CN109774688A - 一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置，包括：多个电磁气压液压缓冲装置，其分别安装在轿车尾部的后围板中间和两侧内腔中，其包括：凸台底座，其平面一侧与所述轿车尾部固定连接；伸缩筒，其一端垂直密封套设在所述凸台底座的凸起上；橡胶块，其与所述凸台底座的凸起平行相对设置，并与所述伸缩筒另一端密封连接；安全气囊，其设置在所述橡胶块内。在轿车尾部的后围板中间和两侧内腔中设置有电磁气压液压缓冲装置，避免车辆碰撞追尾事故的发生，极大的提高了车辆行驶的安全性。本发明还提供一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，采集车况和路况，并基于BP神经网络确定制动踏板、油门踏板和电磁气压液压缓冲装置的工作状态。

Description

一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆主动安全领域，更具体的是，本发明涉及一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置及其控制方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展，道路上行驶的车辆越来越多，截止2018年上半年全国机动车保有量达到了3.19亿辆，车辆数量的增多导致交通事故也越发频繁，据统计汽车追尾事故占事故总量70％以上，现有的安全防护装置已经不能满足保护车辆安全行驶的需求。

当前驾驶员主要通过观察后视镜查看后方车辆行驶状况，采取相应措施避免发生追尾。有些通过在车辆尾部加装安全气囊，减小车辆发生碰撞的损失。通常情况下，在发生紧急情况下驾驶员第一反应是踩下制动踏板，几乎没有时间观察车辆后方状况从而导致碰撞发生，而后方的安全气囊通常在小型冲击力下不会弹出，所以无论是通过驾驶员的主观观察还是备用的后置安全气囊都不能将事故的风险和损失降到最低。

随着机器学习、深度学习、强化学习的快速发展，基于摄像头的机器视觉技术取得了长足的进步。目前在车辆主动安全领域，人们主要利用单向摄像头进行环境感知，通常具有局限性，不能兼顾车辆前后行驶状况，不能避免车辆的前方碰撞和后方追尾。

1820年丹麦物理学家汉斯·奥斯特发现了电流的磁效应，标志着电磁学时代的到来，同年12月安培提出了安培定律，开创了电动力学的理论。至今这项技术已经在生活中得到了广泛应用，但是目前还没有人将电流的磁效应与气泵、液压泵进行集合用于车辆防追尾上，从而避免交通事故的发生。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发了一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置，在轿车尾部的后围板中间和两侧内腔中设置有电磁气压液压缓冲装置，避免车辆碰撞追尾事故的发生，极大的提高了车辆行驶的安全性。

本发明的另一个目的是设计开发了一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，采集车况和路况，并基于BP神经网络确定制动踏板、油门踏板和电磁气压液压缓冲装置的工作状态。

本发明还能根据BP神经网络输出的电磁气压液压缓冲装置的工作状态精确控制安全气囊的气压、橡胶块运动的长度以及第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，进一步提高车辆碰撞追尾的安全性。

本发明提供的技术方案为：

一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置，包括：

多个电磁气压液压缓冲装置，其分别安装在轿车尾部的后围板中间和两侧内腔中，其包括：

凸台底座，其平面一侧与所述轿车尾部固定连接；

伸缩筒，其一端垂直密封套设在所述凸台底座的凸起上；

橡胶块，其与所述凸台底座的凸起平行相对设置，并与所述伸缩筒另一端密封连接；

安全气囊，其设置在所述橡胶块内；

两个一级液压缸，其设置在所述伸缩筒内，且对称设置在所述凸台底座的凸起上；

两个一级活塞，其分别设置在对应所述一级液压缸内；

两个活塞推杆，其一端分别与对应所述一级活塞连接，另一端与所述橡胶块连接；

进气管，其贯穿所述凸台底座和橡胶块的中心，并与所述安全气囊连通；

进油管，其设置在所述凸台底座内，并与所述一级液压缸连通；

回油管，其设置在所述橡胶块内，并与所述一级液压缸连通；

第一线圈绕组，其套设在所述伸缩筒一端并紧靠所述凸台底座；

第二线圈绕组，其套设在所述伸缩筒另一端并通过减震弹簧与所述橡胶块连接；

其中，当所述第一线圈绕组和第二线圈绕组相吸引时，所述橡胶块压缩伸缩筒靠近所述凸台底座运动，当所述第一线圈绕组和第二线圈绕组相排斥时，所述橡胶块拉伸伸缩筒远离所述凸台底座运动；当进油管向第一液压缸进油时，所述活塞推杆带动橡胶块拉伸伸缩筒远离所述凸台底座运动，当回油管向第一液压缸进油时，所述活塞推杆带动橡胶块压缩伸缩筒靠近所述凸台底座运动。

优选的是，还包括：

两个二级液压缸，其与所述一级活塞连接，并与对应所述一级液压缸连通；

两个二级活塞，其分别设置在对应所述二级液压缸内；

其中，所述活塞推杆与所述二级活塞连接，所述回油管与所述二级液压缸连通；

支撑板，其为圆盘结构，且同轴设置在所述伸缩筒中，并套设在所述二级液压缸上，用于支撑所述二级液压缸。

优选的是，还包括：

保护罩，其设置在所述凸台底座和橡胶块之间，并套设置在所述第一线圈绕组和第二线圈绕组外侧；

多个第一电磁阀，其分别设置在所述进油管的入口处和所述进油管与一级液压缸的连通处；

多个第二电磁阀，其分别设置在所述回油管的入口处和所述回油管与二级液压缸的连通处；

多个第三电磁阀，其设置在所述一级活塞和二级液压缸的连通处；

多个第四电磁阀，其分别设置在所述进气管的入口处和所述进气管与安全气囊的连通处；

气泵，其与所述进气管连通，用于为所述电磁气压液压缓冲装置提供气压动力源；

液压泵，其分别与所述进油管和回油管连通，用于为所述电磁气压液压缓冲装置提供液压动力源；

电池组，其与所述气泵、液压泵、第一线圈绕组和第二线圈绕组连接，用于为所述电磁气压液压缓冲装置提供电磁动力源。

优选的是，所述电磁气压液压缓冲装置包括相互并联设置的气动控制电路、液压控制电路和电流磁效应电路；

所述气动控制电路包括依次串联的气泵、第一滑片电机和第一滑片电阻；

所述液压控制电路包括依次串联的液压泵、第二滑片电机和第二滑片电阻；

所述电流磁效应电路包括第一电流磁效应电路和第二电流磁效应电路；

所述第一电流磁效应电路包括依次串联的第一保护电阻、第三滑片电机、第三滑片电阻、第一线圈绕组、第一电控双向开关和第一电源；

所述第二电流磁效应电路包括依次串联的第二保护电阻、第四滑片电机、第四滑片电阻、第二线圈绕组、第二电控双向开关和第二电源；

其中，所述第一线圈绕组和第二线圈绕组相对设置。

优选的是，还包括：

前置CCD摄像头，其设置在轿车前端顶部中间；

多个后置CCD摄像头，其分别设置在所述轿车后端中间和两侧；

多个超声波传感器，其分别设置在轿车前端车灯正下方和后端车灯正下方；

控制器，其与所述前置CCD摄像头、后置CCD摄像头、超声波传感器、电磁气压液压缓冲装置和轿车制动踏板、油门踏板连接，用于接收所述前置CCD摄像头、后置CCD摄像头和超声波传感器的检测数据，并控制所述电磁气压液压缓冲装置和轿车制动踏板和油门踏板工作。

一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，采集车况和路况，并基于BP神经网络确定制动踏板、油门踏板和电磁气压液压缓冲装置的工作状态，具体包括如下步骤：

步骤一、按照采样周期，测量轿车的车速、轿车前防障碍物状态、后方障碍物状态、轿车距前方障碍物距离，距后方障碍物距离；

步骤二、确定三层BP神经网络的输入层神经元向量x＝{x₁,x₂,x₃,x₄,x₅}；其中，x₁为轿车的车速，x₂为轿车前防障碍物状态，x₃为轿车后方障碍物状态，x₄为轿车距前方障碍物距离，x₅为轿车距后方障碍物距离；

其中，所述输入层神经元向量k为输入层神经元序列号，k＝{2,3}，当o_k＝1时，存在障碍物，o_k＝0时，不存在障碍物；

步骤三、所述输入层向量映射到隐层，隐层的神经元为m个；

步骤四、得到输出层神经元向量o＝{o₁,o₂,o₃}；其中，o₁为油门踏板工作状态，o₂为制动踏板的工作状态，o₃为电磁气压液压缓冲装置的工作状态，所述输出层神经元值为o₃＝{t₁,t₂,t₃}，其中，t₁为气动控制电路的工作状态，t₂为液压控制电路的工作状态，o₃为电流磁效应电路的工作状态，所述输出层神经元值为x为输出层神经元序列号，x＝{1,2,3}，当o_x为1时，处于工作状态，当o_x为0时，处于不工作状态。

优选的是，所述隐层及所述输出层的激励函数均采用S型函数f_j(x)＝1/(1+e^-x)。

优选的是，当t₁＝0,t₂＝0,t₃＝1时，电池组工作，并控制第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流为：

其中，L为橡胶块运动的长度，v为车速，M为车重，M_A为单位重量，d_s为安全距离，d为轿车距后方障碍物距离，L_max为橡胶块运动的最大长度，I₁,I₂为第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，δ为第一线圈绕组和第二线圈绕组的初始距离，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均匝数，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均半径。

优选的是，当t₁＝0,t₂＝1,t₃＝1时，液压泵和电池组工作，并控制橡胶块运动的长度为：

第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流为：

其中，L为橡胶块运动的长度，v为车速，M为车重，M_A为单位重量，d_s为安全距离，d为轿车距后方障碍物距离，L_max为橡胶块运动的最大长度，I₁,I₂为第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，δ为第一线圈绕组和第二线圈绕组的初始距离，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均匝数，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均半径。

优选的是，当t₁＝1,t₂＝1,t₃＝1时，气泵工作、液压泵和电池组均工作，并控制安全气囊的气压满足：

P＝0.75P_max；

橡胶块运动的长度为：

第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流为：

其中，L为橡胶块运动的长度，v为车速，M为车重，M_A为单位重量，d_s为安全距离，d为轿车距后方障碍物距离，L_max为橡胶块运动的最大长度，I₁,I₂为第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，δ为第一线圈绕组和第二线圈绕组的初始距离，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均匝数，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均半径，P为安全气囊的气压，P_max为安全气囊充满气体时的气压。

本发明所述的有益效果：

(1)本发明提供的基于前后摄像头的轿车防追尾装置，在轿车尾部的后围板中间和两侧内腔中设置有电磁气压液压缓冲装置，避免车辆碰撞追尾事故的发生，极大的提高了车辆行驶的安全性。

(2)本发明提供的基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，采集车况和路况，并基于BP神经网络确定制动踏板、油门踏板和电磁气压液压缓冲装置的工作状态。本发明还能根据BP神经网络输出的电磁气压液压缓冲装置的工作状态精确控制安全气囊的气压、橡胶块运动的长度以及第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，进一步提高车辆碰撞追尾的安全性。

附图说明

图1为本发明所述基于前后摄像头的轿车防追尾装置的原理示意图。

图2为本发明所述基于前后摄像头的轿车防追尾装置的设备布置示意图。

图3为本发明所述电磁气压液压装置的控制原理电路图。

图4为本发明所述电磁气压液压装置结构示意图。

图5为本发明所述基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供基于前后摄像头的轿车防追尾装置，其包括感知层、决策层、执行层。其中感知层由前置CCD摄像头、后置CCD摄像头、超声波传感器构成，它们分别用于获取车辆前方障碍物信息、车辆后方障碍物信息以及障碍物距车身的时时距离，并将获取的感知信息传递到集成控制器ECU，控制器ECU做出决策之后将信号传到执行层，执行结构电子油门踏板、电子制动踏板、电磁气压液压装置接受到信号后开启功能模式，保护车辆在道路上安全行驶。

如图2所示，表示本发明的一个前置CCD摄像头110、三个后置CCD摄像头120、四个超声波传感器130、三个电磁气压液压装置140的布置形式以及气泵150、电池组160、液压泵170的能量供给线路。CCD摄像头110安装在车辆前端顶部中间位置，CCD摄像头130安装在车辆尾部车顶的右边沿、中间、左边沿，四个摄像的镜头方向均沿车身垂直方向向下倾斜15°。其中两个超声波传感器130安装在车辆前方车灯正下方，剩余两个超声波传感器130安装在车辆后方车灯的正下方，且四个超声波轴线均与车身垂直。电磁气压液压装置140安装在车辆尾部的后围板180右边沿、中间、左边沿的内腔中。气泵150、电池组160、液压泵170安装在车辆中部底盘中，同时向三个电磁气压液压缓冲装置140提供相同大小动力源，保证了三个电磁气压液压缓冲装置140功能的一致性。

如图3所示，表示本发明的电磁气压液压装置的控制原理电路图，包括气泵、液压泵、四个滑片电机M1～M4、四个滑片电阻R11～R14、两个保护电阻R21～R22、两个线圈绕组A、B、两个电控双向开关S1～S2、两个电源组E1～E2，通过这些器件组成了一个可控的并联电路和一个独立电流磁效应电路。其中气泵与滑片电机M1、滑片电阻R1组成气控电路，当滑片电机M1划到最左侧时，气泵短路不进行工作，滑片电机M1划到最右侧时，气泵处于最佳工作状态。液压泵与滑片电机M2、滑片电阻R2组成液控电路，当滑片电机M2划到最左侧时，液压泵短路不进行工作，滑片电机M2划到最右侧时，液压泵处于最佳工作状态。滑片电机M3、保护电阻R21、滑片电阻R3、线圈绕组A、电控双向开关S1、电源组E1组成第一个电流磁效应电路，滑片电机M4、保护电阻R22、滑片电阻R4、线圈绕组B、电控双向开关S2、电源组E2组成第二个电流磁效应电路，根据安培定理，当滑片电机M1、M2在闭环电路中左右滑动时，通过线圈绕组A、B的电流将发生变化进而改变磁场的大小。根据右手螺旋定理，双向电控开关S1与S2打向电池组同一极时线圈绕组A、B相吸，双向电控开关S1与S2打向电池组不同极时线圈绕组A、B相吸。图中气压控制、液压控制、电磁控制采用并联连接的方式，通过控制滑片电机进而控制电磁气压液压缓冲装置的工作。

如图4所示，表示本发明的电磁气压液压缓冲装置140的结构图，其包括：凸台底座141，其平面一侧与轿车尾部固定连接；伸缩筒142，其一端垂直密封套设在凸台底座141的凸起上；橡胶块143，其与凸台底座的凸起平行相对设置，并与伸缩筒另一端密封连接，使得橡胶块143能够压缩或者拉伸伸缩筒142远离或者靠近凸台底座141运动。安全气囊144，其设置在所述橡胶块140内；两个一级液压缸145，其设置在伸缩筒142内，且对称设置在凸台底座141的凸起上；两个一级活塞1451，其分别设置在对应所述一级液压缸145内；两个二级液压缸146，其与一级活塞1451连接，并与对应一级液压缸145连通；两个二级活塞1461，其分别设置在对应二级液压缸146内；两个活塞推杆1462，其一端分别与对应二级活塞1461连接，另一端与橡胶块143连接；进气管1411，其贯穿所述凸台底座141和橡胶块143的中心，并与安全气囊144连通；进油管1412，其设置在所述凸台底座141内，并与一级液压缸146连通；回油管1413，其设置在橡胶块143内，并与二级液压缸146连通；第一线圈绕组A，其套设在伸缩筒142一端并紧靠凸台底座141；第二线圈绕组B，其套设在伸缩筒142另一端并通过减震弹簧与橡胶块143连接；支撑板1414，其为圆盘结构，且同轴设置在伸缩筒142中，并套设在二级液压缸146上，用于支撑二级液压缸146。保护罩147，其设置在凸台底座141和橡胶块143之间，并套设置在第一线圈绕组A和第二线圈绕组A外侧；多个第一电磁阀(101、102、103、104)，其分别设置在进油管1412的入口处和进油管1412与一级液压缸145的连通处；多个第二电磁阀(105、106、107、108)，其分别设置在回油管1413的入口处和回油管1413与二级液压缸146的连通处；多个第三电磁阀(201、202)，其设置在一级活塞1451和二级液压缸146的连通处；多个第四电磁阀(203、204)，其分别设置在进气管1411的入口处和进气管1411与安全气囊144的连通处。

当双向开关S1、S2打向同极，电磁控制功能开启，线圈绕组A、B相斥，通过控制滑片电机M3、M4，改变电路电流，调节磁场大小，推动橡胶块7向外移动。当双向开关S1、S2打向不同极，电磁控制功能开启，线圈绕组A、B相吸，通过控制滑片电机M3、M4，改变电路电流，调节磁场大小，将橡胶块7收回。当滑片电机M2从最左端向右滑动时，液压控制功能开启，电磁阀101、102、103、104打开，一级液压缸145工作，推动一级活塞1451带动橡胶块143向外移动，随着滑片电机M2的向右移动，电磁阀201、202打开，二级液压缸146工作，推动二级活塞1461带动橡胶块143继续向外移动。若收回橡胶块143，关闭电磁阀101、103打开电磁阀105、106、107、108，回油管进油推动活塞带动橡胶块143向内移动。若滑片电机M1从左向右移动，气泵控制功能开启，电磁阀203、204打开，安全气囊144迅速充气推动外围板180弹开，这种情况发生在非常紧急条件下。

本发明提供的基于前后摄像头的轿车防追尾装置，在轿车尾部的后围板中间和两侧内腔中设置有电磁气压液压缓冲装置，避免车辆碰撞追尾事故的发生，极大的提高了车辆行驶的安全性。

本发明还提供一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，采集车况和路况，并基于BP神经网络确定制动踏板、油门踏板和电磁气压液压缓冲装置的工作状态，具体包括如下步骤：

步骤一、建立BP神经网络模型。

BP模型上各层次的神经元之间形成全互连连接，各层次内的神经元之间没有连接，输入层神经元的输出与输入相同，即o_i＝x_i。中间隐含层和输出层的神经元的操作特性为

o_pj＝f_j(net_pj)

其中p表示当前的输入样本，ω_ji为从神经元i到神经元j的连接权值，o_pi为神经元j的当前输入，o_pj为其输出；f_j为非线性可微非递减函数，一般取为S型函数，即f_j(x)＝1/(1+e^-x)。

本发明采用的BP网络体系结构由三层组成，第一层为输入层，共n个节点，对应了表示车辆行驶的n个检测信号，这些信号参数由数据预处理模块给出；第二层为隐层，共m个节点，由网络的训练过程以自适应的方式确定；第三层为输出层，共p个节点，由系统实际需要输出的响应确定。

该网络的数学模型为：

输入向量：x＝(x₁,x₂,...,x_n)^T

中间层向量：y＝(y₁,y₂,...,y_m)^T

输出向量：o＝(o₁,o₂,...,o_p)^T

本发明中，输入层节点数为n＝5，输出层节点数为p＝3，隐藏层节点数m＝5。

输入层5个参数分别表示为：x₁为轿车的车速，x₂为轿车前防障碍物状态，x₃为轿车后方障碍物状态，x₄为轿车距前方障碍物距离，x₅为轿车距后方障碍物距离；

其中，所述输入层神经元向量k为输入层神经元序列号，k＝{2,3}，当o_k＝1时，存在障碍物，o_k＝0时，不存在障碍物；

输出层3个参数分别表示为：o₁为油门踏板工作状态，o₂为制动踏板的工作状态，o₃为电磁气压液压缓冲装置的工作状态，所述输出层神经元值为o₃＝{t₁,t₂,t₃}，其中，t₁为气动控制电路的工作状态，t₂为液压控制电路的工作状态，o₃为电流磁效应电路的工作状态，所述输出层神经元值为x为输出层神经元序列号，x＝{1,2,3}，当o_x为1时，处于工作状态，当o_x为0时，处于不工作状态。

步骤二、进行BP神经网络的训练。

建立好BP神经网络节点模型后，即可进行BP神经网络的训练。根据产品的历史经验数据获取训练的样本，并给定输入节点i和隐含层节点j之间的连接权值，隐层节点j和输出层节点k之间的连接权值。

(1)训练方法

各子网采用单独训练的方法；训练时，首先要提供一组训练样本，其中的每一个样本由输入样本和理想输出对组成，当网络的所有实际输出与其理想输出一致时，表明训练结束；否则，通过修正权值，使网络的理想输出与实际输出一致。

(2)训练算法

BP网络采用误差反向传播(Backward Propagation)算法进行训练，其步骤可归纳如下：

第一步：选定一结构合理的网络，设置所有节点阈值和连接权值的初值。

第二步：对每个输入样本作如下计算：

(a)前向计算：对l层的j单元

式中，为第n次计算时l层的j单元信息加权和，为l层的j单元与前一层(即l-1层)的单元i之间的连接权值，为前一层(即l-1层，节点数为n_l-1)的单元i送来的工作信号；i＝0时，令为l层的j单元的阈值。

若单元j的激活函数为sigmoid函数，则

且

若神经元j属于第一隐层(l＝1)，则有

若神经元j属于输出层(l＝L)，则有

且e_j(n)＝x_j(n)-o_j(n)；

(b)反向计算误差：

对于输出单元

对隐单元

(c)修正权值：

η为学习速率。

第三步：输入新的样本或新一周期样本，直到网络收敛，在训练时各周期中样本的输入顺序要重新随机排序。

BP算法采用梯度下降法求非线性函数极值，存在陷入局部极小以及收敛速度慢等问题。更为有效的一种算法是Levenberg-Marquardt优化算法，它使得网络学习时间更短，能有效地抑制网络陷于局部极小。其权值调整率选为

Δω＝(J^TJ+μI)^-1J^Te

其中J为误差对权值微分的雅可比(Jacobian)矩阵，I为输入向量，e为误差向量，变量μ是一个自适应调整的标量，用来确定学习是根据牛顿法还是梯度法来完成。

在系统设计时，系统模型是一个仅经过初始化了的网络，权值需要根据在使用过程中获得的数据样本进行学习调整，为此设计了系统的自学习功能。在指定了学习样本及数量的情况下，系统可以进行自学习，以不断完善网络性能。

具体工作过程包括：

1)车辆正常行驶在道路上，根据前置摄像头、后置摄像头、前置超声波传感器、后置超声波传感器时时采集的信号，将车辆行驶状况划分成五种决策形式。Lf为车辆距前方障碍物距离，Lr为车辆距后方障碍物距离，δ1、δ2为设定安全距离，若前方存在障碍物、后方存在障碍物、且Lf>δ1、Lr>δ2时，车辆正常行驶；若前方存在障碍物、后方存在障碍物、Lf>δ1、Lr<δ2时，电磁气压液压装置启动；若前方存在障碍物、后方存在障碍物、Lf<δ1、Lr>δ2时，制动踏板启动；若前方存在障碍物、后方存在障碍物、Lf<δ1、Lr<δ2时，制动踏板、电磁气压液压装置同时启动；若前方存在障碍物、后方无障碍物、Lf>δ1时，正常行驶；若前方存在障碍物、后方无障碍物、Lf<δ1时，制动踏板启动；若前方无障碍物、后方存在障碍物、Lr>δ2时，正常行驶；若前方无障碍物、后方存在障碍物、Lr<δ2时，油门踏板启动；若前方无障碍物、后方无障碍物时，正常行驶。具体则由BP神经网络训练和判别。如图5所示。

2)若电磁气压液压装置启动，对应方向摄像头进入障碍物位置判断，当障碍物位于电磁气压液压装置左边，则左边对应电磁气压液压装置工作；当障碍物位于左侧电磁气压液压装置和中间电磁气压液压装置之间，则对应最近的电磁气压液压装置工作。当障碍物位于电磁气压液压装置右边，则右边对应电磁气压液压装置工作。当障碍物位于右侧电磁气压液压装置和中间电磁气压液压装置之间，则对应最近的电磁气压液压装置工作。

2.1)当障碍物处于低速，电磁气压液压装置仅开启电磁控制功能，即t₁＝0,t₂＝0,t₃＝1，电池组工作，并控制第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流为：

其中，L为橡胶块运动的长度，v为车速，M为车重，M_A为单位重量，d_s为安全距离，d为轿车距后方障碍物距离，L_max为橡胶块运动的最大长度，I₁,I₂为第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，δ为第一线圈绕组和第二线圈绕组的初始距离，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均匝数，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均半径。

2.2)若障碍物处于中速，电磁气压液压装置开启电磁控制功能、液压控制功能，即t₁＝0,t₂＝1,t₃＝1，液压泵和电池组工作，并控制橡胶块运动的长度为：

第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流为：

2.3)若障碍物处于高速，电磁气压液压装置开启电磁控制功能、液压控制功能、气压控制功能，即t₁＝1,t₂＝1,t₃＝1，气泵工作、液压泵和电池组均工作，并控制安全气囊的气压满足：

P＝0.75P_max；

橡胶块运动的长度为：

第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流为：

其中，P为安全气囊的气压，P_max为安全气囊充满气体时的气压。

本发明提供的基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，采集车况和路况，并基于BP神经网络确定制动踏板、油门踏板和电磁气压液压缓冲装置的工作状态。本发明还能根据BP神经网络输出的电磁气压液压缓冲装置的工作状态精确控制安全气囊的气压、橡胶块运动的长度以及第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，进一步提高车辆碰撞追尾的安全性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置，其特征在于，包括：

多个电磁气压液压缓冲装置，其分别安装在轿车尾部的后围板中间和两侧内腔中，其包括：

凸台底座，其平面一侧与所述轿车尾部固定连接；

伸缩筒，其一端垂直密封套设在所述凸台底座的凸起上；

橡胶块，其与所述凸台底座的凸起平行相对设置，并与所述伸缩筒另一端密封连接；

安全气囊，其设置在所述橡胶块内；

两个一级液压缸，其设置在所述伸缩筒内，且对称设置在所述凸台底座的凸起上；

两个一级活塞，其分别设置在对应所述一级液压缸内；

两个活塞推杆，其一端分别与对应所述一级活塞连接，另一端与所述橡胶块连接；

进气管，其贯穿所述凸台底座和橡胶块的中心，并与所述安全气囊连通；

进油管，其设置在所述凸台底座内，并与所述一级液压缸连通；

回油管，其设置在所述橡胶块内，并与所述一级液压缸连通；

第一线圈绕组，其套设在所述伸缩筒一端并紧靠所述凸台底座；

第二线圈绕组，其套设在所述伸缩筒另一端并通过减震弹簧与所述橡胶块连接；

其中，当所述第一线圈绕组和第二线圈绕组相吸引时，所述橡胶块压缩伸缩筒靠近所述凸台底座运动，当所述第一线圈绕组和第二线圈绕组相排斥时，所述橡胶块拉伸伸缩筒远离所述凸台底座运动；当进油管向第一液压缸进油时，所述活塞推杆带动橡胶块拉伸伸缩筒远离所述凸台底座运动，当回油管向第一液压缸进油时，所述活塞推杆带动橡胶块压缩伸缩筒靠近所述凸台底座运动。

2.如权利要求1所述的基于前后摄像头的轿车防追尾装置，其特征在于，还包括：

两个二级液压缸，其与所述一级活塞连接，并与对应所述一级液压缸连通；

两个二级活塞，其分别设置在对应所述二级液压缸内；

其中，所述活塞推杆与所述二级活塞连接，所述回油管与所述二级液压缸连通；

支撑板，其为圆盘结构，且同轴设置在所述伸缩筒中，并套设在所述二级液压缸上，用于支撑所述二级液压缸。

3.如权利要求2所述的基于前后摄像头的轿车防追尾装置，其特征在于，还包括：

保护罩，其设置在所述凸台底座和橡胶块之间，并套设置在所述第一线圈绕组和第二线圈绕组外侧；

多个第一电磁阀，其分别设置在所述进油管的入口处和所述进油管与一级液压缸的连通处；

多个第二电磁阀，其分别设置在所述回油管的入口处和所述回油管与二级液压缸的连通处；

多个第三电磁阀，其设置在所述一级活塞和二级液压缸的连通处；

多个第四电磁阀，其分别设置在所述进气管的入口处和所述进气管与安全气囊的连通处；

气泵，其与所述进气管连通，用于为所述电磁气压液压缓冲装置提供气压动力源；

液压泵，其分别与所述进油管和回油管连通，用于为所述电磁气压液压缓冲装置提供液压动力源；

电池组，其与所述气泵、液压泵、第一线圈绕组和第二线圈绕组连接，用于为所述电磁气压液压缓冲装置提供电磁动力源。

4.如权利要求3所述的基于前后摄像头的轿车防追尾装置，其特征在于，所述电磁气压液压缓冲装置包括相互并联设置的气动控制电路、液压控制电路和电流磁效应电路；

所述气动控制电路包括依次串联的气泵、第一滑片电机和第一滑片电阻；

所述液压控制电路包括依次串联的液压泵、第二滑片电机和第二滑片电阻；

所述电流磁效应电路包括第一电流磁效应电路和第二电流磁效应电路；

所述第一电流磁效应电路包括依次串联的第一保护电阻、第三滑片电机、第三滑片电阻、第一线圈绕组、第一电控双向开关和第一电源；

所述第二电流磁效应电路包括依次串联的第二保护电阻、第四滑片电机、第四滑片电阻、第二线圈绕组、第二电控双向开关和第二电源；

其中，所述第一线圈绕组和第二线圈绕组相对设置。

5.如权利要求4所述的基于前后摄像头的轿车防追尾装置，其特征在于，还包括：

前置CCD摄像头，其设置在轿车前端顶部中间；

多个后置CCD摄像头，其分别设置在所述轿车后端中间和两侧；

多个超声波传感器，其分别设置在轿车前端车灯正下方和后端车灯正下方；

控制器，其与所述前置CCD摄像头、后置CCD摄像头、超声波传感器、电磁气压液压缓冲装置和轿车制动踏板、油门踏板连接，用于接收所述前置CCD摄像头、后置CCD摄像头和超声波传感器的检测数据，并控制所述电磁气压液压缓冲装置和轿车制动踏板和油门踏板工作。

6.一种基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，其特征在于，采集车况和路况，并基于BP神经网络确定制动踏板、油门踏板和电磁气压液压缓冲装置的工作状态，具体包括如下步骤：

步骤一、按照采样周期，测量轿车的车速、轿车前防障碍物状态、后方障碍物状态、轿车距前方障碍物距离，距后方障碍物距离；

步骤二、确定三层BP神经网络的输入层神经元向量x＝{x₁,x₂,x₃,x₄,x₅}；其中，x₁为轿车的车速，x₂为轿车前防障碍物状态，x₃为轿车后方障碍物状态，x₄为轿车距前方障碍物距离，x₅为轿车距后方障碍物距离；

其中，所述输入层神经元向量k为输入层神经元序列号，k＝{2,3}，当o_k＝1时，存在障碍物，o_k＝0时，不存在障碍物；

步骤三、所述输入层向量映射到隐层，隐层的神经元为m个；

步骤四、得到输出层神经元向量o＝{o₁,o₂,o₃}；其中，o₁为油门踏板工作状态，o₂为制动踏板的工作状态，o₃为电磁气压液压缓冲装置的工作状态，所述输出层神经元值为o₃＝{t₁,t₂,t₃}，其中，t₁为气动控制电路的工作状态，t₂为液压控制电路的工作状态，o₃为电流磁效应电路的工作状态，所述输出层神经元值为x为输出层神经元序列号，x＝{1,2,3}，当o_x为1时，处于工作状态，当o_x为0时，处于不工作状态。

7.如权利要求6所述的基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，其特征在于，所述隐层及所述输出层的激励函数均采用S型函数f_j(x)＝1/(1+e^-x)。

8.如权利要求6或7所述的基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，其特征在于，当t₁＝0,t₂＝0,t₃＝1时，电池组工作，并控制第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流为：

其中，L为橡胶块运动的长度，v为车速，M为车重，M_A为单位重量，d_s为安全距离，d为轿车距后方障碍物距离，L_max为橡胶块运动的最大长度，I₁,I₂为第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，δ为第一线圈绕组和第二线圈绕组的初始距离，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均匝数，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均半径。

9.如权利要求6或7所述的基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，其特征在于，当t₁＝0,t₂＝1,t₃＝1时，液压泵和电池组工作，并控制橡胶块运动的长度为：

第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流为：

其中，L为橡胶块运动的长度，v为车速，M为车重，M_A为单位重量，d_s为安全距离，d为轿车距后方障碍物距离，L_max为橡胶块运动的最大长度，I₁,I₂为第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，δ为第一线圈绕组和第二线圈绕组的初始距离，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均匝数，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均半径。

10.如权利要求6或7所述的基于前后摄像头的轿车防追尾装置的控制方法，其特征在于，当t₁＝1,t₂＝1,t₃＝1时，气泵工作、液压泵和电池组均工作，并控制安全气囊的气压满足：

P＝0.75P_max；

橡胶块运动的长度为：

第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流为：

其中，L为橡胶块运动的长度，v为车速，M为车重，M_A为单位重量，d_s为安全距离，d为轿车距后方障碍物距离，L_max为橡胶块运动的最大长度，I₁,I₂为第一线圈绕组和第二线圈绕组的电流，δ为第一线圈绕组和第二线圈绕组的初始距离，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均匝数，为第一线圈绕组和第二线圈绕组的平均半径，P为安全气囊的气压，P_max为安全气囊充满气体时的气压。