CN107444256B - 一种汽车全方位防碰撞系统及其方法 - Google Patents

一种汽车全方位防碰撞系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车全方位防碰撞系统，主要包括、测距雷达收发模块、数据采集调制模块、信息处理模块、辅助制动模块和传感器感知模块；本发明根据不同路况下的附着系数建立不同汽车安全距离模型，选择相应路况的距离安全模型，在正面防碰撞中采用毫米波雷达对前方车辆距离、速度差等进行测量，一般状况下，报警显示系统预警，提醒驾驶员，紧急状况下，能够进行紧急辅助制动；在侧面安全保护中，主要利用超声波测距雷达，对汽车两侧驾驶员视觉盲区的行人、车辆等障碍物进行监测；通过在汽车尾部安装摄像头，摄像头能够采集视频，然后把该信号通过信息采集单元传递给主机，主机再进行处理后传递给报警显示系统预警。

Description

一种汽车全方位防碰撞系统及其方法
技术领域
本发明属于汽车技术领域，更具体地说，尤其涉及一种汽车全方位防碰撞系统。同时，本发明还涉及一种汽车全方位防碰撞的方法。
背景技术
在各国事故类型调查中发现，引起交通事故的最主要原因是由于机动车驾驶人失误，其在各种事故中的原因中所占比例高达80％-90％，在我国所占比例达到95％以上。汽车的正面追尾碰撞和侧面碰撞占交通事故的90％以上。特别对我国来说，汽车已经成为一种普遍采用的交通运输工具，然而，由于我国交通基础设施和人们的安全意识严重滞后，导致每年有近十万无辜生命消逝和巨额的财产损失。所以对汽车防碰撞预警系统进行研究有非常重要的意义。
通过对道路交通安全事故分析得到，造成这些碰撞事故发生的原因主要是驾驶员的驾驶不当及对外界障碍物的反应不够迅速。若驾驶员能在交通事故发生前能及早意识到或得到相关辅助系统的警示，做出正确的制动措施，则能有效地减少交通事故，降低生命和财产的损失。因此，为了减少汽车事故的发生，提高汽车驾驶的安全性，研究和设计一种简单可靠，使用方便，性价比高，能自动检测汽车与障碍物的距离，并在距离小于安全距离时给驾驶人员发出语音及声光报警提示的安全防撞系统具有重大实际意义，也显得非常重要和迫切。
本发明采用毫米波雷达防碰撞系统和超声波雷达侧面盲区行人保护系统以及摄像头可视化采集系统的结合，实现不同路况下汽车纵向和横向主动安全保护，并且运用多传感器技术，实时监控驾驶员驾驶状态。从主动安全保护入手，采用预警的方法，主动的防止碰撞前面以及侧面的车辆、行人，此系统实现，一定能在汽车安全性领域有较大的突破，对汽车主动安全性提高和理论指导方面具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种汽车全方位防碰撞系统及其方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种汽车全方位防碰撞系统，包括：
测距雷达收发模块：即毫米波测距雷达、超声波测距雷达产生所需的波频信号，通过接收端收回波信号，完成雷达信号的发送和接收；
数据采集调制模块：实时的采集回波信号，并且进行相应的数模转换，以供信息处理系统的使用；
信息处理模块：即微处理器控制单元，接收来自数据采集调制系统的信息，并且进行数据分析，从而判断行驶安全性；
报警显示模块：分为故障诊断报警、声音报警和灯光报警以及语音播报，根据不同的安全情况，进行不同报警，并且对相应信息进行显示；
辅助制动模块：控制包括汽车电子制动器、离合器在内的制动装置，在紧急情况下辅助驾驶员制动汽车，同时安全带预紧装置工作，保护驾驶员；
传感器感知模块：通过包括汽车转向系统传感器、油门踏板位置传感器、制动踏板位置传感器、温度传感器以及速度等传感器综合感知汽车行驶状态，从而减少误警率和虚警率；
路况选择控制模块：主要包括系统开关和路况模式选择开关，控制系统开闭和不同路况模式的选择，以及输入键盘进行路况控制；
视频采集模块：采用的是摄像头，安装在汽车的尾部，防止倒车碰撞障碍物以及过路的行人，避免汽车的损坏以及安全事故的发生。
优选的，所述报警显示模块为报警显示系统，该报警显示系统包括LED 显示屏、LED声光报警器、语音播报模块和故障诊断模块。
优选的，所述毫米波雷达为毫米波多普勒雷达或者毫米波调频雷达或者毫米波脉冲调制雷达或者毫米波编码雷达中的任意一种。
本发明还提供一种汽车全方位防碰撞的方法，包括如下步骤：
S1、初始化程序模块：初始化程序模块主要包括:寄存器变量初始化、清除中断标志位、定时器中断使能、定时器初始化、以CAN总线发数函数初始化、以CAN总线收数函数初始化， I/O 口初始化；
S2、防碰撞程序模块：根据驾驶员的路况选择建立所对应的路况的纵向安全距离模型；系统实时接收测距传感器所测与前方障碍物的距离，根据不同距离状况作出不同的反应，判断汽车与障碍物之间是否安全行驶距离或者是需要辅助制动的行驶距离；汽车正常行驶，报警显示系统显示车辆无障碍、行驶安全；在不安全距离时再判断是否需要紧急辅助制动；
S3、提醒报警距离时，系统的报警显示系统会进行报警提醒驾驶员注意，驾驶员采取相应措施恢复到安全距离之后，停止报警，如果驾驶员未采取相应措施，报警显示系统显示车辆有障碍、注意安全，LED声光报警进行持续报警，并随距离的减少，蜂鸣器声音尖锐，LED报警灯闪烁频率增大；在进入紧急辅助制动距离后，安全带预紧装置工作，系统自动控制辅助制动系统制动汽车，在距离前方车辆最短安全距离时车辆完全制动；
S4、弯道及侧面保护程序模块：该系统的传感器组判断汽车的行驶状态，汽车转向系统传感器感知驾驶员驾驶状态，选择调用侧面保护程序或者弯道保护程序成危险区域内的车辆行人距离进行测量采用超声波测距传感器对汽车内轮差、盲区形当距离小于安全距离时，报警显示系统预警，提醒驾驶员；传感器组实时测量与汽车周围距离情况并显示；
S5、CAN总线通讯程序模块：程序模块首先调用CAN发送数据函数向测距控制器一发送测距命令，然后循环检测CAN接收数据标志位，如果CAN接收数标志位等于1，就调用CAN接收数据函数将毫米波雷达测距传感器的测距值存入接收数组，然后继续调用CAN发送数据函数向测距控制器二发送测距命令，之后再循环检测CAN接收数据标志位，如果CAN收数标志位＝1，就调用CAN接收数据函数将超声波测距传感器一的测距值存入接收数组；然后继续调用CAN发送数据函数向测距控制器三发送测距命令，如此进行，最后收到测距控制器三的数据为止，然后退出程序调用。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种汽车全方位防碰撞系统及其方法，与传统技术相比，本发明根据不同路况下的附着系数建立不同汽车安全距离模型，选择相应路况的距离安全模型，在正面防碰撞中采用毫米波雷达对前方车辆距离、速度差等进行测量，一般状况下，报警显示系统预警，提醒驾驶员，紧急状况下，能够进行紧急辅助制动；在侧面安全保护中，主要利用超声波测距雷达，对汽车两侧驾驶员视觉盲区的行人、车辆等障碍物进行监测，特别是在汽车转弯过程中实时测量汽车内轮差内的障碍物，及时提醒驾驶员，并采取一系列紧急措施；通过在汽车尾部安装摄像头，摄像头能够采集视频，然后把该信号通过信息采集单元传递给主机，主机再进行处理后传递给报警显示系统预警；通过汽车转向系统传感器，油门踏板位置传感器，制动踏板位置传感器，以及温度、加速度等传感器综合感知驾驶员驾驶状态，从而减少误警率和虚警率。系统在较高车速下才工作，较低车速时自动关闭。
附图说明
图1为本发明的系统组成框图；
图2为本发明的系统原理图；
图3为本发明的报警显示系统图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供如图1-3所示的一种汽车全方位防碰撞系统，包括：
测距雷达收发模块：即毫米波测距雷达、超声波测距雷达产生所需的波频信号，通过接收端收回波信号，完成雷达信号的发送和接收；
数据采集调制模块：实时的采集回波信号，并且进行相应的数模转换，以供信息处理系统的使用；
信息处理模块：即微处理器控制单元，接收来自数据采集调制系统的信息，并且进行数据分析，从而判断行驶安全性；
报警显示模块：分为故障诊断报警、声音报警和灯光报警以及语音播报，根据不同的安全情况，进行不同报警，并且对相应信息进行显示；
辅助制动模块：控制包括汽车电子制动器、离合器在内的制动装置，在紧急情况下辅助驾驶员制动汽车，同时安全带预紧装置工作，保护驾驶员；
传感器感知模块：通过包括汽车转向系统传感器、油门踏板位置传感器、制动踏板位置传感器、温度传感器以及速度等传感器综合感知汽车行驶状态，从而减少误警率和虚警率；
路况选择控制模块：主要包括系统开关和路况模式选择开关，控制系统开闭和不同路况模式的选择，以及输入键盘进行路况控制；
视频采集模块：采用的是摄像头，安装在汽车的尾部，防止倒车碰撞障碍物以及过路的行人，避免汽车的损坏以及安全事故的发生。
所述报警显示模块为报警显示系统，该报警显示系统包括LED显示屏、 LED声光报警器、语音播报模块和故障诊断模块。
所述毫米波雷达为毫米波多普勒雷达或者毫米波调频雷达或者毫米波脉冲调制雷达或者毫米波编码雷达中的任意一种。
本发明还提供一种汽车全方位防碰撞的方法，包括如下步骤：
S1、初始化程序模块：初始化程序模块主要包括:寄存器变量初始化、清除中断标志位、定时器中断使能、定时器初始化、以CAN总线发数函数初始化、以CAN总线收数函数初始化， I/O 口初始化；
S2、防碰撞程序模块：根据驾驶员的路况选择建立所对应的路况的纵向安全距离模型；系统实时接收测距传感器所测与前方障碍物的距离，根据不同距离状况作出不同的反应，判断汽车与障碍物之间是否安全行驶距离或者是需要辅助制动的行驶距离；汽车正常行驶，报警显示系统显示车辆无障碍、行驶安全；在不安全距离时再判断是否需要紧急辅助制动；
S3、提醒报警距离时，系统的报警显示系统会进行报警提醒驾驶员注意，驾驶员采取相应措施恢复到安全距离之后，停止报警，如果驾驶员未采取相应措施，报警显示系统显示车辆有障碍、注意安全，LED声光报警进行持续报警，并随距离的减少，蜂鸣器声音尖锐，LED报警灯闪烁频率增大；在进入紧急辅助制动距离后，安全带预紧装置工作，系统自动控制辅助制动系统制动汽车，在距离前方车辆最短安全距离时车辆完全制动；
S4、弯道及侧面保护程序模块：该系统的传感器组判断汽车的行驶状态，汽车转向系统传感器感知驾驶员驾驶状态，选择调用侧面保护程序或者弯道保护程序成危险区域内的车辆行人距离进行测量采用超声波测距传感器对汽车内轮差、盲区形当距离小于安全距离时，报警显示系统预警，提醒驾驶员；传感器组实时测量与汽车周围距离情况并显示；
S5、CAN总线通讯程序模块：程序模块首先调用CAN发送数据函数向测距控制器一发送测距命令，然后循环检测CAN接收数据标志位，如果CAN接收数标志位等于1，就调用CAN接收数据函数将毫米波雷达测距传感器的测距值存入接收数组，然后继续调用CAN发送数据函数向测距控制器二发送测距命令，之后再循环检测CAN接收数据标志位，如果CAN收数标志位＝1，就调用CAN接收数据函数将超声波测距传感器一的测距值存入接收数组；然后继续调用CAN发送数据函数向测距控制器三发送测距命令，如此进行，最后收到测距控制器三的数据为止，然后退出程序调用。
本发明的信息采集单元采用STM32F103ZET6作为信息采集单元的控制器芯片，它拥有的资源包括：64KB SRAM，512KB FLASH，2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器(共12个通道)、 3个SP工、2个IIC，5个串口、1个USB，1个CAN，3个12位ADC，1 个12位DAC，1个SD工0接口、1个FSMC接口以及112个通用工0口。该芯片的配置十分强大，并且还带外部总线(FSMC)可以用来外扩SRAM 和连接LCD等，通过FSMC驱动LCD，可以显著提高LCD的刷屏速度，所以我们选择了它作为信息采集单元的控制器芯片。
本发明采用SPCE061A作为主机的控制芯片，SPCE061A是一款16位结构的微控制器，有以下特点：
①体积小，集成度高，可靠性好，且易于扩展；
②具有较强的中断处理能力；
③具有高性能价格比；
④具有功能强、效率高的指令集；
⑤低功耗，低电压。
SPCE061A单片机硬件资源非常丰富，它具有16位的数据线和22位地址线，共有84个引脚。SPCE061A内有并行和串行两种方式的I/O口。SPCE061A 有两个16位通用的并行I/O口：A口和B口。主要性能特点如下：
16位SPCE061A微处理器，工作电压为2.6V-3.6V；
CPU时钟为0.32-9.152MHz；
内置2K字的SRAM,32K字的FLASH；
2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；
2个10位DAC C D/A转换)输出通道，方便音频输出；
14个中断源，包括定时器AB、时基及2个外部时钟源输入；
内置在线仿真店里ICE C In-Circuit Emulator接口，具有WatchDog 功能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种汽车全方位防碰撞系统的控制方法，其中汽车全方位防碰撞系统包括：
测距雷达收发模块：即毫米波测距雷达、超声波测距雷达产生所需的波频信号，通过接收端接收回波信号，完成雷达信号的发送和接收；
数据采集调制系统：实时的采集回波信号，并且进行相应的数模转换，以供信息处理系统的使用；
信息处理系统：即微处理器控制单元，接收来自数据采集调制系统的信息，并且进行数据分析，从而判断行驶安全性；
报警显示模块：分为故障诊断报警、声音报警、灯光报警以及语音播报，根据不同的安全情况，进行不同报警，并且对相应信息进行显示；所述报警显示模块为报警显示系统，该报警显示系统包括LED显示屏、LED声光报警器、语音播报模块和故障诊断模块；
辅助制动系统：包括汽车电子制动器、离合器在内的制动装置，在紧急情况下辅助驾驶员制动汽车，同时安全带预紧装置工作，保护驾驶员；
传感器感知系统：通过包括汽车转向系统传感器、油门踏板位置传感器、制动踏板位置传感器、温度传感器以及速度传感器综合感知汽车行驶状态，从而减少误警率和虚警率；
路况选择控制模块：主要包括系统开关和路况模式选择开关，控制系统开闭和不同路况模式的选择，以及输入键盘进行路况控制；
视频采集模块：采用的是摄像头，安装在汽车的尾部，防止倒车碰撞障碍物以及过路的行人，避免汽车的损坏以及安全事故的发生；
其特征在于：该控制方法包括如下步骤：
S1、初始化程序模块：初始化程序模块主要包括:寄存器变量初始化、清除中断标志位、定时器中断使能、定时器初始化、CAN总线发送函数初始化、CAN总线接收函数初始化，I/O口初始化；
S2、防碰撞程序模块：根据驾驶员的路况选择建立所对应的路况的纵向安全距离模型；系统实时接收测距传感器所测与前方障碍物的距离，根据不同距离状况作出不同的反应，判断汽车与障碍物之间是安全距离或者是需要辅助制动的行驶距离；汽车正常行驶，报警显示系统显示车辆无障碍、行驶安全；在不安全距离时再判断是否需要紧急辅助制动；
S3、提醒报警距离时，系统的报警显示系统会进行报警提醒驾驶员注意，驾驶员采取相应措施恢复到安全距离之后，停止报警，如果驾驶员未采取相应措施，报警显示系统显示车辆有障碍、注意安全，LED声光报警器进行持续报警，并随距离的减少，蜂鸣器声音尖锐，LED报警灯闪烁频率增大；在进入紧急辅助制动距离后，安全带预紧装置工作，系统自动控制辅助制动系统制动汽车，在距离前方车辆最短安全距离时车辆完全制动；
S4、弯道及侧面保护程序模块：传感器组判断汽车的行驶状态，汽车转向系统传感器感知驾驶员驾驶状态，选择调用侧面保护程序或者弯道保护程序对危险区域内的车辆行人距离进行测量，采用超声波测距传感器对汽车内轮差、盲区进行测量，当距离小于安全距离时，报警显示系统预警，提醒驾驶员；传感器组实时测量障碍物与汽车周围距离情况并显示；
S5、CAN总线通讯程序模块：首先调用CAN发送数据函数向测距控制器一发送测距命令，然后循环检测CAN接收数据标志位，如果CAN接收数据标志位等于1，就调用CAN接收数据函数将毫米波测距雷达的测距值存入接收数组，然后继续调用CAN发送数据函数向测距控制器二发送测距命令，之后再循环检测CAN接收数据标志位，如果CAN接收数据标志位＝1，就调用CAN接收数据函数将超声波测距雷达的测距值存入接收数组；然后继续调用CAN发送数据函数向测距控制器三发送测距命令，如此进行，最后收到测距控制器三的数据为止，然后退出程序调用。
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