CN1099342A - 行车防撞方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种行车防撞方法及其装置，利用可见光动态测 距装置即目前已被广泛应用的自动对焦光学装置检 测自身与障碍物的距离，具体是将焦距对准时的焦距 信号作为距离信号取出，微机输入该测出的距离及另 外测出的自身车速，把它们与预先设定的速度-距离 关系作比较和判断，并输出判断信号去控制速度控制 系统。能根据自身速度及与障碍物的距离自动进行 限速或制动，以保证行车时的车距及防止相撞，响应 敏捷，动作可靠，成本较低。

Description

本发明涉及行车防撞方法及其装置。

汽车或火车等车辆在行车过程中，会由于多种原因而引发后车撞前车的行车追尾事故及其它相撞事故。发生此类事故的重要原因在于，尤其在高速行驶的情况下，驾驶员很难凭视觉观察来保持与前方车辆之间的安全距离，一旦前方车辆发生事故，便很难及时作出响应。例如，当驾驶员驾驶车辆正以100公里/小时的速度行驶，突然发现前方车辆发生事故而进行紧急刹车时，驾驶员从眼睛看到事故发生，经大脑判断，到手、脚作出相应的刹车动作，一般至少历时0.7秒钟，此间，车又向前行驶了20米，刹车后由于惯性，车还会向前滑行约80米。所以，行车中若不保持一定的车距，就很容易发生追尾事故。为了行车安全，车速越高，就应保持越大的与前方车辆的车距。但是，单凭肉眼很难判断与前方车辆的距离及距离的变化，而且，人类习惯于低速行走，也习惯于在行走以至奔跑（此时速度也较低）时与前方障碍物保持较短的距离，所以，即使有严格的行车规范，在高速公路上行驶时，如果完全凭人的感觉器官操作，驾驶员也会自觉或不自觉地使自己的车辆与前方车辆间距离小于安全距离，有可能导致此类事故的发生。

为了防止发生行车相撞事故，人们已研究出了多种行车安全控制装置。例如，中国专利公开CN1055512A公报公开了一种机动车辆预防追撞自动控制装置，该装置包括：装在车后部的能发出多个不同发射距离和频率的发波器；装在车前部的收波器；检测自身车速用的车速检测器；煞车控制器；微处理机，它根据上述车速检测器测出的车速，设定上述收波器的接收频率，并于收波器收到该设定频率的讯号后，对煞车控制器等发出讯号。由于装在车后的发波器能发出多种不同频率的波，且按频率的不同，其发射距离即分布于车后的距离也各不相同，所以，紧随其后的车若装有收波器，从收波器能收到的波的频率便可确定自身与前方车的车距。所以，该自动控制装置利用微机根据测出的车速设定收波器接收波的频率，实际上设定了在该车速下的安全车距，一旦收波器收到了该设定的频率，即表明车距已小于安全车距，微机便发出刹车指令，使车辆刹车。该装置可克服人的感觉器官的不足，当车距小于安全距离时，该装置可使车辆自行刹车以保证安全。但是，只有前面的车辆装上这种装置，后面车辆上的这种装置才能起作用，因此其实用性很小；而且，在高速公路上行驶的汽车，车速可达140公里/小时以上，此时的安全距离应保持120米以上，要保证相距120米以上的后面的车上的收波器能可靠地接收到前面车上发波器发出的波，就必须有高质量高功率的发波器，能发出多个功率高、发射距离准确且与频率准确对应的波，也必须有抗干扰性能好的收波器，不然，该装置就不能可靠地动作。

此外，该装置一旦测出车距已小于安全车距，即发出刹车指令进行刹车，致使刹车时振动大及频繁刹车，乘坐者会感到不舒服。

另外，中国专利公开公报第1049315A号公开了一种激光定距自动刹车系统，该系统包括装于车辆前部的激光发射器、反向光探测器及控制电路，激光发射器发出的激光如遇到前方障碍物被反向回来，后由反向光探测器接收，此间的时间间隔便反映出障碍物的距离，所以利用该装置可实现定距自动刹车，即，一旦车距小于设定的安全车距，该装置便发出刹车指令。该装置的激光发射器和反射光探测器安装于同一辆车的前部，不必依靠前方车辆发出的信号，所以比前一种必须依赖前方车发出的波才能动作的装置具有实用性，而且利用激光测距，精度很高。但是，这种装置仍必须有发射、接收这样两个设备、两个过程，不仅结构复杂，而且，正如该专利公报记载的，该装置仅适用于探测18米以内的前方车辆，为了提高脉冲激光的峰值强度，采用了窄脉冲，以保证在18米距离内反射光探测器能可靠地探测到反射的激光。换言之，探测距离更大时，该装置便不能保证可靠地动作，因此，这种装置不适于用作在高速公路上行驶的汽车的防撞用测距装置。若要利用激光技术制成能测距100米以上的、适用于高速行驶汽车的防撞用测距装置，就目前的技术发展水平来看，制造成本一定十分昂贵，不可能在普通民用交通车辆上应用。

此外，可使用于行车时动态测距的，还有红外、声纳、雷达等技术，它们各有各的优点，但由于都必需发射、接收两套设备，两个过程，所以就目前的技术发展水平而言，若将它们使用于民用行车时的动态测距，均存在各自的问题，或者灵敏性、可靠性欠佳，或者抗干扰性能嫌不足，或结构太复杂、成本太高，所以均难以实际应用。

鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供一种更具实用性的行车防撞方法，该方法利用一种目前成熟因而可靠的可见光动态测距技术检测自身与障碍物的距离，再由微机根据测出的上述距离及速度检测装置测出的自身速度，作出速度控制的判断并发出该速度控制信号，用此方法控制行车，比现有方法更方便、可靠、成本较低。

本发明的又一目的在于，提供一种实施上述方法的行车防撞装置，即该装置可利用目前成熟的可见光动态测距装置检测自身与障碍物的距离，以便组成可靠性高、成本较低、更具有实用性的行车防撞装置。

本发明提供的行车防撞方法包括如下步骤：1.利用可见光动态测距技术即自动对焦光学装置检测自身与障碍物的距离，具体是，自动对焦光学装置接受来自障碍物的可见光后自动进行对焦，并将焦距对准时的焦距信号作为距离信号取出并输入微机；2.检测自身速度并输入微机；3.由微机根据上述测出的距离信号和速度信号，向有关的速度控制系统发出速度控制信号；4.速度控制系统根据来自微机的速度控制信号，自动控制行车速度。

本发明提供的实施上述方法的行车防撞装置包括：1.可见光动态测距装置即自动对焦光学装置，它具有：由多个光学透镜组成的可调焦镜头，能接受来自障碍物的可见光并将其聚焦于下述的微型屏幕；由感光半导体构成的微型屏幕，能接受上述经可调焦镜头聚焦的光并发出相应的感光信号；自动对焦用CPU（中央处理单元），它根据上述微型屏幕的感光信号向下述的对焦驱动器发出对焦指令；对焦驱动器，它根据上述对焦指令调节上述可调焦镜头的焦距，使焦距对准，2.检测自身速度的速度检测装置，3.控制用微机，它将上述自动对焦距光学装置在焦距对准时发出的焦距信号作为距离信号输入，再输入上述速度检测装置测出的速度信号，与预先存入微机的速度一距离关系作比较，作出速度控制判断，并向速度控制系统输出该速度控制信号，4.速度控制系统，它根据上述速度控制信号控制速度。

本发明提供的行车防撞方法及其装置利用可见光动态测距技术进行动态测距，而可见光动态测距技术已被广泛应用于电影摄影机、电视摄像机、自动照相机等且性能可靠，例如装有摄像机的赛车在国际汽车越野赛中，在途经沙漠沼泽等时，虽然所处的道路、气候条件十分恶劣，摄像机仍正常地工作，摄下了行车途中的前方景物及驾驶员的操作状况，以备事后作事故分析之用。该技术主要是利用摄影机、自动照相机中的能自动高速对焦的光学装置，该光学装置对被摄物自动对焦后便发出信号，使摄像机等自动摄下被摄物的图像，动作灵敏、可靠；在1秒钟内，摄像机可自动对焦并摄取十多帧、几十帧甚至数百帧十分清晰的图像，能适应高速响应的需要；而且只要有可见光便能可靠地工作，可摄取距离相当远处的景物；不必设置发射、接收两套设备，结构较简单，成本较低。所以，利用这种自动对焦光学装置进行动态测距，可测距离近至数厘米，远至1公里以上（若用可与望远镜媲美的长焦距变焦镜头，理论上可达无限远），测量精度高（测距误差小于1%），测距速度高且动作十分可靠，成本较低，完全可以实用化。

此外，使用自动对焦光学装置进行自动测距，并通过微机进行速度控制，不仅能克服人的感觉器官的不足，准确地自动进行测距及高速响应，自动地控制速度，而且由于能高速自动响应，行车时不必为了保证安全而保持过大的车距，因此，使用本发明所述的方法和装置，可在保证行车安全的前提下，充分利用道路面积。

附图简单说明：

图1：本发明所述行车防撞装置一实施例的构成框图。

图2：图1中可见光动态测距装置的构成框图。

图3：本发明所述行车防撞装置一实施例的工作流程框图。

图4：本发明所述行车防撞装置一实施例中实测距离指示灯的示意图。

图5：本发明所述行车防撞装置一实施例中限速装置示意图。

以下结合附图进一步说明本发明的构成及作用效果。

图1是本发明提供的一种汽车用行车防撞装置一实施例的构成框图。如图所示，1是可见光动态测距装置，2是速度检测装置，3是控制用微机，4是速度控制系统。此外，本实施例还设有按道路和气候等条件作选择设定用的条件选择设定开关5，指示检测出的自身速度V（实）的速度表6，以及指示由可见光动态测距装置测出的车距S（实）的指示灯7。

可见光动态测距装置1，可采用现有的多种摄像机、电影摄影机及自动照相机中的变焦自动对焦光学装置，例如可采用奥林派司IS-3000型自动照相机中的变焦自动对焦光学装置，该种光学装置的主要构成如图2所示，11是由多个位于同一光轴的透镜组成的可调焦镜头，它将来自被摄物的可见光聚焦于下述的微型屏幕。12是变焦驱动器，它接受来自外界的变焦信号，并根据该变焦信号调节可调焦镜头11，使其确定摄取景物的距离范围，以便于可调焦镜头11能精确对焦。微型屏幕13由感光半导体构成，其于和可调焦镜头11相对的面上分布有数百个感光点，当经过可调焦镜头11聚焦的可见光聚焦于该微型屏幕13上的感光点时，微型屏幕13便向对焦控制用CPU14发出相应的感光信号。CPU14接受到该感光信号，便向对焦驱动器15发出对焦指令。对焦驱动器15包括微型电动机及齿轮等传动机构，它们按对焦控制用CPU14发出的对焦指令动作，使可调焦镜头11动作以调节焦距。当调节到经可调焦镜头11聚焦的光点直径最小，在微型屏幕13上形成的感光图像最清晰时，即焦距已对准时，CPU即发出相应的焦距信号，与此同时，CPU向快门等自动照相机中的自动摄片机构发出曝光指令，使其拍摄出十分清晰的相片。该变焦自动对焦光学装置动作敏捷，每秒钟可拍摄至少数百帧图像，可清晰拍摄的距离至少可达1公里，其速度、可测距离完全可满足汽车高速行驶时，用于防撞目的的动态测距的需要。若将该种变焦自动对焦镜头用作汽车的可见光动态测距装置1，可将其焦距对准时的焦距信号当作其与障碍物间的距离信号取出，因为该焦距信号与实际的距离是一一对应的，其测距误差小于1%，即，如果实际距离为100米，测出的距离信号的误差小于1米，这样的测距精度也能满足防撞测距的需要。测出的距离信号输入微机3，同时输入距离指示灯7以指示实际距离。

自身车速检测装置2及车速V（实）指示表6可利用现在一般汽车上已装置的车速检测装置及车速表，若使用的是数字式车速表，可直接使用其信号，若是电压式车速表，则须先将其数字化。然后，只要将车速检测装置测出的该数字化的车速信号V（实）输入微机3即可。

在本实施例中，在微机3的存储器31中，预先存入了车速V与安全距离S即允许距离的关系曲线，这是按照国家的行车规范以及该车自身的重量、制动速度等条件设定的，例如，车速100公里/小时时，安全距离S（安）为80米。为了能适应不同的路面状况及雨雪天、雾天等不同的气候条件，还设置了与存储器3连接的条件选择设定开关5，内存的V-S（安）曲线与设定开关5的可选择条件相对应地设有多条，当路面条件较差或雨雪天等需要比平时保持更大的车距时，可适当调节该条件选择设定开关5，从而选定所使用的内存的某一条V-S曲线，例如，将原来与100公里/小时对应的80米调节设定为90米或100米，从而保证既能充分利用道路面积，又能确保安全。

微机3中还设有两个比较器，比较器32输入来自车速检测装置2的车速信号V（实），并输入存储器31中经条件选择设定开关5设定的速度V-安全距离S（安）关系，将两者作比较，选定在当时车速下的合适的安全距离S（安）。比较器33输入来自上述可见光动态测距装置1的距离信号S（实），再输入比较器32选定的安全距离信号S（安），将两者作比较后作出速度控制判断，并输出该速度控制信号。

微机3输出的速度控制信号经功率放大后输入速度控制系统4。在本实施例中速度控制系统4包括限速用风门控制装置，即限速控制用伺服电机和制动用控制装置即制动控制用伺服电机。限速控制装置如图5所示，当微机3输出的限速信号经驱动电路201的放大，输入限速用伺服电机202时，根据该限速信号，伺服电机202驱使蜗杆203转动，带动蜗轮204向顺时钟方向转动。于是，一端枢接于蜗轮204的连杆205便推动与之枢接的连杆206，使连杆206进一步伸入进风管207内，顶住风门阀208，这样便限制了风门的开度，使进入的空气量减少，从而抑制了油的燃烧速度，使汽车速度降低。制动控制用伺服电机则通过蜗杆蜗轮控制制动用油泵，实现制动目的。

本实施例的动作过程如下。

首先根据路面及气候条件，调节条件选择设定开关5，以设定使用微机3中存储器31所存储的某一条速度-距离关系曲线。然后如图1、图3所示，当汽车启动并启动该行车防撞装置（步骤100）后，可见光动态测距装置1和自身车速检测装置2便分别开始工作，分别连续不断地检测距离（步骤101）和检测车速（步骤102）。其中，检测距离的步骤101是如下进行的：变焦自动对焦光学装置先输入来自车速检测装置2的车速信号，并根据该车速信号自动变焦以确定测距的范围，然后再通过微型屏幕、CPU、对焦驱动器自动进行对焦，而焦距对准时的焦距信号作为距离信号则由微机3取出。测出的距离信号S（实）和速度信号V（实）连续不断地被输入微机3。此时微机3中的比较器32已输入了由条件选择设定开关5设定的V-S（安）关系曲线，一旦再输入检测出的车速V（实），即将测出的车速V（实）与设定的V-S（安）关系作比较，从中选定安全距离S（安）（步骤103）。微机3中的比输器33输入可见光动态测距装置1测出的距离信号S（实），再输入来自比较器32的选定安全距离S（安），然后比较两者的大小（步骤104），若S（实）≤S（安），微机3即发出限速指令（步骤105），该指令经功率放大，输入速度控制系统中的限速控制用伺服电机41，通过该伺服电机来关小风门以限速，与此同时，比较器33再次对测出的距离信号S（实）与选定的安全距离信号S（安）进行比较（步骤106），若发现S（实）小于或等于0.9S（安），微机3便向制动控制用伺服电机42发出制动指令，使该伺服电机42转过一定的角度，进而通过与伺服电机42的输出轴连接的蜗杆、蜗轮，推动与蜗轮相连的活塞杆，从而使制动用油泵的活塞相应地推进一定的距离，实现柔性制动。进行限速或制动后，实际的车速及车距便发生变化。另一方面，微机3发出制动指令后，其比较器33继续对不断测出的车距S（实）和根据当时的车速，由比较器32选定的S（安）进行比较，依次判别S（实）≤0.85S（安）？S实≤0.8S（安）？……，并依次使制动控制用伺服电机42再转过相应角度，实现一般制动。一旦比较器33判别出实际距离S（实）已等于或小于设定的紧急刹车距离例如已等于或小于0.7的安全距离（步骤108），微机3便发出紧急刹车指令（步骤109），该指令信号经功率放大送入制动用伺服电机42，使电机42转动所设定转角中的最大角度，再通过蜗杆等传动机构，使刹车系统实现自动紧急刹车。这样，由于微机3对测出的距离与选定的安全距离间的差距是由小至大依次作出判断并依次发出指令，使制动控制用伺服电机42及其所控制的刹车系统的动作也由小至大连续性地进行即进行柔性制动，所以制动动作较平衡。如果经过限速或制动控制后，微机3的比较器33判别出测得的实际距离S（实）已大于设定的安全距离S（安），即向限速控制用伺服电机41和制动控制用伺服电机42发出复位指令（步骤110）使其复位，车辆便可正常行驶。

如图4所示，为便于驾驶员观察，本实施例的距离指示灯7，由多个代表一定距离段的指示小灯71构成，它们按其所代表距离的大小，由小至大地依次排列于车速指示表6的外周，且各指示小灯71的位置按微机3内存入的速度-距离关系，与速度表的速度刻度大致相对应地配置，例如指示距离为80米的指示小灯71与速度表的100公里/小时相对应。微机3根据可见光动态测距装置1测出的距离信号，发出指令使相应的指示小灯亮，例如距离为110米时，指示110米的指示小灯点亮，此时如果车速如图4所示为110米，即，速度表的指针61离点亮的指示小灯尚有一段距离，表明此时属安全状态，不必限速或制动；如果此时的车速接近130公里/小时，即，速度表的指针61摆到了接近图中点亮的灯的相应位置，表明车距已接近安全距离的极限。这样配置距离指示灯，不仅可弥补肉眼观察的不足，使驾驶员了解当时的确切的车距，而且还可使驾驶员获得车速是否过快的大致的指示。当然，即使没有该距离指示灯，本发明的行车防撞装置也会按需自动进行限速或制动。此外，图4中所示的各指示小灯与速度刻度的位置配置仅是一个例子，可根据实际情况设定。

在上述实施例中，可见光动态测距装置采用了变焦自动对焦光学装置，它根据测出的车速信号自动变焦后再进行对焦，也就是先确定所测距离的远近后再进行对焦，可提高对焦精度，但也可以采用非变焦自动对焦光学装置，因为根据一般汽车的最高行车速度（160公里/小时），所需的防撞测距范围不会太远，至多120米，这样的距离范围，利用非变焦自动对焦光学装置也能准确测距。如果用作时速更高的高速列车或其它的高速交通工具的动态测距装置，则宜选用变焦自动对焦光学装置。总之，可见光动态测距装置可根据实际行车的需要，尤其是行车速度的需要进行选择。

在上述实施例中，微机3先根据内存的速度-距离关系及测得的速度选定安全距离，然后将该选定的安全距离与测出的实际距离进行比较，并据此发出速度控制信号。但这不是唯一的控制方式，例如也可以作如下控制：微机3先根据内存的速度-距离关系及测出的实际距离，选定自身行车的安全速度V（安），再将该V（安）与测出的实际速度V（实）进行比较，据此作出判断并发出判断结果即相应的速度控制信号。

在上述实施例中，微机3中内存的速度-距离关系曲线除了参照了国家规定的行车规范外，还考虑了该车的重量等自身条件，但如果作为一般汽车的通用设备，微机3中内存的速度-距离关系可以仅参照行车规范，而把该车重量等的自身条件作为设定条件，在将该行车防撞装置安装于车辆上时再进行设定。

在上述实施例中，速度控制系统包括控制风门的伺服电机41和控制制动用油泵的伺服电机42，但在实际上，各种车辆有各种限速和制动系统及其控制系统，所以显然，速度控制系统可以完全不受上述实施例所限，例如伺服电机可改成步进电机，也可以不用蜗杆蜗轮传动，只要它能根据来自微机的速度控制信号，执行对行车系统的速度控制的任务就行。

此外，当车辆在夜间、雾天行驶或行驶于盘山公路等弯道上，因此看不见前方车辆等障碍物时，可将本发明的行车防撞装置的测距镜头向下偏转一个角度，探测路面状况，仍可进行自动控制。当车辆欲超车时，测距镜头随车辆偏转一个角度，前方车辆便离开测距镜头的探测范围，即能进行超车。

本发明所述的行车防撞方法及其装置，不仅可应用于汽车防撞，也可应用于火车防撞，以及其它速度更高的交通工具的防撞。

Claims (7)

1、一种行车防撞方法，包括如下步骤：

(1)用动态测距装置检测本身与障碍物的距离，

(2)检测本身的速度，

(3)由控制装置根据上述测出的距离信号和速度信号，作出速度控制判断并向速度控制系统发出该速度控制信号，

(4)根据上述控制装置发出的速度控制信号，由速度控制系统控制行车速度，其特征在于：

在上述步骤(1)中使用的是可见光动态测距装置即自动对焦光学装置，该自动对焦光学装置接受来自障碍物的可见光后自动进行对焦，并将焦距对准时的焦距信号作为距离信号由下述的微机取出；

在上述步骤(3)中的控制装置是微机，该微机内预先存储有速度V-距离S的关系曲线，测出的实际速度V(实)与实际距离S(实)输入微机后，微机将其与该速度V-距离S关系曲线作比较，作出速度控制的判断。

2、按权利要求1所述的行车防撞方法，其特征在于，在上述步骤（3）中，微机先将输入的速度信号与内存的速度V-距离S关系作比较，选定安全距离S（安），然后将该S（安）与实测的距离S（实）进行比较后作出判断，并将判断结果作为速度控制信号输出。

3、按权利要求2所述的行车防撞方法，其特征在于，在上述步骤（3）中，微机3所作的判断包括限速判断和制动判断，并且，制动判断是按实测距离S（实）与选定的安全距离S（安）之间差距的大小，由小至大依次作出判断并依次发出相应的指令。

4、按权利要求1所述的行车防撞方法，其特征在于，上述步骤（1）中使用的可见光动态测距装置是变焦自动对焦光学装置，它先根据实测的速度自动变焦以确定测距的范围，然后再自动对焦使焦距对准，并将焦距对准时的焦距信号作为距离信号由微机取出。

5、一种实施如权利要求1所述的行车防撞方法的行车防撞装置，包括：检测自身与障碍物距离的动态测距装置；检测自身速度的速度检测装置；控制用微机，它根据上述两装置分别测出的距离信号和速度信号，向速度控制系统发出速度控制信号；速度控制系统，它根据上述速度控制信号，自动控制速度，其特征在于，上述动态测距装置是可见光动态测距装置，即自动对焦光学装置，包括：由多个光学透镜组成的可调焦镜头，它接受来自障碍物的可见光并将其聚焦于下述的微型屏幕；由感光半导体构成的微型屏幕，它接受上述经聚焦的光并发出相应的感光信号，自动对焦用CPU，它根据上述微型屏幕的感光信号向下述的对焦驱动器发出对焦指令；对焦驱动器，它根据上述对焦指令来调节上述可调焦镜头的焦距，使焦距对准，并且，上述微机将上述焦距对准时的焦距信号作为距离信号输入，再输入测得的速度信号并和微机内存的速度一距离关系曲线作比较，作出速度控制的判断并输出该速度控制信号。

6、按权利要求5所述的行车防撞装置，其特征在于，还设有与微机3连接的条件选择设定开关，而微机3内存的速度一距离关系曲线与该设定开关的选择条件相对应地设有多条，供上述的条件选择设定开关进行选择设定，以适应不同车辆、道路及气候条件的不同需要。

7、按权利要求5所述的行车防撞装置，其特征在于，还设有距离指示灯和速度表，该指示灯由多个指示小灯构成，且这些指示小灯按照微机内存的速度-距离关系，与速度表的刻度大致位置相关地配置。

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