启动。

6.根据权利要求5所述的一种汽车防追尾碰撞方法，其特征在于，所述激光雷达测距信号、自车车速和相对车速通过如下过程获取：

通过机器视觉传感器对前方障碍物进行检测，并根据检测结果识别到前方车辆则会对其进行追踪；

通过所述激光雷达测距传感器实时测量前后两车之间的距离和相对车速，并对距离数据进行处理使其更加接近实际值，得到处理后的激光雷达测距信号；对相对车速数据进行处理使其更加接近实际值，得到处理后的相对车速信息；

通过所述速度传感器实时感知自车车速，对感知到的自车车速进行相关处理使其更加接近实际值，得到处理后的自车速度信号；

在提取前利用信号处理电路对所述激光雷达测距信号、相对车速信息和自车速度信号进行滤波处理。

7.根据权利要求5或6所述的一种汽车防追尾碰撞方法，其特征在于，所述步骤S102中计算所述第一临界安全车距D_临1和第二临界安全车距D_临2所采用的公式如下：

其中，u₀为驾驶员接到紧急制动信号时的自车车速；τ₁为驾驶员反应时间、τ₂为制动协调时间、τ₃为减速度增长时间；α_max表示制动过程中最大制动减速度；d₁表示对应可能发生碰撞情况下的制动后两车间第一安全距离；d₂表示对应碰撞不可避免情况下的制动后两车间第二安全距离。

8.根据权利要求7所述的一种汽车防追尾碰撞方法，其特征在于，在所述步骤S107之后还包括：

步骤S108，记录碰撞时间T；

步骤S109，判断当前时间是否大于碰撞时间T+t，其中所述t为设定时间阈值，若大于，则发送指令断开第二电磁继电器，放松制动卡钳和安全带，让节气门位置恢复正常；否则继续步骤S107。

9.根据权利要求8所述的一种汽车防追尾碰撞方法，其特征在于，所述一种汽车防追尾碰撞方法还包括：

确定S_实≥D_临1时，保持第一电磁继电器呈断开状态，同时自车的车载单元将安全信息发送给前车上的；前车上的车载单元解析到安全情况信号为安全信息，使前车刹车开关处于断开状态。

10.一种单片机，其特征在于，所述单片机中内置权利要求6至9任意一项所述的一种汽车防追尾碰撞方法。