CN103465887A

CN103465887A - 防车辆追尾装置及其控制方法

Info

Publication number: CN103465887A
Application number: CN2013104353525A
Authority: CN
Inventors: 孙宏水
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明涉及汽车安全行驶技术领域，特别涉及一种防车辆追尾装置及其控制方法，该装置包括车速采集电路、超声波测距电路，所述的车速采集电路将采集到的当前车速信息输出至第一处理单元，超声波测距电路输出超声波回波时间信息或前方障碍物的距离信息至第二处理单元，第一、二处理单元分别将接收到的信息处理成电压或电流信号后输出至比较器，比较器输出控制信号至刹车单元执行刹车动作。由于这里是根据两个最为重要的参数即当前车速V和前方障碍物的距离L或回波时间T进行判定的，其判定结果非常准确，有效减少两车追尾。

Description

防车辆追尾装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车安全行驶技术领域，特别涉及一种防车辆追尾装置及其控制方法。

背景技术

随着公路建设的发展，车辆越来越多，出现的交通事故也随之增多，其中以高速公路上的车辆追尾事故为最严重、比例最高。发生追尾的事故有很原因，主要有：1、疲劳驾驶；2、极端天气；3、视线受阻。无论何种原因，都是由于车辆在行驶时，前方出现障碍物，车辆没有采取及时有效的措施。

现有的关于防车辆追尾有很多，如中国专利《车辆防追尾装置》（申请号：201220672712.4；公告日期：2013年06月12日）公开了一种技术方案：包括探测传感器、GPS导航、中央处理器、路况显示器、自动控制器，将实时的路况信息显示在路况显示器上，驾驶员根据该路况进行处理；车辆驶向障碍物接近安全刹车距离时，中央处理器命令自动控制器对制动器自动操作，及时刹车。该方案存在如下不足：***复杂，很多时候驾驶员处于疲劳状态或注意力没有集中，没有注意到路况显示器上的信息；当车辆接近安全刹车距离时，直接对车辆采取制动，在高速上行进时，突然紧急制动容易遭到后方车辆的撞击，也存在一定的危险性。

另外，中国专利《一种防追尾的监测***及方法》（申请号：201110256530.9；公告日期：2013年03月13日）公开了一种技术方案：一种防追尾监测***，包括发射机、接收机、计算器、控制***，该***仅对两车距离及速度进行判定，A、B车距小于预定值时，如果A车在B车前，A车速度就自动加快，如果A车在B车之后，A车就会减速。这样的判定方法明显存在不合理性：比如A车后面有B车，A车前面有障碍物，B车速度很快，随着B车靠近A车，A车与B车距离越来越小，当两车距离小于预定值时，A车加速，可A车前方是有障碍物的，按照常理应该减速。该方案只是一味的考虑如何增大两车间距，因此是不合理的。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种防车辆追尾装置，结构简单，判断准确，能够有效防止车辆追尾。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种防车辆追尾装置，包括车速采集电路、超声波测距电路，所述的车速采集电路将采集到的当前车速信息输出至第一处理单元，超声波测距电路输出超声波回波时间信息或前方障碍物的距离信息至第二处理单元，第一、二处理单元分别将接收到的信息处理成电压或电流信号后输出至比较器，比较器输出控制信号至刹车单元执行刹车动作。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：第一处理单元实时监控本车辆的实时速度，第二处理单元实时监控车辆与前方车辆或障碍物之间的距离，根据该距离和速度判断是否需要执行刹车动作。这里采用的是超声波测距，其输出的参数可能是超声波回波时间，也有可能是处理后的距离信息，在这里都可以使用。超声波测距，受天气、温度、光线的影响较小，非常适用于高速上前后车的测距。由于这里是根据两个最为重要的参数即当前车速V和前方障碍物的距离L或回波时间T进行判定的，其判定结果非常准确，有效减少两车追尾。

本发明的另一个目的在于提供一种防车辆追尾装置的控制方法，判断准确，能够有效防止车辆追尾。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种采防车辆追尾装置的控制方法，包括如下步骤：（A）车速采集电路输出当前车速V至第一处理单元；（B）超声波测距电路输出超声波回波时间T或前方障碍物的距离信息L至第二处理单元；（C）第一、二处理单元将接收到的信息转换成电压信号后输出至比较器；（D）若第一处理单元输出的电压大于第二处理单元的输出电压，比较器输出控制信号至刹车单元执行刹车动作；若第一处理单元输出的电压小于等于第二处理单元的输出电压，比较器无输出。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：超声波测距，受天气、温度、光线的影响较小，非常适用于高速上前后车的测距。由于这里是根据两个最为重要的参数即当前车速V和前方障碍物的距离L或回波时间T进行判定的，其判定结果非常准确，有效减少两车追尾。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2上图是超声波发射单元发射超声波示意图，高电平表示发射超声波，低电平表示未发射，图2的下图是超声波接收单元接收超声波示意图，高电平表示有接收到超声波，低电平表示无接收；

图3是图2中不同时刻对应的小车与障碍物示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图3，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1，一种防车辆追尾装置，包括车速采集电路10、超声波测距电路20，所述的车速采集电路10将采集到的当前车速信息输出至第一处理单元30，超声波测距电路20输出超声波回波时间信息或前方障碍物的距离信息至第二处理单元40，第一、二处理单元30、40分别将接收到的信息处理成电压或电流信号后输出至比较器50，比较器50输出控制信号至刹车单元60执行刹车动作。这里通过最原始的速度与安全距离两个重要参数之间的关系来进行判定，在当前速度下，如果车辆与前方的车辆或障碍物之间的距离小于安全距离，即执行刹车动作。当本车执行刹车动作后，车速会降下来，这里不断的比较车辆当前速度所对应的安全距离与当前车速的关系，如果还是小于安全距离，继续刹车减速，如果通过减速后，车辆与前方的车辆距离增大了，满足安全距离，则不需要进行刹车。该判定原理虽然简单，但是本发明中通过实时监控的方法避免了紧急制动的现象。

超声波测距电路20可以输出超声波回波时间或者输出前方障碍物距离，但是计算距离的时候需要通过当前车速来进行计算，因此，本发明中优选采用所述的超声波测距电路20输出超声波回波时间信息至第二处理单元40，将速度与安全距离的关系转换成速度与回波时间的关系。为了比较速度与回波时间，第一、二处理单元30、40分别将接收到的信息处理成电压信号，比较器50的输入端1、2分别接收第一、二处理单元30、40输出的电压信号，引脚2的电压小于引脚1的电压时比较器50输出控制信号至刹车单元60执行刹车动作。

在前方有障碍物且与本车距离小于安全距离时，仅作出刹车已经可以避免危险的发生，为了使得驾驶员对该危险信号有所感知，该装置还包括语音单元70，所述的比较器50输出信号至语音单元70，语音单元70在刹车动作执行的同时输出语音提醒，告知驾驶员前方安全距离内有障碍物存在。所述的超声波测距电路20包括超声波发射单元21、超声波接收单元22以及计时器23，超声波发射单元21、超声波接收单元22分别输出控制信号至计时器23控制计时器23开始/停止计时，超声波接收单元22输出控制信号至超声波发射单元21控制超声波发射单元21的启动/停止。这里的超声波测距电路20并不进行车速的采集，其直接输出回波时间参数，减少一次运算，减少从判定到刹车的运算时间，保证刹车更及时，只需在后续的第二处理单元40中，对该时间进行处理即可。

一种采用上述防车辆追尾装置的控制方法，包括如下步骤：（A）车速采集电路10输出当前车速V至第一处理单元30；（B）超声波测距电路20输出超声波回波时间T或前方障碍物的距离信息L至第二处理单元40；（C）第一、二处理单元30、40将接收到的信息转换成电压信号后输出至比较器50；（D）若第一处理单元30输出的电压大于第二处理单元40的输出电压，比较器50输出控制信号至刹车单元60执行刹车动作；若第一处理单元30输出的电压小于等于第二处理单元40的输出电压，比较器50无输出。

所述的超声波测距电路20输出超声波回波时间信息至第二处理单元40，第一、二处理单元30、40分别将接收到的信息处理成电压信号，比较器50的输入端1、2分别接收第一、二处理单元30、40输出的电压信号，引脚2的电压小于引脚1的电压时比较器50输出控制信号至刹车单元60执行刹车动作；该装置还包括语音单元70，所述的比较器50输出信号至语音单元70。

本实施例中，是以车速10km/h≤V≤120km/h为例的，车速小于10km/h时，速度较低，低速行驶一般安全性较高；车速大于120km/h时的情况较少，均视为120km/h来考虑。当车辆以120km/h的速度行驶时，其安全距离不应小于55米，因此所述的超声波发射单元21探测距离大于等于55米。我们也知道，超声波的频率越低，其探测距离越长，这里超声波发射单元21发射的超声波频率可以选用25KHz。

下面对第一、二处理单元30、40的处理方法提供一种参考：所述的第一处理单元30按如下方法进行处理：

当车速V≥120km/h时，第一处理单元30输出电压为U₀；

当车速V₁≤V＜120km/h时，第一处理单元30输出电压为U₁；

当车速V₂≤V＜V₁时，第一处理单元30输出电压为U₂；

……

当车速V_N≤V＜V_N-1时，第一处理单元30输出电压为U_N；

当车速30km/h≤V＜V_N时，第一处理单元30输出电压为U_N+1；

当车速10km/h≤V＜30km/h时，第一处理单元30输出电压为U_N+2；

所述的第二处理单元40按如下方法进行处理：

当T₀＜T≤T_MAX时，第二处理单元40输出电压为U₀；

当T₁＜T≤T₀时，第二处理单元40输出电压为U₁；

……

当T_N＜T≤T_N-1时，第二处理单元40输出电压为U_N；

当T_N+1＜T≤T_N时，第二处理单元40输出电压为U_N+1；

当T≤T_N+1时，第二处理单元40输出电压为U_N+2；

所述的T_X=2[V_X/(2km/h)-5]m/(V_X+V_C)，X=0，1，……，N,N+1；其中V_C为超声波的速度，超声波的速度V_C可以直接用340m/s进行计算，不同温度下其速度相差不大，V₁=120km/h，V_N+1=30km/h；

所述的T_MAX＞T₀；所述的U₀＞U₁＞U₂＞……＞U_N+1＞U_N+2；这里设置了T_MAX是防止车辆前方安全距离内一直未出现障碍物，时间T不停的累加，出现溢出。

由于本装置主要用于高速上进行探测的，而高速上车辆速度一般在60km/h至120km/h之间，因此当车速60km/h≤V≤120km/h时，V_X＝V_X-1＋2km/h，设置较多节点；当车速30km/h≤V≤60km/h时，V_Y＝V_Y-1＋5km/h，设置较少节点。这样设置的意义在于，当车速在一个范围内时，其判定的安全距离都是一样的，比如102km/h至104km/h对应的输出电压都是U₉。而不必对每个速度和时间都进行转换，优化第一、二处理单元的处理过程，加快其处理速度。

为了更清楚的说明该处理步骤，下面提供一张表格，列出不同速度V（km/h）范围所对应的输出电压U、安全距离L（m）、安全距离所对应的回波时间T（s）：

下面结合上图以及所述的第一、二处理单元30、40的处理方法，以两个速度为例详细说明本发明的工作原理：

当车速为95km/h时，第一处理单元30输出电压为U₁₃，比较器50判定第二处理单元40的输出电压小于U₁₃时，就输出控制信号至刹车单元60执行刹车。只有第二处理单元40输出的电压为U₁₄至U₃₇中任意一个时，执行刹车，而根据第二处理单元40的处理步骤可知，当T≤T₁₃时，第二处理单元40输出的电压才小于U₁₃。T13正好是车速为95km/h时安全距离42m所对应的超声波回波时间，超声波回波时间小于等于T₁₃，则说明车辆与前方障碍物已经达到最低安全距离，需要执行刹车。

当车速为63km/h时，第一处理单元30输出电压为U₂₉，这里比较器50引脚1的输入电压发生了改变，因此对于时间的判定也发生了改变。之后就不赘述了，其判定的时间也正好对应于速度63km/h所对应的时间T₂₉。

在速度不同时，安全距离根据车辆的性能有些许出入，公式T_X=2[V_X/(2km/h)-5]m/(V_X+V_C)就是按照表格中的速度和安全距离对应值列出来的。当速度和对应的安全距离确定后，表格中的时间都是可以计算出来的，为了叙述方便，上面只给出了示意，并没有给出具体值。

所述的超声波测距电路20包括超声波发射单元21、超声波接收单元22以及计时器23，超声波发射单元21、超声波接收单元22分别输出控制信号至计时器23控制计时器23开始/停止计时，超声波接收单元22输出控制信号至超声波发射单元21控制超声波发射单元21的启动/停止。所述的超声波测距电路20按如下步骤输出超声波回波时间：（B1）超声波测距电路20开始工作；（B2）超声波发射单元21向车辆前方发射超声波，同时超声波发射单元21输出一个信号至计时器23，计时器23开始计时；（B3）超声波接收单元22从未接收到超声波信号到接收到超声波信号时，同时发出两路控制信号，其中一路信号至计时器23，计时器23停止计时并输出时间T至第二处理单元40，另一路信号至超声波发射单元21，控制超声波发射单元21停止发射超声波；（B4）经过时间T_Z后，超声波发射单元21继续发射超声波，再进入步骤B2。

参阅图2、图3，超声波测距电路20的具体工作原理如下：

车辆在启动后，超声波发射单元21开始发出超声波，计时器23开始计时。此时若前方探测距离内有障碍物，则经过时间T后，超声波回波信号就被超声波接收单元22接收，此时计时器23停止计时，并输出时间，该时间就是前方障碍物的距离。若前方没有障碍物，如图3中的T_A所示，由于前方在超声波的探测距离内一直无障碍物，所以一直没有超声波回拨信息返回。为避免车辆前方一直无障碍物，计时器23持续计时出现溢出，当计时器23计时到最大值T_MAX时，就不再增加，而是维持在该数值上。

下面以超声波开始发射时，车辆前方无障碍物，在T_B时刻，车辆前方才出现障碍物时，超声波被发射为例进行说明。

在T_C时刻，反射回来的超声波被超声波接收单元22所接收到，此时，计时器23输出时间T_MAX，超声波发射单元21暂停T_Z秒之后继续发射，T_Z越短越好。超声波继续发射时计时器23再次重新计时。这里有一点很重要：此时超声波接收单元22还在接收超声波中，必须要在超声波接收单元22本来接收不到超声波变为能接收到超声波时，计时器才停止计时，即超声波接收单元22只有在上升沿的时候才触发停止计时信号以及暂停发射信号。从图2、图3中可以清楚看出，T_E时刻超声波接收单元22所接收到的信号就是T_D时刻超声波发射单元21发射出来的信号，该时间也就反应了图3中T_D时刻车辆与前方障碍物的距离信息，而从T_D到T_E，时间很短，一般都小于0.3s，在这么短的时间内，可以认为两个时刻车速相等。因此，T_D时刻的车速和对应的安全距离信息是通过T_E时刻的车速和时间信息得到的。

假设车辆前方的是障碍物，那么通过图2，我们可以得知，计时器23输出的时间越来越小，且各信号之间的间隔也越来越小，比较器进行比较的频率也越来越高，更进一步增加安全性。

Claims

1.一种防车辆追尾装置，其特征在于：包括车速采集电路（10）、超声波测距电路（20），所述的车速采集电路（10）将采集到的当前车速信息输出至第一处理单元（30），超声波测距电路（20）输出超声波回波时间信息或前方障碍物的距离信息至第二处理单元（40），第一、二处理单元（30、40）分别将接收到的信息处理成电压或电流信号后输出至比较器（50），比较器（50）输出控制信号至刹车单元（60）执行刹车动作。

2.如权利要求1所述的防车辆追尾装置，其特征在于：所述的超声波测距电路（20）输出超声波回波时间信息至第二处理单元（40），第一、二处理单元（30、40）分别将接收到的信息处理成电压信号，比较器（50）的输入端1、2分别接收第一、二处理单元（30、40）输出的电压信号，引脚2的电压小于引脚1的电压时比较器（50）输出控制信号至刹车单元（60）执行刹车动作。

3.如权利要求1或2所述的防车辆追尾装置，其特征在于：该装置还包括语音单元（70），所述的比较器（50）输出信号至语音单元（70）；所述的超声波测距电路（20）包括超声波发射单元（21）、超声波接收单元（22）以及计时器（23），超声波发射单元（21）、超声波接收单元（22）分别输出控制信号至计时器（23）控制计时器（23）开始/停止计时，超声波接收单元（22）输出控制信号至超声波发射单元（21）控制超声波发射单元（21）的启动/停止。

4.一种采用如权利要求1所述的防车辆追尾装置的控制方法，包括如下步骤：

（A）车速采集电路（10）输出当前车速V至第一处理单元（30）；

（B）超声波测距电路（20）输出超声波回波时间T或前方障碍物的距离信息L至第二处理单元（40）；

（C）第一、二处理单元（30、40）将接收到的信息转换成电压信号后输出至比较器（50）；

（D）若第一处理单元（30）输出的电压大于第二处理单元（40）的输出电压，比较器（50）输出控制信号至刹车单元（60）执行刹车动作；若第一处理单元（30）输出的电压小于等于第二处理单元（40）的输出电压，比较器（50）无输出。

5.如权利要求4所述的防车辆追尾装置的控制方法，其特征在于：所述的超声波测距电路（20）输出超声波回波时间信息至第二处理单元（40），第一、二处理单元（30、40）分别将接收到的信息处理成电压信号，比较器（50）的输入端1、2分别接收第一、二处理单元（30、40）输出的电压信号，引脚2的电压小于引脚1的电压时比较器（50）输出控制信号至刹车单元（60）执行刹车动作；该装置还包括语音单元（70），所述的比较器（50）输出信号至语音单元（70）。

6.如权利要求5所述的防车辆追尾装置的控制方法，其特征在于：所述的超声波发射单元（21）探测距离大于等于55米，超声波发射单元（21）发射的超声波频率为25KHz。

7.如权利要求5所述的防车辆追尾装置的控制方法，其特征在于：所述的第一处理单元（30）按如下方法进行处理：

当车速V≥120km/h时，第一处理单元（30）输出电压为U₀；

当车速V₁≤V＜120km/h时，第一处理单元（30）输出电压为U₁；

当车速V₂≤V＜V₁时，第一处理单元（30）输出电压为U₂；

当车速V_N≤V＜V_N-1时，第一处理单元（30）输出电压为U_N；

当车速30km/h≤V＜V_N时，第一处理单元（30）输出电压为U_N+1；

当车速10km/h≤V＜30km/h时，第一处理单元（30）输出电压为U_N+2；

所述的第二处理单元（40）按如下方法进行处理：

当T₀＜T≤T_MAX时，第二处理单元（40）输出电压为U₀；

当T₁＜T≤T₀时，第二处理单元（40）输出电压为U₁；

当T_N＜T≤T_N-1时，第二处理单元（40）输出电压为U_N；

当T_N+1＜T≤T_N时，第二处理单元（40）输出电压为U_N+1；

当T≤T_N+1时，第二处理单元（40）输出电压为U_N+2；

所述的T_X=[V_X/(2km/h)-5]m/(V_X+V_C)，X=0，1，……，N,N+1；其中V_C为超声波的速度，V₁=120km/h，V_N+1=30km/h；

所述的T_MAX＞T₀；所述的U₀＞U₁＞U₂＞……＞U_N+1＞U_N+2；

8.如权利要求5所述的防车辆追尾装置的控制方法，其特征在于：所述的超声波测距电路（20）包括超声波发射单元（21）、超声波接收单元（22）以及计时器（23），超声波发射单元（21）、超声波接收单元（22）分别输出控制信号至计时器（23）控制计时器（23）开始/停止计时，超声波接收单元（22）输出控制信号至超声波发射单元（21）控制超声波发射单元（21）的启动/停止。

9.如权利要求7所述的防车辆追尾装置的控制方法，其特征在于：当车速60km/h≤V≤120km/h时，V_X＝V_X-1＋2km/h；当车速30km/h≤V≤60km/h时，V_Y＝V_Y-1＋5km/h。

10.如权利要求8所述的防车辆追尾装置的控制方法，其特征在于：所述的超声波测距电路（20）按如下步骤输出超声波回波时间：

（B1）超声波测距电路（20）开始工作；

（B2）超声波发射单元（21）向车辆前方发射超声波，同时超声波发射单元（21）输出一个信号至计时器（23），计时器（23）开始计时；

（B3）超声波接收单元（22）从未接收到超声波信号到接收到超声波信号时，同时发出两路控制信号，其中一路信号至计时器（23），计时器（23）停止计时并输出时间T至第二处理单元（40），另一路信号至超声波发射单元（21），控制超声波发射单元（21）停止发射超声波；

（B4）经过时间T_Z后，超声波发射单元（21）继续发射超声波，再进入步骤B2。