CN110745128B - 一种基于最小安全距离的车辆强制减速系统及控制方法 - Google Patents

一种基于最小安全距离的车辆强制减速系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于最小安全距离的车辆强制减速系统，包括车距监测单元、车速监测单元、数据处理单元和控制执行单元；车距监测单元包括前测距仪和后测距仪；车速监测单元包括车速传感器、前测速仪和后测速仪；数据处理单元包括最小安全距离计算模块、第一判断模块、第二判断模块和制动减速度计算模块；所述控制执行单元包括提示装置、主控制模块、发动机动力控制模块和制动模块；本发明还涉及一种基于最小安全距离车辆强制减速的控制方法，通过本车前后车的最小安全距离，精确计算本车与前后车保持最小安全距离的最佳制动减速度，在对跟车间距和车速进行控制时，提高行车安全性，降低高速公路养护作业区车辆跟驰行驶引发的交通事故风险。

Description

一种基于最小安全距离的车辆强制减速系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆强制减速系统及控制方法，特别涉及一种基于最小安全距离的车辆强制减速系统及控制方法，属于交通安全和动态交通控制领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，车辆保有量不断增加，导致高速公路交通量迅速增长，加剧高速公路老化，降低其使用寿命。为了保证高速公路高效、快速以及安全的行车环境，需要定期对高速公路进行养护和维修作业。然而，高速公路养护作业时需要对部分车道进行封闭，车辆需要跟车通过高速公路养护作业区。然而，由于交通环境的复杂性和驾驶员对安全距离的判断不精确，导致跟车距离过小，进而造成严重的交通事故。
中国专利(CN 106114422)公开了一种自主跟车系统及其最小安全车间距的控制方法，系统设有安装在车辆前方的前方防撞毫米波雷达，经CAN总线输出信号至主控制单元，再由主控制单元输出信号至报警提醒单元和线控制动单元，该发明仅限于在城市道路使用，且并未考虑到车辆制动时与后车是否发生碰撞，以及未考虑变道距离过短与后车发生碰撞等情况，致使该系统本身存在一定局限性且不能适用于高速公路养护作业区车量较多和无法变道的情况。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种基于最小安全距离的车辆强制减速系统及控制方法，强制车辆在最小安全距离下完成通过高速公路养护作业区，避免由于跟车距离过小以及突然减速导致交通事故的发生情况。
技术方案：一种基于最小安全距离的车辆强制减速系统，包括车距监测单元、车速监测单元、数据处理单元和控制执行单元；车距监测单元和车速监测单元将测得数据传输给数据处理单元，数据处理单元发出指令给控制执行单元，控制执行单元控制车辆的车速并提醒车辆驾驶人员；车距监测单元包括前测距仪和后测距仪；车速监测单元包括车速传感器、前测速仪和后测速仪；数据处理单元包括最小安全距离计算模块、第一判断模块、第二判断模块和制动减速度计算模块；所述控制执行单元包括提示装置、主控制模块、发动机动力控制模块和制动模块；
所述前测距仪测得车距值传输给第一判断模块，车速传感器和前测速仪测得的本车车速和前车车速值传输给最小安全距离计算模块，最小安全距离计算模块计算出与前车的最小安全距离传输给第一判断模块，第一判断模块的判断值传输给制动减速度计算模块；后测距仪测得的车距值传输给第二判断模块，车速传感器和后测速仪测得的本车车速和前车车速值传输给最小安全距离计算模块，最小安全距离计算模块计算出与后车的最小安全距离传输给第二判断模块，第二判断模块的判断值传输给制动减速度计算模块；制动减速度计算模块分别与提示装置和主控制模块连接，主控制模块通过发动机动力控制模块和制动模块控制车辆的车速。
一种基于最小安全距离的车辆强制减速控制方法，包括以下步骤：
步骤一、车速传感器测量本车当前车速vz，前测速仪测量前车车速vf，后测速仪测量后车车速vl，将上述车速发送至最小安全距离计算模块；
步骤二、最小安全距离计算模块计算出本车与前车之间的最小安全距离Dsf和本车与后车之间的最小安全距离Dsl，并将Dsf发送至第一判断模块，将Dsl发送至第二判断模块；
步骤三、前测距仪测量本车与前车的距离Df，并发送至第一判断模块，第一判断模块将车距Df与最小安全距离Dsf进行比较，若Df<Dsf，则执行步骤四，车辆进行强制减速，否则执行步骤七，车辆进行限速；
步骤四：后测距仪测量本车与后车距离Dl，并发送至第二判断模块；
步骤五：第二判断模块将判断结果发送至制动减速度计算模块，从而计算本车与前后车保持最小安全距离的前提下，车辆的制动减速度值，将强制减速指令发送给提示装置和主控制模块；
步骤六：提示装置提示司机车距过短，进入强制减速阶段，主控制模块根据最佳制动减速度采取相应的减速措施，控制发动机动力控制模块和制动模块，在相对制动减速距离下将车距调整到大于最小安全距离；
步骤七：当本车与前车的车距大于最小安全距离时，将前车车速vf发送至主控制模块和提示装置下达限距和限速指令，主控制模块控制车辆发动机动力控制模块使车辆最高速度不超过vf，提示装置提醒驾驶员限距和限速。
进一步，所述Dsf最小安全距离计算如下：
Figure BDA0002206259660000021
式中：Tr为驾驶员反应时间与制动器协调时间之和，单位s；Ti为减速度的增长时间，单位s；amax为最大制动减速度，单位m/s2；d为安全距离，单位m；vz为本车车速，单位km/h；vf为前车车速，单位km/h。
进一步，所述的Dsl最小安全距离计算如下：
当Dl>Dsl时：
Figure BDA0002206259660000022
当Dl<Dsl时:
Figure BDA0002206259660000023
式中：Tr为驾驶员反应时间与制动器协调时间之和，单位s；Ti为减速度的增长时间，单位s；amax为最大制动减速度，单位m/s2；d为安全距离，单位m；vz为本车车速，单位km/h；vl为后车车速，单位km/h。
进一步，所述本车与前车车距小于最小安全距离的制动减速度为af，在不与后车发生碰撞的制动减速度al。
进一步，所述的制动减速度af的计算方法为：
Figure BDA0002206259660000031
进一步，所述的制动减速度al的计算方法为：
Figure BDA0002206259660000032
有益效果：本发明通过计算当前车辆与前后车之间的最小安全距离，避免跟车距离过小导致交通事故发生以及避免当前车辆在减速过程中与后车发生碰撞，有效提高高速公路养护作业区的行车安全。
附图说明
图1为本发明的控制原理图；
图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述实施例。
如图1所示，一种基于最小安全距离的车辆强制减速系统，包括车距监测单元、车速监测单元、数据处理单元和控制执行单元；车距监测单元和车速监测单元将测得数据传输给数据处理单元，数据处理单元发出指令给控制执行单元，控制执行单元控制车辆的车速并提醒车辆驾驶人员；其特征在于：车距监测单元包括前测距仪和后测距仪；车速监测单元包括车速传感器、前测速仪和后测速仪；数据处理单元包括最小安全距离计算模块、第一判断模块、第二判断模块和制动减速度计算模块；所述控制执行单元包括提示装置、主控制模块、发动机动力控制模块和制动模块；
所述前测距仪测得车距值传输给第一判断模块，车速传感器和前测速仪测得的本车车速和前车车速值传输给最小安全距离计算模块，最小安全距离计算模块计算出与前车的最小安全距离传输给第一判断模块，第一判断模块的判断值传输给制动减速度计算模块；后测距仪测得的车距值传输给第二判断模块，车速传感器和后测速仪测得的本车车速和前车车速值传输给最小安全距离计算模块，最小安全距离计算模块计算出与后车的最小安全距离传输给第二判断模块，第二判断模块的判断值传输给制动减速度计算模块；制动减速度计算模块分别与提示装置和主控制模块连接，主控制模块通过发动机动力控制模块和制动模块控制车辆的车速。
所述前测距仪和后测距仪为毫米波雷达测距仪，分别安装在车辆的车头部和车尾部，用于测量本车与前后车的距离，并发送至第一判断模块。
如图2所示，一种基于最小安全距离的车辆强制减速控制方法，包括以下步骤：
步骤一、车速传感器测量本车当前车速vz，前测速仪测量前车车速vf，后测速仪测量后车车速vl，将上述车速发送至最小安全距离计算模块；
步骤二、最小安全距离计算模块计算出本车与前车之间的最小安全距离Dsf和本车与后车之间的最小安全距离Dsl，并将Dsf发送至第一判断模块，将Dsl发送至第二判断模块；
步骤三、前测距仪测量本车与前车的距离Df，并发送至第一判断模块，第一判断模块将车距Df与最小安全距离Dsf进行比较，若Df<Dsf，则执行步骤四，车辆进行强制减速，否则执行步骤七，车辆进行限速；
步骤四：后测距仪测量本车与后车距离Dl，并发送至第二判断模块；
步骤五：第二判断模块将判断结果发送至制动减速度计算模块，从而计算本车与前后车保持最小安全距离的前提下，车辆的制动减速度值，将强制减速指令发送给提示装置和主控制模块；
步骤六：提示装置提示司机车距过短，进入强制减速阶段，主控制模块根据最佳制动减速度采取相应的减速措施，控制发动机动力控制模块和制动模块，在相对制动减速距离下将车距调整到大于最小安全距离；
步骤七：当本车与前车的车距大于最小安全距离时，将前车车速vf发送至主控制模块和提示装置下达限距和限速指令，主控制模块控制车辆发动机动力控制模块使车辆最高速度不超过vf，提示装置提醒驾驶员限距和限速。
进一步，所述Dsf最小安全距离计算如下：
Figure BDA0002206259660000041
式中：Tr为驾驶员反应时间与制动器协调时间之和，单位s；Ti为减速度的增长时间，单位s；amax为最大制动减速度，单位m/s2；d为安全距离，单位m；vz为本车车速，单位km/h；vf为前车车速，单位km/h。
进一步，所述的Dsl最小安全距离计算如下：
当Dl>Dsl时：
Figure BDA0002206259660000042
当Dl<Dsl时:
Figure BDA0002206259660000043
式中：Tr为驾驶员反应时间与制动器协调时间之和，单位s；Ti为减速度的增长时间，单位s；amax为最大制动减速度，单位m/s2；d为安全距离，单位m；vz为本车车速，单位km/h；vl为后车车速，单位km/h。
进一步，所述本车与前车车距小于最小安全距离的制动减速度为af，在不与后车发生碰撞的制动减速度al。
进一步，所述的制动减速度af的计算方法为：
Figure BDA0002206259660000051
进一步，所述的制动减速度al的计算方法为：
Figure BDA0002206259660000052

Claims (7)

1.一种基于最小安全距离的车辆强制减速系统，包括车距监测单元、车速监测单元、数据处理单元和控制执行单元；车距监测单元和车速监测单元将测得数据传输给数据处理单元，数据处理单元发出指令给控制执行单元，控制执行单元控制车辆的车速并提醒车辆驾驶人员；其特征在于：车距监测单元包括前测距仪和后测距仪；车速监测单元包括车速传感器、前测速仪和后测速仪；数据处理单元包括最小安全距离计算模块、第一判断模块、第二判断模块和制动减速度计算模块；所述控制执行单元包括提示装置、主控制模块、发动机动力控制模块和制动模块；
所述前测距仪测得车距值传输给第一判断模块，车速传感器和前测速仪测得的本车车速和前车车速值传输给最小安全距离计算模块，最小安全距离计算模块计算出与前车的最小安全距离传输给第一判断模块，第一判断模块的判断值传输给制动减速度计算模块；后测距仪测得的车距值传输给第二判断模块，车速传感器和后测速仪测得的本车车速和前车车速值传输给最小安全距离计算模块，最小安全距离计算模块计算出与后车的最小安全距离传输给第二判断模块，第二判断模块的判断值传输给制动减速度计算模块；制动减速度计算模块分别与提示装置和主控制模块连接，主控制模块通过发动机动力控制模块和制动模块控制车辆的车速。
2.根据权利要求1所述的基于最小安全距离的车辆强制减速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、车速传感器测量本车当前车速vz，前测速仪测量前车车速vf，后测速仪测量后车车速vl，将上述车速发送至最小安全距离计算模块；
步骤二、最小安全距离计算模块计算出本车与前车之间的最小安全距离Dsf和本车与后车之间的最小安全距离Dsl，并将Dsf发送至第一判断模块，将Dsl发送至第二判断模块；
步骤三、前测距仪测量本车与前车的距离Df，并发送至第一判断模块，第一判断模块将车距Df与最小安全距离Dsf进行比较，若Df<Dsf，则执行步骤四，车辆进行强制减速，否则执行步骤七，车辆进行限速；
步骤四：后测距仪测量本车与后车距离Dl，并发送至第二判断模块；
步骤五：第二判断模块将判断结果发送至制动减速度计算模块，从而计算本车与前后车保持最小安全距离的前提下，车辆的制动减速度值，将强制减速指令发送给提示装置和主控制模块；
步骤六：提示装置提示司机车距过短，进入强制减速阶段，主控制模块根据最佳制动减速度采取相应的减速措施，控制发动机动力控制模块和制动模块，在相对制动减速距离下将车距调整到大于最小安全距离；
步骤七：当本车与前车的车距大于最小安全距离时，将前车车速vf发送至主控制模块和提示装置下达限距和限速指令，主控制模块控制车辆发动机动力控制模块使车辆最高速度不超过vf，提示装置提醒驾驶员限距和限速。
3.根据权利要求2所述的基于最小安全距离的车辆强制减速控制方法，其特征在于：所述Dsf最小安全距离计算如下：
Figure FDA0002206259650000021
式中：Tr为驾驶员反应时间与制动器协调时间之和，单位s；Ti为减速度的增长时间，单位s；amax为最大制动减速度，单位m/s2；d为安全距离，单位m；vz为本车车速，单位km/h；vf为前车车速，单位km/h。
4.根据权利要求2所述的基于最小安全距离的车辆强制减速控制方法，其特征在于：所述的Dsl最小安全距离计算如下：
当Dl>Dsl时：
Figure FDA0002206259650000022
当Dl<Dsl时:
Figure FDA0002206259650000023
式中：Tr为驾驶员反应时间与制动器协调时间之和，单位s；Ti为减速度的增长时间，单位s；amax为最大制动减速度，单位m/s2；d为安全距离，单位m；vz为本车车速，单位km/h；vl为后车车速，单位km/h。
5.根据权利要求2所述的基于最小安全距离的车辆强制减速控制方法，其特征在于：所述本车与前车车距小于最小安全距离的制动减速度为af，在不与后车发生碰撞的制动减速度al。
6.根据权利要求5所述的基于最小安全距离的车辆强制减速控制方法，其特征在于：所述的制动减速度af的计算方法为：
Figure FDA0002206259650000024
7.根据权利要求5所述的基于最小安全距离的车辆强制减速控制方法，其特征在于：所述的制动减速度al的计算方法为：
Figure FDA0002206259650000025
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