CN109367478A - 一种汽车危险性分级及预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车危险性分级及预警系统及方法，GPS测速模块检测前车的速度，当检测到前车停车时，启动红外传感器，检测车后方来车的速度和距离；单片机根据后方来车的距离和速度，实现空间上的危险性分级；分级预警模块在车内给予预警。本发明成本低，受环境干扰小，安装简单，可直接安装在小汽车上，对开门交通事故有一定的预警作用，具有广泛的应用前景。

Description

一种汽车危险性分级及预警系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车安全领域，具体涉及一种汽车开门危险性分级及预警系统及方法。

背景技术

近年来，随着城市化进程的加快，小汽车数量的急剧增加，汽车开门事故也在城市交通 事故中占越来越大的比例。后方来车通常是电动自行车，由于其车速要比自行车快很多，与 道路上的小汽车距离很近，当小汽车开门时，来不及躲闪，造成较大的伤亡。

目前国内外相关理论研究处于空白。国内有若干致力于解决该问题的专利，汽车开门提 前警示装置(申请号：201621386968.3)采取在每次开门前都给车内人员发出警报的方式， 一种安装在汽车上的行人预警系统(申请号：201020113225.5)通过安装车门报警器给后方 来车发出警报。前者没有考虑到汽车开门的频繁性与发生开门事故的小概率性相矛盾，开门 前都给车内人员发出警报的方式则会显得过于繁琐；后者则没有考虑到后方来车的车主并不 一定能够收到警告信息或者就是收到也来不及躲开，均不能很好的解决该问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车开门危险性分级及预警系统及方法。

实现本发明目的技术解决方案为：一种汽车危险性分级及预警系统，包括单片机模块、 GPS测速模块、A/D转换模块、红外测距传感器和分级预警模块，其中GPS测速模块用于检 测前车车速，通过停车算法判定停车后，红外测距传感器开始工作；所述红外测距传感器用 于测量后方来车的速度及与传感器之间的距离；所述A/D转换模块用于将GPS测速模块和红 外测距传感器输出的模拟信号转换为数字信号；所述单片机模块用于根据后方来车的速度及 其与传感器之间的距离，进行危险性分级；所述分级预警模块用于根据危险性分级发出预警 信号。

一种汽车危险性分级及预警方法，GPS测速模块检测前车的速度，当检测到前车停车时， 启动红外传感器，检测车后方来车的速度和距离；单片机根据后方来车的距离和速度，实现 空间上的危险性分级；分级预警模块在车内给予预警。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明成本低，受环境干扰小，安装简单，可 直接安装在小汽车上，对开门交通事故有一定的预警作用，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明汽车危险性分级及预警系统的结构框图。

图2是本发明红外传感器布置的原理图。

图3是本发明f(v)函数图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

一种汽车危险性分级及预警系统如图1所示，包括单片机模块、GPS测速模块、A/D转 换模块、红外测距传感器和分级预警模块，其中GPS测速模块用于检测前车车速，通过停车 算法判定停车后，红外测距传感器开始工作；所述红外测距传感器用于测量后方来车的速度 及与传感器之间的距离；所述A/D转换模块用于将GPS测速模块和红外测距传感器输出的模 拟信号转换为数字信号；所述单片机模块用于根据后方来车的速度及其与传感器之间的距离， 进行危险性分级；所述分级预警模块用于根据危险性分级发出预警信号。

作为一种具体实施方式，在汽车车尾设置一组红外传感器，所述红外传感器的布置需要 分析打开车门所需的时间和后方来车的位置，具体设置原理如下：

如图2所示，A为后方来车，B为汽车尾部。w为车尾宽度，e₀为车门宽度，r_i表示第i个传感器，点s_i表示传感器r_i的检测线与检测边界的交点。d₀表示s₁与车门之间的纵向距离， d_i表示s_i和s_i+1(i＝1,2,...,N)之间的距离，N为传感器数量。α_i表示传感器r_i检测线与车尾的 夹角。后方来车A长度为l₀。检测区域的边界与车身平行，距车身的垂直距离可取e＝1.4e₀。

由于红外传感器不像视频检测那样实现车后方全区域连续覆盖，故后方来车A的位置可 以归纳为两种情况：

(1)来车A刚好位于s_i处，此时红外传感器能检测到来车的距离和速度，根据来车距离 和速度能够确定危险性等级；

(2)来车A位于s_i和s_i+1(i＝0,1,2,...,N-1)之间，此时红外传感器检测不到A的存在， 故装置不会发出预警信息，这种情况涉及到传感器的布置数量和布置间距，需要满足连续覆 盖且数量最少的要求；

红外传感器间距分析必须先列出安全性约束条件，针对红外传感器检测不到A存在的情 况，继续分为如下两种情形：

(1)在汽车B开车门前，后方来车A能够从当前位置到达s_i处；

(2)在汽车B打开车门后，后方来车A仍然位于s_i和s_i+1之间，而且在A到达车门处应有足够的时间让A避让。

用v_i表示A在s_i和s_i+1之间的行驶速度，v_i0表示两种情况下的临界速度，t_A表示后方来车 A所需的安全反应时间，x_A表示制动距离。传感器间距必须要使得后方来车A在s_i和s_i+1之间 任意位置时，在尚未开门前系统都能及时报警，并且在A到达车门处应有足够的时间让A避 让，所以得到安全性约束条件：

记f(v_i)＝[t_A(v_i)+t_r-t_r1]v_i+x_A(v_i)，则f(v_i)的图像如图3所示，可见f(v_i)为单调增函 数。此时的解为v_i＝v_i0，从而有

d_i＝v_it_r1+l₀＝v_i0t_r1+l₀

则传感器分布的非线性模型如下：

上式没有解析解，只能利用递推的方法求取。首先需要确定d₀、d₁的值，可取 d₀＝0.8l₀,d₁＝l₀。考虑到后方来车的速度v_i不可能无穷大，即在v_i有上限时f(v_i)存在最大值。因此传感器分布的非线性模型存在解的必要条件是

上式一方面证明了传感器的个数N为一有限值，另一方面也决定了N的大小。利用Matlab求解出d_i和对应的v_i如表1，当取v_i＝30km/s时，N＝8。

表1 d_i，v_i0求解结果

作为一种具体实施方式，单片机在红外传感器检测到后方来车A时，可以将A到达点s₁所 需时间t_i作为分级变量进行进行危险性分级，具体方法为：

首先，计算A到达点s₁所需时间t_i，可以表示为：

当v未知时，可以取最大值v＝30km/h。然后，使用模糊C聚类方法将t_i分为3类，i＝1,2,3 为第三类，对应第三级预警；i＝4,5,6为第二类，对应第二级预警；i＝7,8为第一类，对应 第一级预警。

作为一种具体实施方式，单片机根据传感器检测的来车距离和速度，实现空间上的危险 性分级后，分级预警模块在车内给予三级预警：一级预警，车门提示灯闪烁；二级预警，发 出预警声音，进行语音提示；三级预警，车门被锁死，不能打开。

上述汽车危险性分级及预警系统的具体工作过程为：GPS测速模块检测前车的速度，当 检测到前车停车时，启动红外传感器，检测车后方来车的速度和距离；单片机根据后方来车 的距离和速度，实现空间上的危险性分级；分级预警模块在车内给予预警。

作为一种具体实施方式，单片机在红外传感器检测到后方来车A时，将A到达点s₁所需 时间t_i作为分级变量进行危险性分级，具体方法为：

首先，计算A到达点s₁所需时间t_i：

当v未知时，可以取最大值v＝30km/h。然后，使用模糊C聚类方法将t_i分为3类，i＝1,2,3 为第三类，对应第三级预警；i＝4,5,6为第二类，对应第二级预警；i＝7,8为第一类，对应 第一级预警。

作为一种具体实施方式，分级预警模块在车内给予三级预警：一级预警，车门提示灯闪 烁；二级预警，发出预警声音，进行语音提示；三级预警，车门被锁死，不能打开。

Claims (7)

1.一种汽车危险性分级及预警系统，其特征在于，包括单片机模块、GPS测速模块、A/D转换模块、红外测距传感器和分级预警模块，其中GPS测速模块用于检测前车车速，通过停车算法判定停车后，红外测距传感器开始工作；所述红外测距传感器用于测量后方来车的速度及与传感器之间的距离；所述A/D转换模块用于将GPS测速模块和红外测距传感器输出的模拟信号转换为数字信号；所述单片机模块用于根据后方来车的速度及其与传感器之间的距离，进行危险性分级；所述分级预警模块用于根据危险性分级发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的汽车危险性分级及预警系统，其特征在于，在汽车车尾设置一组红外传感器，所述红外传感器的布置需要分析打开车门所需的时间和后方来车的位置，具体设置方法为：

设A为后方来车，B为汽车尾部，w为车尾宽度，e₀为车门宽度，r_i表示第i个红外传感器，点s_i表示红外传感器r_i的检测线与检测边界的交点，d₀表示s₁与车门之间的纵向距离，d_i表示s_i和s_i+1(i＝1,2,...,N)之间的距离，N为红外传感器数量，α_i表示红外传感器r_i检测线与车尾的夹角，后方来车A长度为l₀，检测边界与车身平行，距车身的垂直距离可取e＝1.4e₀；由于红外传感器不像视频检测那样实现车后方全区域连续覆盖，故后方来车A的位置可以归纳为两种情况：

(1)来车A刚好位于s_i处，此时红外传感器能检测到来车的距离和速度，根据来车距离和速度能够确定危险性等级；

(2)来车A位于s_i和s_i+1(i＝0,1,2,...,N-1)之间，此时红外传感器检测不到A的存在，故装置不会发出预警信息，这种情况涉及到传感器的布置数量和布置间距，需要满足连续覆盖且数量最少的要求。

红外传感器间距分析必须先列出安全性约束条件，针对红外传感器检测不到A存在的情况，继续分为如下两种情形：

(1)在汽车B开车门前，后方来车A能够从当前位置到达s_i处；

(2)在汽车B打开车门后，后方来车A仍然位于s_i和s_i+1之间，而且在A到达车门处应有足够的时间让A避让；

用v_i表示A在s_i和s_i+1之间的行驶速度，v_i0表示红外传感器检测不到A存在的两种情况的临界速度，t_A表示后方来车A所需的安全反应时间，x_A表示制动距离，t_r表示从产生开车门的意识到车门被打开的时间，是产生开门意识到做出开门动作的时间t_r1与开始开门时刻到车门打开并能够为后方来车发现的时间t_r2之和，出于使用尽量少的传感器的考虑，得到安全性约束条件：

记f(v_i)＝[t_A(v_i)+t_r-t_r1]v_i+x_A(v_i)，此时的解为v_i＝v_i0，从而有

d_i＝v_it_r1+l₀＝v_i0t_r1+l₀

则，传感器分布的非线性模型如下：

求解上述模型，即得传感器的个数和安装位置。

3.根据权利要求2所述的汽车危险性分级及预警系统，其特征在于，单片机在红外传感器检测到后方来车A时，将A到达点s₁所需时间t_i作为分级变量进行危险性分级，具体方法为：

计算A到达点s₁所需时间t_i；

v为后方来车的速度，在运动过程中看做定值，当v未知时，可以取最大值v＝30km/h，使用模糊C聚类方法将t_i分为3类，i＝1,2,3为第三类，对应第三级预警；i＝4,5,6为第二类，对应第二级预警；i＝7,8为第一类，对应第一级预警。

4.根据权利要求2所述的汽车危险性分级及预警系统，其特征在于，分级预警模块在车内给予三级预警：一级预警，车门提示灯闪烁；二级预警，发出预警声音，进行语音提示；三级预警，车门被锁死，不能打开。

5.一种汽车危险性分级及预警方法，其特征在于，GPS测速模块检测前车的速度，当检测到前车停车时，启动红外传感器，检测车后方来车的速度和距离；单片机根据后方来车的距离和速度，实现空间上的危险性分级；分级预警模块在车内给予预警。

6.根据权利要求5所述的汽车危险性分级及预警方法，其特征在于，单片机在进行危险性分级的具体方法为：

设A为后方来车，B为汽车尾部，w为车尾宽度，e₀为车门宽度，r_i表示第i个红外传感器，点s_i表示红外传感器r_i的检测线与检测边界的交点，d₀表示s₁与车门之间的纵向距离，d_i表示s_i和s_i+1(i＝1,2,...,N)之间的距离，N为红外传感器数量，α_i表示红外传感器r_i检测线与车尾的夹角，后方来车A长度为l₀，检测边界与车身平行，距车身的垂直距离可取e＝1.4e₀，单片机在红外传感器检测到后方来车A时，将A到达点s₁所需时间t_i作为分级变量进行危险性分级，A到达点s₁所需时间t_i为

v为后方来车的速度，在运动过程中看做定值，当v未知时，可以取最大值v＝30km/h。使用模糊C聚类方法将t_i分为3类，i＝1,2,3为第三类，对应第三级预警；i＝4,5,6为第二类，对应第二级预警；i＝7,8为第一类，对应第一级预警。

7.根据权利要求5所述的汽车危险性分级及预警方法，其特征在于，分级预警模块在车内给予三级预警：一级预警，车门提示灯闪烁；二级预警，发出预警声音，进行语音提示；三级预警，车门被锁死，不能打开。