专利名称：一种基于can总线车身倾角检测语音报警装置的制作方法
一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置技术领域一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置涉及汽车安全技术领域，尤其涉及汽车行 驶主动安全设备相关领域。
背景技术：
汽车已成为方便、快捷的交通运输工具，在人类社会的政治、经济、社会生活各个领域 已占据相当重要的地位。为人类经济的发展和社会的进歩做出了巨大的贡献，汽车已成为人 类文明与进步的象征和标志之一。但是，其负面效应交通事故已是世界性的严重社会问题。 据有关报导，自从有机动车道路交通事故死亡记录以来，全世界已有3200余万人死于道路交 通事故。2000年，因道路交通事故受重伤而住院的人数每年达500万人，受伤总人数达3000 万人。自汽车问世IOO多年以来，全世界因交通事故丧生的已有2500多万人，致残的达4 5亿人。随着生活水平的提高，汽车已经步入普通中国人的家庭，驾驶和乘车安全成为许多人日 常生活中所必须面对的重要问题。同时，随着汽车工业自身的发展和进步，人们除了在汽车 的动力性、经济性、排放等方面的要求越来越严格以外，尤其是在汽车安全性方面也提出了 更高的要求。怎样利用现今先进的技术，制造出更加安全对乘员保护更加周到的汽车，己经 成为各大汽车厂商所面临的紧迫任务之一。汽车安全性一般分为主动安全性、被动安全性、事故后安全性和生态安全性。汽车主动 安全性，是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能。主要取决于汽车的总体尺寸、 制动性、行驶稳定性、操纵性、信息性以及驾驶员工作条件。其中驾驶员的工作条件是一个 重要的影响因素。影响汽车道路交通安全的主要因素包括人、汽车、道路和交通环境条件。 可认为道路交通安全主要与"驾驶员一汽车一道路"系统有关。其中人的因素影响，就是指 交通直接参与者尤其是驾驶员的状态不良情况、性格和体力上的弱点或经验不足等等。从主动安全性方面来看，驾驶员的驾驶状态是一个影响汽车安全行驶的重要因素。据实 际调査，在驾驶员行车过程中，由于在斜坡上驻车发生的事故可谓屡见不鲜。当车辆处于斜 坡位置尤其是坡度不大位置停车时，由于驾驶员的疏忽没有采取有效制动措施(例如驻车制 动器)而引起的车辆在重力作用下的滑移现象，给驾驶员和乘客带来了严重的安全隐患。根据安全行车知识，当驾驶员需要在斜坡位置停车时，应执行以下三项基本安全措施(1)变速器不能置于空挡位。(2) 确认驻车制动器处于安全位置。(3) 使用外界辅助措施防止车辆滑移。然而，从已发生的事故经验和实际调查来看，大部分斜坡停车属于临时停车或特殊情况 停车。此时驾驶员由于临时下车处理其他事情，往往会疏忽了采取相应的安全措施，稍不注 意往往会造成严重的事故，而由于汽车本身技术的原因是很少出现的，这是因为驾驶员在停 车时候往往会受到以下因素的影响(1) 驾驶员停车，注意力已经转移至要办的事情上，很容易疏忽忘记采取拉起驻车制动 器等措施。(2) 在很多坡度不大路段的情况下判断路面倾斜比较难，驾驶员很可能由于觉察不出路 面已经倾斜，从而造成事故。(3) 对于行车时间不长的驾驶员，往往会因为在斜坡路段停车忽略采取相应的安全措施， 造成事故。针对以上的分析，从汽车主动安全性的驾驶员要素分析来看，为了提高汽车在斜坡路段 行驶、驻停的安全性，帮助驾驶员发现斜坡情况和提醒驾驶员合理处理驻车制动器等安全措 施的使用是十分必要的。本装置利用加速度测量和CAN总线技术，通过对车身的倾角和其他 参数进行监测，并利用神经网络技术判断车辆斜坡停车情况，对在斜坡停车没有采取相应安 全措施的驾驶员进行语音提示报警。在驾驶员没有处理报警的情况下，可以自动向车辆主控 ECU (Electronic Control Unit,电子控制单元，下同)报警，为保障车辆安全采取进一步的 措施，形成一个智能的车辆状态监控设备。此装置不但可以大大降低斜坡停车发生事故的可 能性，也可以作为车辆动力学试验设备使用，具有广泛的市场前景。发明内容本发明的目的是针对车辆在斜坡驻停时主动安全监控不足的情况，通过对车辆CAN通讯 网络的扩展，利用加速度测量技术、微控制器技术、CAN总线通讯技术、神经网络计算技术， 串行通讯技术以及语音存储播放技术等，构建出可用于车辆车身倾斜角与加速度监控的智能 语音报警装置。可以对车辆横纵两个方向的倾斜角及加速度进行监控，并通过CAN总线检测 其余车辆行驶的重要参数，通过神经网络计算技术识别车辆行驶状态，在车辆处于危险的斜 坡驻停情况时向驾驶员及车辆主控ECU报警。该智能装置对预防此类事故的发生，减少车辆 行驶安全隐患，提高车辆主动安全性能有很大的意义。一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，该装置包括加速度传感器，微型控制器， 带扬声器的语音报警设备，CAN驱动器，整车C緒总线和显示设备；加速度传感器的输出端口与所述微型控制器的数模转换(AD)端口相连；所述微型控制器的一个输出(10)端口与带扬声器的语音报警装置相连；所述微型控制器的CAN通信接口通过所述CAN驱动器与整车CAN总线通讯网络相连； 所述微型控制器的另一个输出(10)端口与显示设备相连。一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，该装置所述带扬声器的语音报警设备还 连接有一个麦克风。一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，该装置所述微型控制器的USART端口还 连接有一个串行通讯驱动器。当车辆行驶时，通过所述加速度传感器采集车辆侧向和纵向实时加速度模拟信号，经过 所述微型控制器进行数模转换处理后得到实时车身加速度数据。此外微型控制器的CAN通信 接口通过所述CAN驱动器与整车CAN总线通讯网络相连，通过CAN通讯网络从主控ECU获得 车辆车速，发动机转速，变速器档位，驻车制动器位置等车辆行驶状态参数，结合得到的车 身加速度数据，通过神经网络计算技术，从而判断当前的车辆状态，当计算发现车辆处于危 险的斜坡驻车情况时，通过所述语言报警设备向驾驶员进行报警，通过所述CAN总线通讯网 络向主控ECU报警。并通过所述的显示设备实现人机交互界面，实时显示对车辆的监控数据， 同时配合语音报警装置，实现用户录制自定义报警内容接口 。此外，通过微型控制器与所述串行通讯驱动器构成的串行通讯系统为技术和科研人员提 供测试接口，可以进行全过程的车辆加速度实时监控测试试验。所述的神经网络计算方法运行于所述微控制器，采用双层神经元感知机网络，对加速度 数据和通过CAN总线得到的车辆车速，发动机转速，变速器档位，驻车制动器位置等车辆行 驶状态参数进行处理，判断当前车辆运行状态，当计算结果表明车辆处于危险状态时，发出 警告信号。本发明利用加速度测量技术和CAN总线通讯技术，对车辆行驶状态进行实时监控，并基 于神经网络计算模型对车辆行驶状态进行识别，在车辆处于危险情况时向驾驶员和车辆主控 ECU进行报警；此外，该装置通过人机交互界面实时向驾驶员显示当前车辆监控数据和通过 串行通讯技术向测试人员提供监控测试接口，具有用户录制自定义报警内容功能。本报警装置可以对行车斜坡驻停的危险状态进行判断和报警，实验证明，本装置能够有 效地提高驾驶员停车警惕性，预防事故的发生，减少车辆行驶安全隐患，提高车辆主动安全 性能，达到了预期的目的。
图1为本发明车辆倾斜角测量原理示意图。图2为本发明的结构示意图。图3为本发明装置控制程序流程示意图。图4为本发明神经网络计算方法示意图。图5为本发明串行测试接口上位机监控软件示意图。 图6为本发明自定义报警录音控制流程图。
具体实施方式
下面结合
本发明。图l为本发明车辆倾斜角测量原理示意图。当车辆处于斜坡时，其所受重力加速度可以 分解为垂直于斜坡平面和平行于斜坡平面的两个分量，因此只要检测其重力加速度的水平分 量，在车辆处于停止状态或匀速状态下，便可以通过相应的三角公式获得车身倾斜角a 。因 此只需要布置一个对水平轴加速度敏感的加速度传感器即可获得实际的车身倾角，但是需要 区分该加速度是车辆正常加速度还是重力加速度，故除了加速度数据外仍然需要其他的车辆 行驶状态参数进行综合判断。这些参数可由车辆主控ECU提供，通过CAN总线获得。如图2所示，图2为本发明的结构示意图。包括加速度传感器，微型控制器，带扬声器 的语音报警设备，C緒驱动器，整车CAN总线和显示设备；加速度传感器的输出端口与所述 微型控制器的数模转换(AD)端口相连；所述微型控制器的一个输出(10)端口与带扬声器 的语音报警装置相连；所述微型控制器的CAN通信接口通过所述CAN驱动器与整车CAN总线 通讯网络相连；所述微型控制器的另一个输出(10)端口与显示设备相连。所述加速度传感器采集信号，经过所述微型控制器进行数模转换处理后得到实时车身加 速度数据。此外微型控制器通过从整车CAN总线获得车辆车速，发动机转速，变速器档位， 驻车制动器位置等车辆行驶状态参数，结合得到的车身加速度数据，通过神经网络计算技术， 从而判断当前的车辆状态；当计算发现车辆处于危险的斜坡驻车情况时，通过所述语言报警 设备向驾驶员进行报警，通过整车CAN总线向主控ECU报警。并通过所述的显示设备实现人 机交互界面，实时显示对车辆的监控数据，同时配合语音报警装置，实现用户录制自定义报 警内容接口。此外，通过微型控制器与所述串行通讯驱动器构成的串行通讯系统为技术和科 研人员提供测试接口 ，可以进行全过程的车辆加速度实时监控测试试验。所述加速度传感器传感器ADI公司生产的ADXL311双轴型加速度传感器，具体参数尺寸 为5X5X2mm，采用8引脚密封LCC封装的双轴加速计模拟输出，可测量动态和静态加速度， 典型测量范围为一2g + 2g。最低供电电压3V，单轴耗电200mA，典型噪声300ug/sqrt-Hz。 该双轴加速度传感器分别对XY轴两垂直方向敏感，当5V供电时，Og加速度输出值为2. 5V， 测量灵敏度为312mV/g，可以很好的满足测量要求。所述微型控制器为Microchip公司生产的PIC18F458型8位单片机，其内置十位精度的 AD转换器，满足采集输出加速度信号的要求。该微控制器内置CAN控制器，可以直接通过CAN 总线驱动器作为单个CAN节点接入CAN总线。通过对微控制器进行开发，对所述加速度传感 器产生的加速度模拟信号进行数模转换，即可得到实际的车身倾角值。对车身倾角值结合通过CAN总线得到的其他数据进行神经网络计算处理后，即可实现车辆状态判断，驾驶员警告、 将数据通过CAN总线传送到整车主控ECU等功能。所述语音报警设备为美国ISD公司出品的优质单片语音录放ISD1420语音芯片。录音内 容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟 形式进入EEPROM存储器，直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再 现。不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。由该款芯片和所述微控制器配合，实现在不同 行车状态下向驾驶员进行语音报警和录制自定义报警内容的功能。例如在倾角为3度停车时， 通过驾驶员妻子所录制的语音提示驾驶员"请注意拉好手刹！"。所述CAN通讯驱动器采用PHILIPS公司生产的CAN驱动器PCA82C250。为了消除CAN信 号中的干扰，采用光耦元件进行信号隔离。所述串行通讯驱动器采用MAXIM公司的MAX232芯片作为RS232通讯的电平转换，使用 RS232串行协议和计算机进行通讯，实现实时的试验测试接口。所述液晶显示设备采用基于HD44780液晶控制器的点阵字符型LCD，通过所述微控制器 进行控制实现人机交互界面。按照不同的功能本智能报警装置可以分为以下三种工作模式安全监控报警模式将该装置安装于车辆仪表盘位置，作为CAN总线的一个节点接入整 车网络。启动设备后，安全监控程序按照如图3所示控制程序流程示意图运行。系统首先进 行对各个外围设备如加速度传感器、语音报警设备、LCD等进行自检，如发现问题即发出警 报，报告该智能报警装置失效。自检成功后，程序进入循环安全监控报警模式，微控制器读 取加速度传感器采集值，同时从CAN总线获得其余必须的车辆行驶状态参数。然后通过如图 4所示神经网络计算方法综合所有得到的参数判断当前加速度是正常车辆加速度还是危险的 斜坡停车倾斜角，包括纵向和侧向角度检测。当发现车辆处于危险状态时，通过语音报警装 置向驾驶员报警，同时通过CAN总线向主控ECU报警。所有实时的监控数据都将通过LCD液 晶显示人机界面显示，通过CAN总线递交到主控ECU，通过串行协议提交到外接测试接口。试验测试监控模式除了作为汽车安全报警设备使用，该装置也可以作为汽车试验科研 设备使用。将该装置安装于车辆仪表盘位置，通过其串行测试接口连接到计算机，利用相应 的开发的测试软件即可实现实时监控，存储，分析当前车辆行驶纵向和侧向加速度数据的功 能，如图5所示为试验中的计算机监控软件界面示意图。此外，在使用该功能时安全监控报 警功能同时处于运行状态，两者并不互相干扰。自定义报警录音模式该智能报警装置具有自定义报警录音功能。从心理学角度来看， 人往往比较容易被其亲近的人或自己的声音引起注意。例如，自定义录制的妻子或自己的报 警语音"危险，注意刹车！"往往比预定义千篇一律的报警声调更为有效地提醒驾驶员采取措 施防止危险的发生。如图6所示为自定义报警录音控制流程图，当用户按下自定义报警录音按钮后，录音开始，用户通过麦克风录入自定义的报警语音，通过数模转换后存储于EEPR0M 待报警时使用。通过以上的具体实施方式
，可以看到本发明可以很容易地集成到整车安全控制系统中， 并具有以下显著的优点(1) 可以对行车斜坡驻停的危险状态进行判断和报警，能够有效地提高驾驶员停车警惕 性，对预防事故的发生，减少车辆行驶安全隐患，提高车辆主动安全性能有很大的意义。(2) 可以作为科学研究试验设备使用，能够对车辆侧向和纵向加速度进行监控，存储， 分析。由于设备具有很强的移动性能，可以方便快捷地应用到不同的车辆试验中。(3) 平台具有通用性，可以根据需要集成到不同的系统中，并不局限于车辆主动安全设 备的开发，具有广泛的应用前景。
权利要求
1. 一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，其特征在于，该装置包括加速度传感器，微型控制器，带扬声器的语音报警设备，CAN驱动器，整车CAN总线和显示设备；加速度传感器的输出端口与所述微型控制器的数模转换(AD)端口相连；所述微型控制器的一个输出(IO)端口与带扬声器的语音报警装置相连；所述微型控制器的CAN通信接口通过所述CAN驱动器与整车CAN总线通讯网络相连；所述微型控制器的另一个输出(IO)端口与显示设备相连。
2、 根据权利要求1所述的一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，其特征在于， 所述的加速度传感器为ADI公司生产的ADXL311双轴型加速度传感器。
3、 根据权利要求1所述的一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，其特征在于， 所述的微型控制器为Microchip公司生产的PIC18F458型8位单片机。
4、 根据权利要求1所述的一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，其特征在于， 所述的带扬声器的语音报警设备为美国ISD公司出品的单片语音录放ISD1420语音芯片。
5、 根据权利要求1所述的一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，其特征在于， 所述的CAN通讯驱动器采用PHILIPS公司生产的CAN驱动器PCA82C250。
6、 根据权利要求1所述的一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，其特征在于， 所述的显示设备为基于HD44780液晶控制器的点阵字符型LCD。
7、 根据权利要求1所述的一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，其特征在于， 所述带扬声器的语音报警设备还连接有一个麦克风。
8、 根据权利要求1所述的一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，其特征在于， 所述微型控制器的USART端口还连接有一个串行通讯驱动器。
9、 根据权利要求1所述的一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，其特征在于， 所述的串行通讯驱动器为MAXIM公司的MAX232芯片。
全文摘要
一种基于CAN总线车身倾角检测语音报警装置，涉及汽车行驶主动安全设备相关领域。包括加速度传感器，微型控制器，带扬声器的语音报警设备，CAN驱动器，整车CAN总线等。加速度传感器的输出端口与所述微型控制器的AD端口相连；微型控制器的一个IO端口与带扬声器的语音报警装置相连；微型控制器的CAN通信接口通过CAN驱动器与整车CAN总线通讯网络相连；微型控制器的另一个IO端口与显示设备相连。所述带扬声器的语音报警设备连接有麦克风。所述微型控制器的USART端口还连接有一个串行通讯驱动器。本发明可以对行车斜坡驻停的危险状态进行判断和报警，能有效预防事故的发生，提高车辆主动安全性能。
文档编号G01C9/00GK101226056SQ200710099958
公开日2008年7月23日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者华剑锋, 李建秋, 欧阳明高, 林 陈 申请人:清华大学