CN105984447B - 基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统及方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统及方法,包括机器视觉感知装置、自动紧急制动装置、车辆制动稳定控制装置、安全距离控制装置;机器视觉感知装置通过安装于车头的雷达和摄像头探测行车状况;安全距离控制装置根据行车状况测算而采取报警、缓速制动或自动紧急制动的方式防止车辆的追尾;车辆稳定控制装置在高速紧急制动时具有防抱死功能,而在低速制动时,通过总线对发动机进行减速缓速制动控制;如在车辆启动打滑时可实现起步单侧轮打滑控制和同轴车轮打滑控制,实现车辆稳步启动。本系统可阻止车辆追尾事故的发生,可实现刹车时稳定控制和启动时的防滑转控制,减少在大雾、湿滑及冰雪路面交通追尾事故的发生,保护行车安全。

Description

基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统及方法
技术领域
本发明属于车辆底盘制动控制领域,具体涉及一种车辆前向防撞自动制动系统。
背景技术
近年来,随着汽车数量的急剧增加和物流业的快速发展,交通安全问题日益突出。尤其在近期新闻报道中,在大雾天气下、湿滑及冰雪路面上,高速公路出现了严重的两车,甚至多车连续追尾的事故,造成了严重的人员和财产的损失,同时给许多家庭带来了灾难和不幸。
目前,车辆前向防撞预警系统只采用雷达或激光等技术测量本车和前车之间的距离、相对车速,通过安全距离模型实时计算两车之间的距离是否超过了安全距离。通过安装在驾驶室内的报警器实时提醒驾驶员注意前方车辆,安全驾驶。这种前向防撞预警只在车速比较低和中速情况下,且驾驶员反应比较灵敏的情况下,能比较合适的起作用。但是,在车辆速度较高,且驾驶员反应不太灵敏的情况下,前向防撞系统则不能完全起作用。容易造成车辆追尾事故的发生。
再则,进一步地,如果在紧急制动情况下,有可能出现车辆的跑偏、侧翻或失去转向能力等问题,影响到车辆的安全稳定性。如果车辆低速行驶,驾驶员听到报警后要不断的进行点刹,这样增加了驾驶员的驾驶强度,使驾驶员易于疲劳。因此,基于上述情况,就急需解决在大雾天气及湿滑或冰雪道路情况下,能不断监视车辆前方路况,并在必要的情况下给驾驶员报警,修正车辆速度;进一步地,同时在出现紧急情况,驾驶员难以紧急应对时,车辆能自动的实现制动,并对制动过程进行稳定控制,以防止或减轻恶性交通事故的发生,挽回人员生命、货物和车辆损失,保证道路的畅通。
发明专利内容
针对现有前向防撞预警系统只能报警而无法对车辆进行制动的问题,提供一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统及方法,其系统工作原理简单、结构简易、布置方便,使用操作简单且使用效果好,能在突发性事故的情况下,实现对车辆的自动紧急制动,防止或减轻交通事故,以保证车辆行驶的安全性,提高道路的畅通能力。
另外,进一步地,对于现有存在的制动稳定控制等技术问题也进行了克服,可以防止在大雾及湿滑或冰雪路面情况下交通事故的发生,在突发性事故进行自动紧急制动时,还可进行稳定控制,防止或减轻交通事故,以保证车辆行驶的安全性,提高道路的畅通能力。
本发明的技术方案如下:
一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,包括报警器、雷达、安全行车距离测算模块,其特征在于,系统还包括机器视觉感知装置、自动紧急制动装置、车辆制动稳定控制装置、安全距离控制装置、防撞报警模块,具体地:
机器视觉感知装置,包括相连接的视觉探测传感器及机器视觉信息融合处理器;视觉探测传感器包括测距仪、摄像头,视觉探测传感器安装于汽车的头部,通过视觉探测传感器实时探测前方车辆或障碍物与本车之间的距离、相对速度并对路面进行识别;机器视觉信息融合处理器通过多传感器信号滤波与信号融合算法,获得包括相对车速、相对距离和路面状况的相关参数;机器视觉感知装置与安全距离测算装置的输入口连接,将测量值传输给安全距离测算装置;
安全距离控制装置,安全距离控制装置包括安全行车距离测算模块、决策判定模块,其中,安全行车距离测算模块连接决策判定模块;安全行车距离测算模块根据探测的相关探测数据实时计算安全行车距离;决策判定模块根据车辆当前的状态进行决策判断;安全距离控制装置包括多个输出接口,各个接口分别连接防撞报警模块、自动紧急制动装置、车辆制动稳定控制装置,安全距离控制装置根据其决策判定模块的控制指令,选择性地实现相应接口的连通;
安全距离控制装置的输入口连接设于车辆上的各轮速传感器、转角传感器;
自动紧急制动装置通过紧急制动电磁阀连接驱动轮的制动气室;
防撞报警模块连接报警器;
车辆制动稳定控制装置的多个接口分别连接车辆防抱死ABS系统、驱动防滑系统ASR、发动机。
进一步地,所述的机器视觉感知装置的测距仪采用利用连续毫米波雷达、超声波测距测速、激光测距测速、红外测距仪中的一个或多个,摄像头采用LED摄像头、微光摄像头、红外夜视摄像头及激光红外摄像头中的一个或多个。
进一步地,自动紧急制动装置包括紧急制动电磁阀、双向单通阀和三通阀,紧急制动电磁阀连接储气筒,接到紧急制动指令时,紧急制动电磁阀启动,使储气筒的气压通过双向单通阀和三通阀流向驱动轮的制动气室,实现车辆的自动紧急制动。
进一步地,所述的决策判定模块包括防撞预测控制模块、车体转弯状态判断模块,所述的安全行车距离测算模块与防撞预测控制模块连接,安全行车距离测算模块用于判断车辆在不同速度状态下的安全制动距离和制动力度;防撞预测决策模块根据安全制动距离、本车车速和安全行驶距离进行判断决策,以进行对车辆不同程度的智能控制,防撞预测控制模块设有多个输出接口,第一输出接口连接防撞报警模块,第二输出接口连接自动紧急制动装置、第三输出接口连接车辆制动稳定控制装置,第一输入接口连接车体转弯状态判断模块、第二输入接口连接安全行车距离测算模块;车体转弯状态判断模块连接转角传感器。
进一步地,所述的车辆制动稳定控制装置包括车辆状态监测模块、稳定方式控制模块,稳定控制方式控制模块根据从车辆状态监测模块获得的实时车速、行车距离与安全距离的差距,而与不同的接口连接;稳定控制方式控制模块的第一接口连接车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块,车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块在高速情况下紧急制动时启动,车辆制动稳定控制装置实时监测车辆的速度和车轮的滑移率,滑移率达到刹车防抱死ABS门限条件时,第一接口被激活,刹车防抱死ABS功能被激活,进入ABS调解循环,车辆在ABS控制功能下实现平稳刹车;第二接口连接正常刹车模块,滑移率未达到刹车防抱死ABS门限条件时,第二接口启用;第三接口连接缓速制动控制装置,缓速制动控制装置通过总线向发动机MECU申请减速,以实现缓速制动控制,在低速情况下需要紧急制动时,该接口启用。
进一步地,所述的车辆制动稳定控制装置还包括驱动防滑控制模块,驱动防滑控制模块包括起步单侧轮打滑控制模块和同轴车轮打滑控制模块,驱动防滑控制装置利用安装在车轮上的轮速传感器实时监测车轮的滑转率,并依据单侧打滑还是同轴打滑,分别启动起步单侧轮打滑控制装置或同轴车轮打滑控制模块;起步单侧轮打滑控制模块,连接紧急制动电磁阀和ABS电磁阀,并控制两阀同时启动;同轴车轮打滑控制模块控制向发动机MECU申请扭矩控制,实现防滑控制。
进一步地,安全距离控制装置根据车况做出不同的决策,根据决策结果调用不同的模块,当决策结果是车辆处于报警边界时,调用启动防撞报警模块报警提示驾驶员;当决策结果是车辆处于行车安全距离的临界点,则此时调用启动缓速制动控制模块,通过总线向发动机申请减低车速,以实时监测和计算两车之间的安全车距;当决策结果是两车之间的距离已经超过了安全行车距离,且缓速制动无助于阻止追尾,此时调用启动自动紧急制动模块,对车辆强行制动;调用启动自动紧急制动模块的同时,当车辆制动的滑移率达到ABS门限条件,车辆稳定控制装置开始起作用,实现车辆的平稳制动;当车辆起步时,如果起步打滑,则调用车辆稳定制动控制装置中的驱动防滑控制模块,驱动防滑控制模块连接紧急制动阀、ABS电磁阀、发动机,实现对车辆的启动平稳控制和顺利起步。
进一步地,所述的车辆制动稳定控制装置与发动机或机器视觉信息融合处理器之间采用总线连接,其总线连接方式采用CAN或J1939或FlexRay。
一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动控制方法,采用上述基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,包括如下步骤:
第一步,机器视觉感知装置、轮速传感器、转角传感器采集车辆的车速、行车环境、行车状况数据,传输给安全距离控制装置。
第二步,安全距离控制装置对行车状况进行测算与判断并进行紧急制动决策,在紧急制动过程中,调用车辆制动稳定控制装置,确保紧急制动时能够安全制动,具体判断方法包括:
如果在当前车速下,计算的安全制动距离远远小于当前车速下的安全行驶距离,则此时没有追尾危险,安全距离控制装置不发送任何指令,而是继续接收机器视觉感知装置发来的数据,实时监测并计算车辆的安全制动距离,并做出防撞预测决策;
如果在当前车速下,计算的安全制动距离已经临界于当前车速下安全行驶距离时,此时给防撞报警模块发送报警命令及数据;此时,根据本车的转向角和横向摆动率来判断车辆是否处于转弯状态,根据车辆是否转弯,可执行以下两个动作:如果判断车辆处于转弯状态,则说明此时出现的是虚警,此时不必要报警;如果判断车辆是处于直线行驶,则防撞报警模块根据本车和前车之间临界距离的大小,用不同的提示音来提醒驾驶员;
如果驾驶员在提醒作用下,采取了动作,修正了驾驶的速度,使得计算的安全制动距离远小于安全行驶距离,则防撞报警模块自动取消报警;
如果在防撞报警模块提示后,驾驶员对车速还未进行修正,且安全距离已经接近或超过安全制动距离,此时自动紧急制动装置启动;自动紧急制动装置一方面接受安全距离控制装置信号,另一方面接收防撞报警模块发来的信号;
如果在防撞报警模块提示后,本车车辆的速度仍未见任何减小,此时车辆速度仍较高,且安全制动距离已经接近或小于安全行驶距离,则立即启动自动紧急制动装置,紧急制动装置的紧急制动电磁阀启动,向车轮的制动气室注入制动压力,实行紧急制动;
如果在防撞报警模块提示后,本车速度仍未见任何减小,而此时车辆速度相对较低,且安全制动距离已经接近和小于安全行驶距离,自动紧急制动系统不工作,并缓速制动控制;
如果在道路前方突然闯入了车辆或物体,此时机器视觉探测到相对距离、相对速度和路面状况,安全距离控制装置计算出安全制动距离和制动力度,如果安全制动距离小于接近或小于安全行驶距离,则立即启动自动紧急制动装置;
在自动紧急制动装置制动过程中,实时监测车辆的速度和车轮的滑移率,如果车辆的速度较高,且滑移率已经达到刹车防抱死ABS门限条件时,刹车防抱死ABS功能被激活,车辆在ABS控制功能下实现平稳刹车;如果ABS动作的门限值没达到,则传统的刹车起作用,实现车辆的制动;
如果监测到车辆的速度较低,且接收到自动紧急制动装置发来的发动机速度控制命令时,此时车辆制动稳定控制装置启动发动机速度控制功能,依据本车的速度和制动力等相关参数,向发动机MECU发送控制报文,实现缓速制动控制;
第三步,车辆由于紧急制动处于停车和低速运行时,如果此时起步或提速,湿滑或冰雪路面会造成车轮的打滑,如果在打滑或低速提速过程中,有单侧车轮打滑,此时防滑驱动装置启动紧急制动电磁阀,并通过ABS电磁阀不同状态的组合对打滑的车辆进行控制实现驱动车辆顺利起步和提速;如果在此时,有同轴的车轮打滑,此时驱动防滑控制装置根据打滑车辆的滑转率,通过总线向发动机MECU发送扭矩和转速申请指令,实现对车辆的防滑控制。
一种车辆,采用上述基于机器视觉技术的车辆前向防撞自动紧急制动系统。
本发明通过安装在车辆头部的机器视觉感知装置实时探测并计算安全距离,通过报警提示驾驶员注意前方车辆,增加了驾驶员的视距和驾驶的安全性,防止车辆追尾事故发生;通过自动紧急制动装置,能对突发事件快速处理,提高了车辆制动的响应速度,防止和减轻交通事故的发生;在中、高速自动紧急制动情况下,通过车辆紧急制动防抱死(ABS)循环控制,保证了车辆在紧急制动时时的安全稳定性;在低速情况下,通过缓速制动控制,保证安全行驶距离,防止了追尾事故的发生,减轻了驾驶疲劳;本系统涉及车辆底盘稳定控制及主动安全、雷达、图像处理、模式识别、嵌入式计算机、电子、软件、总线通讯等相关领域,特别是把机器视觉技术、安全距离计算与决策技术、防撞报警技术、自动紧急制动技术、车辆制动稳定控制技术和起步驱动防滑控制等相互综合集成的系统,提高了车辆的自主智能控制水平和道路的畅通能力,保障了人、车及货物的安全,避免了恶性交通事故的发生。
附图说明
图1为本发明基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统的原理示意图;
图2为本发明基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统的工作结构图;
图3为本发明基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统的工作流程图;
图4为本发明基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统的结构图;
图5为本发明的车辆稳定制动控制装置的结构图。
具体实施方式
参照图1、图2、图4、图5中,本系统包括机器视觉感知装置、安全距离控制装置、防撞报警模块、自动紧急制动装置、车辆制动稳定控制装置,车辆制动稳定控制装置集成在ECU上,其车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块、缓速制动控制模块、驱动防滑控制模块,共同协作完成车辆前向防撞预警和紧急制动车辆稳定控制。
参照图2,本系统采用的技术方案为:安装于车辆头部的机器视觉感知装置,包括雷达和摄像头实时地测量本车和前车之间的距离、相对速度以及视频路面状况等数据,通过机器视觉信息融合处理器完成数据信号的滤波与数据融合,获得相对速度、相对距离及路面状况等相关参数,并把这些参数送给安全距离控制装置。
安全距离控制装置接收机器视觉感知装置计算得到的相对车距、相对速度及路面状况等数据,同时接收通过轮速传感器获得的车体速度信号;安全行车距离测算模块根据这些参数计算出车辆在不同速度状态下的安全制动距离和制动力度;决策判定模块中的防撞预测控制模块则根据本车的车速、安全行驶距离与安全制动距离进行决策,并根据决策结果给出无追尾危险、防撞报警提示、启动缓速制动控制和启动紧急制动等指令,进一步控制与无追尾危险、启动防撞报警模块、启动缓速制动控制模块和启动自动紧急制动模块的各接口的通断。
安全距离控制装置中的防撞预测控制模块根据安全行车距离测算模块接收提供的信号,并根据车辆的方向盘转角信息和横摆角摆动率,利用车体转弯状态模块来判断车辆是否处于转弯状态。如果车辆未转弯,且车辆处于安全制动距离的临界点时,防撞报警模块连通,报警系统开始报警,并随着相对距离的减小,报警声越急促。如果车辆转弯,则此时防撞报警模块不报警,这样可以避免在车辆转弯时的虚报警。
自动紧急制动装置连接安全距离控制装置,安全距离控制装置中的启动防撞报警模块连接启动自动紧急制动模块,如果安全距离控制装置判断出车辆会出现追尾危险,则报警提示,在报警提示后仍不见车辆之间的距离增加,反而车辆之间的距离逼近制动距离的临界值时,此时自动紧急制动装置自动起作用,打开紧急制动电磁阀,制动气压注入车辆的制动气室,实现了对车辆的紧急制动;如果在突发情况下,如道路前方突然闯入车辆、人或物体,此时安全距离控制装置计算得到车辆的行驶安全距离已经临界或超过了制动距离,此时立即启动自动紧急制动装置,实现车辆的紧急制动,避免或减轻交通事故的发生。
车辆制动稳定控制模块包括车辆状态监测模块、稳定方式控制模块、车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块、缓速制动控制装置、驱动防滑控制模块;稳定控制方式控制模块的第一接口连接车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块,车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块在高速情况下紧急制动时启动,车辆制动稳定控制装置实时监测车辆的速度和车轮的滑移率,滑移率达到刹车防抱死ABS门限条件时,第一接口被激活,刹车防抱死ABS功能被激活,进入ABS调解循环,车辆在ABS控制功能下实现平稳刹车;第二接口连接正常刹车模块,滑移率未达到刹车防抱死ABS门限条件时,第二接口启用;第三接口连接缓速制动控制装置,缓速制动控制装置通过总线向发动机MECU申请减速,以实现缓速制动控制,在低速情况下需要紧急制动时,该接口启用。当本车的速度比较高,且在自动紧急系统开启后,对车辆进行紧急制动,如果在制动过程中车辆的滑移率达到了ABS的激活条件时,ABS系统开始投入工作,控制车辆平稳的停止下来,防止车辆的追尾。当本车的速度较低,且计算的制动力度较弱时,此时通过总线技术向发动机MECU发送减速申请指令,实现缓速制动控制,逐步减低车辆的速度,使之保持在安全距离之内。
驱动防滑控制模块由单侧防滑驱动控制模块和同轴防滑驱动控制模块两部分组成。当车辆在起步时,如果单侧车轮打滑,单侧防滑驱动控制模块连接紧急制动电磁阀、ABS电磁阀,启动紧急制动电磁阀,紧急制动电磁阀与ABS电磁阀的组合同时动作,实现对滑转车轮的控制;如果同轴的两个车轮都出现滑转时,则通过总线向发动机申请扭矩控制,以减低转速增大扭矩,实现同轴打滑的防滑控制,以保证车辆的顺利起步。
机器视觉感知装置,包括相连接的视觉探测传感器及机器视觉信息融合处理器;视觉探测传感器包括测距仪、摄像头,视觉探测传感器安装于汽车的头部,通过视觉探测传感器实时探测前方车辆或障碍物与本车之间的距离、相对速度并对路面进行识别;机器视觉信息融合处理器通过多传感器信号滤波与信号融合算法,获得包括相对车速、相对距离和路面状况的相关参数;机器视觉感知装置与安全距离测算装置的输入口连接,将测量值传输给安全距离测算装置;
安全距离控制装置,安全距离控制装置包括安全行车距离测算模块、决策判定模块,安全距离控制装置包括多个输出接口,各个接口分别连接防撞报警模块、自动紧急制动装置、车辆制动稳定控制装置,安全距离控制装置根据其决策判定模块的控制指令,选择性地实现相应接口的连通;安全距离控制装置的输入口连接设于车辆上的各轮速传感器、转角传感器;
自动紧急制动装置包括紧急制动电磁阀、双向单通阀和三通阀,紧急制动电磁阀连接储气筒,接到紧急制动指令时,紧急制动电磁阀启动,使储气筒的气压通过双向单通阀和三通阀流向驱动轮的制动气室,实现车辆的自动紧急制动。
防撞报警模块连接报警器;机器视觉感知装置的测距仪采用利用连续毫米波雷达、超声波测距测速、激光测距测速、红外测距仪中的一个或多个,摄像头采用LED摄像头、微光摄像头、红外夜视摄像头及激光红外摄像头中的一个或多个。
车辆制动稳定控制装置的多个接口分别连接车辆防抱死ABS系统、驱动防滑系统ASR、发动机。
决策判定模块包括防撞预测控制模块、车体转弯状态判断模块,所述的安全行车距离测算模块与防撞预测控制模块连接,安全行车距离测算模块用于判断车辆在不同速度状态下的安全制动距离和制动力度;防撞预测决策模块根据安全制动距离、本车车速和安全行驶距离进行判断决策,以进行对车辆不同程度的智能控制,防撞预测控制模块设有多个输出接口,第一输出接口连接防撞报警模块,第二输出接口连接自动紧急制动装置、第三输出接口连接车辆制动稳定控制装置,第一输入接口连接车体转弯状态判断模块、第二输入接口连接安全行车距离测算模块;车体转弯状态判断模块连接转角传感器。
车辆制动稳定控制装置包括车辆状态监测模块、稳定方式控制模块,稳定控制方式控制模块根据从车辆状态监测模块获得的实时车速、行车距离与安全距离的差距,而与不同的接口连接;稳定控制方式控制模块的第一接口连接车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块,车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块在高速情况下紧急制动时启动,车辆制动稳定控制装置实时监测车辆的速度和车轮的滑移率,滑移率达到刹车防抱死ABS门限条件时,第一接口被激活,刹车防抱死ABS功能被激活,进入ABS调解循环,车辆在ABS控制功能下实现平稳刹车;第二接口连接正常刹车模块,滑移率未达到刹车防抱死ABS门限条件时,第二接口启用;第三接口连接缓速制动控制装置,缓速制动控制装置通过总线向发动机MECU申请减速,以实现缓速制动控制,在低速情况下需要紧急制动时,该接口启用。
车辆制动稳定控制装置还包括驱动防滑控制模块,驱动防滑控制模块包括起步单侧轮打滑控制模块和同轴车轮打滑控制模块,驱动防滑控制装置利用安装在车轮上的轮速传感器实时监测车轮的滑转率,并依据单侧打滑还是同轴打滑,分别启动起步单侧轮打滑控制装置或同轴车轮打滑控制模块;起步单侧轮打滑控制模块,连接紧急制动电磁阀和ABS电磁阀,并控制两阀同时启动;同轴车轮打滑控制模块控制向发动机MECU申请扭矩控制,实现防滑控制。
参照图3中,本发明的控制方法为:安装在车头的雷达和摄像头不断地探测道路前方的车辆、行人或障碍物,并获得雷达数据和摄像头视频数据;机器视觉信息融合处理器把多传感器获得的数据进行滤波和数据融合处理,获得相对距离、相对速度和路面状况,并把这些数据传送给安全距离控制装置及车辆稳定控制装置;轮速传感器、转角传感器及其他车况系统也向安全距离控制装置及车辆稳定控制装置提供车况信息。
安全距离控制装置接收到这些数据后,送入安全行车距离测算模块,全行车距离测算模块根据车辆相对速度、相对距离、路面状况和本车的车速,实时计算出安全制动距离和制动力度;防撞预测决策模块联合车体转弯状态判断模块根据安全制动距离、本车车速和安全行驶距离进行判断决策,以进行对车辆不同程度的智能控制,其控制过程如下:(1)如果在当前车速下,计算的安全制动距离远远小于当前车速下的安全行驶距离,则此时没有追尾危险。安全距离控制装置不向防撞报警模块、自动紧急制动装置和车辆稳定控制装置发送任何指令,而是继续接收机器视觉装置发来的数据,实时监测并计算车辆的安全制动距离,并做出防撞预测决策;(2)如果在当前车速下,计算的安全制动距离已经临界于当前车速下安全行驶距离时,此时防撞预测决策模块给防撞报警模块发送报警命令及数据;防撞报警装置接受到安全距离控制装置发来的指令及数据后,再根据本车的转向角和横向摆动率来判断车辆是否处于转弯状态,根据车辆是否转弯,可执行以下两个动作:(2.1)如果车体转弯状态判断模块判断车辆处于转弯状态,则说明此时出现的是虚警,此时不必要报警;(2.2)如果车体转弯状态判断模块判断车辆是处于直线行驶,则报警装置根据本车和前车之间临界距离的大小,用不同的提示音来提醒驾驶员;(2.2.1)如果驾驶员在提醒作用下,采取了动作,修正了驾驶的速度,使得计算的安全制动距离远小于安全行驶距离,则防撞报警模块自动取消报警。(2.2.2)如果在防撞报警提示后,驾驶员对车速还未进行修正,且安全距离已经接近或超过安全制动距离,此时启动防撞预警模块则向启动自动紧急制动模块给出紧急制动信号,自动紧急制动装置启动;(3)自动紧急制动装置连通后:(3.1)如果在防撞报警模块提示后,本车车辆的速度仍未见任何减小,此时车辆速度仍较高,且安全制动距离已经接近或小于安全行驶距离,则立即连通启动紧急制动电磁阀,向车轮的制动气室注入制动压力,实行紧急制动;(3.2)如果在防撞报警模提示后,本车速度仍未见任何减小,而此时车辆速度相对较低,且安全制动距离已经接近和小于安全行驶距离,自动紧急制动系统不工作,防撞预测决策模块与启动缓速制动控制模块连通,启动缓速制动控制模块连通车辆稳定控制装置中的缓速制动控制装置。(3.3)如果在道路前方突然闯入了车辆或物体,此时机器视觉探测到相对距离、相对速度和路面状况,安全行车距离测算模块计算出安全制动距离和制动力度,如果安全制动距离小于接近或小于安全行驶距离,则立即启动紧急制动电磁阀,向车轮的制动气室注入制动压力,实行紧急制动;(4)车辆制动稳定控制装置实时监测车辆的速度和车轮的滑移率,(4.1)如果车辆的速度较高,且滑移率已经达到刹车防抱死ABS门限条件时,车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块接口连通,刹车防抱死ABS功能被激活,进入ABS调解循环,车辆在ABS控制功能下实现平稳刹车;如果ABS动作的门限值没达到,正常刹车模块连通,则传统的刹车起作用,实现车辆的制动。(4.2)如果车辆制动稳定控制装置监测到车辆的速度较低,且接收到启动自动紧急制动模块发来的发动机速度控制命令时,此时车辆制动稳定控制装置的缓速制动控制装置接口连通,缓速制动控制装置与发动机连接,依据本车的速度和制动力等相关参数,向发动机MECU发送控制报文,实现缓速制动控制。(5)车辆由于紧急制动处于停车和低速运行时,如果此时起步或提速,湿滑或冰雪路面会造成车轮的打滑,(5.1)如果在打滑或低速提速过程中,有单侧车轮打滑,此时驱动防滑控制模块启动紧急制动电磁阀,并通过ABS电磁阀不同状态的组合对打滑的车辆进行控制实现驱动车辆顺利起步和提速。(5.2)如果在此时,有同轴的车轮打滑,此时驱动防滑控制,模块根据打滑车辆的滑转率,通过总线向发动机MECU发送扭矩和转速申请指令,实现对车辆的防滑控制。
所述的车辆紧急制动稳定控制ECU与发动机或机器视觉融合处理器之间采用总线连接,其总线连接方式采用CAN或J1939或FlexRay。
一种车辆,采用上述基于机器视觉技术的车辆前向防撞自动紧急制动系统。
上述所述的系统组成及功能、工作原理、控制方法不仅适用于商用汽车,重卡、轻卡、专用车辆等,而且也适用于乘用车,如轿车、面包车、客车及SUV等。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本案的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本案进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本案的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本案技术方案的精神,其均应涵盖在本案请求保护的技术方案范围当中。

Claims (13)

1.一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,包括报警器、雷达、安全行车距离测算模块,其特征在于,系统还包括机器视觉感知装置、自动紧急制动装置、车辆制动稳定控制装置、安全距离控制装置、防撞报警模块:
机器视觉感知装置,包括相连接的视觉探测传感器及机器视觉信息融合处理器;视觉探测传感器包括测距仪、摄像头,视觉探测传感器安装于汽车的头部,通过视觉探测传感器实时探测前方车辆或障碍物与本车之间的距离、相对速度并对路面进行识别;机器视觉信息融合处理器通过对多传感器信号滤波并采用信号融合算法,获得包括相对车速、相对距离和路面状况的相关参数;机器视觉感知装置与安全行车距离测算模块的输入口连接,将测量值传输给安全行车距离测算模块;
安全距离控制装置,安全距离控制装置包括安全行车距离测算模块、决策判定模块,其中,安全行车距离测算模块连接决策判定模块;安全行车距离测算模块根据探测的相关探测数据实时计算安全行驶距离;决策判定模块根据车辆当前的状态进行决策判断;安全距离控制装置包括多个输出接口,各个接口分别连接防撞报警模块、自动紧急制动装置、车辆制动稳定控制装置,安全距离控制装置根据其决策判定模块的控制指令,选择性地实现相应接口的连通;
安全距离控制装置的输入口连接设于车辆上的各轮速传感器、转角传感器;
自动紧急制动装置通过紧急制动电磁阀连接驱动轮的制动气室;
防撞报警模块连接报警器;
车辆制动稳定控制装置的多个接口分别连接车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块、驱动防滑系统ASR、发动机;
机器视觉感知装置、轮速传感器、转角传感器采集车辆的车速、行车环境、行车状况数据,传输给安全距离控制装置;
安全距离控制装置对行车状况进行测算与判断并进行紧急制动决策,在紧急制动过程中,调用车辆制动稳定控制装置,确保紧急制动时能够安全制动,具体判断方法包括:
如果在当前车速下,计算的安全制动距离远远小于当前车速下的安全行驶距离,则此时没有追尾危险,安全距离控制装置不发送任何指令,而是继续接收机器视觉感知装置发来的数据,实时监测并计算车辆的安全制动距离,并做出防撞预测决策;
如果在当前车速下,计算的安全制动距离已经临界于当前车速下安全行驶距离时,此时给防撞报警模块发送报警命令及数据;此时,根据本车的转向角和横向摆动率来判断车辆是否处于转弯状态,根据车辆是否转弯,可执行以下两个动作:如果判断车辆处于转弯状态,则说明此时出现的是虚警,此时不必要报警;如果判断车辆是处于直线行驶,则防撞报警模块根据本车和前车之间临界距离的大小,用不同的提示音来提醒驾驶员;
如果驾驶员在提醒作用下,采取了动作,修正了驾驶的速度,使得计算的安全制动距离远小于安全行驶距离,则防撞报警模块自动取消报警;
如果在防撞报警模块提示后,驾驶员对车速还未进行修正,且安全行驶距离已经接近或超过安全制动距离,此时自动紧急制动装置启动;自动紧急制动装置一方面接受安全距离控制装置信号,另一方面接收防撞报警模块发来的信号;
如果在防撞报警模块提示后,本车车辆的速度仍未见任何减小,此时车辆速度仍较高,且安全制动距离已经接近或大于安全行驶距离,则立即启动自动紧急制动装置,紧急制动装置的紧急制动电磁阀启动,向车轮的制动气室注入制动压力,实行紧急制动;
如果在防撞报警模块提示后,本车速度仍未见任何减小,而此时车辆速度相对较低,且安全制动距离已经小于安全行驶距离,自动紧急制动系统不工作,并缓速制动控制;
如果在道路前方突然闯入了车辆或物体,此时机器视觉探测到相对距离、相对速度和路面状况,安全距离控制装置计算出安全制动距离和制动力度,如果安全制动距离接近或大于安全行驶距离,则立即启动自动紧急制动装置;
在自动紧急制动装置制动过程中,实时监测车辆的速度和车轮的滑移率,如果车辆的速度较高,且滑移率已经达到刹车防抱死ABS门限条件时,刹车防抱死ABS功能被激活,车辆在ABS控制功能下实现平稳刹车;如果ABS动作的门限值没达到,则传统的刹车起作用,实现车辆的制动;
如果监测到车辆的速度较低,且接收到自动紧急制动装置发来的发动机速度控制命令时,此时车辆制动稳定控制装置启动发动机速度控制功能,依据本车的速度和制动力相关参数,向发动机MECU发送控制报文,实现缓速制动控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,其特征在于,所述的机器视觉感知装置的测距仪采用连续毫米波雷达、超声波测距测速仪、激光测距测速仪、红外测距仪中的一个或多个,摄像头采用LED摄像头、微光摄像头、红外夜视摄像头及激光红外摄像头中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,其特征在于,自动紧急制动装置包括紧急制动电磁阀、双向单通阀和三通阀,紧急制动电磁阀连接储气筒,接到紧急制动指令时,紧急制动电磁阀启动,使储气筒的气压通过双向单通阀和三通阀流向驱动轮的制动气室,实现车辆的自动紧急制动。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,其特征在于,所述的决策判定模块包括防撞预测控制模块、车体转弯状态判断模块,所述的安全行车距离测算模块与防撞预测控制模块连接,安全行车距离测算模块用于判断车辆在不同速度状态下的安全制动距离和制动力度;防撞预测决策模块根据安全制动距离、本车车速和安全行驶距离进行判断决策,以进行对车辆不同程度的智能控制,防撞预测控制模块设有多个输出接口,第一输出接口连接防撞报警模块,第二输出接口连接自动紧急制动装置、第三输出接口连接车辆制动稳定控制装置,第一输入接口连接车体转弯状态判断模块、第二输入接口连接安全行车距离测算模块;车体转弯状态判断模块连接转角传感器。
5.根据权利要求1至3任一所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,其特征在于,所述的车辆制动稳定控制装置包括车辆状态监测模块、稳定方式控制模块,稳定控制方式控制模块根据从车辆状态监测模块获得的实时车速、行车距离与安全距离的差距,而与不同的接口连接;稳定控制方式控制模块的第一接口连接车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块,车辆紧急制动防抱死ABS循环控制模块在高速情况下紧急制动时启动,车辆制动稳定控制装置实时监测车辆的速度和车轮的滑移率,滑移率达到刹车防抱死ABS门限条件时,第一接口被激活,刹车防抱死ABS功能被激活,进入ABS调解循环,车辆在ABS控制功能下实现平稳刹车;第二接口连接正常刹车模块,滑移率未达到刹车防抱死ABS门限条件时,第二接口启用;第三接口连接缓速制动控制装置,缓速制动控制装置通过总线向发动机MECU申请减速,以实现缓速制动控制,在低速情况下需要紧急制动时,该接口启用。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,其特征在于,所述的车辆制动稳定控制装置还包括驱动防滑控制模块,驱动防滑控制模块包括起步单侧轮打滑控制模块和同轴车轮打滑控制模块,驱动防滑控制模块利用安装在车轮上的轮速传感器实时监测车轮的滑转率,并依据单侧打滑还是同轴打滑,分别启动起步单侧轮打滑控制装置或同轴车轮打滑控制模块;起步单侧轮打滑控制模块,连接紧急制动电磁阀和ABS电磁阀,并控制两阀同时启动;同轴车轮打滑控制模块向发动机MECU申请扭矩控制,实现防滑控制;车辆由于紧急制动处于停车和低速运行时,如果此时起步或提速,湿滑路面会造成车轮的打滑,如果在打滑或低速提速过程中,有单侧车轮打滑,此时驱动防滑控制模块启动紧急制动电磁阀,并通过ABS电磁阀不同状态的组合对打滑的车辆进行控制实现驱动车辆顺利起步和提速;如果在此时,有同轴的车轮打滑,此时驱动防滑控制模块根据打滑车辆的滑转率,通过总线向发动机MECU发送扭矩和转速申请指令,实现对车辆的防滑控制。
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,其特征在于,所述的车辆制动稳定控制装置还包括驱动防滑控制模块,驱动防滑控制模块包括起步单侧轮打滑控制模块和同轴车轮打滑控制模块,驱动防滑控制模块利用安装在车轮上的轮速传感器实时监测车轮的滑转率,并依据单侧打滑还是同轴打滑,分别启动起步单侧轮打滑控制装置或同轴车轮打滑控制模块;起步单侧轮打滑控制模块,连接紧急制动电磁阀和ABS电磁阀,并控制两阀同时启动;同轴车轮打滑控制模块向发动机MECU申请扭矩控制,实现防滑控制;车辆由于紧急制动处于停车和低速运行时,如果此时起步或提速,冰雪路面会造成车轮的打滑,如果在打滑或低速提速过程中,有单侧车轮打滑,此时驱动防滑控制模块启动紧急制动电磁阀,并通过ABS电磁阀不同状态的组合对打滑的车辆进行控制实现驱动车辆顺利起步和提速;如果在此时,有同轴的车轮打滑,此时驱动防滑控制模块根据打滑车辆的滑转率,通过总线向发动机MECU发送扭矩和转速申请指令,实现对车辆的防滑控制。
8.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,其特征在于,安全距离控制装置根据车况做出不同的决策,根据决策结果调用不同的模块,当决策结果是车辆处于报警边界时,调用启动防撞报警模块报警提示驾驶员;当决策结果是车辆处于行车安全行驶距离的临界点,则此时调用启动缓速制动控制模块,通过总线向发动机申请减低车速,以实时监测和计算两车之间的安全车距;当决策结果是两车之间的安全制动距离已经超过了安全行驶距离,且缓速制动无助于阻止追尾,此时调用启动自动紧急制动模块,对车辆强行制动;调用启动自动紧急制动模块的同时,当车辆制动的滑移率达到ABS门限条件,车辆稳定控制装置开始起作用,实现车辆的平稳制动;当车辆起步时,如果起步打滑,则调用车辆稳定制动控制装置中的驱动防滑控制模块,驱动防滑控制模块连接紧急制动阀、ABS电磁阀、发动机,实现对车辆的启动平稳控制和顺利起步。
9.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,其特征在于,所述的车辆制动稳定控制装置与发动机或机器视觉信息融合处理器之间采用总线连接,其总线连接方式采用CAN或J1939或FlexRay。
10.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,其特征在于,所述的车辆制动稳定控制装置与发动机或机器视觉信息融合处理器之间采用总线连接,其总线连接方式采用CAN或J1939或FlexRay。
11.一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动控制方法,采用上述权利要求1至10任一项所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统,包括如下步骤:
第一步,机器视觉感知装置、轮速传感器、转角传感器采集车辆的车速、行车环境、行车状况数据,传输给安全距离控制装置;
第二步,安全距离控制装置对行车状况进行测算与判断并进行紧急制动决策,在紧急制动过程中,调用车辆制动稳定控制装置,确保紧急制动时能够安全制动,具体判断方法包括:
如果在当前车速下,计算的安全制动距离远远小于当前车速下的安全行驶距离,则此时没有追尾危险,安全距离控制装置不发送任何指令,而是继续接收机器视觉感知装置发来的数据,实时监测并计算车辆的安全制动距离,并做出防撞预测决策;
如果在当前车速下,计算的安全制动距离已经临界于当前车速下安全行驶距离时,此时给防撞报警模块发送报警命令及数据;此时,根据本车的转向角和横向摆动率来判断车辆是否处于转弯状态,根据车辆是否转弯,可执行以下两个动作:如果判断车辆处于转弯状态,则说明此时出现的是虚警,此时不必要报警;如果判断车辆是处于直线行驶,则防撞报警模块根据本车和前车之间临界距离的大小,用不同的提示音来提醒驾驶员;
如果驾驶员在提醒作用下,采取了动作,修正了驾驶的速度,使得计算的安全制动距离远小于安全行驶距离,则防撞报警模块自动取消报警;
如果在防撞报警模块提示后,驾驶员对车速还未进行修正,且安全制动距离已经接近或超过安全制动距离,此时自动紧急制动装置启动;自动紧急制动装置一方面接受安全距离控制装置信号,另一方面接收防撞报警模块发来的信号;
如果在防撞报警模块提示后,本车车辆的速度仍未见任何减小,此时车辆速度仍较高,且安全制动距离已经接近或大于安全行驶距离,则立即启动自动紧急制动装置,紧急制动装置的紧急制动电磁阀启动,向车轮的制动气室注入制动压力,实行紧急制动;
如果在防撞报警模块提示后,本车速度仍未见任何减小,而此时车辆速度相对较低,且安全制动距离已经小于安全行驶距离,自动紧急制动系统不工作,并缓速制动控制;
如果在道路前方突然闯入了车辆或物体,此时机器视觉探测到相对距离、相对速度和路面状况,安全距离控制装置计算出安全制动距离和制动力度,如果安全制动距离接近或大于安全行驶距离,则立即启动自动紧急制动装置;
在自动紧急制动装置制动过程中,实时监测车辆的速度和车轮的滑移率,如果车辆的速度较高,且滑移率已经达到刹车防抱死ABS门限条件时,刹车防抱死ABS功能被激活,车辆在ABS控制功能下实现平稳刹车;如果ABS动作的门限值没达到,则传统的刹车起作用,实现车辆的制动;
如果监测到车辆的速度较低,且接收到自动紧急制动装置发来的发动机速度控制命令时,此时车辆制动稳定控制装置启动发动机速度控制功能,依据本车的速度和制动力相关参数,向发动机MECU发送控制报文,实现缓速制动控制;
第三步,车辆由于紧急制动处于停车和低速运行时,如果此时起步或提速,湿滑路面会造成车轮的打滑,如果在打滑或低速提速过程中,有单侧车轮打滑,此时防滑驱动装置启动紧急制动电磁阀,并通过ABS电磁阀不同状态的组合对打滑的车辆进行控制实现驱动车辆顺利起步和提速;如果在此时,有同轴的车轮打滑,此时驱动防滑控制装置根据打滑车辆的滑转率,通过总线向发动机MECU发送扭矩和转速申请指令,实现对车辆的防滑控制。
12.根据权利要求11所述的一种基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动控制方法,其特征在于,在第三步中,路面为冰雪路面,冰雪路面会造成车轮的打滑。
13.一种车辆,其特征在于,采用上述权利要求1至10任一所述的基于机器视觉的车辆前向防撞自动紧急制动系统。
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