CN108297868B - 一种限速路段的车辆自动强制限速巡航*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种限速路段的车辆自动强制限速巡航***，主要面向校园、小区等限速园区道路。该***包括限速信号发射器、车载信号接收器、自适应巡航控制器、车载CAN总线、执行器。限速信号发射器设在限速路段始、末端，向车辆无线发射限速信号；车载信号接收器接收信号后，通过车载CAN总线传至车辆自适应巡航控制器，控制车辆平缓降低车速，并强制车辆以低于限速值的车速驶过；当接收器收到限速解除信号时，表明车辆已驶出限速路段，退出强制限速行驶状态。本发明建立车‑路无线通讯，在人工和自动驾驶模式下，均能强制通过自适应巡航控制使车辆限速行驶，能替代减速带，避免其对车辆部件的损伤，减小园区内行车噪声，提高安全性和驾乘舒适性。

Description

一种限速路段的车辆自动强制限速巡航***
技术领域
本发明涉及车辆速度控制领域，特别是一种面向校园、住宅小区等要求限速路段的车-路无线通讯式车辆自动强制限速巡航***。
背景技术
现代汽车产业的发展给人们的生活带来了极大的便利同时，也引发了诸多交通安全、噪声及排放污染等的问题，因而需要合理协调人-车-路之间的关系。校园、住宅小区等园区道路常有限速要求，现行的限速方式是通过交通限速指示牌提醒驾驶员，以及在限速路段安装减速带强制驾驶员减速通过，能起到一定的限速作用。但在现有的方式下，车辆通过减速带时产生的颠簸、冲击往往造成车辆悬架***等部件的损伤，久而久之缩短车辆的使用寿命，同时影响了车内驾驶员的舒适性，碰撞产生的噪声也会对附近居住、工作的人们造成干扰。部分驾驶员无视交通限速指示牌，在通过减速带时采取急刹车、急加速的方式，容易酿成交通安全事故，也增加了车辆的油耗和污染物的排放。即便驾驶员在通过减速带时按照交通规则要求，以低车速通过，仍无法避免减速带对车辆的冲击损伤、颠簸、噪声等。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种面向校园、住宅小区等要求限速的路段，通过建立车-路无线通讯强制车辆自动地以不大于限速值的车速定速巡航通过限速路段的限速***。本发明基于车-路的无线通讯，强制性地使车辆低速巡航通过限速路段，保证道路交通安全性，同时可替代减速带，避免车辆冲击损伤，提高驾乘舒适性，减小噪声干扰，也间接提高了燃油经济性、减少了污染物排放。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种限速路段的车辆自动强制限速巡航***，包括限速信号发射器(1)、车载信号接收器(3)、自适应巡航控制器(2)、车载CAN总线(4)、执行器(5)，其中：
所述限速信号发射器(1)基于Zigbee无线通讯技术设计，安装在限速路段的始端和末端，用于发射相应路段的限速信号，命令车辆在相应的限速值以内通过该路段。
所述车载信号接收器(3)基于32位单片机，与限速信号发射器(1)建立车-路无线Zigbee通讯，安装于车辆顶部。车辆通过限速路段时，车载信号接收器(3)无线接收发射器(1)传送的限速信号，并将限速信号传送至车载CAN总线(4)。
所述自适应巡航控制器(2)，与现有车辆配备的自适应巡航控制***ACC共用，并对其控制程序添加限速所需功能。用于从车载CAN总线(4)上读取限速信号，并识别、处理限速信号，判断并自动控制车辆进入强制限速行驶状态或解除强制限速行驶状态。
所述车载CAN总线(4)，用于建立车载信号接收器(3)与自适应巡航控制器(2)之间的通讯，并传送限速信号。
所述执行器(5)包括发动机动力控制单元、自动变速器、ESC主动制动单元；发动机动力控制单元，通过其可以调节发动机驱动力矩的大小；自动变速器，通过其在行车过程中实现自动的换挡功能；ESC主动制动单元，通过其自动施加轮缸制动压力，从而给予车轮一定的制动力矩。所述发动机动力控制单元、所述自动变速器和所述ESC主动制动单元通过车载CAN总线与自适应巡航控制器(2)相连并进行数据交换。
上述强制限速行驶状态是指，无论自适应巡航控制ACC是否激活，车辆都会进入强制限速的自适应巡航控制模式，此时车速由自适应巡航控制器(2)控制，无需驾驶员控制油门踏板即可通过自适应巡航控制车辆行驶通过，并保持车速在所行驶的限速路段的限速值以下。驾驶员无法通过油门踏板控制车速，即限速行驶状态是强制性的，无论驾驶员控制油门踏板与否，车辆均保持限速值以下车速行驶。驾驶员能操纵方向盘以控制车辆的行驶方向，以及能够踩下制动踏板主动控制车辆减速，松开制动踏板后车速将缓慢提升，但仍满足V1<Vlim。
按照上述方案，安装于交通限速标志牌上限速信号发射器(1)工作时每隔一定时间自动发送一次限速路段对应的限速信号，车辆驶入限速信号发射器(1)的覆盖范围内时，车顶的车载信号接收器(3)接收到该路段的限速信号，而后通过车载CAN总线(4)与自适应巡航控制器(2)通讯，将对应的含有限速指令的数据帧发送到车载CAN总线(4)。
自适应巡航控制器(2)从车载CAN总线(4)上识别到限速数据或解除限速数据帧的标识符后，接收该数据帧并读取其中的发射器标识位ID、限速解除标识END和路段限速值Vlim，并判断当前车辆是否进入强制限速行驶状态及自适应巡航控制ACC是否激活。同时，通过车辆ABS控制器读取当前车速值V0。获取这些信息后，自适应巡航控制器(2)根据如下判断条件执行逻辑操作：
1)未进入强制限速行驶状态，且V0>Vlim：
自适应巡航控制器(2)控制车辆进入强制限速行驶状态，切断油门踏板对车辆的控制，并向ESC主动制动单元、自动变速器和发动机动力控制单元发送指令，控制发动机动力控制单元减小发动机的输出驱动力矩，同时通过ESC主动制动单元给予车轮一定的制动力矩，同时自动变速器根据车速变换挡位，使车辆减速直到车速V1<Vlim，接着保持车速V1巡航行驶通过限速路段直至退出强制限速行驶状态。
2)未进入强制限速行驶状态，且V0<Vlim：
自适应巡航控制器(2)控制车辆进入强制限速行驶状态，向发动机动力控制单元发送指令，同时切断油门踏板对车辆的控制，使发动机保持此时输出的驱动力矩，车辆保持当前的车速，自适应巡航行驶通过限速路段直至退出强制限速行驶状态。
3)已进入强制限速行驶状态，接收到限速解除标识END，且发射器标识位ID与上一个不同：
自适应巡航控制器(2)向ESC主动制动单元、自动变速器和发动机动力控制单元发送指令，解除前者对后者的强制限速控制，即车辆退出强制限速行驶状态，所述自适应巡航控制器、油门踏板、发动机动力控制单元、自动变速器、ESC主动制动单元恢复车辆正常行驶时可手动操作的工作状态。
按照上述方案，所述车辆自动强制限速巡航***，在自适应巡航控制器(2)中，其自动限速巡航指令的处理优先级高于驾驶员设定的定速巡航及手动控制车辆的优先级，即自动限速巡航指令是强制性的。
按照上述方案，所述车辆自动强制限速巡航***，在强制限速行驶状态下，油门踏板无法改变发动机输出的驱动力矩，即驾驶员无法在限速路段主动提高车速。
按照上述方案，所述车辆自动强制限速巡航***，在强制限速行驶状态下，为了防止设备故障造成的安全问题，允许驾驶员主动踩下制动踏板降低车速。若驾驶员踩下制动踏板，车速将进一步降低；松开制动踏板后车速将缓慢提升，但仍满足V1<Vlim。
按照上述方案，所述车辆自动强制限速巡航***，当ESC主动制动单元、自动变速器、发动机动力控制单元等执行器(5)出现故障，无法对车辆强制自动限速通过时，自适应巡航控制器(2)将通过车载CAN总线(4)向车载仪表盘发送指令，控制车载仪表盘通过闪灯、蜂鸣等，以声光提醒的方式提示驾驶员主动减速通过。
在现有的车辆配备的自适应巡航***ACC、发动机电子控制单元ECU、电子节气门、ESC主动制动单元、车载CAN总线等技术配置的基础上，针对城市驾驶中校园、住宅小区等园区低速行车工况及交通安全性保障的需要，对ACC控制器的控制程序做出改进，同时加装基于Zigbee技术的车-路无线通讯装置，通过发动机动力控制单元、自动变速器和ESC主动制动单元的协调作用，分别控制发动机的驱动力矩、自动变速器的挡位及轮缸的制动压力，实现在限速路段行驶时通过车-路无线通讯命令车辆自适应巡航控制器自动、强制地控制车辆在限速范围内定速巡航行驶。以此确保道路交通安全性、减轻驾驶疲劳、避免车辆冲击损伤、提高驾乘舒适性、减小行车噪声干扰，也间接提高了燃油经济性、减少了污染物排放。
本发明与现有技术相比具有以下主要优点：
1)通过车-路的无线通讯，自动且强制地限制车辆在限速范围内低速巡航通过限速路段，确保了道路交通的安全性，同时采用自适应巡航控制辅助驾驶，能一定程度上减缓驾驶疲劳。
2)与传统的减速带相比，本发明能够避免受到冲击、颠簸而损伤车辆，使车辆平顺通过限速路段，提高驾乘舒适性。
3)本发明布置在校园、住宅小区等园区的限速路段，能替代减速带，从而减小噪声对附近居民的干扰。
4)使用本发明能替代减速带，客观上减少急加减速行驶的现象，间接提高了车辆的燃油经济性、减少了污染物排放。
附图说明
图1为本发明车辆自动强制限速巡航***的组成示意图；
图2为本发明车辆自动强制限速巡航***的原理概念图；
图1中，1-限速信号发射器；2-自适应巡航控制器；3-车载信号接收器；4-车载CAN总线；5-执行器(包括ESC主动制动单元、自动变速器、发动机动力控制单元)。
具体实施方式
下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
参照图1所示，本发明所述的限速路段的车辆自动强制限速巡航***，包括限速信号发射器(1)、车载信号接收器(3)、自适应巡航控制器(2)、车载CAN总线(4)、执行器(5)，其中：
限速信号发射器(1)基于Zigbee无线通讯技术设计，安装在限速路段的始端和末端，用于发射相应路段的限速信号，命令车辆在相应的限速值以内通过该路段。
车载信号接收器(3)基于32位单片机，与限速信号发射器(1)建立车-路无线Zigbee通讯，安装于车辆顶部。车辆通过限速路段时，接收器(3)无线接收发射器(1)传送的限速信号，并将限速信号传送至车载CAN总线(4)。
自适应巡航控制器(2)，与现有车辆配备的驾驶员辅助***——自适应巡航控制ACC共用，并对其控制程序添加限速所需功能。用于从车载CAN总线(4)上读取限速信号，并识别、处理限速信号，判断并自动控制车辆进入强制限速行驶状态或解除强制限速行驶状态。
车载CAN总线(4)，用于建立车载信号接收器(3)与自适应巡航控制器(2)之间的通讯，并传送限速信号。
执行器(5)包括发动机动力控制单元，通过其可以调节发动机驱动力矩的大小；自动变速器，通过其在行车过程中实现自动的换挡功能；ESC主动制动单元，通过其自动施加轮缸制动压力，从而给予车轮一定的制动力矩。以上三个执行器通过车载CAN总线与自适应巡航控制器(2)相连并进行数据交换。
上述方案工作过程及原理的具体实施例：
参照图2所示。
安装于交通限速标志牌上或者单独设置基站安装的限速信号发射器(1)，可采用32位单片机最小***及***电路构成。在其运行工作时采用定时中断的方式控制其每隔500ms发送一次所在限速路段(限速值含5km/h,10km/h,20km/h,30km/h等等)的限速信号。车辆驶入限速信号发射器(1)有效辐射半径50m的范围时，车顶的车载信号接收器(3)接收到该路段的限速信号，如20km/h限速信号，通过其内部的单片机电路预处理限速信号，将Zigbee传入的数据解析，得出限速信号发射器的发射器标识位ID及路段限速值，将此封装到CAN数据帧中，再将对应的含有20km/h限速指令及发射器标识位ID的数据帧发送到车载CAN总线(4)上。
自适应巡航控制器(2)从车载CAN总线(4)上识别到限速或解除限速数据帧的标识符后，接收该数据帧并读取其中的发射器标识位ID、限速解除标识END以及路段限速值Vlim，并判断当前车辆是否进入强制限速行驶状态及自适应巡航控制ACC是否激活。同时，通过车辆ABS控制器读取当前车速值V0。
其中，强制限速行驶状态是指，无论自适应巡航控制ACC是否激活，车辆都会进入强制限速的自适应巡航控制模式，此时车速由自适应巡航控制器(2)控制，无需驾驶员控制踏板即可通过自适应巡航控制车辆行驶通过，并保持车速在所行驶的限速路段的限速值以下。驾驶员无法通过油门踏板控制车速，即限速行驶状态是强制性的，无论驾驶员控制踏板与否，车辆均保持限速值以下车速行驶。驾驶员能操纵方向盘以控制车辆的行驶方向，以及能够踩下制动踏板主动控制车辆减速，松开制动踏板后车速将缓慢提升，但仍满足V1<Vlim。
获取上述信息后，自适应巡航控制器(2)根据如下判断条件执行逻辑操作：
1)未进入强制限速行驶状态，且V0>Vlim：
自适应巡航控制器(2)控制车辆进入强制限速行驶状态，切断油门踏板对车辆的控制，并向ESC主动制动单元、自动变速器和发动机动力控制单元发送指令，控制发动机动力控制单元减小发动机的输出驱动力矩，同时通过ESC主动制动单元适当给予车轮一定的制动力矩，同时自动变速器根据车速变换挡位，使车辆减速直到车速V1<Vlim，接着保持车速V1巡航行驶通过限速路段直至退出强制限速行使状态。
2)未进入强制限速行驶状态，且V0<Vlim：
自适应巡航控制器(2)控制车辆进入强制限速行驶状态，向发动机动力控制单元发送指令，同时切断油门踏板对车辆的控制，使发动机保持此时输出的驱动力矩，车辆保持当前的车速，自适应巡航行驶通过限速路段直至退出强制限速行驶状态。
3)已进入强制限速行驶状态，接收到限速解除标识END，且发射器标识位ID与上一个不同：
自适应巡航控制器(2)向ESC主动制动单元、自动变速器和发动机动力控制单元发送指令，解除前者对后者的强制限速控制，即车辆退出强制限速行驶状态，各控制器、踏板等单元恢复车辆正常行驶时可手动操作的工作状态。
按照上述方案，所述车辆自动强制限速巡航***，在做出如下几点的功能补充或功能说明：
A)关于控制逻辑中的优先级：自适应巡航控制器(2)中，在自适应巡航控制器(2)中，其自动限速巡航指令的处理优先级高于驾驶员设定的定速巡航及手动控制车辆的优先级，即自动限速巡航指令是强制性的，以此确保不超速通过限速路段，保证道路交通行驶的安全性。
B)关于强制限速行驶状态下的驾驶操控：在强制限速行驶状态下，油门踏板无法改变发动机输出的驱动力矩，即驾驶员无法在限速路段主动提高车速。为了防止设备故障造成的安全问题，允许驾驶员主动踩下制动踏板降低车速。若驾驶员踩下制动踏板，车速将进一步降低；松开制动踏板后车速将缓慢提升，但任满足V1<Vlim。驾驶员仍能够如正常操控方向盘控制行车方向。
C)当ESC主动制动单元、自动变速器、发动机动力控制单元等执行器(5)出现故障，无法对车辆强制自动限速通过时，自适应巡航控制器(2)将通过车载CAN总线(4)向车载仪表盘发送指令，控制车载仪表盘通过闪灯、蜂鸣等，以声光提醒的方式提示驾驶员主动减速通过。
在现有的车辆配备的自适应巡航***ACC、发动机电子控制单元ECU、电子节气门、ESC主动制动单元、车载CAN总线等技术配置的基础上，针对城市驾驶中校园、住宅小区等园区低速行车工况及交通安全性保障的需要，对ACC控制器的控制程序做出改进，同时加装基于Zigbee技术的车-路无线通讯装置，通过发动机动力控制单元、自动变速器和ESC主动制动单元的协调作用，分别控制发动机的驱动力矩、自动变速器的挡位及轮缸的制动压力，实现在限速路段行驶时通过车-路无线通讯命令车辆自适应巡航控制器自动、强制地控制车辆在限速范围内定速巡航行驶。以此确保道路交通安全性、减轻驾驶疲劳、避免车辆冲击损伤、提高驾乘舒适性、减小行车噪声干扰，也间接提高了燃油经济性、减少了污染物排放。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种限速路段的车辆自动强制限速巡航***，其特征在于：包括限速信号发射器(1)、车载信号接收器(3)、自适应巡航控制器(2)、车载CAN总线(4)、执行器(5)，其中：
所述限速信号发射器(1)基于Zigbee无线通讯技术，安装在限速路段的始端和末端，用于发射相应路段的限速信号；
所述车载信号接收器(3)，与限速信号发射器(1)建立车-路无线Zigbee通讯，安装于车辆顶部；车辆通过限速路段时，车载信号接收器(3)无线接收发射器(1)传送的限速信号，并将限速信号传送至车载CAN总线(4)；
所述自适应巡航控制器(2)，与现有车辆配备的自适应巡航控制***ACC共用，并对其控制程序添加限速所需功能，用于读取、识别及处理限速信号，判断并自动控制车辆进入强制限速行驶状态或解除强制限速行驶状态；
所述车载CAN总线(4)，用于建立车载信号接收器(3)与自适应巡航控制器(2)之间的通讯，并传送限速信号；
所述执行器(5)包括发动机动力控制单元、自动变速器、ESC主动制动单元；发动机动力控制单元，通过其调节发动机驱动力矩的大小；自动变速器，通过其在行车过程中实现自动的换挡功能；ESC主动制动单元，通过其自动施加轮缸制动压力，从而给予车轮制动力矩；所述发动机动力控制单元、所述自动变速器和所述ESC主动制动单元通过车载CAN总线与自适应巡航控制器(2)相连并进行数据交换；
所述自适应巡航控制器(2)从车载CAN总线(4)接收到限速数据或解除限速数据后，读取其中的发射器标识位ID、限速解除标识END和路段限速值Vlim，并判断当前车辆是否进入强制限速行驶状态及自适应巡航控制ACC是否激活，同时，通过车辆ABS控制器读取当前车速值V0；
所述自适应巡航控制器(2)获取上述发射器标识位ID、限速解除标识END、路段限速值Vlim、当前车速值V0、强制限速行驶开闭状态、自适应巡航控制ACC开闭状态的信息后，将根据如下判断条件执行逻辑操作：
1)未进入强制限速行驶状态，且V0>Vlim：
自适应巡航控制器(2)控制车辆进入强制限速行驶状态，切断油门踏板对车辆的控制，并向ESC主动制动单元、自动变速器和发动机动力控制单元发送指令，控制发动机动力控制单元减小发动机的输出驱动力矩，同时通过ESC主动制动单元给予车轮制动力矩，同时自动变速器根据车速变换挡位，使车辆减速直到车速V1<Vlim，接着保持车速V1巡航行驶通过限速路段直至退出强制限速行驶状态；
2)未进入强制限速行驶状态，且V0<Vlim：
自适应巡航控制器(2)控制车辆进入强制限速行驶状态，向发动机动力控制单元发送指令，同时切断油门踏板对车辆的控制，使发动机保持此时输出的驱动力矩，车辆保持当前的车速，自适应巡航行驶通过限速路段直至退出强制限速行驶状态；
3)已进入强制限速行驶状态，接收到限速解除标识END，且发射器标识位ID与上一个不同：
自适应巡航控制器(2)向ESC主动制动单元、自动变速器和发动机动力控制单元发送指令，解除前者对后者的强制限速控制，即车辆退出强制限速行驶状态，所述自适应巡航控制器、油门踏板、发动机动力控制单元、自动变速器、ESC主动制动单元恢复车辆正常行驶时可手动操作的工作状态；
所述的强制限速行驶状态，是车速由自适应巡航控制器(2)控制，无需驾驶员控制油门踏板即可通过自适应巡航控制车辆行驶通过，并保持车速在所行驶的限速路段的限速值以下，限速行驶状态是强制性的，无论驾驶员控制油门踏板与否，车辆均保持限速值以下车速行驶；驾驶员能操纵方向盘以控制车辆的行驶方向，以及能够踩下制动踏板主动控制车辆减速，松开制动踏板后车速将缓慢提升，但仍满足V1<Vlim；
所述的自适应巡航控制器(2)，其自动限速巡航指令的处理优先级高于驾驶员设定的定速巡航及手动控制车辆的优先级，即自动限速巡航指令是强制性的。
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