专利名称：一种客车防撞预警装置及其防撞预警方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车安全预警系统，尤其涉及一种客车防撞预警装置及其防撞预警方法。
背景技术：
近年来，随着我国汽车保有量的迅速增长，道路运输安全形势日趋严峻。尤其是中、 重型商用车为代表的营运车辆造成的特大恶性交通事故频繁发生。中大型营运车造成的事故造成重大经济损失，而且带来重大伤亡，造成恶劣的社会影响。据不完全统计，近3 年中所发生交通事故比例最大的车辆类型是客车。而事故原因中各种碰撞如正面碰撞、侧面碰撞和追尾所占的比例超过80 %。美国弗吉尼来州技术局和NHTSA在2006年的研究结果显示，公路交通事故80%的原因是由驾驶员在事故前3秒内的疏忽造成的。Daimler Benz 的调查显示，提前0. 5秒发出警报能防止60%的追尾事故，提前1. 5秒能防止90%。倒车雷达产品已经广泛用于汽车上，不论在汽车整车厂还是汽车售后市场，倒车雷达的运用都在日益增多。虽然目前市场上的倒车雷达在不断增多，设计在不断多样化， 但其功能还是局限在汽车起步或倒车时才起作用，并且需要汽车车速较低时才起到较好的辅助作用。前向防撞预警装置在某些高档轿车上已经配备，并起到一定的效果，如以色列 Mobileye公司的AWS汽车碰撞预警系统等。但在大型运营车辆上却几乎没有配备前向防撞预警装置。侧面防撞在十字交叉口车辆转向时显得尤为重要，而且车辆在高速行驶的过程中，驾驶员对车辆横向位移的变化会变得迟钝，没有侧面的防撞预警装置提醒，很容易撞上道路隔离带。客车上一般只装配有倒车雷达，没有前向和侧向的防撞装置。公知的汽车防撞警示系统存在以下几点不足之处1)没有对车辆两侧进行监控；2)通常设定固定的安全距离值，不能满足各种驾驶工况的需求。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种客车防撞预警装置及其防撞预警方法。本发明可以实现当车辆行驶时，自动检测车辆车体周围的目标物体，并实时监控目标物体与车辆车体之间的距离，并根据一定的预警方法，在目标物体进入安全距离范围之内时，就通过语音发出报警信息，提示驾驶员采取措施。为了解决上述技术问题，本发明一种客车防撞预警装置予以实现的技术方案是 包括一报警装置和设置在车体的前保险杠上的雷达传感器，用于检测前方车辆与本车的相对距离和相对速度；三组超声波传感器，所述三组超声波传感器分别设置在车体左侧、右侧和尾部，每组超声波传感器用于发射超声波信号以及接受反射回来的回波信号，并将该回波信号转化成电信号；三个超声测距模块，三个所述的超声测距模块分别与所述的三组超声波传感器连接，用于接收每个超声波传感器的电信号，经过处理之后得到目标物体的位置信息，以检测本车两侧和后方近距离目标物体的距离；一防撞控制器，所述防撞控制器均与所述的雷达传感器和三个所述的超声测距模块连接；所述防撞控制器包括一参数设置模块， 用于设置路面摩擦系数，并据此设置车体前方的安全距离；一距离和速度获取模块， 用于获取雷达传感器检测得到的前方车辆与本车的相对距离和相对速度；一判断模块，用于将各个方向上目标的当前距离与安全距离进行比较；一报警模块，用于根据比较结果发出报警信息，并控制所述报警装置。本发明一种客车防撞预警方法，利用上述客车防撞预警装置进行防撞预警包括以下步骤通过防撞控制器中的参数设置模块根据路面摩擦系数设定车体前方的安全距离， 并预设车体左侧、右侧和尾部的安全距离；所述防撞控制器中的距离和速度获取模块接收雷达传感器检测得到的前方车辆与本车的相对距离和相对速度；与此同时，三个超声测距模块不断接收来自于三组超声波传感器的电信号，经过处理之后得到目标物体的位置信息，以检测本车左侧、右侧和尾部近距离目标物体的距离；防撞控制器中的判断模块将从距离和速度获取模块获取到的位于车体前方目标物体的距离与已设定的车体前方的安全距离相比较；将三个超声测距模块接收到的车体左侧、右侧和尾部三个方向上目标物体的距离与已设定的车体左侧、右侧和尾部三个方向上的安全距离相比较；一旦有某一个方向上的目标物体未处于所设定的该方向上的安全距离之内，防撞控制器中的报警模块发出相应的报警信息，并控制报警装置。与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)本发明一种客车防撞预警装置主要是通过分别在客车两侧加装两组超声波传感器，用于实时监控两侧面的物体，并和与之相连接的超声测距模块和防撞控制器等配合实现客车前后左右全方位的防撞预警。(2)本发明一种客车防撞预警方法，在防撞装置中设置有一参数设置模块实现人机对话，通过该人机对话界面设置当前路面湿滑程度所对应的路面摩擦系数，而前方安全距离通过相对速度和所设置的路面摩擦系数得到；因此，本发明可以满足各种驾驶工况的安全预警要求。综上，本发明通过在车辆两侧加装两组超声波传感器，达到了对两侧车辆或障碍物进行监控的目的，而且通过安全距离的合理设置，可以兼顾到不同交通情形下的各种驾驶工况需求。长时间的实车运行试验表明本发明能够能有效防止车辆碰撞事故。
图1是本发明一种客车防撞预警装置的硬件结构示意图；图2是图1中所示超声测距模块的电路图；图3是图1中所示防撞控制器40中一 CAN总线接口电路401的电路图；图4是图1中所示防撞控制器40的硬件结构图；图5是图4所示防撞控制器的功能模块图；图6是本发明一种客车防撞预警方法的流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详细地描述。本发明提供一种客车防撞预警装置及方法。当车辆行驶时，系统会自动检测车辆周围，包括前方、后方和侧面的目标物体，并根据一定的预警方法，在目标物体进入安全距离范围之内时，就通过语音发出报警信息，提示驾驶员采取措施。 如图1所示，本发明一种客车防撞预警装置，包括一个雷达传感器10、三组超声波传感器21、22、23、三个超声测距模块31、32、33、一防撞控制器40和一报警装置50 ；所述雷达传感器10设置在车体的前保险杠上，用于检测前方车辆与本车的相对距离和相对速度， 所述三组超声波传感器21、22、23分别设置在车体左侧、右侧和尾部，位于车体左侧和右侧的两组超声波传感器21、22分别设置在车体两侧的行李舱门上，位于车体尾部的一组超声波传感器23设置在车体的后保险杠上，每组超声波传感器21、22、23用于发射超声波信号以及接受反射回来的回波信号，并将该回波信号转化成电信号，由于超声波的发射角度较小，而客车车体较长，单个超声波传感器无法满足监控车体上一个侧面的需求，所以在车体的一个侧面(左侧、右侧、尾部)上所安装的一组超声波传感器包括多个超声波传感器。本发明中的每组超声波传感器至少为4个，设置在车体每个侧面(左侧、右侧和尾部)上的4 个超声波传感器是均勻地部分在车体的该侧面上；三个所述的超声测距模块31、32、33分别与所述的三组超声波传感器21、22、23连接，用于接收每组超声波传感器21、22、23中各个超声波传感器的电信号，经过处理之后得到目标物体的位置信息，以检测本车两侧和后方近距离目标物体的距离；位于车体左侧、右侧和尾部的三组超声波传感器21、22、23的每个探头的安装高度相同，分别与左侧和右侧的每组超声波传感器21、22连接的超声测距模块31、32设置在行李舱内，与尾部一组超声波传感器23连接的超声测距模块33设置在发动机舱内，每个超声测距模块31、32、33均设有防水壳体。所述防撞控制器40均与所述的雷达传感器10和三个所述的超声测距模块31、32、33连接。如图2所示，所述超声测距模块的电路由超声测距主芯片U1、串口电平转换芯片 U2和信息转发芯片U3及其相应的外围电路构成；所述串口电平转换芯片U2对所述超声测距主芯片Ul发送的带有纹波的TTL串口电平信号进行滤波，以消除纹波；所述超声测距主芯片Ul采用GM3101芯片，所述GM3101芯片的第23脚为串口数据发送端；所述串口电平转换芯片U2采用MAX232E芯片，所述MAX232E芯片中第11脚为TTL/CM0S数据输入端，第 12脚为TTL/CM0S数据输出端，第13脚为RS-232数据输入端，第14脚为RS-232数据输出端；所述信息转发芯片U3采用R5F2123芯片，所述R5F2123芯片中第22脚为TTL串口电平输入端，第41脚为通用I/O 口，第42脚为CAN总线数据接收端，第43脚为CAN总线数据发送端。所述GM3101芯片的串口数据发送端与所述MAX232E芯片的TTL/CM0S数据输入端连接，所述MAX232E芯片的TTL/CM0S数据输出端与所述R5F2123芯片的TTL串口电平输入端连接，所述MAX232E芯片的RS-232数据输入端和所述MAX232E芯片的RS-232数据输出端连接。至于上述三个芯片U1、U2、U3的外围电路的构成及功能属于现有技术中已经非常成熟的技术，如芯片Ul的外围电路为探头信号滤波放大电路，图2中采用的是厂方推荐的典型电路，因此，各相关外围电路所包含的元器件其连接关系及功能在此不再赘述。如图4所示，所述防撞控制器40包括防撞控制主芯片402，所述防撞控制主芯片 402具有至少两路CAN总线控制器和一路通用串口 ；其中一路CAN总线控制器通过一 CAN 总线接口电路401与所述雷达传感器10连接，另一路CAN总线控制器也是通过所述CAN总线接口电路401与所有超声测距模块31、32、33连接；所述防撞控制主芯片402通过其通用串口的三根线TXD、RXD、GND与一串口电平转换电路403相连，并采用通用的串口通讯连接方式，所述串口电平转换电路403以所述的MAX232E为核心用于与报警装置50进行信息交互； 如图3所示，所述CAN总线接口电路401包括一高速CAN总线收发器芯片U4、第一限流电阻R10、第二限流电阻R11、第三限流电阻R9、一共模滤波器L3和由两个电阻R12、 R13组成的终端阻抗；所述高速CAN总线收发器芯片U4作为CAN协议控制器和物理总线之间的接口为CAN总线提供差动发送及为CAN总线控制器提供差动接收；所述高速CAN总线收发器芯片U4采用T. JA1050T芯片，所述TJA1050T芯片中第1脚为发送数据输入端、 第4脚为接收数据输入端、第6脚为CAN总线高电平位、第7脚为CAN总线低电平位、第8 脚为工作模式选择位；所述TJA1050芯片的发送数据输入端通过第一限流电阻RlO与所述 R5F2123芯片的CAN总线数据发送端连接；所述TJA1050芯片的接收数据输入端通过第二限流电阻Rll与所述R5F2123芯片的CAN总线数据接收端连接；所述TJA1050芯片的工作模式选择位通过第三限流电阻R9与所述R5F2123芯片的一路通用I/O 口连接；所述共模滤波器L3对所述TJA1050T芯片的CAN总线高电平位及CAN总线低电平位进行过滤；所述终端阻抗为120 Ω的终端阻抗。如图5所示，所述防撞控制器40包括一参数设置模块41、一距离和速度获取模块42、一判断模块43和一报警模块44 ；所述参数设置模块41用于设置路面摩擦系数，并据此设置车体前方的安全距离；所述距离和速度获取模块42用于获取雷达传感器10检测得到的前方车辆与本车的相对距离和相对速度值，与此同时，所述距离和速度获取模块42还获取由三个超声测速模块31、32、33检测得到的位于车体左侧、右侧和尾部周围目标的距离和速度及其与本车车体的相对距离和相对速度值。所述判断模块43用于将各个方向上目标的当前距离与安全距离进行比较；所述报警模块44用于根据比较结果发出报警信息， 并控制所述报警装置50。利用本发明中的一种客车防撞预警装置进行防撞预警的方法如下通过防撞控制器40中的参数设置模块41根据路面摩擦系数设定车体前方的安全距离，并预设车体左侧、右侧和尾部的安全距离；所述防撞控制器40中的距离和速度获取模块42接收雷达传感器10检测得到的前方车辆与本车的相对距离和相对速度；与此同时，三个超声测距模块31、32、33不断接收来自于三组超声波传感器21、22、23的电信号，经过处理之后得到目标物体的位置信息，以检测本车左侧、右侧和尾部近距离目标物体的距离；所述防撞控制器40中的判断模块43将从距离和速度获取模块42获取到的位于车体前方目标物体的距离与已设定的车体前方的安全距离相比较；将三个超声测距模块 31、32、33接收到的车体左侧、右侧和尾部三个方向上目标物体的距离与已设定的车体左侧、右侧和尾部三个方向上的安全距离相比较；一旦有某一个方向上的目标物体未处于所设定的该方向上的安全距离之内，防撞控制器40中的报警模块44发出相应的报警信息，并控制报警装置50。即当某一方向上相对距离小于安全距离时，该报警模块44给报警装置50发送信号，所述报警装置50发出语音报警信息提示驾驶员注意保持安全距离；否则，不进行报警。在利用所述参数设置模块41设定车体前方的安全距离时，是根据车体与前方目标物体的距离和相对速度及当前路面摩擦系数设定的，所述当前路面摩擦系数根据当前路面湿滑程度分为三个取值范围，汽车理论中的安全距离模型计算公式如下
权利要求
1.一种客车防撞预警装置，包括一报警装置(50)和设置在车体的前保险杠上的雷达传感器(10)，用于检测前方车辆与本车的相对距离和相对速度；其特征在于还包括三组超声波传感器(21、22、23)，所述三组超声波传感器01、22、2；3)分别设置在车体左侧、右侧和尾部，每组超声波传感器01、22、2；3)用于发射超声波信号以及接受反射回来的回波信号，并将该回波信号转化成电信号；三个超声测距模块(31、32、33)，三个所述的超声测距模块(31、32、3；3)分别与所述的三组超声波传感器01、22、2；3)连接，用于接收每个超声波传感器01、22、2；3)的电信号，经过处理之后得到目标物体的位置信息，以检测本车两侧和后方近距离目标物体的距离；一防撞控制器(40)，所述防撞控制器00)均与所述的雷达传感器(10)和三个所述的超声测距模块(31、32、33)连接， 所述防撞控制器GO)包括一参数设置模块(41)，用于设置路面摩擦系数，并据此设置车体前方的安全距离； 一距离和速度获取模块(42)，用于获取雷达传感器(10)检测得到的前方车辆与本车的相对距离和相对速度；一判断模块(43)，用于将各个方向上目标的当前距离与安全距离进行比较； 一报警模块(44)，用于根据比较结果发出报警信息，并控制所述报警装置(50)。
2.根据权利要求1所述的客车防撞预警装置，其特征在于每组超声波传感器至少由4 个超声波传感器构成，并均布于所设的一侧车体上。
3.根据权利要求1所述的客车防撞预警装置，其特征在于位于车体左侧和右侧的两组超声波传感器(21、2幻分别设置在车体两侧的行李舱门上，位于车体尾部的一组超声波传感器设置在车体的后保险杠上；分别与左侧和右侧的每组超声波传感器(21、22)连接的超声测距模块(31、3幻设置在行李舱内，与尾部的一组超声波传感器连接的超声测距模块(3 设置在发动机舱内，每个超声测距模块(31、32、3；3)均设有防水壳体。
4.根据权利要求1所述的客车防撞预警装置，其特征在于所述超声测距模块的电路包括超声测距主芯片U1、串口电平转换芯片U2、信息转发芯片U3 ；所述串口电平转换芯片 U2对所述超声测距主芯片Ul发送的带有纹波的TTL串口电平信号进行滤波，以消除纹波；所述超声测距主芯片Ul采用GM3101芯片，所述GM3101芯片的第23脚为串口数据发送端；所述串口电平转换芯片U2采用MAX232E芯片，所述MAX232E芯片中第11脚为TTL/ CMOS数据输入端，第12脚为TTL/CM0S数据输出端，第13脚为RS-232数据输入端，第14脚为RS-232数据输出端；所述信息转发芯片U3采用R5F2123芯片，所述R5F2123芯片中第22脚为TTL串口电平输入端，第41脚为通用I/O 口，第42脚为CAN总线数据接收端，第43脚为CAN总线数据发送端；所述GM3101芯片的串口数据发送端与所述MAX232E芯片的TTL/CM0S数据输入端连接，所述MAX232E芯片的TTL/CM0S数据输出端与所述R5F2123芯片的TTL串口电平输入端连接，所述MAX232E芯片的RS-232数据输入端和所述MAX232E芯片的RS-232数据输出端连接；所述防撞控制器GO)包括防撞控制主芯片002)，所述防撞控制主芯片(40 具有至少两路CAN总线控制器和一路通用串口 ；其中一路CAN总线控制器通过一 CAN总线接口电路(401)与所述雷达传感器(10)连接，另一路CAN总线控制器也是通过所述CAN总线接口电路(401)与所有超声测距模块(31、32、3；3)连接；所述防撞控制主芯片(40 通过其通用串口的三根线(T)(D、RXD、GND)与一串口电平转换电路(403)相连，并采用通用的串口通讯连接方式，所述串口电平转换电路(403)以所述的MAX232E为核心用于与报警装置(50)进行信息交互；所述CAN总线接口电路(401)包括一高速CAN总线收发器芯片U4、第一限流电阻R10、 第二限流电阻R11、第三限流电阻R9、一共模滤波器L3和由两个电阻(R12、R13)组成的终端阻抗；所述高速CAN总线收发器芯片U4作为CAN协议控制器和物理总线之间的接口为 CAN总线提供差动发送及为CAN总线控制器提供差动接收；所述高速CAN总线收发器芯片 U4采用TJA1050T芯片，所述TJA1050T芯片中第1脚为发送数据输入端、第4脚为接收数据输入端、第6脚为CAN总线高电平位、第7脚为CAN总线低电平位、第8脚为工作模式选择位；所述TJA1050芯片的发送数据输入端通过第一限流电阻RlO与所述R5F2123芯片的 CAN总线数据发送端连接；所述TJA1050芯片的接收数据输入端通过第二限流电阻Rll与所述R5F2123芯片的CAN总线数据接收端连接；所述TJA1050芯片的工作模式选择位通过第三限流电阻R9与所述R5F2123芯片的一路通用I/O 口连接；所述共模滤波器L3对所述TJA1050T芯片的CAN总线高电平位及CAN总线低电平位进行过滤；所述终端阻抗为120 Ω的终端阻抗。
5.根据权利要求1所述的客车防撞预警装置，其特征在于位于车体左侧、右侧和尾部的三组超声波传感器01、22、2；3)的探头的安装高度相同。
6.一种客车防撞预警方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的客车防撞预警装置进行防撞预警包括以下步骤通过防撞控制器中的参数设置模块Gl)根据路面摩擦系数设定车体前方的安全距离，并预设车体左侧、右侧和尾部的安全距离；所述防撞控制器中的距离和速度获取模块0 接收雷达传感器(10)检测得到的前方车辆与本车的相对距离和相对速度；与此同时，三个超声测距模块(31、32、3；3)不断接收来自于三组超声波传感器01、22、2；3)中各个超声波传感器的电信号，经过处理之后得到目标物体的位置信息，以检测本车左侧、右侧和尾部近距离目标物体的距离；防撞控制器中的判断模块G3)将从距离和速度获取模块G2)获取到的位于车体前方目标物体的距离与已设定的车体前方的安全距离相比较；将三个超声测距模块(31、32、 33)接收到的车体左侧、右侧和尾部三个方向上目标物体的距离与已设定的车体左侧、右侧和尾部三个方向上的安全距离相比较；一旦有某一个方向上的目标物体未处于所设定的该方向上的安全距离之内，防撞控制器GO)中的报警模块04)发出相应的报警信息，并控制报警装置(50)。
7.根据权利要求6所述的客车防撞预警方法，其特征在于在利用所述参数设置模块 (41)设定车体前方的安全距离时，是根据车体与前方目标物体的距离和相对速度及当前路面摩擦系数设定的，所述当前路面摩擦系数根据当前路面湿滑程度分为三个取值范围，理论中的安全距离模型计算公式如下
8.根据权利要求7所述的客车防撞预警方法，其特征在于所述公式(2)中，路面摩擦系数μ的取值根据路面湿滑程度分别是干路面时，μ取0.7;湿路面时，μ取0.5;冰雪路面时，μ取0.2。
9.根据权利要求6所述的客车防撞预警方法，其特征在于利用所述参数设置模块 (41)设定车体后方的安全距离为5米；车体左侧和右侧的安全距离为(车道的宽度-车体的宽度)/2米。
全文摘要
本发明公开了一种客车防撞预警装置，包括一个雷达传感器、三组超声波传感器、三个超声测距模块、一防撞控制器和一报警装置；雷达传感器用于检测前方车辆与本车的相对距离和相对速度，三组超声波传感器分别设置在车体的左、右和尾部并分别与三组超声波传感器连接，用于接收每个超声波传感器的电信号，经过处理之后得到目标物体的位置信息，以检测本车两侧和后方近距离目标物体的距离；防撞控制器均与雷达传感器和三个超声测距模块连接。本发明可以实现当车辆行驶时，自动检测车辆车体周围的目标物体，并实时监控目标物体与车辆车体之间的距离，并根据一定的预警方法，在目标物体进入安全距离范围之内时，就通过语音发出报警信息，提示驾驶员采取措施。
文档编号G01S15/93GK102156284SQ201110072480
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者何佳, 刘全周, 唐风敏, 戎辉, 黄伟, 龚进峰 申请人:中国汽车技术研究中心