CN205686391U - 一种车辆避撞系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种车辆避撞系统，其技术要点在于：用于在车辆行驶过程中获取障碍物坐标的行车探测模块；与本车CAN总线数据连接的避撞参数模块；根据避撞参数模块、行车探测模块提供的信息作出避撞决断的避撞策略控制模块；根据避撞决断控制本车刹车系统的执行模块。旨在提供一种适用方位广、具有无损加装特点的车辆避撞系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种车辆自动避撞领域，特别涉及一种车辆避撞系统。
背景技术
据调查，大约70%的道路交通安全事故是由于车辆行驶过程中未能保持一定的车间安全距离所致。为提高驾驶安全性减少追尾交通事故的发生，全球一些车企和研究机构对汽车主动避撞系统与自动制动技术（Autonomous Emergency Braking，简称AEB）开展了大量的研究。AEB是一种汽车主动安全技术，采用雷达测出与前车或者障碍物的距离，然后利用数据分析模块将测出的距离与警报距离、安全距离比较，小于警报距离时进行警报提示，小于安全距离时即使驾驶员没来得及踩制动踏板情况下，AEB技术使得汽车能自动制动，增加汽车安全性。
在2016年4月20号公开，公开号为CN105501204A的中国实用新型专利中涉及一种基于新型电磁阀控液压制动的主动避撞系统及制动方法，包括制动踏板传感器、制动踏板感觉模拟器、轮速传感器、非对称液压制动轮缸、电磁四通阀、溢流阀、油箱、液压泵、蓄能器、电控单元、激光雷达检测模块以及蜂鸣器；去除传统液压制动系统制动主缸，采用电磁四通阀代替复杂的制动阀并将传统的制动轮缸改为非对称液压制动轮缸。非对称制动液压轮缸配合电磁四通阀能更快切换制动模式实现系统的增压、保压及减压；采用制动踏板传感器及时发现驾驶员的错误制动行为，通过雷达系统时刻监测前方车辆，判断本车与前车之间的距离、方位及相对速度，必要时进行报警、并且通过ECU控制实现车辆主动避撞，保证车辆安全行驶。
现有的避撞系统一般出现在新车上，其在出厂时就已经具备主动避撞功能，但目前仍存在大量不具备主动避撞系统的车辆。如上述专利中的避撞系统，其安装时需介入车辆ECU系统，存在影响车辆中控系统正常运行的风险，难以推广。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种无损加装的车辆避撞系统。
本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：包括用于在车辆行驶过程中获取障碍物坐标的行车探测模块；与本车CAN总线数据连接的避撞参数模块；根据避撞参数模块、行车探测模块提供的信息作出避撞决断的避撞策略控制模块；根据避撞决断控制本车刹车系统的执行模块。
在本方案中：由行车探测模块完成周围行车环境的探测以及对行车安全构成影响的目标筛选，并将筛选的威胁目标属性如车距、车速、相对车速传送给避撞策略控制模块，并根据筛选后的威胁物状况、本车行驶状态做出准确、及时、有效的行车避撞决断，本避撞系统通过车辆信号传输线路CAN总线获取避撞关键参数，全程不介入车辆ECU系统，有效避免对车辆自身控制系统的正常运行造成影响。
进一步的，所述执行模块包括：与避撞策略控制模块连接为执行刹车动作提供动力的伺服电机；固定在脚刹制动器上由伺服电机收卷、放松从而控制脚刹制动器的执行机构。
通过伺服电机以及执行机构精确执行刹车指令，保证刹车命令的有效执行。
进一步的，所述执行模块还包括：用于获取伺服电机运转位置编码器；用于控制伺服电机的电机驱动器；根据避撞策略控制模块的指令以及伺服电机当前运转位置向电机驱动器输出刹车量的刹车控制器。
通过编码器检测实施刹车系统状态，并由刹车控制器精确控制刹车量，保证刹车的有效性以及刹车体验的舒适度。
进一步的，所述执行模块还包括脚刹制动器处于刹死状态时由执行模块触发的行程开关。
利用行程开关完成系统上电后刹车控制系统的满行程自检，同时可以防止出现刹车越界现象。
进一步的，执行模块中还包括在行车探测模块检测到威胁物后发出警报的告警单元。
进一步的，还包括通过一人机交互界面向避撞参数模块录入天气状态、车重、报警距离的性能调节模块。该系统主要完成对系统运行中关键信息的显示，并通过人机交互界面完成对控制器参数调节（如行车路面状态的设定与自身车重的设定以及安全保护界限的设定）。
进一步的，还包括对各个模块的运行信息进行记录的系统运行记录模块。该模块主要完成对主动避撞系统运行状态参数的记录。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型采用多源信息融合能够完成对影响行车安全目标的筛选，降低雷达探测虚警律，且在汽车弯道行驶过程中完成对预计行车轨迹上威胁目标的提取；
2、利用汽车总线OBD检测接口采集车辆行驶参数与机械装置带动刹车踏板控制刹车量可以实现汽车无损改装，提高改装效率，保证行车安全；
3、采用性能调节模块可以使得驾驶人员根据自己的驾驶感受调节相关参数设置，提高驾驶舒适度，同时可以根据行驶路面状况设置不同模式，提高避撞系统对天气、路面以及自身车重的适应性。
附图说明
图1是车辆避撞系统构成框图；
图2是行车探测模块原理图；
图3是车辆避撞参数检测模块原理图；
图4是避撞策略控制模块原理图；
图5是执行模块原理图；
图6是性能调节模块原理图；
图7是避撞系统整体交联原理图；
图8是电机处于初始位置的结构示意图；
图9是电机处于最大行程位置的结构示意图；
图10是外壳的安装示意图；
图11是电机的安装结构；
图12是外壳的安装截面图；
图13是钢缆固定位置原理图；
图14是链条结构示意图。
附图标记：1、伺服电机；2、外壳；21、安装座； 22、安装槽；23、加固部；24、固定孔；25、固定件；3、脚刹控制杆；4、减速器；5、转盘；51、保护槽；6、钢缆；7、脚刹踏板； 8、链条；9、链盘；10、编码器；11、行程开关。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
一种车辆避撞系统，如图2所示，行车探测模块由毫米波雷达传感器、超声波传感器、图像识别传感器、陀螺仪模块、本车车速信息以及目标筛选算法构成。
目标筛选算法具体为：在车辆行进过程中，取车辆转弯时的瞬时位置作为原点选取s区域，建立坐标系。横轴为车辆横向位移量y，纵轴为车辆纵向位移量x，通过雷达获取s区域中所有障碍物的位置集合A1（y,x）。在理论上可以以该瞬间的位置出发，计算出本车行驶轨迹。且该轨迹是以坐标系中的一点（a,b）为圆心、以本车初始位置，即原点（0,0），为起始点出发所得的一个圆。根据公式可以得出坐标系中有关该圆的轨迹函数(y-a)²+（x-b）²=r²，r为该圆的半径。为求得圆心坐标(a，b)以及圆半径r，在车辆沿该轨迹行驶过程中具有两个关键参数:一是本车瞬时车速v，另一个是本车偏转角度。由于对车轮的转动量难以检测，所以采用陀螺仪模块测量车辆在行驶过程中的偏航角速率r并以此代替本车偏转角度，而车速则通过车辆上的CAN总线OBD接口采集。由上述论述可以得出车辆的预订行驶轨迹为：y'=f1(v,r,x)。本方案从汽车CAN总线上提取车辆行驶中如车速、转向灯信息、当前加速度等信息，并采用机械式刹车控制，彻底避免介入汽车自身ECU算法，有效防止主动避撞系统对汽车自身运作的影响。本主动避撞系统具有适用范围广、无损加装等特点。
需注意在车辆行驶过程中，路面凹凸不平导致的颠簸、驾驶员控制程度导致的方向盘摆动、天气原因导致的车胎打滑、车辆自身结构磨损导致的轮毂转向变化等因素都会导致车辆的真正行驶轨迹出现左向、右向偏移。而且随着车辆纵向位移的增加，这种偏移也会随之增加。故增加横向偏差值ys=f2(x)；该横向偏差值为根据纵轴距离x所得的线性函数kx，其中k为环境系数，k的取值需考虑路面情况、天气情况、车辆自身性能等因素，其中车辆自身性能根据各个车型取值稍有不同。根据上述算法生成车辆极限左偏轨迹y1'= f1(v,r，x)- f2(x)，车辆极限右偏轨迹y2'= f1(v,r,x)+ f2(x)，最后获取本车转弯过程中预计位置区间集合A2（y1'~ y2'，x)，并筛选出A1与A2中的交集B作为威胁物的位置坐标，并获取威胁物与本车的相对距离、相对速度。
目标筛选过程利用信息融合算法，对前面三种传感器所获取汽车前向一定夹角所有目标信息进行目标筛选，解决由单一传感器造成的虚警率偏高的问题，并且在筛选过程中引入本车车速以及由陀螺仪模块所获取的偏航角速率，结合本车车速，纵向偏移量成汽车预计行驶轨迹，这样便能在所有前向探测角度内目标中实现对本车预计行驶轨迹上真正威胁目标的提取，进一步将该目标相对距离与相对速度传送给避撞策略控制模块。
如图3所示，车辆避撞参数检测模块由卫星导航模块、汽车CAN总线OBD接口、陀螺仪模块与行驶参数采集算法构成。其中行驶参数采集算法完成卫星导航模块、CAN总线、陀螺仪数据的接收与解码，提取出卫星导航速度、CAN总线汽车行驶速度与转向灯开关标志以及陀螺仪模块前向加速度信息，并完成卫星导航速度与CAN总线汽车行驶速度的融合，最终将本车行驶速度、前向加速度与转向灯开关标志位传送给避撞策略控制模块，其中转向灯开关标志起到人工切断控制器输出刹车量，防止在驾驶员有准备超车时系统限制器超车。
如图4所示，避撞策略控制模块包括安全距离计算模型、安全等级判断与刹车量计算模块。安全距离计算模型利用周围行车环境探测系统与车辆行驶参数检测系统传回的数据进行安全距离的计算，在计算的过程中加入行车路面环境设置量、自身车重量与避撞系统性能人工调节量，实现对安全距离的调整，提高本系统对行驶环境的适应性。安全等级判断通过前面所计算的安全距离与威胁目标相对距离进行比较，根据两个距离值的差异进行安全等级的判断，同时根据安全等级进行刹车量的计算，在计算的过程中引入前向加速度可完成刹车量的实时变化从而实现汽车的匀减速制动，提高驾驶员的舒适度。
参见图6，性能调节单元通过触摸屏、按键向指令解析器输入天气状态、车重、报警距离等行车参数信息，指令解析器经由主控器分析信息后由显示屏输出当前主控器所采用的行车参数信息。
如图5所示，执行模块主要由告警单元、声音告警模块、灯光告警模块、刹车控制器、伺服电机驱动器、伺服电机1、执行机构、编码器10与行程开关11构成。告警单元根据避撞策略控制模块所得安全等级进行告警模式确认，对灯光告警模块与声音告警模块进行控制，完成不同安全等级的告警。刹车控制器主要完成对避撞策略控制模块所得刹车量的精确控制，刹车控制器根据刹车量指令与通过编码器10所得执行机构刹车当前位置求取伺服电机1驱动器驱动量，从而驱动伺服电机1转动以带动执行机构将实际刹车量控制到刹车指令量误差范围内，同时加装行程开关11，可完成系统上电后刹车控制系统的满行程自检，同时可以防止出现刹车越界现象，所谓刹车越界现象即车辆脚刹制动器本身处于满行程状态后，系统继续向执行单元输出刹车量，过度控制刹车行程。
其中伺服电机1与执行机构的结构如下：参见说明书附图8、9和12，该伺服电机1嵌装在一金属外壳2中，该外壳2的一端具有安装座21，该安装座21上设置有安装槽 22，外壳2通过安装槽 22扣在车辆驾驶舱的脚刹控制杆3上远离脚刹踏板7的一端。安装槽与脚刹控制杆3过盈配合形成紧密连接。在安装时，由于外壳2位于脚刹控制杆3上方，依靠外壳2自身重力即可将伺服电机1固定在制动杆上，在伺服电机1安装过程中起到了预固定作用。安装槽 22的槽口具有向下延伸出制动杆的加固部23，加固部23上开设有正对的固定孔24，固定孔24中固定一与脚刹控制杆3抵触的固定件25。
参见说明书附图11，在外壳2内安装减速器4，减速器4与伺服电机1联动，从而增加伺服电机1扭矩，并通过减速器4带动转盘5转动，钢缆6一端固定在转盘5上，如说明书附图6所示，钢缆6另一端通过螺栓、固定扣、焊接等方式固定在驾驶舱地板上。钢缆6在驾驶舱底板上的安装点位置为转盘5起始位置与最大行程位置的公切线与底板的交点。由此使得转盘5在起始位置与最大行程位置时，钢缆6均与转盘5保持相切，使钢缆6所受转盘5的拉力处在钢缆6本体方向上，降低拉力对钢缆6形状、位置上的影响。
转盘5沿边设置保护槽51，钢缆6嵌在该保护槽51中，避免钢缆6在卷绕过程中由转盘5中脱出。在转动转盘5的过程中，钢缆6由转盘5收卷，通过钢缆6外部长度的缩短控制脚刹控制杆3的摆动幅度。即启动伺服电机1，转盘5转动收卷钢缆6，从而牵引刹车踏板曲杆向下运动，实现控制汽车原有制动装置使汽车减速。
该执行模块的工作原理是：伺服电机1安装于脚刹控制杆3上，伺服电机1带动一转盘5，转盘5里的钢缆6另外一端与驾驶舱地板连接。当伺服电机1接收到刹车控制信号时，伺服电机1转动通过减速器4增加扭矩，带动转盘5绞回钢缆6，从而牵引刹车脚刹控制杆3向下运动直至触发行程开关11。实现控制汽车原有制动装置使汽车减速。增加该装置后，驾驶员仍能对原有刹车进行控制，不改变原有刹车效果。
本执行模块属于车辆加装系统，适用于各类型带有摆动式制动杆的车辆、器械，在安装过程中对被装物无损伤。既能满足避撞系统使用原车制动装置，又能保证避撞系统不干扰影响原车刹车装置功能性能，避免避撞系统干涉驾驶员对汽车的制动操作或者两者制动发生执行冲突，同时又不会带来过高成本和工艺难度、结构简单、安全可靠、对汽车改动较小的机械装置。
上述钢缆6优选换成链条8，转盘5换成链盘9。同样的链条8的一端固定在链盘9上，另一端固定在驾驶舱的底板。链条8相对于钢缆6具有非常高的机械强度，能承受长时间、高频率的拉伸而不变形。从而显著增加机械制动装置的稳定性及可靠性。
本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种车辆避撞系统，其特征在于包括：用于在车辆行驶过程中获取障碍物坐标的行车探测模块；与本车CAN总线数据连接的避撞参数模块；根据避撞参数模块、行车探测模块提供的信息作出避撞决断的避撞策略控制模块；根据避撞决断控制本车刹车系统的执行模块，所述行车探测模块、避撞参数模块均与避撞策略控制模块数据连接，所述避撞策略控制模块与执行模块数据连接，行车探测模块包括毫米波雷达传感器、超声波传感器、图像识别传感器、陀螺仪模块，车辆避撞参数检测模块包括卫星导航模块、汽车CAN总线OBD接口、陀螺仪模块；所述执行模块包括：与避撞策略控制模块连接为执行刹车动作提供动力的伺服电机、固定在脚刹制动器上由伺服电机收卷、放松从而控制脚刹制动器的执行机构。
2.根据权利要求1所述的车辆避撞系统，其特征在于所述执行模块还包括：用于获取伺服电机运转位置编码器；用于控制伺服电机的电机驱动器；根据避撞策略控制模块的指令以及伺服电机当前运转位置向电机驱动器输出刹车量的刹车控制器。
3.根据权利要求2所述的车辆避撞系统，其特征在于：所述执行模块还包括脚刹制动器处于刹死状态时由执行模块触发的行程开关。
4.根据权利要求3所述的车辆避撞系统，其特征在于：执行模块中还包括在行车探测模块检测到威胁物后发出警报的告警单元。
5.根据权利要求4所述的车辆避撞系统，其特征在于：还包括通过一人机交互界面向避撞参数模块录入天气状态、车重、报警距离的性能调节模块。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的车辆避撞系统，其特征在于：还包括对各个模块的运行信息进行记录的系统运行记录模块。
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