CN106023647A - 驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置，包括信息采集单元、车载信息与状态监测单元、信息处理单元和信息输出装置。中央处理器(11)接收毫米波雷达(4)、本车速度传感器(5)、转向角传感器(6)、制动传感器(7)、加速踏板传感器(8)、路面情况选择(9)和驾驶习惯及当前驾驶状态(10)模块发送来的信号，基于车辆安全车距控制模型，给出控制策略，进而给出预警信息。特征在于：车载信息与状态监测单元中数据采集板(1‑2)能接收人车路(环境)中车辆状态、驾驶员当前状态、行为操纵的电压信号、频率信号以及开关信号。中央处理器(11)可针对当前驾驶状态和驾驶行为习惯，实时计算最小安全距离和速度。

Description

驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置

技术领域

本发明涉及一种驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置。

背景技术

随着中国经济的高速发展，汽车已经越来越普遍，随之而来的是交通事故的频发。驾驶员疲劳等导致的追尾、车道偏离等是交通事故的主要原因，不仅给社会带来极大的经济损失，还严重危害了人的生活及生命健，因此，加强车辆安全距离预警控制装置的研究具有重要意义。

目前，驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置当前的主要问题是没有考虑驾驶员行为操纵习惯以及驾驶员当前行驶状态，给予的预警信息不是过早就是过晚，系统的虚警率、误警率高，再者预警控制阶段是通过控制发动机节气门开度，自动降低档位来实现对车辆速度的调节。

车辆安全车距预警控制模型有很多种，各种模型都是在一定的假设条件下分析计算得到的，然而由于实际路况的复杂，安全车距并不是一成不变的，需要根据周边环境状况、车辆运行状况和驾驶员的行为操纵特点进行改变和调节。通过MATLAB仿真分析了安全车距的影响因素，得出不同运动状态下驾驶员状态、驾驶员行为习惯下车辆安全距离、速度、附着系数的变化规律，对安全距离模型的选择有一定的参考作用。安全距离过小，容易发生追尾事故，不利于车辆的安全行驶；反之，距离过大，又会降低道路通行能力。

在车辆的行驶过程中，车辆的有关技术参数运含着车辆状态的重要信息。现有系统都是针对某一方面的应用开发的，功能比较单一。由于缺乏驾驶员行为操纵习惯以及驾驶员当前行驶状态的分析，系统自适应的预警功能有待提高。因此，建立一套基于人车路(环境)信息实时监测和驾驶行为操纵习惯分析的驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置，对车辆运行状态进行实时监测，获取并分析发动机、车辆行驶状态、驾驶员行为操纵、周边道路环境等各种重要参数的历史纪录，对驾驶员当前的安全状态进行判定和预警对于保障现代交通系统的正常运行具有十分重要实际意义。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种基于车辆状态、发动机参数、驾驶员行为操纵习惯、驾驶员当前行驶状态数据的驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置。

本发明的驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置，包括信息采集单元、车载信息与状态监测单元、信息处理单元和信息输出装置四部分构成。信息采集单元主要包括毫米波雷达、本车速度传感器、转向角传感器、制动传感器、加速踏板传感器、路面情况监测器等；车载信息与状态监测单元包括便携式PC机、数据采集板、GPS接收机和电子罗盘等设备构成；信息处理单元主要为中央处理器；信息输出装置包括显示屏、报警蜂鸣器、报警指示灯等。其特征在于中央处理器接收毫米波雷达、本车速度传感器、转向角传感器、制动传感器、加速踏板传感器、路面情况监测器、车载信息与状态监测发送来的信号，基于车辆安全车距控制模型，给出控制策略，进而触发显示屏、报警蜂鸣器、报警指示灯给出相应的预警信息。

根据本发明的车载信息与状态监测单元，其中，数据采集板包括信号调理电路、处理器、串口扩展电路、数码管显示模块和电源电路。所述数据采集板工作的起止由所述便携式PC机上开发的软件控制。通过所述RS232串行接口，向所述数据采集板上的所述处理器发出命令，控制所述数据采集板工作。所述数据采集板上的所述处理器作为数据采集部分的核心，负责驱动外围设备，将待采集的信号转换为计算机可以直接识别的数字量，并要通过扩展的所述RS232串行接口与所述GPS接收机、所述电子罗盘通信，读取车辆的地理位置及行驶方位数据。所有的数据最后集中汇总到数据采集板的嵌入式处理器中，由处理器按照制定的通信协议，统一打包发送给所述便携式PC机。所述便携式PC机上开发的软件将所述数据采集板发来的数据接收后，还需要进行相应的转换工作。把采集的数据还原成真实值。还原后的数据将以文件的形式存储，并通过软件的所述显示模块进行实时的显示。此外，也可通过所述数据采集板直接驱动所述数码管显示模块，实现部分信号的实时显示。

通过这种装置，便携式PC机是系统的控制核心，通过RS232串行接口与数据采集板上的处理器通信，控制其运行与停止。相对数据采集板上的嵌入式处理器，便携式PC机的处理能较强，存储空间较大，具有标准的输入输出设备及人机交互接口。在系统设计时，将数据的处理、存储与显示功能交给便携式PC实现。数据采集板上的嵌入式处理器，具有一定的计算处理能力。考虑到嵌入式处理器的实时性优点，及其处理、存储能力有限。所以将实时性要求较高的传感器信号采集以及与GPS接收机、电子罗盘的数据交换功能交给数据采集板完成。

优选的是，数据采集板的输入输出接口包括：

11路0～5V模拟电压信号输入，转换精度为10位，最大转换速率38ksps；8路0～3.3V模拟电压信号输入，转换精度12位，最大转换速率100ksps；3路频率信号输入，其中：1路幅值为0～5V正弦波信号输入，2路方波信号输入；16路开关信号输入，其中前8路信号与后8路信号的电平可以不同。RS232串行接口有4个全双工串行接口，其中有三个可以同时工作。

优选的是，数据采集板需能够接收模拟电压信号(如节气门位置信号、冷却水温度信号等)、频率信号(如发动机转速信号、车速信号等)、开关信号(如点火信号、喷油信号等)以及驾驶员的操纵数据信号(离合器、油门踏板、制动踏板)以及当前驾驶员状态表征信号。GPS接收机和所述的电子罗盘能够测量车辆的地理位置信息及行驶方位信息。

优选的是，所述的车载信息与状态监测单元的数字信号处理机(10)采用TMS320VC5402和ADC芯片THS1206、flash存储芯片28F160B3BA90等器件设计，该处理机可实时计算目标的距离和速度，并提供了一个多媒体的报警显示平台，方便司机使用。

优选的是，所述当目标在1～100m之内时，该输入信号的频率保持在7.1～711.7kHz之间，幅度保持在-1～+1之间由低噪声宽带运算放大器THS4022构成的电平移位电路将输入信号的电平搬移到+1.5～+3.5之间，以满足ADC芯片THS1206对输入信号电平范围的要求。THS1206以2MHz的频率对中信号(CH1)采样，A/D转换后的数据被VC5402接收。VC5402对采样数据进行2048点FFT运算，得到输入信号的频谱和中频频率，再根据公式计算处前方目标的距离和速度。

优选的是，目标距离和速度通过显示屏实时显示。所述液晶显示屏用于实时显示前车的轨迹、两车间实际距离、相对速度及角度、驾驶员的行为模式、预警信号。

优选的是，所述报警蜂鸣器可分为长音和短音两种，报警指示灯可以分为红、黄、绿三种颜色。当提醒报警时，黄灯闪，同时蜂鸣器长音报警；当危险报警时，红灯闪，同时蜂鸣器急促短音报警；安全状态时，绿灯亮，没有声音提示。当然也可以录入人的说话声报警。所述通过蜂鸣器以及发光二极管进行声光报警闪存用来存放处理主程序代码，当信号处理机脱机运行时，主程序代码能够在系统加电后自动装载到DSP片内RAM中运行。

显而易见，本发明的驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置，特征在于中央处理器接收毫米波雷达、本车速度传感器、转向角传感器、制动传感器、加速踏板传感器、路面情况监测器、驾驶员行为操纵数据传感器等发送来的信号，基于车辆安全车距控制模型，给出控制策略，进而触发显示屏、报警蜂鸣器、报警指示灯给出相应的预警信息。由于存储了驾驶员的历史行为操纵数据，对驾驶行为习惯和驾驶员当前行驶状况进行分析，提高了报警的质量。同时，本发明的车载信息与状态监测单元，将数据的处理、存储与显示功能交给便携式PC实现。考虑到嵌入式处理器的实时性优点，将实时性要求较高的传感器信号采集以及与GPS接收机、电子罗盘的数据交换功能交给数据采集板完成。所以具有速度比较快，功能的扩充与升级十分方便，降低了系统的成本。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明；

图1为本发明的驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置的最佳实施例的示意图。

其中：

0.信息采集单元

1.车载信息与状态监测单元

2.信息处理单元

3.信息输出装置

4.毫米波雷达

5.本车速度传感器

6.转向角传感器

7.制动传感器

8.加速踏板传感器

9.路面情况监测器

10.中央处理器

11.信息输出装置包括显示屏

12.报警蜂鸣器

13.报警指示灯

图2为本发明的车载信息与状态监测单元的最佳实施例的示意图。

其中：1-1.便携式PC机

1-2.数据采集板

1-3.GPS接收机

1-4.电子罗盘

1-5.信号调理电路

1-6.处理器

1-7.串口扩展电路

1-8.数码管显示模块

1-9.电源电路

具体实施方式

图1所示为本发明的一最佳实施例。

如图1所示，本发明的最佳实施例的驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置，包括：信息采集单元(0)，主要包括毫米波雷达(4)、本车速度传感器(5)、转向角传感器(6)、制动传感器(7)、加速踏板传感器(8)和路面情况监测器(9)；车载信息与状态监测单元(1)，主要包括便携式PC机(1-1)、数据采集板(1-2)、GPS接收机(1-3)、电子罗盘(1-4)、信号调理电路(1-5)、处理器(1-6)、串口扩展电路(1-7)、数码管显示模块(1-8)、电源电路(1-9)；信息处理单元(2)，主要为中央处理器(11)；信息输出装置(3)，包括显示屏(12)、报警蜂鸣器(13)、报警指示灯(14)；其特征在于：中央处理器(11)接收车载信息与状态监测单元(1)、毫米波雷达(4)、本车速度传感器(5)、转向角传感器(6)、制动传感器(7)、加速踏板传感器(8)和路面情况监测器(9)发送来的信号，基于车辆安全车距控制模型，给出控制策略，进而触发显示屏(12)、报警蜂鸣器(13)、报警指示灯(14)，给出相应的预警信息。

本实施例的驾驶习惯和状态自适应的车辆安全距离预警控制装置工作原理如下：

由信息采集单元不断地采集相关信息，如车间距离、相对速度、自车速度、有无转向、有无制动等，并将此信息传送至信息处理单元。信息处理单元根据自车速度、相对速度以及所建立的安全距离计算模型，基于驾驶员行为操纵历史数据，获取驾驶员的行为习惯，结合当前的驾驶员状态数据，计算出当时应保持的安全距离并与实测车间距离相比较。若实测车间距离大于提醒报警距离，则进入下一工作循环；若实测车间距离小于提醒报警距离，则进行一次报警，提醒驾驶员松油门并做好刹车准备；当实测车间距离大于危险报警距离，则进行二次报警，促使驾驶员立即制动，以免追尾事故的发生。液晶显示屏用于实时显示前车的轨迹、两车间实际距离、相对速度及角度、驾驶员的行为模式、预警信号，报警蜂鸣器和报警指示灯用于提供声音报警和指示灯报警。及时的报警可以有效地提醒驾驶员，促使其采取合适的应对措施。当驾驶员没有反应时，车辆将自动采取相应的措施。

本装置在考虑驾驶员特性的驾驶员模型算法的基础上进行安全车距判定具有以下特点：

(1)精度更高：基于多个传感器的数据采集，进行综合的分析；

1)基于驾驶员的行为习惯给出预警信息；

2)基于驾驶员的当前状态给出预警信息；

3)基于当前的道路环境状况给出预警信息。

(2)虚警率低：在以下情况下不进行预警：

1)驾驶员采取了安全措施时不予报警；

2)在车速较低时不予报警；

3)根据驾驶员不同习惯、状态特征设定报警时机；

4)根据不同路况设定报警时机。

图2所示为本发明的车载信息与状态监单元的最佳实施例。

本实施例的车载信息与状态监测单元工作过程如下：

所述便携式PC机(1-1)上开发的软件控制所述数据采集板(1-2)工作的起止由所述便携式PC机(1-1)通过所述RS232串行接口(1-7)，向所述数据采集板(1-2)上的所述处理器(1-6)发出命令，控制所述数据采集板(1-2)工作。所述数据采集板(1-2)上的所述处理器(1-6)作为数据采集部分的核心，负责驱动外围设备，将待采集的信号转换为计算机可以直接识别的数字量，并要通过扩展的所述RS232串行接口(1-7)与所述GPS接收机(1-3)、所述电子罗盘(1-4)通信，读取车辆的地理位置及行驶方位数据。所有的数据最后集中汇总到数据采集板的嵌入式处理器(1-6)中，由处理器(1-6)按照制定的通信协议，统一打包发送给所述便携式PC机(1-1)。所述便携式PC机(1-1)上开发的软件将所述数据采集板(1-2)发来的数据接收后，还需要进行相应的转换工作。把采集的数据还原成真实值。还原后的数据将以文件的形式存储，并通过软件的所述显示模块(1-8)进行实时的显示。此外，也可通过所述数据采集板(1-2)直接驱动所述数码管显示模块(1-8)，实现部分信号的实时显示。

采用本发明的车载信息与状态监测单元可以实现发动机参数、驾驶员行为操纵参数、当前驾驶员状态数据的采集。

(1)处理能力强：便携式PC实现数据的处理、存储与显示功能，处理能较强，存储空间较大。

(2)实时性和扩充性：数据采集板完成传感器信号采集以及与GPS接收机、电子罗盘的数据交换功能。功能的扩充与升级十分方便，降低了系统的成本。

(3)可靠性：由于不使用传统的离合器总泵，装置使用寿命延长。

(4)灵活性：可以采集发动机参数、驾驶员操纵参数及驾驶室内的图像，可以从不同的方面对驾驶安全隐患给出提示。

(5)监控性：可以具有发动机故障报警提示、驾驶操作不当报警提示、驾驶室内危险情景报警提示。

结合附图对本发明的描述虽然有助于理解本发明，但本发明绝不限于此图示实施例。相反，在权利要求书所限定的范围内，可以对本发明作出各种改进和替换。

Claims (6)

1.一种驾驶习惯和状态自适应的车辆安全车距预警控制装置，包括：

信息采集单元(0)，主要包括毫米波雷达(4)、本车速度传感器(5)、转向角传感器(6)、制动传感器(7)、加速踏板传感器(8)和路面情况监测器(9)；

车载信息与状态监测单元中(1)，包括便携式PC机(1-1)、数据采集板(1-2)、GPS接收机(1-3)和电子罗盘(1-4)，其中数据采集板(1-2)包括信号调理电路(1-5)、嵌入式处理器(1-6)、RS232串行接口(1-7)、数码管显示模块(1-8)和电源电路(1-9)；

信息处理单元(2)，主要为中央处理器(11)；

信息输出装置(3)，包括显示屏(12)、报警蜂鸣器(13)、报警指示灯(14)；

其特征在于：

中央处理器(11)接收车载信息与状态监测单元中(1)、毫米波雷达(4)、本车速度传感器(5)、转向角传感器(6)、制动传感器(7)、加速踏板传感器(8)、路面情况监测器(9)和驾驶员类型选择(10)发送来的信号，基于车辆安全车距控制模型，给出控制策略，进而触发显示屏(12)、报警蜂鸣器(13)、报警指示灯(14)，给出相应的预警信息。

所述车载信息与状态监测单元中数据采集板(1-2)工作的起止由所述便携式PC机(1-1)控制，通过所述RS232串行接口(1-7)，向所述数据采集板(1-2)上的嵌入式处理器(1-6)发出命令，控制所述数据采集板(1-2)工作；

所述车载信息与状态监测单元中数据采集板(1-2)上的嵌入式处理器(1-6)将待采集的信号转换为计算机能直接识别的信号，并通过扩展的RS232串行接口(1-7)与所述GPS接收机(1-3)、所述电子罗盘(1-4)进行通信，读取车辆的地理位置及行驶方位数据；所有数据最后集中汇总到数据采集板(1-2)的嵌入式处理器(1-6)中，由嵌入式处理器(1-6)统一打包发送给所述便携式PC机(1-1)；

所述车载信息与状态监测单元中便携式PC机(1-1)将所述数据采集板(1-2)发来的数据接收后，还需要进行相应的转换工作，把采集的数据还原成真实值，还原后的数据将以文件的形式存储，并通过所述数码管显示模块(1-8)进行实时显示，或通过所述数据采集板(1-2)直接驱动所述数码管显示模块(1-8)实现部分信号的实时显示。

2.如权利要求1所述的车辆安全车距预警控制装置，其特征在于：车载信息与状态监测单元中数据采集板(1-2)能接收人车路(环境)中车辆状态、驾驶员当前状态、行为操纵的电压信号、频率信号以及开关信号。车辆状态信号包括节气门位置信号、冷却水温度信号、发动机转速信号、车速信号、点火信号、喷油信号，驾驶员行为操纵信号包括离合器、油门踏板、制动踏板等；利用GPS接收机(1-3)和所述电子罗盘(1-4)能够测量车辆的地理位置信息及行驶方位信息。

3.如权利要求1或2所述的车辆安全车距预警控制装置，其特征在于：车载信息与状态监测单元中数据采集板(1-2)的输入输出接口包括：11路0～5V模拟电压信号输入，转换精度为10位，最大转换速率28ksps；8路0～3.3V模拟电压信号输入，转换精度12位，最大转换速率100ksps；3路频率信号输入，其中：1路幅值为0～5V正弦波信号输入，2路方波信号输入；16路开关信号输入，其中前8路信号与后8路信号的电平不同；RS232串行接口(1-7)有4个全双工串行接口，其中三个能同时工作；数码管显示模块(1-8)能实现4路信号实时显示；其中2路显示位数为4位，2路显示位数为3位；所述便携式PC机(1-1)能显示采集的数据。

4.如权利要求1所述的车辆安全车距预警控制装置，其特征在于：中央处理器(11)可实时计算针对当前驾驶状态和驾驶行为习惯的最小安全距离和速度，并提供了一个多媒体的报警显示平台，方便司机使用。

5.如权利要求1或2所述的车辆安全车距预警控制装置，其特征在于：当目标在1～100m之内时，信号的频率保持在7.1～711.7kHz之间，幅度保持在-1～+1之间由低噪声宽带运算放大器构成的电平移位电路将输入信号的电平搬移到+1.5～+3.5之间，以满足ADC芯片对输入信号电平范围的要求。

6.如权利要求1或3所述的车辆安全车距预警控制装置，其特征在于：液晶显示屏用于实时显示前车的轨迹、两车间实际距离、相对速度及角度、驾驶员的行为模式、预警信号。通过蜂鸣器以及发光二极管进 行声光报警闪存用来存放处理主程序代码，当信号处理机脱机运行时，主程序代码能够在系统加电后自动装载到DSP片内RAM中运行。