CN109733317B - 一种汽车多级智能防撞系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车多级智能防撞系统及控制方法，包括激光测距传感器、高速高分辨率摄像头、红外传感器、安全气囊、泄压阀、气体发生装置、气囊点火装置、可变阻尼式液压杆、气囊安装铁片、高压气瓶、透明橡胶气囊、透明橡胶气囊充气接口、控制器、存储芯片、电源，激光测距传感器、高速高分辨率摄像头、红外传感器、气囊点火装置、可变阻尼式液压杆、高压气瓶、存储芯片、电源通过导线与控制器电连接，本发明综合利用激光测距和双目测距的优点，使测量的相对距离更加精准、合理，根据障碍物是人类或者物体的不同，系统给出两种不同的碰撞模式，通过智能二级吸能的方式，能有效减少被撞者和汽车司机所受的伤害。
Description
技术领域
本发明属于汽车安全技术领域，具体是指一种汽车多级智能防撞系统及控制方法。
背景技术
随着汽车的高速发展和普及，越来越多家庭拥有汽车，汽车事故中人身安全一直是非常重要的问题。汽车制造产商也一直在致力于减少事故发生时对司机和被撞者造成的伤害，对于汽车司机，保险杠、防撞梁等都能起到吸能的作用，包括安全气囊，它是传感器检测到发生碰撞的时候才会弹出，但是有的时候由于传感器故障或碰撞位置不对都会导致安全气囊无法弹出，这些都是被动安全措施，且吸能效果有限，并不能更有效的保护司机；对于被撞者，除了保险杠能吸收少许能量以外，并没有其他吸能保护装置，且被撞者极易产生二次碰撞而撞上挡风玻璃，一般人与车的碰撞事故，被撞者往往伤势严重。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种汽车多级智能防撞系统及控制方法，在发生碰撞的情况下，该智能防撞系统和控制方法能根据被撞物体提供不同的主动防撞保护，有效减少被撞者和汽车司机所受到的伤害。
为了实现上述目的，本发明的第一个方面提供了一种汽车多级智能防撞系统，包括电源、信息采集子系统、自动防撞子系统、信息处理子系统、信息显示子系统及报警子系统；所述的电源为信息采集子系统、信息处理子系统、自动防撞子系统、信息显示子系统及报警子系统供电；所述的信息采集子系统包括有激光测距传感器、高速高分辨率摄像头及红外传感器，所述的激光测距传感器设置有多个且分别安装在汽车前保险杠两侧大灯的内侧位置，各所述的激光测距传感器均位于车头中上部高度位置，所述的高速高分辨率摄像头设置有多个且分别安装在汽车前保险杠两侧大灯的内侧位置并靠近相邻的激光测距传感器，所述的红外传感器设置有多个且分别安装在汽车前保险杠两侧大灯的内侧位置并靠近相邻的高速高分辨率摄像头，所述的激光测距传感器、高速高分辨率摄像头及红外传感器均位于同一高度，且从两侧大灯的外侧至内侧方向依次为激光测距传感器、高速高分辨率摄像头、红外传感器；所述的自动防撞子系统包括有安全气囊、泄压阀、气体发生装置、气囊点火装置、可变阻尼式液压杆、气囊安装铁片、高压气瓶、透明橡胶气囊、透明橡胶气囊充气接口、吸能盒、液压杆及液压杆固定支架，所述的可变阻尼式液压杆设置有多个，且分别固定在汽车前防撞梁前端，所述的气囊安装铁片固定在可变阻尼式液压杆的杆头位置，所述的安全气囊、气体发生装置、气囊点火装置分别安装在气囊安装铁片上，所述的泄压阀安装在所述的安全气囊上，所述的高压气瓶安装在发动机舱后部钣金件上，所述的吸能盒安装在前防撞梁和汽车纵梁之间，所述的液压杆位于吸能盒内并通过液压杆固定支架固定，所述的透明橡胶气囊安装在汽车引擎盖与挡风玻璃的缝隙处，所述的透明橡胶气囊充气接口安装在透明橡胶气囊上；所述的信息处理子系统包括有控制器和存储芯片，所述的控制器和存储芯片集成在一起安装在发动机舱后部钣金件上；所述的信息显示子系统包括有语音播报单元和显示屏，所述的语音播报单元和显示屏集成在一起安装在汽车工作台上；所述报警子系统包括有GPS定位装置和报警装置，所述的GPS定位装置和报警装置集成在一起安装在汽车工作台上；所述的激光测距传感器、高速高分辨率摄像头、红外传感器、气囊点火装置、可变阻尼式液压杆、高压气瓶、存储芯片、语音播报单元、显示屏、GPS定位装置、报警装置及电源分别通过导线与控制器电连接。
进一步设置是：所述的激光测距传感器、高速高分辨率摄像头及红外传感器均沿汽车纵向中心线对称分布在汽车保险杠两侧。
进一步设置是：所述的安全气囊伸出汽车保险杠外表面，所述的汽车引擎盖与挡风玻璃的缝隙处设有塑料件，该塑料件表面设有气囊弹出槽，所述的透明橡胶气囊安装在气囊弹出槽。
进一步设置是：所述的电源为车载蓄电池。
本发明的第二个方面是提供了一种汽车多级智能防撞控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、汽车行驶时，控制器发送信号给激光测距传感器，激光测距传感器对前方障碍物进行实时测距，实时相对距离为L1，控制器根据实时相对距离为L1变化的差值和每次实时测距间隔的时间，计算出汽车与障碍物的相对速度v及相对加速度a；
步骤S2、当障碍物与汽车之间的实时相对距离L1大于阈值S1时，则返回步骤S1继续测距；当障碍物与汽车之间的实时相对距离L1小于等于阈值S1时，控制器将高速高分辨率摄像头、红外传感器开启；
步骤S3、高速高分辨率摄像头对前方障碍物进行拍照并存储在存储芯片上，控制器利用双目测距原理计算出障碍物在汽车前方的具体三维位置并预测碰撞位置，控制着安全气囊弹出的数量和位置；
步骤S4、结合红外传感器判断前方障碍物是否为人类，当判断前方为人类时，则继续步骤S41；当判断前方为非人类障碍物时，则继续步骤S42；
步骤S41、当判断前方为人类时，控制器发送指令给可变阻尼式液压杆，可变阻尼式液压杆调整到第一阻尼值，同时判断实时相对加速度：
若实时相对加速度a大于0，当实时相对距离L1小于等于阈值L，控制器发送指令给气囊点火装置和高压气瓶，安全气囊弹出，高压气瓶通过透明橡胶气囊充气接口向透明橡胶气囊里进行充气；
若实时相对加速度a小于等于0，控制器根据实时相对速度和实时相对加速度预测出相对速度降为0时汽车需要行驶的距离L2，若L1大于L2，则控制器不发送任何指令，若L1小于等于L2，控制器根据实时相对速度和实时相对加速度预测出碰撞时相对速度，若碰撞时相对速度大于等于10km/h，且实时相对距离L1小于等于阈值L，则控制器发送指令给气囊点火装置和高压气瓶，安全气囊弹出，高压气瓶通过透明橡胶气囊充气接口向透明橡胶气囊里进行充气，若碰撞时相对速度小于10km/h，则控制器不发送任何指令；
步骤S42、当判断前方为非人类障碍物时，控制器发送指令给可变阻尼式液压杆，可变阻尼式液压杆调整到第二阻尼值，同时判断实时相对加速度：
若实时相对加速度a大于0，当实时相对距离L1小于等于阈值L，控制器发送指令给气囊点火装置，安全气囊弹出；
若实时相对加速度a小于等于0，控制器根据实时相对速度和实时相对加速度预测出相对速度降为0时汽车需要行驶的距离L2，若L1大于L2，则控制器不发送任何指令，若L1小于等于L2，控制器根据实时相对速度和实时相对加速度预测出碰撞时相对速度，若碰撞时相对速度大于等于10km/h，且实时相对距离L1小于等于阈值L，则控制器发送指令给气囊点火装置，安全气囊弹出，若碰撞时相对速度小于10km/h，则控制器不发送任何指令。
本发明的有益效果是：
1、本发明综合利用激光测距和双目测距的优点，根据不同的相对距离，使用不同的测距方法，使测量的相对距离更加精准，利用双目测距的原理，准确确定障碍物的三维坐标，系统根据实时障碍物具体三维位置预测碰撞位置，控制着安全气囊弹出的数量和位置，根据车速的不同，系统给出两种控制模式（两分钟之内两种模式之间不能随时切换，超过两分钟，可以由一种模式切换为另一种），根据障碍物是人类或者物体的不同，系统给出两种不同的碰撞模式，通过智能三级吸能的方式，能有效减少被撞者和汽车司机所受的伤害。
2、本发明中判断前方为非人类障碍物时，障碍物先碰撞上弹出的安全气囊，安全气囊把碰撞力传递给可变阻尼式液压杆，安全气囊内压力到达泄压极限时，泄压阀打开对安全气囊进行泄压，防止安全气囊受压过大而爆炸，若碰撞力持续增大，可变阻尼式液压杆受压运动，最后是连接前防撞梁和汽车纵梁的吸能盒里的液压杆受压运动，进而起到外部缓冲作用，保护汽车内的司机的安全。
3、本发明中判断前方为人类时，人体先碰撞上弹出的安全气囊，安全气囊把碰撞力传递给可变阻尼式液压杆，液压杆受压运动到极限位置后，若碰撞力还在增大，安全气囊上的泄压阀将打开对安全气囊进行泄压，防止安全气囊受压过大而爆炸，给被撞者造成二次伤害，最后是连接前防撞梁和汽车纵梁的吸能盒里的液压杆受压运动，若被撞者头部或身体撞上挡风玻璃的话，充气的透明橡胶气囊会提供保护。通过外部的安全气囊不仅能减缓冲击力以保护汽车内的司机，更可避免汽车直接碰撞被撞者，保护被撞者的安全，更是通过透明橡胶气囊对被撞者的头部及身体起到进一步的安全保障。
附图说明
图1为本发明的结构正视图；
图2为本发明的局部结构俯视图；
图3为本发明中模式一的原理框图；
图4为本发明中模式二的原理框图。
图中：1、激光测距传感器；2、高速高分辨率摄像头；3、红外传感器；4、安全气囊；6、气体发生装置；7、气囊点火装置；8、可变阻尼式液压杆；9、气囊安装铁片；10、高压气瓶；11、透明橡胶气囊；13、控制器；14、存储芯片；16、液压杆；17、液压杆固定支架；20、语音播报单元；21、显示屏；22、GPS定位装置；23、报警装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
如图1和图2所示，为本发明实施例中，提出的一种汽车多级智能防撞系统，包括电源、信息采集子系统、自动防撞子系统、信息处理子系统、信息显示子系统及报警子系统。
电源为信息采集子系统、信息处理子系统及自动防撞子系统、信息显示子系统及报警子系统供电。
信息采集子系统包括有激光测距传感器1、高速高分辨率摄像头2及红外传感器3，激光测距传感器1设置有多个且分别安装在汽车前保险杠两侧大灯的内侧位置，各激光测距传感器1均位于车头中上部高度位置，高速高分辨率摄像头2设置有多个且分别安装在汽车前保险杠两侧大灯的内侧位置并靠近相邻的激光测距传感器1，红外传感器3设置有多个且分别安装在汽车前保险杠两侧大灯的内侧位置并靠近相邻的高速高分辨率摄像头2，激光测距传感器1、高速高分辨率摄像头2及红外传感器3均位于同一高度，且从两侧大灯的外侧至内侧方向依次为激光测距传感器1、高速高分辨率摄像头2、红外传感器3。
自动防撞子系统包括有安全气囊4、泄压阀、气体发生装置6、气囊点火装置7、可变阻尼式液压杆8、气囊安装铁片9、高压气瓶10、透明橡胶气囊11及透明橡胶气囊充气接口、吸能盒、液压杆16及液压杆固定支架17，可变阻尼式液压杆8设置有多个，且分别固定在汽车前防撞梁前端，气囊安装铁片9固定在可变阻尼式液压杆8的杆头位置，安全气囊4、气体发生装置6、气囊点火装置7分别安装在气囊安装铁片9上，泄压阀安装在所述的安全气囊4上，高压气瓶10安装在发动机舱后部钣金件上，所述的吸能盒安装在前防撞梁和汽车纵梁之间，液压杆16位于吸能盒内并通过液压杆固定支架17固定，透明橡胶气囊11安装在汽车引擎盖与挡风玻璃的缝隙处，透明橡胶气囊充气接口安装在透明橡胶气囊11上。
信息处理子系统包括有控制器13和存储芯片14，控制器13和存储芯片14集成在一起安装在发动机舱后部钣金件上。
信息显示子系统包括有语音播报单元20和显示屏21，语音播报单元20和显示屏21集成在一起安装在汽车工作台上。
报警子系统包括有GPS定位装置22和报警装置23，GPS定位装置22和报警装置23集成在一起安装在汽车工作台上。
激光测距传感器1、高速高分辨率摄像头2、红外传感器3、气囊点火装置7、可变阻尼式液压杆8、高压气瓶10、存储芯片14、语音播报单元20、显示屏21、GPS定位装置22、报警装置23及电源分别通过导线与控制器13电连接。
另外，激光测距传感器1、高速高分辨率摄像头2及红外传感器3均沿汽车纵向中心线对称分布在汽车保险杠两侧。
另外，安全气囊4伸出汽车保险杠外表面，汽车引擎盖与挡风玻璃的缝隙处设有塑料件，该塑料件表面设有气囊弹出槽，透明橡胶气囊11安装在气囊弹出槽。
另外，电源为车载蓄电池。
如图3和图4所示，为本发明实施例中，提出的一种汽车多级智能防撞控制方法，包括如下步骤：
本实施例中根据车速具有两种执行模式：
汽车行驶，汽车ECU把当前车速发送给控制器13，若车速小于等于50km/h，则执行模式一：
步骤S1、汽车行驶时，控制器13发送信号给激光测距传感器1，激光测距传感器1对前方障碍物进行实时测距，实时相对距离为L1，控制器13根据实时相对距离为L1变化的差值和每次实时测距间隔的时间，计算出汽车与障碍物的相对速度v及相对加速度a。
步骤S2、当障碍物与汽车之间的实时相对距离L1大于阈值S1时，则返回步骤S1继续测距；当障碍物与汽车之间的实时相对距离L1小于等于阈值S1时，控制器13将高速高分辨率摄像头2、红外传感器3开启。
步骤S3、高速高分辨率摄像头2对前方障碍物进行拍照并存储在存储芯片14上，控制器13利用双目测距原理计算出障碍物在汽车前方的具体三维位置并预测碰撞位置，控制着安全气囊4弹出的数量和位置，同时控制器13生成3D模拟场景显示在显示屏21上,并显示两车实时距离L1。
步骤S4、结合红外传感器3判断前方障碍物是否为人类，当判断前方为人类时，则继续步骤S41；当判断前方为非人类障碍物时，则继续步骤S42。
步骤S41、当判断前方为人类时，控制器13发送指令给可变阻尼式液压杆8，可变阻尼式液压杆8调整到第一阻尼值，同时判断实时相对加速度：
若实时相对加速度a大于0，当实时相对距离L1小于等于阈值L，控制器13发送指令给气囊点火装置7和高压气瓶10，安全气囊4弹出，高压气瓶10通过透明橡胶气囊11充气接口向透明橡胶气囊11里进行充气，控制器13根据实时相对加速度a、相对速度v、相对实时距离L1预测出碰撞强度在显示屏21上显示，同时通过语音播报单元20进行播报，若预测出的碰撞为低速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方；若预测出的碰撞为中速碰撞或高速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方和120急救中心；
若实时相对加速度a小于等于0，控制器13根据实时相对速度和实时相对加速度预测出相对速度降为0时汽车需要行驶的距离L2，若L1大于L2，则控制器13不发送任何指令，若L1小于等于L2，控制器13根据实时相对速度和实时相对加速度预测出碰撞时相对速度，若碰撞时相对速度大于等于10km/h，且实时相对距离L1小于等于阈值L，则控制器13发送指令给气囊点火装置7和高压气瓶10，安全气囊4弹出，高压气瓶10通过透明橡胶气囊11充气接口向透明橡胶气囊11里进行充气，控制器13根据实时相对加速度a、相对速度v、相对实时距离L1预测出碰撞强度在显示屏21上显示，同时通过语音播报单元20进行播报，若预测出的碰撞为低速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方；若预测出的碰撞为中速碰撞或高速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方和120急救中心；若碰撞时相对速度小于10km/h，则控制器13不发送任何指令。
步骤S42、当判断前方为非人类障碍物时，控制器13发送指令给可变阻尼式液压杆8，可变阻尼式液压杆8调整到第二阻尼值，同时判断实时相对加速度：
若实时相对加速度a大于0，当实时相对距离L1小于等于阈值L，控制器13发送指令给气囊点火装置7，安全气囊4弹出，控制器13根据实时相对加速度a、相对速度v、相对实时距离L1预测出碰撞强度在显示屏21上显示，同时通过语音播报单元20进行播报，若预测出的碰撞为低速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方；若预测出的碰撞为中速碰撞或高速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方和120急救中心；
若实时相对加速度a小于等于0，控制器13根据实时相对速度和实时相对加速度预测出相对速度降为0时汽车需要行驶的距离L2，若L1大于L2，则控制器13不发送任何指令，若L1小于等于L2，控制器13根据实时相对速度和实时相对加速度预测出碰撞时相对速度，若碰撞时相对速度大于等于10km/h，且实时相对距离L1小于等于阈值L，则控制器13发送指令给气囊点火装置7，安全气囊4弹出，控制器13根据实时相对加速度a、相对速度v、相对实时距离L1预测出碰撞强度在显示屏21上显示，同时通过语音播报单元20进行播报，若预测出的碰撞为低速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方；若预测出的碰撞为中速碰撞或高速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方和120急救中心；若碰撞时相对速度小于10km/h，则控制器13不发送任何指令。
汽车行驶，汽车ECU把当前车速发送给控制器13，若车速大于50km/h，则执行模式二：
步骤S1、汽车行驶时，控制器13发送信号给激光测距传感器1，激光测距传感器1对前方障碍物进行实时测距，实时相对距离为L1，控制器13根据实时相对距离为L1变化的差值和每次实时测距间隔的时间，计算出汽车与障碍物的相对速度v及相对加速度a。
步骤S2、当障碍物与汽车之间的实时相对距离L1大于阈值S2时，则返回步骤S1继续测距；当障碍物与汽车之间的实时相对距离L1小于等于阈值S2时，控制器13将高速高分辨率摄像头2、红外传感器3开启。
步骤S3、高速高分辨率摄像头2对前方障碍物进行拍照并存储在存储芯片14上，控制器13利用双目测距原理计算出障碍物在汽车前方的具体三维位置并预测碰撞位置，控制着安全气囊4弹出的数量和位置，同时控制器13生成3D模拟场景显示在显示屏21上,并显示两车实时距离L1。
步骤S4、结合红外传感器3判断前方障碍物是否为人类，当判断前方为人类时，则继续步骤S41；当判断前方为非人类障碍物时，则继续步骤S42。
步骤S41、当判断前方为人类时，控制器13发送指令给可变阻尼式液压杆8，可变阻尼式液压杆8调整到第一阻尼值，同时判断实时相对加速度：
若实时相对加速度a大于0，当实时相对距离L1小于等于阈值N，控制器13发送指令给气囊点火装置7和高压气瓶10，安全气囊4弹出，高压气瓶10通过透明橡胶气囊11充气接口向透明橡胶气囊11里进行充气，控制器13根据实时相对加速度a、相对速度v、相对实时距离L1预测出碰撞强度在显示屏21上显示，同时通过语音播报单元20进行播报，若预测出的碰撞为低速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方；若预测出的碰撞为中速碰撞或高速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方和120急救中心；
若实时相对加速度a小于等于0，控制器13根据实时相对速度和实时相对加速度预测出相对速度降为0时汽车需要行驶的距离L2，若L1大于L2，则控制器13不发送任何指令，若L1小于等于L2，控制器13根据实时相对速度和实时相对加速度预测出碰撞时相对速度，若碰撞时相对速度大于等于10km/h，且实时相对距离L1小于等于阈值N，则控制器13发送指令给气囊点火装置7和高压气瓶10，安全气囊4弹出，高压气瓶10通过透明橡胶气囊11充气接口向透明橡胶气囊11里进行充气，控制器13根据实时相对加速度a、相对速度v、相对实时距离L1预测出碰撞强度在显示屏21上显示，同时通过语音播报单元20进行播报，若预测出的碰撞为低速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方；若预测出的碰撞为中速碰撞或高速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方和120急救中心；若碰撞时相对速度小于10km/h，则控制器13不发送任何指令。
步骤S42、当判断前方为非人类障碍物时，控制器13发送指令给可变阻尼式液压杆8，可变阻尼式液压杆8调整到第二阻尼值，同时判断实时相对加速度：
若实时相对加速度a大于0，当实时相对距离L1小于等于阈值N，控制器13发送指令给气囊点火装置7，安全气囊4弹出，控制器13根据实时相对加速度a、相对速度v、相对实时距离L1预测出碰撞强度在显示屏21上显示，同时通过语音播报单元20进行播报，若预测出的碰撞为低速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方；若预测出的碰撞为中速碰撞或高速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方和120急救中心；
若实时相对加速度a小于等于0，控制器13根据实时相对速度和实时相对加速度预测出相对速度降为0时汽车需要行驶的距离L2，若L1大于L2，则控制器13不发送任何指令，若L1小于等于L2，控制器13根据实时相对速度和实时相对加速度预测出碰撞时相对速度，若碰撞时相对速度大于等于10km/h，且实时相对距离L1小于等于阈值N，则控制器13发送指令给气囊点火装置7，安全气囊4弹出，控制器13根据实时相对加速度a、相对速度v、相对实时距离L1预测出碰撞强度在显示屏21上显示，同时通过语音播报单元20进行播报，若预测出的碰撞为低速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方；若预测出的碰撞为中速碰撞或高速碰撞，则控制器13发送信号给报警装置23和GPS定位装置22，报警装置23通过移动网络把车辆具体位置、碰撞相对速度、碰撞强度、司机手机号等简要信息发送给110警方和120急救中心；若碰撞时相对速度小于10km/h，则控制器13不发送任何指令。
其中，实时相对加速度a根据是速度变化量与发生这一变化所用时间的比计算的，为常规的计算公式可参考高中物理教学材料。阈值L根据实时车速进行设定，保证碰撞前气囊4能及时弹出。
本发明综合利用激光测距和双目测距的优点，根据不同的相对距离，使用不同的测距方法，使测量的相对距离更加精准，利用双目测距的原理，准确确定障碍物的三维坐标，系统根据实时障碍物具体三维位置预测碰撞位置，控制着安全气囊4弹出的数量和位置，根据障碍物是人类或者物体的不同，系统给出两种不同的碰撞模式，通过智能二级吸能的方式，能有效减少被撞者和汽车司机所受的伤害。
本发明所述的控制器13采用树莓派3代B型开发板实现，激光测距传感器1、高速高分辨率摄像头2、红外传感器3、安全气囊4、泄压阀、气体发生装置6、气囊点火装置7、可变阻尼式液压杆8、高压气瓶10、透明橡胶气囊11、存储芯片14均为成熟的市场配件，可直接从市场采购应用，本实施例不再详细赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种汽车多级智能防撞系统，其特征在于：包括电源、信息采集子系统、自动防撞子系统、信息处理子系统、信息显示子系统及报警子系统；
所述的电源为信息采集子系统、信息处理子系统、自动防撞子系统、信息显示子系统及报警子系统供电；
所述的信息采集子系统包括有激光测距传感器(1)、高速高分辨率摄像头(2)及红外传感器(3)，所述的激光测距传感器(1)设置有多个且分别安装在汽车前保险杠两侧大灯的内侧位置，各所述的激光测距传感器(1)均位于车头中上部高度位置，所述的高速高分辨率摄像头(2)设置有多个且分别安装在汽车前保险杠两侧大灯的内侧位置并靠近相邻的激光测距传感器(1)，所述的红外传感器(3)设置有多个且分别安装在汽车前保险杠两侧大灯的内侧位置并靠近相邻的高速高分辨率摄像头(2)，所述的激光测距传感器(1)、高速高分辨率摄像头(2)及红外传感器(3)均位于同一高度，且从两侧大灯的外侧至内侧方向依次为激光测距传感器(1)、高速高分辨率摄像头(2)、红外传感器(3)；
所述的自动防撞子系统包括有安全气囊(4)、泄压阀、气体发生装置(6)、气囊点火装置(7)、可变阻尼式液压杆(8)、气囊安装铁片(9)、高压气瓶(10)、透明橡胶气囊(11)、透明橡胶气囊充气接口、吸能盒、液压杆(16)及液压杆固定支架(17)，所述的可变阻尼式液压杆(8)设置有多个，且分别固定在汽车前防撞梁前端，所述的气囊安装铁片(9)固定在可变阻尼式液压杆(8)的杆头位置，所述的安全气囊(4)、气体发生装置(6)、气囊点火装置(7)分别安装在气囊安装铁片(9)上，所述的泄压阀安装在所述的安全气囊(4)上，所述的高压气瓶(10)安装在发动机舱后部钣金件上，所述的吸能盒安装在前防撞梁和汽车纵梁之间，所述的液压杆(16)位于吸能盒内并通过液压杆固定支架(17)固定，所述的透明橡胶气囊(11)安装在汽车引擎盖与挡风玻璃的缝隙处，所述的透明橡胶气囊充气接口安装在透明橡胶气囊(11)上；
所述的信息处理子系统包括有控制器(13)和存储芯片(14)，所述的控制器(13)和存储芯片(14)集成在一起安装在发动机舱后部钣金件上；
所述的信息显示子系统包括有语音播报单元（20）和显示屏（21），所述的语音播报单元（20）和显示屏（21）集成在一起安装在汽车工作台上；
所述的报警子系统包括有GPS定位装置（22）和报警装置（23），所述的GPS定位装置（22）和报警装置（23）集成在一起安装在汽车工作台上；
所述的激光测距传感器(1)、高速高分辨率摄像头(2)、红外传感器(3)、气囊点火装置(7)、可变阻尼式液压杆(8)、高压气瓶(10)、存储芯片(14)、语音播报单元（20）、显示屏（21）、GPS定位装置（22）、报警装置（23）及电源分别通过导线与控制器(13)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车多级智能防撞系统，其特征在于：所述的激光测距传感器(1)、高速高分辨率摄像头(2)及红外传感器(3)均沿汽车纵向中心线对称分布在汽车保险杠两侧。
3.根据权利要求1所述的一种汽车多级智能防撞系统，其特征在于：所述的安全气囊(4)伸出汽车保险杠外表面，所述的汽车引擎盖与挡风玻璃的缝隙处设有塑料件，该塑料件表面设有气囊弹出槽，所述的透明橡胶气囊(11)安装在气囊弹出槽。
4.根据权利要求1所述的一种汽车多级智能防撞系统，其特征在于：所述的电源为车载蓄电池。
5.采用如权利要求1或2或3或4所述的汽车多级智能防撞系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、汽车行驶时，控制器(13)发送信号给激光测距传感器(1)，激光测距传感器(1)对前方障碍物进行实时测距，实时相对距离为L1，控制器(13)根据实时相对距离为L1变化的差值和每次实时测距间隔的时间，计算出汽车与障碍物的相对速度v及相对加速度a；
步骤S2、当障碍物与汽车之间的实时相对距离L1大于阈值S1时，则返回步骤S1继续测距；当障碍物与汽车之间的实时相对距离L1小于等于阈值S1时，控制器(13)将高速高分辨率摄像头(2)、红外传感器(3)开启；
步骤S3、高速高分辨率摄像头(2)对前方障碍物进行拍照并存储在存储芯片(14)上，控制器(13)利用双目测距原理计算出障碍物在汽车前方的具体三维位置并预测碰撞位置，控制着安全气囊(4)弹出的数量和位置；
步骤S4、结合红外传感器(3)判断前方障碍物是否为人类，当判断前方为人类时，则继续步骤S41；当判断前方为非人类障碍物时，则继续步骤S42；
步骤S41、当判断前方为人类时，控制器(13)发送指令给可变阻尼式液压杆(8)，可变阻尼式液压杆(8)调整到第一阻尼值，同时判断实时相对加速度：
若实时相对加速度a大于0，当实时相对距离L1小于等于阈值L，控制器(13)发送指令给气囊点火装置(7)和高压气瓶(10)，安全气囊(4)弹出，高压气瓶(10)通过透明橡胶气囊充气接口向透明橡胶气囊(11)里进行充气；
若实时相对加速度a小于等于0，控制器(13)根据实时相对速度和实时相对加速度预测出相对速度降为0时汽车需要行驶的距离L2，若L1大于L2，则控制器(13)不发送任何指令，若L1小于等于L2，控制器(13)根据实时相对速度和实时相对加速度预测出碰撞时相对速度，若碰撞时相对速度大于等于10km/h，且实时相对距离L1小于等于阈值L，则控制器(13)发送指令给气囊点火装置(7)和高压气瓶(10)，安全气囊(4)弹出，高压气瓶(10)通过透明橡胶气囊充气接口向透明橡胶气囊(11)里进行充气，若碰撞时相对速度小于10km/h，则控制器(13)不发送任何指令；
步骤S42、当判断前方为非人类障碍物时，控制器(13)发送指令给可变阻尼式液压杆(8)，可变阻尼式液压杆(8)调整到第二阻尼值，同时判断实时相对加速度：
若实时相对加速度a大于0，当实时相对距离L1小于等于阈值L，控制器(13)发送指令给气囊点火装置(7)，安全气囊(4)弹出；
若实时相对加速度a小于等于0，控制器(13)根据实时相对速度和实时相对加速度预测出相对速度降为0时汽车需要行驶的距离L2，若L1大于L2，则控制器(13)不发送任何指令，若L1小于等于L2，控制器(13)根据实时相对速度和实时相对加速度预测出碰撞时相对速度，若碰撞时相对速度大于等于10km/h，且实时相对距离L1小于等于阈值L，则控制器(13)发送指令给气囊点火装置(7)，安全气囊(4)弹出，若碰撞时相对速度小于10km/h，则控制器(13)不发送任何指令。
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