CN111429722A - 基于实时路况的辅助车速报警控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车报警控制技术领域，公开了一种基于实时路况的辅助车速报警控制系统，包括实时路况监测模块，用于对行驶路况实时监测识别；分析处理模块，引入AVR32UC3高速ARM微控制器进行快速、精确计算、判断适应该路况的车速并控制轮毂电机转速；轮毂电机驱动模块以及自动报警系统。与现有技术相比，本发明引入AVR32UC3高速ARM微控制器取代传统信号处理器，提高运算速度，精度，减小迟滞性。考虑到信号接收迟滞影响，主动快速采集信号，测距模块区分生物与非生物，利用激光测距、红外线感测结合测距，提高路况监测精度。

Description

基于实时路况的辅助车速报警控制系统

技术领域

本发明涉及传感检测、电子导航、轮毂电机驱动技术领域，特别涉及一种基于实时路况的辅助车速报警控制系统。

背景技术

对于目前发展迅猛的电动车、新能源汽车。在一些限速路段，急弯，道路突发状况（突如其来的障碍物），在人为驾驶的前提下，车速控制受到人的主观因素影响较大，由于人的不规范操作及疏忽或延迟操作，造成汽车行驶不适应当前路况，无法做出紧急避让，发生道路拥堵，交通事故频发等问题，对人员，社会，自身造成不便和伤害。例如前方突遇急弯，驾驶员未对转向盘做出反应，车辆容易冲出行驶轨道，造成不可估计的危害。因此，需要一种基于实时路况下的自动控制装置，旨在降低违章率，减小事故率，提高驾驶安全性。

就目前现有技术而言，检测、传输、计算需要复杂的运算过程，普通的处理器和微控制器方案繁琐，数字信号处理性能低，无法实现较高的准确度，不能快速且实时的实现车速控制；应用导航技术的控制精度不高，且导航存在局限性，无法对周围障碍物检测，现有技术的测距装置没有区分生物体与非生物体，且超声波测距精度比较低。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于实时路况的辅助车速报警控制系统，提高对车速、车辆位置、与障碍物距离等的实时监测精度；引入AVR32UC3高速ARM微控制器代替传统信号处理器实现快速接受信号、精确处理、程序化控制和实时响应。

技术方案：本发明提供了一种基于实时路况的辅助车速报警控制系统，包括如下模块：

实时路况监测模块，所述实时路况监测模块包括电子导航系统、安装于汽车上的实时道路监测装置，用于对行驶路况实时监测识别；

分析处理模块，用于分析路况信号、车速信号，其引入AVR32UC3高速ARM微控制器进行快速、精确计算、判断适应该路况的车速并控制轮毂电机驱动模块中的轮毂电机转速；

轮毂电机驱动模块，用于接收分析处理模块的指令实现左、右轮毂电机转速控制以实现车速控制；

自动报警系统，设置于汽车前端仪表盘内，用于不适应当前路况和道路突发状况的预警。

进一步地，所述实时道路监测装置包括激光测距模块和红外线感测模块；

所述激光测距模块包括设置于汽车前端的激光发射器与激光接收器，用于非生物体测距，所述激光发射器向前发射激光，所述激光接收器接收外界障碍物反射回来的激光信号，其与AVR32UC3高速ARM微控制器电连接，将反射回来的激光信号发送至所述AVR32UC3高速ARM微控制器，所述AVR32UC3高速ARM微控制器接受激光信号精确计算车辆与障碍物的实时距离；

所述红外线感测模块包括设置于汽车前端的红外线发射器，红外线接收器，用于生物体测距，所述红外线发射器向前发射红外线，所述红外线接收器接收外界障碍物反射回来的红外线信号，其与AVR32UC3高速ARM微控制器电连接，将反射回来的红外线信号发送至所述AVR32UC3高速ARM微控制器，所述AVR32UC3高速ARM微控制器接受红外线信号精确计算车辆与障碍物的实时距离。

进一步地，所述分析处理模块包括一对信号采集器、一对模数转换器、AVR32UC3高速ARM微控制器以及设置于车体后端的电机控制器，所述电机控制器中设置微控制器；所述一对信号采集器记为：信号采集器A与信号采集器B，一对模数转换器记为：模数转换器A与模数转换器B，所述信号采集器A、模数转换器A以及AVR32UC3高速ARM微控制器三者依次电连接；所述信号采集器B、模数转换器B以及电机控制器三者依次电连接；所述一对模数转换器将各种光电信号转换为数字信号，发送至AVR32UC3高速ARM微控制器、电机控制器内的微控制器中。

进一步地，所述轮毂电机驱动模块包括装于左、右后驱动车轮的左、右轮毂电机、一对电磁式转速传感器，所述一对电磁式转速传感器分别串联于左、右轮毂电机转子轴，用于实时监测左、右轮毂电机转速，其与电机控制器电连接，将左、右轮毂电机转速信号传输至电机控制器的微控制器中。

进一步地，所述电子导航系统包括吸附在汽车底盘上与电机控制器电连接的磁性GPS定位器与植入电机控制器的微控制器中的GPS卫星地图，所述磁性GPS定位器用于接收GPS定位卫星实时发送的汽车的当前位置，且将获得的实时定位数据传至电机控制器中的微控制器中。

进一步地，所述自动报警系统包括报警控制器、车速不符指示灯以及警报喇叭，所述车速不符指示灯以及警报喇叭设置于汽车仪表盘上，所述报警控制器，用于接收、转换、处理报警信号，并通过CAN总线传送给仪表盘上的车速不符指示灯和警报喇叭。

进一步地，所述AVR32UC3高速ARM微控制器根据电磁式转速传感器检测的车速与实时道路监测装置检测的测算距离进行突发情况减速控制的方法为：若满足如下条件，

车速≥100km/h时，信号测算距离＜100m；

或车速≥80km/h，信号测算距离＜80m；

或车速≥40km/h，信号测算距离＜30m；

或车速≥20km/h，信号测算距离＜10m，

则所述AVR32UC3高速ARM微控制器发送减速控制信号至电机控制器，所述电机控制器内的微控制器控制左、右轮毂电机转速，并发送报警信号至自动报警系统，否则不发出指令。

进一步地，所述电机控制器内的微控制器在限速路段或急弯路段控制左、右轮毂电机转速且进行报警的方法为：记磁性GPS定位器接收GPS定位卫星实时发送的实时定位点为M，卫星地图限速点为N，左、右轮毂电机实时车速为V1，卫星地图限速点限制车速为V2；

1）实时定位点为M与限速点为N之间的距离≤10m，电机控制器内的微控制器判断左、右轮毂电机实时车速V1与卫星地图限速点限制车速V2间大小关系：

如V1-V2＞0，输出减速信号，使左、右轮毂电机减速至卫星地图限速点N限制车速V2，并发送报警信号至自动报警系统；

V1-V2＜0，输出加速信号，使左、右轮毂电机加速至卫星地图限速点N限制车速V2，并发送报警信号至自动报警系统；

V1-V2=0，不输出信号；

2）实时定位点M显示位于GPS卫星地图中的急弯，电机控制器内的微控制器判断左、右电磁式转速传感器实时转速是否满足如下条件：

左弯道：右后轮上的电磁式转速传感器实时转速>左后轮电磁式转速传感器实时转速；

右弯道：左后轮电磁式转速传感器实时转速>右后轮电磁式转速传感器实时转速；

若不满足上述两个条件，则通过电机控制器发出指令控制两侧轮毂电机趋于满足，并发送报警信号至自动报警系统；

若满足，则不发出指令。

有益效果：

1、本发明考虑以后驱为例，由于轮毂电机技术具有独立驱动的特点，且使用独立的电机控制器，更容易调速，在急弯处利用电机控制器能实现驱动车轮左、右差速行驶，且在时间传输效率上能做到实时、有效；同时，本发明基于现有GPS导航技术进行优化改造实现实时路况识别技术，且实现外部监测，内部识别、判断、控制；且加入报警装置，实现对驾驶员预警，加入车速监测装置，实现实时车速监测。

2、引入信号采集器、转速传感器、GPS定位器、红外温度感测模块、激光测距模块提高对车速、车辆位置、与障碍物距离等的实时监测精度；引入GPS设备完成附近行驶线路的导航；引入AVR32UC3高速ARM微控制器代替传统信号处理器实现对接受信号的快速、精确处理、程序化控制和实时响应。

附图说明

图1为本发明的基于实时路况的辅助车速报警控制系统的系统方案图；

图2为本发明的基于实时路况的辅助车速报警控制系统的结构布置示意图；

图3为本发明的基于实时路况的辅助车速报警控制系统的方案一与方案二的实现流程图；

图4为本发明的基于实时路况的辅助车速报警控制系统的方案三实现流程图。

其中，1、实时路况监测模块，2、分析处理模块，3、轮毂电机驱动模块，4、自动报警系统，5、激光测距模块，6、红外线感测模块，7、警报喇叭，8、车速不符指示灯，9、电磁式转速传感器，10、轮毂电机，11、驱动车轮，12、电机控制器，13、磁性GPS定位器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的介绍。

图1为根据本发明实施方案示出的基于实时路况的辅助车速报警控制系统的整体流程示意图，包括实时路况监测模块1、分析处理模块2、轮毂电机驱动模块3、自动报警系统4，实时路况监测模块1用于对行驶路况实时监测识别，分析处理模块2用于分析路况信号、车速信号，引入AVR32UC3高速ARM微控制器代替传统信号处理器实现对接受信号的快速、精确处理、程序化控制和实时响应。轮毂电机驱动模块3用于接收分析处理模块2的指令实现电机转速控制以实现车速控制，自动报警系统4用于不适应当前路况和道路突发状况的预警。

下面继续对本发明的基于实时路况的辅助车速报警控制系统的方案实现过程作进一步的说明。

实时路况监测模块1包括电子导航系统、安装于汽车上的实时道路监测装置，用于对行驶路况实时监测识别。而实时道路监测装置包括激光测距模块和红外线感测模块，两者信号连接。

激光测距模块包括设置于汽车前端的激光发射器与激光接收器，用于非生物体测距，激光发射器用于向前发射激光，激光接收器用于接收外界障碍物反射回来的激光信号，激光发射器与激光接收器信号连接，激光接收器与AVR32UC3高速ARM微控制器电连接，并将反射回来的激光信号发送至分析处理模块2中的AVR32UC3高速ARM微控制器，AVR32UC3高速ARM微控制器接受激光信号精确计算车辆与障碍物的实时距离。

红外线感测模块包括设置于汽车前端的红外线发射器与红外线接收器，用于生物体测距，红外线发射器用于向前发射红外线，红外线接收器用于接收外界障碍物反射回来的红外线信号，红外线发射器与红外线接收器信号连接，红外线接收器与AVR32UC3高速ARM微控制器电连接，并将反射回来的红外线信号发送至AVR32UC3高速ARM微控制器。

电子导航系统包括吸附在汽车底盘上的与电机控制器电连接的磁性GPS定位器13与植入电机控制器12的微控制器中的GPS卫星地图，磁性GPS定位器13用于接收GPS定位卫星实时发送的汽车的当前位置，且将获得的实时定位数据传至分析处理模块2（也就是分析处理模块2中的电机控制器12的微控制器中）。

分析处理模块包括一对信号采集器（记为信号采集器A与信号采集器B）、一对模数转换器（记为模数转换器A与模数转换器B）、AVR32UC3高速ARM微控制器以及设置于车体后端的电机控制器12。信号采集器主动采样所需各类信号并发送至模数转换器，模数转换器A设置于信号采集器A与AVR32UC3高速ARM微控制器之间，另模数转换器B位于信号采集器B与电机控制器12之间，信号采集器A、模数转换器A以及AVR32UC3高速ARM微控制器三者依次电连接；信号采集器B、模数转换器B以及电机控制器12三者依次电连接。模数转换器（A、B）用于将各种光电信号转换为数字信号，发送至AVR32UC3高速ARM微控制器、电机控制器12内的微控制器中。

轮毂电机驱动模块包括装于左、右后驱动车轮11的左、右轮毂电机10、一对电磁式转速传感器9，一对电磁式转速传感器9分别串联于左、右轮毂电机10转子轴，用于实时监测左、右轮毂电机10转速，将左、右轮毂电机10转速信号传输至电机控制器12。

自动报警系统包括报警控制器、车速不符指示灯8以及警报喇叭7，车速不符指示灯8以及警报喇叭7设置于汽车仪表盘上，报警控制器用于接收、转换、处理报警信号，并通过CAN总线传送给仪表盘上的车速不符指示灯8和警报喇叭7。

下面针对三种方案对AVR32UC3高速ARM微控制器、电机控制器12内控制方法作详细介绍。

方案一：限速路段：车辆运行过程中，靠磁铁吸附在汽车底盘的磁性GPS定位器13接收GPS定位卫星实时发送的汽车的位置信号，发送实时位置信号至模数转换器，同时实时监测轮毂电机10转子转速的电磁式转速传感器9发送转速信号至模数转换器（考虑到迟滞性的影响，采用信号采集器主动采样磁性GPS定位器13的位置信号和电磁式转速传感器9的转速信号，发送至模数转换器重复之后的操作），经模数转换器将电信号转换为数字信号，发送至电机控制器12中的微控制器，由于GPS卫星地图（定期更新以保证数据准确）已提前植入电机控制器12中的微控制器中，则GPS卫星地图中的限速点已在电机控制器12中的微控制器中，且电机控制器12中的微控制器在限速路段控制方法包括：

当实时定位点与卫星地图限速点之间的距离≤10m（允许误差范围10米），判断左、右轮毂电机10实时车速V1与卫星地图限速点限制车速V2间大小关系：

1）V1-V2＞0，输出减速信号，使左、右轮毂电机10减速至卫星地图限速点限制车速，并发送报警信号至仪表盘的报警控制器，报警控制器发出触发指令经CAN总线传至仪表盘的车速不符指示灯8，使指示灯闪烁红光提醒驾驶员。

2）V1-V2＜0，输出加速信号，使左、右轮毂电机10加速至卫星地图限速点限制车速，并发送报警信号至仪表盘的报警控制器，报警控制器发出触发指令经CAN总线传至仪表盘的车速不符指示灯8，使指示灯闪烁红光提醒驾驶员。

3）V1-V2=0，不输出信号。

方案二：突遇急弯：车辆运行过程中，同样地，磁性GPS定位器13和左、右电磁式转速传感器9实时将当前信号经模数转换器（考虑到迟滞性的影响，采用信号采集器主动采样磁性GPS定位器13的位置信号和电磁式转速传感器9的转速信号，发送至模数转换器重复之后的操作）传至电机控制器12中的微控制器，由于GPS卫星地图已提前植入其中，当磁性GPS定位器13实时发送的位置信号显示刚好进入GPS卫星地图中的急弯时，电机控制器12中的微控制器在急弯路段的控制方法包括：

实时定位点显示位于GPS卫星地图中的急弯，判断左、右电磁式转速传感器9实时转速是否满足如下两个条件：

1）左弯道：右后轮电磁式转速传感器实时转速>左后轮电磁式转速传感器实时转速。

2）右弯道：左后轮电磁式转速传感器实时转速>右后轮电磁式转速传感器实时转速。

如果不满足，则通过电机控制器12发出指令控制左、右两侧轮毂电机10趋于满足，同时发送报警信号至仪表盘的报警控制器，报警控制器发出触发指令经CAN总线传至仪表盘的车速不符指示灯8，使指示灯闪烁红光提醒驾驶员。

如果满足，则不发出任何指令。

方案三：道路突发状况（突如其来的障碍物）：汽车运行过程中，汽车前部的激光测距模块5中的激光发射器实时向前发射激光，激光接收器实时接收外界障碍物（非生物体）反射回来的激光信号，并将反射回来的激光信号发送至模数转换器，模数转换器将接收的激光接收器的光信号转换为可供AVR32UC3高速ARM微控制器处理的数字信号，并将这一数字信号发送至AVR32UC3高速ARM微控制器；AVR32UC3高速ARM微控制器识别到模数转换器的数字信号后，可快速的计算当前车辆与车前障碍物的实时距离，红外线感测模块6中的红外线发射器实时向前发射红外线，红外线接收器实时接收外界障碍物（生物体）反射回来的红外线信号，并将反射回来的红外线信号发送至模数转换器（考虑到迟滞性的影响，采用信号采集器主动采样激光接收器和红外线接收器的反射信号至模数转换器，重复之后操作），模数转换器将接收的红外线接收器的光电信号转换为可供AVR32UC3高速ARM微控制器处理的数字信号，并将这一数字信号发送至AVR32UC3高速ARM微控制器（激光测距模块与红外线感测模块共用一个AVR32UC3高速ARM微控制器），同时电磁式转速传感器9测得的轮毂电机10实时转速信号也需要经模数转换器传至AVR32UC3高速ARM微控制器，AVR32UC3高速ARM微控制器在突发情况减速的控制方法包括：

若满足如下4个条件，1）车速≥100km/h时，信号测算距离＜100m；2）车速≥80km/h，信号测算距离＜80m；3）车速≥40km/h，信号测算距离＜30m；4）车速≥20km/h，信号测算距离＜10m，则发送减速控制信号至电机控制器12中的微控制器，经轮毂电机控制器12中的微控制器发出减速控制指令，使左、右轮毂电机适当减速，发送报警信号至仪表盘的报警控制器，报警控制器发出触发指令经CAN总线传至仪表盘的车速不符指示灯8和警报喇叭7，使指示灯闪烁红光提醒驾驶员，若此报警信号由激光测距模块5发送而来，则触发警报喇叭发出周期1s三次，持续三秒的声音警报；若此警报信号由红外线感测模块6发送而来，则触发警报喇叭发出 “注意前方行人”播报循环播放四次，以提醒驾驶员前方突现行人。

若不满足上述四个条件则不发出指令。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于实时路况的辅助车速报警控制系统，其特征在于，包括如下模块：

实时路况监测模块，所述实时路况监测模块包括电子导航系统、安装于汽车上的实时道路监测装置，用于对行驶路况实时监测识别；

分析处理模块，用于分析路况信号、车速信号，其引入AVR32UC3高速ARM微控制器进行快速、精确计算、判断适应该路况的车速并控制轮毂电机驱动模块中的轮毂电机转速；

轮毂电机驱动模块，用于接收分析处理模块的指令实现左、右轮毂电机转速控制以实现车速控制；

自动报警系统，设置于汽车前端仪表盘内，用于不适应当前路况和道路突发状况的预警。

2.根据权利要求1所述的基于实时路况的辅助车速报警控制系统，其特征在于，所述实时道路监测装置包括激光测距模块和红外线感测模块；

所述激光测距模块包括设置于汽车前端的激光发射器与激光接收器，用于非生物体测距，所述激光发射器向前发射激光，所述激光接收器接收外界障碍物反射回来的激光信号，其与AVR32UC3高速ARM微控制器电连接，将反射回来的激光信号发送至所述AVR32UC3高速ARM微控制器，所述AVR32UC3高速ARM微控制器接受激光信号精确计算车辆与障碍物的实时距离；

所述红外线感测模块包括设置于汽车前端的红外线发射器，红外线接收器，用于生物体测距，所述红外线发射器向前发射红外线，所述红外线接收器接收外界障碍物反射回来的红外线信号，其与AVR32UC3高速ARM微控制器电连接，将反射回来的红外线信号发送至所述AVR32UC3高速ARM微控制器，所述AVR32UC3高速ARM微控制器接受红外线信号精确计算车辆与障碍物的实时距离。

3.根据权利要求1所述的基于实时路况的辅助车速报警控制系统，其特征在于，所述分析处理模块包括一对信号采集器、一对模数转换器、AVR32UC3高速ARM微控制器以及设置于车体后端的电机控制器，所述电机控制器中设置微控制器；所述一对信号采集器记为：信号采集器A与信号采集器B，一对模数转换器记为：模数转换器A与模数转换器B，所述信号采集器A、模数转换器A以及AVR32UC3高速ARM微控制器三者依次电连接；所述信号采集器B、模数转换器B以及电机控制器三者依次电连接；所述一对模数转换器将各种光电信号转换为数字信号，发送至AVR32UC3高速ARM微控制器、电机控制器内的微控制器中。

4.根据权利要求3所述的基于实时路况的辅助车速报警控制系统，其特征在于，所述轮毂电机驱动模块包括装于左、右后驱动车轮的左、右轮毂电机、一对电磁式转速传感器，所述一对电磁式转速传感器分别串联于左、右轮毂电机转子轴，用于实时监测左、右轮毂电机转速，其与电机控制器电连接，将左、右轮毂电机转速信号传输至电机控制器的微控制器中。

5.根据权利要求3所述的基于实时路况的辅助车速报警控制系统，其特征在于，所述电子导航系统包括吸附在汽车底盘上与电机控制器电连接的磁性GPS定位器与植入电机控制器的微控制器中的GPS卫星地图，所述磁性GPS定位器用于接收GPS定位卫星实时发送的汽车的当前位置，且将获得的实时定位数据传至电机控制器中的微控制器中。

6.根据权利要求1所述的基于实时路况的辅助车速报警控制系统，其特征在于，所述自动报警系统包括报警控制器、车速不符指示灯以及警报喇叭，所述车速不符指示灯以及警报喇叭设置于汽车仪表盘上，所述报警控制器接收、转换、处理报警信号，并通过CAN总线传送给仪表盘上的车速不符指示灯和警报喇叭。

7.根据权利要求4所述的基于实时路况的辅助车速报警控制系统，其特征在于，所述AVR32UC3高速ARM微控制器根据电磁式转速传感器检测的车速与实时道路监测装置检测的测算距离进行突发情况减速控制的方法为：若满足如下条件，

车速≥100km/h时，信号测算距离＜100m；

或车速≥80km/h，信号测算距离＜80m；

或车速≥40km/h，信号测算距离＜30m；

或车速≥20km/h，信号测算距离＜10m，

则所述AVR32UC3高速ARM微控制器发送减速控制信号至电机控制器，所述电机控制器内的微控制器控制左、右轮毂电机转速，并发送报警信号至自动报警系统，否则不发出指令。

8.根据权利要求7所述的基于实时路况的辅助车速报警控制系统，其特征在于，所述电机控制器内的微控制器在限速路段或急弯路段控制左、右轮毂电机转速且进行报警的方法为：记磁性GPS定位器接收GPS定位卫星实时发送的实时定位点为M，卫星地图限速点为N，左、右轮毂电机实时车速为V1，卫星地图限速点限制车速为V2；

1）实时定位点为M与限速点为N之间的距离≤10m，电机控制器内的微控制器判断左、右轮毂电机实时车速V1与卫星地图限速点限制车速V2间大小关系：

如V1-V2＞0，输出减速信号，使左、右轮毂电机减速至卫星地图限速点N限制车速V2，并发送报警信号至自动报警系统；

V1-V2＜0，输出加速信号，使左、右轮毂电机加速至卫星地图限速点N限制车速V2，并发送报警信号至自动报警系统；

V1-V2=0，不输出信号；

2）实时定位点M显示位于GPS卫星地图中的急弯，电机控制器内的微控制器判断左、右电磁式转速传感器实时转速是否满足如下条件：

左弯道：右后轮上的电磁式转速传感器实时转速>左后轮电磁式转速传感器实时转速；

右弯道：左后轮电磁式转速传感器实时转速>右后轮电磁式转速传感器实时转速；

若不满足上述两个条件，则通过电机控制器发出指令控制两侧轮毂电机趋于满足，并发送报警信号至自动报警系统；

若满足，则不发出指令。

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