一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法.pdf

本发明公开了一种基于路面条件的车辆追尾碰撞系统与方法，该系统包括：行车信息获取装置、安全状态判断装置、触感报警装置、自主制动输出装置和数据信息存储单元。其中，行车信息获取装置包括测距传感器、轮速传感器、胎内传感器，用于侦测车辆运动信息和路面附着状态；安全状态判断装置通过驾驶员特性基于不同路面条件选择目标减速度输入安全距离模块，与当前相对距离进行对比确定实时车辆运行安全状态；触感报警装置包括安装在驾驶员座椅椅面和油门踏板上的触感传感器。本发明通过多传感器实现道路信息与车辆信息的获取，及时根据当前车辆的安全状态进行报警或自主制动措施，能够有效避免车辆追尾碰撞的发生，降低了道路安全隐患。

1.  一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法，其特征在于，包括行车信息获取装置、安全状态判断装置、触感报警装置、自主制动输出装置和数据信息存储单元；
所述行车信息获取装置包括测距传感器、轮速传感器、胎内传感器和油门踏板重力传感器；测距传感器包括安装在车辆头部的机器视觉传感器和安装在车辆保险杠上部中央的毫米波雷达传感器以及信息融合控制器，将毫米波雷达检测到的车辆信息映射到图像上，由驾驶员操作行为判断驾驶员感兴趣区域，通过对进行区域内车辆信息进行信号滤波处理，得到感兴趣车辆的速度和相对距离；胎内传感器通过对轮胎胎内定点的侧向和纵向变形量获得当前轮胎滑移率，综合四个轮胎滑移率的大小确定路面附着状况；
所述安全状态判断装置包括预警安全距离计算模块、自主制动安全距离计算模块和安全状态决策模块；根据设定的具有连续的不同鲁莽值的驾驶员特性条件下车辆行驶路面附着状态与车辆舒适减速度之间的关系，选择目标减速度计算当前预警安全距离；根据设定的车辆行驶路面附着状态与车辆最大减速度之间的关系，选择目标减速度计算当前自主制动安全距离；将行车信息获取装置侦测到的车辆相对距离与以上安全距离进行对比，进行安全状态决策，并根据需要通过电信号分别触发触感报警装置和自主制动输出装置；
所述触感报警装置包括安装在驾驶员座椅椅面和油门踏板上的触感发生器，当系统接收到安全状态判断装置发来的电信号时，触发驾驶员座椅椅面的触感发生器警告驾驶员。

2.  根据权利要求1所述的一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法， 其特征在于控制器根据方向盘转角传感器反馈的转角信息确定驾驶员在多车道路面的驾驶意图，即选择保持车道内行驶，转向左车道行驶或转向右车道行驶，将毫米波雷达侦测到的车辆信息筛选投影到图像上，仅计算符合驾驶员车道行驶意图的目标车辆的车速与相对距离。

3.  根据权利要求1所述的一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法，其特征在于数据存储信息单元可以储存不同驾驶员的驾驶习惯，根据驾驶员实验采集不同驾驶员特性，即具有鲁莽值连续的从0取到100％的不同类型的驾驶员在不同路面附着条件下开始感到不舒适时的制动减速度并存储，并在车辆追尾防避撞系统作用期间调用并判定当前预警安全距离模块中输入的目标制动减速度。

4.  根据权利要求1所述的一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法，其特征在于当车辆间相对距离小于预警安全距离时，安装在驾驶员座椅椅面的触感发生器将发出频率与幅值在人体可接受范围内的可以被有效感知的并且可以根据驾驶员的体重调节的正弦波信号，迅速有效警告驾驶员当前存在安全隐患。

5.  根据权利要求1所述的一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法，其特征在于当车辆追尾防避撞系统开始作用时，安装在油门踏板的重力传感器和触感发生器被激活，当驾驶员在当前紧急情况下错将右脚踏上油门踏板时，一经接触油门踏板，重力传感器即可检测到重力信号，从而产生频率和幅值都在人体可接受范围内的可以被有效感知的并且可以根据驾驶员的体重调节的正弦波信号，警告驾驶员当前的错误踏板行为。

6.  根据权利要求5所述的一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法，其特征在于当车辆追尾防碰撞系统被停用或处于失效状态时，安装在油门踏板的触感发生器处于关闭状态。

7.  根据权利要求4或5所述的一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法，其特征在于存在一个触感信号的频率和幅值的调节旋钮，与安装在驾驶员座椅椅面和油门踏板上的触感发生器之间线性连接，当驾驶员将旋钮旋至对应自身体重的不同质量值时，触感发生器将产生对应不同频率和幅值的正弦波信号，旋钮从左至右质量值越大，产生的正弦波信号的频率和幅值越大。

8.  根据权利要求4或5所述的一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法，其特征在于安装在驾驶员座椅椅面的触感发生器和安装在油门踏板处的触感发生器具有容错作用，当油门踏板触感发生器发生故障时，驾驶员座椅椅面的触感发生器仍能给予驾驶员警示作用。

一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统与方法
技术领域：
本发明涉及汽车主动安全领域，用于在车辆行驶过程中主动地避免追尾碰撞事故。
背景技术：
世界范围内，每年有超过50万人死亡，1000万人受伤于交通事故中，平均每分钟就至少有一人死于交通事故，其中追尾碰撞占到了将近一半的比例，在所有的道路交通安全致死事故中，由于驾驶员的分心导致的判断决策失误等原因造成的事故数量在80％左右。由Euro-NCAP的研究结果显明，若在发生追尾碰撞的0.5s前向驾驶员进行预警示意，可以减少50％的交通安全事故数量；同时如果驾驶员在事故发生1s前得到警示，那么约90％的事故可以完全避免，从而大大减轻事故的伤亡程度和经济损失。因此，以避免交通事故发生的汽车主动安全装置的研究已成为热点。
车辆追尾防碰撞系统作为一种汽车主动安全技术，利用现代传感信息技术来实时监测前面车辆和目标车辆之间的相对速度和距离，结合路况信息传递给中央处理单元计算当前车辆行驶状态，在存在安全隐患时，给予驾驶员以报警警示；在危险情况下，紧急制动时可以自动避免碰撞或减轻其影响。
目前国内外公开的专利多数仅单纯的考虑追尾防碰撞系统的安全性与有效性，提出自车传感器、安全距离算法和自主制动控制方法上的优化，没有考虑到车辆在实际行驶过程中由于道路条件和驾驶员操纵特性的复杂化和多变化引起的制动舒适性和系统适应性问题；对于危险情况时的驾驶员报警系统也多采 用声光报警形式，装置单一没有容错作用，且没有触感报警更快速有效。
因此，有必要开发具有驾驶员特性的基于不同路面条件的车辆追尾防碰撞系统，在车辆行驶安全的同时保证驾驶员制动过程中的个体舒适性。目前国内外尚未应用于车辆追尾防碰撞系统上的这方面的方法。
发明内容：
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，在保证车辆追尾防碰撞系统既有的制动安全性的前提下，提供了一种不同驾驶员在不同路面条件下保证制动舒适性和系统适应性的方法，用于有效提高系统可靠性。
为实现上述目的，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于路面条件的车辆追尾防碰撞系统包括行车信息获取装置、安全状态判断装置、触感报警装置、自主制动输出装置和数据信息存储单元；行车信息获取装置包括测距传感器、轮速传感器、胎内传感器和油门踏板重力传感器；测距传感器包括安装在车辆头部的机器视觉传感器和安装在车辆保险杠上部中央的毫米波雷达传感器以及信息融合控制器，将毫米波雷达检测到的车辆信息映射到图像上，由驾驶员操作行为判断驾驶员感兴趣区域，通过对进行区域内车辆信息进行信号滤波处理，得到感兴趣车辆的速度和相对距离；胎内传感器通过对轮胎胎内定点的侧向和纵向变形量获得当前轮胎滑移率，综合四个轮胎滑移率的大小确定路面附着状况。
技术方案所述的安全状态判断装置包括预警安全距离计算模块、自主制动安全距离计算模块和安全状态决策模块；根据设定的具有连续的不同鲁莽值的驾驶员特性条件下车辆行驶路面附着状态与车辆舒适减速度之间的关系，选择 目标减速度计算当前预警安全距离；根据设定的车辆行驶路面附着状态与车辆最大减速度之间的关系，选择目标减速度计算当前自主制动安全距离；将行车信息获取装置侦测到的车辆相对距离与以上安全距离进行对比，进行安全状态决策，并根据需要通过电信号分别触发触感报警装置和自主制动输出装置。
技术方案所述的触感报警装置包括安装在驾驶员座椅椅面和油门踏板上的触感发生器，当系统接收到安全状态判断装置发来的电信号时，触发驾驶员座椅椅面的触感发生器警告驾驶员。
技术方案所述的方向盘转角传感器根据转角信息确定驾驶员在多车道路面的驾驶意图，即选择保持车道内行驶，转向左车道行驶或转向右车道行驶，将毫米波雷达侦测到的车辆信息筛选投影到图像上，仅计算符合驾驶员车道行驶意图的目标车辆的车速与相对距离。
技术方案所述的数据存储信息单元可以储存不同驾驶员的驾驶习惯，根据驾驶员实验采集不同驾驶员特性，即具有鲁莽值连续的从0取到100％的不同类型的驾驶员在不同路面附着条件下开始感到不舒适时的制动减速度并存储，，并在车辆追尾防避撞系统作用期间调用并判定当前预警安全距离模块中输入的目标制动减速度。
技术方案所述的当车辆间相对距离小于预警安全距离时，安装在驾驶员座椅椅面的触感发生器将发出频率与幅值在人体可接受范围内的可以被有效感知的并且可以根据驾驶员的体重调节的正弦波信号，迅速有效警告驾驶员当前存在安全隐患。
技术方案所述的当车辆追尾防避撞系统开始作用时，安装在油门踏板的重 力传感器和触感发生器被激活，当驾驶员在当前紧急情况下错将右脚踏上油门踏板时，一经接触油门踏板，重力传感器即可检测到重力信号，从而产生频率和幅值都在人体可接受范围内的可以被有效感知的并且可以根据驾驶员的体重调节的正弦波信号，警告驾驶员当前的错误踏板行为。
技术方案所述的一个触感信号的频率和幅值的调节旋钮，与安装在驾驶员座椅椅面和油门踏板上的触感发生器之间线性连接，当驾驶员将旋钮旋至对应自身体重的不同质量值时，触感发生器将产生对应不同频率和幅值的正弦波信号，旋钮从左至右质量值越大，产生的正弦波信号的频率和幅值越大。
技术方案所述的当车辆追尾防碰撞系统被停用或处于失效状态时，安装在油门踏板的触感发生器处于关闭状态。
技术方案所述的安装在驾驶员座椅椅面的触感发生器和安装在油门踏板处的触感发生器具有容错作用，当油门踏板触感发生器发生故障时，驾驶员座椅椅面的触感发生器仍能给予驾驶员强烈的警示作用。
有现有技术相比本发明的有益效果：
1.目前的车辆滑移率计算方法仅能用于制动防抱死系统的滑移率估计，精度较低计算速度较慢，不适用于安全要求更高滑移率精度要求更高的车辆防碰撞系统。本发明采用胎内传感器获取滑移率，综合获取路面附着状态，建立不同路面附着条件下对应的主动避撞机制，可以更准确真实的实时侦测轮胎滑移率和路面附着系数，获得更高精度能够满足系统需求的滑移率值，避免了采用轮胎模型计算速度过慢的的特点，提高了车辆信息获取装置的快速响应性，增强了系统对于环境的适应性。
2.以福特公司为代表的研究机构，通过问卷调查和模糊控制将驾驶员特性分为四类：Cautious(谨慎型)、Average(一般型)、Expert(专业型)、Reckless(鲁莽型)。在不同路面附着条件下，根据驾驶员特性的不同调节系统参数来适应驾驶风格，但本发明不进行驾驶员类型的明显分区，而是根据其操作行为和车辆状态确定驾驶员鲁莽值。根据驾驶员操纵行为中获取的加速踏板位移和速率、制动踏板位移和速率以及方向盘转角和角速度，以上数据按最小值到最大值进行排序后对应着鲁莽值从0连续变化到100％。实际驾驶员行车过程中实时通过数据库获取能表征驾驶员特性参数的鲁莽值。确定不同鲁莽值的驾驶员在不同路面附着条件下制动时开始感到不舒适的最小减速度以适配预警安全距离，保证了车辆紧急制动时的舒适性，实现对驾驶员的自适应控制和个性化驾驶，实现了人-车闭环系统。
3.引入触感的形式对驾驶员进行紧急行驶状况警示，针对不同体重类型的驾驶员采用频率和幅值大小不同的触感信号，与传统的声光报警形式相比，驾驶员对这类触感信号具有更快的响应速度与更优的接受程度，提高了车辆追尾防碰撞系统的预警安全性。
4.在油门踏板上采用重力传感器检测油门误踩信号，与传统的位移传感器相比缩短了力对位移的作用时间，提高了系统对于紧急情况下驾驶员误踩油门踏板的响应性，增强了系统的安全性；同时与设置在驾驶员座椅椅面的触感发生器共同产生容错作用，提高系统鲁棒性。
附图说明：
附图1是车辆追尾防碰撞系统的原理示意图
附图2是本发明的车辆追尾防碰撞系统的结构流程图
附图3是本发明的车辆追尾防碰撞系统触感报警装置原理流程图
附图4是本发明的车辆追尾防碰撞系统自主制动输出装置原理流程图
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的描述。
参照附图1、2，同车道内自车以v₁的速度行驶，而前方车辆以v₂的速度行驶，由行车信息获取装置确定当前两车的相对速度和相对距离，结合数据信息存储单元确定当前驾驶员特性和路面附着条件下的预警安全距离值和制动安全距离值，当两车的相对距离d小于报警安全距离时，车辆判断当前具有安全隐患，触发触感报警装置；如果驾驶员没有相关制动措施，两车相对距离d小于制动安全距离D_w，则自动制动输出装置被激活，防碰撞系统将进行自主制动干涉以确保避免追尾碰撞的发生。
参照附图3，为本发明的车辆追尾防碰撞系统油作用的流程图，具体工作步骤如下所示：
步骤1.系统初始化。用户可以根据自己的驾驶习惯选择装置的开启或者关闭，本装置只有在系统开启才能正常工作。如果用户选择关闭状态，则装置在无法工作的情况下也不会影响车辆各种原始装置和系统的正常工作。用户可以选择自己的体重等信息，从而确定系统处于激活状态发出触感警示时能够根据用户的个人情况进行适当的调整以达到警示用户的最优状态。系统将根据用户之前的驾驶行为数据与数据存储单元内的驾驶员行为特征数值进行对应，判断 出当前用户的鲁莽值，并根据实际车辆行驶过程中的用户操纵行为进行不断调整，从而决策自主制动输出装置应选择的作用数据库，以适应不用驾驶环境下不用驾驶员的驾驶风格，达到“车适应人”的设计理念。
步骤2.将实时监测到的与前车之间的相对距离输入到电子控制单元，与当前用户当前路面附着条件下的预警安全距离对比，如果大于预警安全距离则实施步骤3，反之则执行步骤4。
步骤3.车辆处于安全行驶状态，触感预警装置关闭。
步骤4.此时车辆处于有追尾碰撞的安全隐患状态下，系统检测油门踏板重力传感器是否有信号输出，如果没有执行步骤6，反之则执行步骤7。
步骤5.同时系统向驾驶员座椅椅面触感发生器发送信号，使椅面触感发生器产生适应驾驶员特性的不同频率和幅值的正弦波信号向驾驶员报警，同时实时检测制动踏板位移，如果驾驶员有制动措施则报警系统解除执行步骤7，若无则重复本步骤。
步骤6.系统检测到驾驶员误踩油门踏板后立即向设置在油门踏板出的触感发生器发送信号，使触感发生器产生适应驾驶员特性的不同频率和幅值的正弦波信号向驾驶员报警警示，同时实时观察油门踏板重力传感器的输出，若驾驶员仍然没有松开油门踏板则重复本步骤，若油门踏板已松开则解除误踩系统执行步骤7.
步骤7.车辆行驶危险状态解除，系统关闭，结束。
参照附图4，为本发明的车辆追尾防碰撞系统自动制动输出装置原理流程 图，具体工作步骤如下所示：
步骤1.系统初始化。
步骤2.根据行车信息获取装置得到的车辆运行状态和路面附着情况确定当前路面可以达到的最大制动减速度，确定当前路面附着条件下的自主制动安全距离值。
步骤3.将实时监测到的与前车之间的相对距离输入到电子控制单元，与实时计算得到的制动安全距离进行对比，如果大于制动安全距离则实施步骤4，反之则执行步骤5。
步骤4.车辆处于安全行驶状态，自主制动输出装置关闭。
步骤5.系统向自主制动输出装置发送信号，车辆制动系统进行主动制动干涉。
步骤6.车辆解除当前危险状况，追尾防碰撞系统关闭。
以上的论述仅仅是本发明的优选实施例，是为了解释和说明，并不是对本发明本身的限制。本发明并不局限于这里公开的特定实施例，而由下面的权利要求确定。所有不背离本发明基本构思的这些实施例、改变和变形均在所附权利要求的保护范围内。