专利名称：基于can总线的大型客车安全性能预警系统及检测方法
技术领域：
本发明涉及车辆安全监控及预警技术，尤其涉及一种基于CAN总线网络技术的大型客车车载安全性能预警系统及检测方法。
背景技术：
伴随着公路交通的迅速发展和汽车保有量的增长，道路交通事故急剧增加，交通安全形势也日益严峻，联合国的统计显示，全世界每年有120多万人死于交通事故，数百万人受伤。而我国交通事故死亡人数更是连续10多年居世界第一，特别是群死群伤的重特大交通事故频繁发生。对车辆交通事故的统计表明，2009年，由营运客车肇事导致一次死亡 10人以上的特大交通事故占同类事故总量的50%。针对营运车辆安全状态监测预警技术及装置，已开发了如汽车制动压力监测、轮胎气压监测、汽车前撞报警等技术。然而，针对在我国易造成重大交通事故的大型客车，运行安全监测技术的发展则刚刚起步，尤其是从性能、姿态及环境全方位的危险辨识和集成预警技术则较少研究，相关技术产品则更为缺乏。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于CAN总线网络技术的大型客车车载安全性能预警系统及检测方法，对车辆性能、姿态及运行环境进行全方位的监控和预警，从而保障行车安全、提高运输效率。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统，其特征在于它包括一处理器，以及与处理器连接的原车CAN网络，显示屏模块，环境监测模块，语音播报模块，GPS/GPRS模块，蜂鸣器，陀螺仪，离合器踏板，7路档位信号，ABS轮速传感器，前轮转角传感器，方向盘转角传感器，制动压力传感器；所述处理器中包含倒车危险监测模块、换道危险监测模块、碰撞危险监测模块、车道偏离危险监测模块、侧翻危险监测模块、侧滑危险监测模块、危险比较模块、制动故障监测模块、转向故障监测模块、轮胎故障、传动故障监测模块、电控故障监测模块；所述倒车危险监测模块向制动故障监测模块、换道危险监测模块进行传递信息，所述换道危险监测模块同时向碰撞危险监测模块、车道偏离危险监测模块、侧翻危险监测模块、侧滑危险监测模块进行信息传递， 所述碰撞危险监测模块、车道偏离危险监测模块、侧翻危险监测模块、侧滑危险监测模块同时向危险比较模块进行信息传递，所述制动故障监测模块、转向故障监测模块、轮胎故障、 传动故障监测模块、电控故障监测模块依次进行信息传递。所述处理器具有两路CAN接口，通过接口一与原车CAN网络进行连接，包括发动机节点、仪表节点、ABS节点、TPMS节点，波特率为250Kbps，获取原车各电控单元中的运行性能信息以及故障信息；通过接口二与显示屏模块、环境监测模块连接，包括环境监测节点、 显示屏节点，波特率设置为500Kbps，获取车辆状态信息。所述两路CAN接口选用CTM8251T芯片作为接口芯片。
所述ABS轮速传感器采集四个车轮的信号，它采用两个磁电式传感器转换芯片 NCV1124，通过四路正弦波电路处理，将正弦波信号转换为方波信号。所述语音播报模块对车辆的制动、转向、轮胎、传动、电控系统故障进行报警；所述蜂鸣器对倒车、换道、偏离、碰撞、侧翻、侧滑危险进行报警。一种利用上述预警系统进行的安全性能检测方法，包括如下流程1)系统完成初始化；2)判断车辆是否处于倒车状态，如果是，检测是否存在倒车危险，并对危险进行蜂鸣报警、显示；3)否则判断车辆是否处于换道状态，如果是，检测是否存在换道危险，并对危险进行蜂鸣报警、显示；4)否则对车辆的碰撞、偏离、侧翻、侧滑危险进行判断，如果存在危险，分别计算距离碰撞发生的时间TTC、距离偏离发生的时间TLC、距离侧翻TTR、距离侧滑发生的时间 TTS ；5)然后比较TTC、TLC、TTR、TTS的大小，选择最小值进行蜂鸣报警、显示；6)系统同时依次对车辆的制动、转向、轮胎、传动、电控系统进行故障检测，并进行语音报读报警。所述TTC是通过车距和相对车速预估得到；TLC是通过车辆与车道的距离和车速预估得到；TTR是通过对侧向加速度值实时的微分得到；TTS是通过对横摆角速度进行微分得到。所述车速信息通过ABS轮速传感器采集，或通过CAN总线采集。本发明采取以上技术方案，其具有以下优点1、基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统作为一个独立的节点挂接入整车CAN总线网络系统中，充分利用原车各电子控制装置电控单元中的运行性能信息以及故障信息，实现数据共享，避免信息冗余，降低成本。2、本发明可直接采集轮速传感器信号，也可通过CAN总线采集ABS轮速信号，具有很好的适应性。3、本发明对车辆运行性能、故障、姿态及运行环境进行全方位的监控和预警，监测和预警范围广。4、本发明充分发挥驾驶员的主观能动性，不对车辆进行控制，只对驾驶员进行预警提示。5、本发明安装简单、安全，不改变车体结构，不改变油路、电路，不影响行车安全和正常运营。6、本发明自己构成一个独立节点，不依赖其他任何辅助设施，易于推广应用。7、本发明预警有效率高，预警有效率>90%。8、本发明实时性高，系统的响应时间即系统性能检测到报警信号输出时间不大于0. 5秒。
图1是本发明的系统总体框图；图2是本发明的处理器模块图；图3是本发明的CAN总线结构图；图4是ABS轮速信号处理原理图；图5是本发明的检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行详细的描述。本发明以基于CAN总线网络技术的大型客车为研究对象，在不影响安全和运营的前提下，对原车提供的运行性能信息和故障信息通过CAN总线进行提取，对没有提供的相关安全部件、行驶姿态和运行环境等信息通过加装传感器进行采集；然后根据获取的综合信息，对车辆危险状态进行判断和识别，根据决策机制进行预警，并利用远程通讯实现报警功能。如图1所示，本发明提供的基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统包括原车的CAN网络1，显示屏模块2，环境监测模块3，语音播报模块4，ABS轮速传感器5，GPS/GPRS 模块6，陀螺仪(姿态模块)7，前轮转角传感器8，方向盘转角传感器9，制动压力传感器10， 7路档位信号11，离合器踏板12，蜂鸣器13，处理器14几部分，其中处理器14分别电连接上述各部件，与它们进行信息交互或向它们发出指令。如图2所示，处理器14中主要包含倒车危险监测模块15、换道危险监测模块16、 碰撞危险监测模块17、车道偏离危险监测模块18、侧翻危险监测模块19、侧滑危险监测模块20、危险比较模块21、制动故障监测模块22、转向故障监测模块23、轮胎故障M、传动故障监测模块25、电控故障监测模块沈等。倒车危险监测模块15向换道危险监测模块16 进行信息传递，换道危险监测模块16同时向碰撞危险监测模块17、车道偏离危险监测模块 18、侧翻危险监测模块19、侧滑危险监测模块20进行信息传递，最后碰撞危险监测模块17、 车道偏离危险监测模块18、侧翻危险监测模块19、侧滑危险监测模块20向危险比较模块21 进行信息传递。同时倒车危险监测模块15也向制动故障监测模块22进行信息传递，制动故障监测模块22、转向故障监测模块23、轮胎故障M、传动故障监测模块25、电控故障监测模块26再依次进行信息传递。如图3所示，处理器14具有两路CAN接口，通过接口一 CANO与原车CAN网络1进行连接，包括发动机节点、仪表节点、ABS节点、TPMS节点等，波特率设置为250Kbps，获取原车各电子控制装置电控单元中的运行性能信息以及故障信息，实现数据共享；通过接口二 CANl与显示屏模块2、环境监测模块3连接，与原车CAN网络一起构成整车CAN网络，包括环境监测节点、显示屏节点，波特率设置为500Kbps，获取车辆状态信息如本车车速、制动信号、左右转向信号、倒车信号等，并接收环境监测节点发送的报警信息，结合自身检测到的车辆危险状态进行决策，向外发送报警决策信息，显示屏节点接收这些报警信息进行显示。两路CAN接口可选用CTM8251T芯片作为接口芯片，简化外围电路。该芯片内集成了保护电路，具有DC 2500V的隔离功能、CAN-bus总线过电压保护功能。语音播报模块4对检测到的电控单元和非电控单位故障信息进行报读。ABS轮速传感器5采集四个车轮的轮速信号，对车速进行估计，也可通过CAN总线采集ABS的轮速信息，用于车速的估计。ABS轮速传感器5采用两个磁电式传感器转换芯片NCV1124，信号通过四路正弦波电路处理，将正弦波信号转换为主控芯片可处理的方波信号，如图4所示，PIN0、PIN1、PIN2、PIN3与四个磁电轮速传感器5的输出相连，P0UT0、P0UT1、 P0UT2、P0UT3与处理器的定时计数器相连，PIN输入的为正弦波信号，POUT输出为方波信号。GPS/GPRS模块6实现车辆定位、速度的采集及车辆故障、危险状态的远程传输及报警。
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陀螺仪7采集车辆姿态信息，在处理器中处理分析后，与设定的阈值进行比较，经过TTR算法，判断车辆出现侧滑、侧翻危险状态的时间。前轮转角传感器8用于采集转向轮转角，输出电压0_5v。方向盘转角传感器9用于采集方向盘转角，输出电压0_5v。制动压力传感器10用于采集制动主气缸压力，经处理器处理分析，与设定的阈值进行比较，当制动压力不足时进行报警。7路档位信号11用于采集档位信号。离合器踏板12采集离合器踏板信号。蜂鸣器13对前撞危险、车道偏离危险、侧翻危险、侧滑危险进行蜂鸣报警。处理器14对系统整体资源进行计算、控制和管理。通过上述这种装置，可检测以下危险状态前撞危险、车道偏离危险、侧翻危险、侧滑危险、制动故障、传动故障、转向故障、从原车CAN网络提取的故障。具体的安全性能检测方法如图5所示，包括如下处理流程1、系统完成初始化。2、判断车辆是否处于倒车状态，如果是，检测是否存在倒车危险，并对危险进行蜂鸣报警、显示。3、否则判断车辆是否处于换道状态，如果是，检测是否存在换道危险，并对危险进行蜂鸣报警、显示。4、否则对车辆的碰撞、偏离、侧翻、侧滑危险进行判断，如果存在危险，分别计算距离危险发生的时间TTC、TLC、TTR、TTS ；其中采取TTC(time to collision)作为表征参数， 通过车距和相对车速预估距离碰撞所发生的时间；采取TLC(time to land crossing)作为表征参数，通过车辆与车道的距离和速度预估车辆将横越车道边界的时间；采取TTR(time to rollover)作为表征参数，通过对侧向加速度值实时的微分，得出侧翻的安全时间；采取 TTS (time to sliding)作为表征参数，通过对横摆角速度进行微分，计算出侧滑的安全时间。5、然后比较TTC、TLC、TTR、TTS的大小，选择最小值进行蜂鸣报警、显示。6、系统同时依次对车辆的制动、转向、轮胎、传动、电控系统进行故障检测，并进行语音报读。当出现上述危险状态时，显示屏显示危险状态的名称。对于故障信息，采取语音报读的方式，报读出故障的名称。对于前撞报警、车道偏离报警、侧翻报警、侧滑报警对驾驶员反应时间要求较高，要求能使驾驶员快速得到危险信息以提醒驾驶员迅速采取相应措施， 因此采取蜂鸣报警的方式，而且按时间优先级。以上所述，仅为本发明的某一具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，只要是在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和变换，都应在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统，其特征在于它包括一处理器，以及与处理器连接的原车CAN网络，显示屏模块，环境监测模块，语音播报模块，GPS/GPRS模块，蜂鸣器，陀螺仪，离合器踏板，7路档位信号，ABS轮速传感器，前轮转角传感器，方向盘转角传感器，制动压力传感器；所述处理器中包含倒车危险监测模块、换道危险监测模块、碰撞危险监测模块、车道偏离危险监测模块、侧翻危险监测模块、侧滑危险监测模块、危险比较模块、制动故障监测模块、转向故障监测模块、轮胎故障、传动故障监测模块、电控故障监测模块；所述倒车危险监测模块向制动故障监测模块、换道危险监测模块进行传递信息，所述换道危险监测模块同时向碰撞危险监测模块、车道偏离危险监测模块、侧翻危险监测模块、 侧滑危险监测模块进行信息传递，所述碰撞危险监测模块、车道偏离危险监测模块、侧翻危险监测模块、侧滑危险监测模块同时向危险比较模块进行信息传递，所述制动故障监测模块、转向故障监测模块、轮胎故障、传动故障监测模块、电控故障监测模块依次进行信息传递。
2.如权利要求1所述的基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统，其特征在于所述处理器具有两路CAN接口，通过接口一与原车CAN网络进行连接，包括发动机节点、仪表节点、ABS节点、TPMS节点，波特率为250Kbps，获取原车各电控单元中的运行性能信息以及故障信息；通过接口二与显示屏模块、环境监测模块连接，包括环境监测节点、显示屏节点， 波特率设置为500Kbps，获取车辆状态信息。
3.如权利要求2所述的基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统，其特征在于所述两路CAN接口选用CTM8251T芯片作为接口芯片。
4.如权利要求1或2或3所述的基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统，其特征在于所述ABS轮速传感器采集四个车轮的信号，它采用两个磁电式传感器转换芯片 NCV1124，通过四路正弦波电路处理，将正弦波信号转换为方波信号。
5.如权利要求1或2或3所述的基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统，其特征在于所述语音播报模块对车辆的制动、转向、轮胎、传动、电控系统故障进行报警；所述蜂鸣器对倒车、换道、偏离、碰撞、侧翻、侧滑危险进行报警。
6.如权利要求4所述的基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统，其特征在于所述语音播报模块对车辆的制动、转向、轮胎、传动、电控系统故障进行报警；所述蜂鸣器对倒车、换道、偏离、碰撞、侧翻、侧滑危险进行报警。
7.一种利用如权利要求1 6之一系统进行的基于CAN总线的大型客车安全性能检测方法，其特征在于，包括如下处理流程1)系统完成初始化；2)判断车辆是否处于倒车状态，如果是，检测是否存在倒车危险，并对危险进行蜂鸣报警、显示；3)否则判断车辆是否处于换道状态，如果是，检测是否存在换道危险，并对危险进行蜂鸣报警、显示；4)否则对车辆的碰撞、偏离、侧翻、侧滑危险进行判断，如果存在危险，分别计算距离碰撞发生的时间TTC、距离偏离发生的时间TLC、距离侧翻TTR、距离侧滑发生的时间TTS ；5)然后比较TTC、TLC、TTR、TTS的大小，选择最小值进行蜂鸣报警、显示；6)系统同时依次对车辆的制动、转向、轮胎、传动、电控系统进行故障检测，并进行语音报警。
8.如权利要求7所述的基于CAN总线的大型客车安全性能检测方法，其特征在于，所述 TTC是通过车距和相对车速预估得到；TLC是通过车辆与车道的距离和车速预估得到；TTR 是通过对侧向加速度值实时的微分得到；TTS是通过对横摆角速度进行微分得到。
9.如权利要求8所述的基于CAN总线的大型客车安全性能检测方法，其特征在于，所述车速信息通过ABS轮速传感器采集。
10.如权利要求8所述的基于CAN总线的大型客车安全性能检测方法，其特征在于，所述车速信息通过CAN总线采集。
全文摘要
本发明提供一种基于CAN总线的大型客车安全性能预警系统及检测方法，在不影响安全和运营的前提下，作为一个节点挂接入整车CAN总线网络系统中，提取原车各电子控制装置电控单元中的运行性能信息以及故障信息，通过加装陀螺仪，采集车辆姿态采信息，采用TTR算法实现车辆发生侧滑和侧翻的监测与预警；通过CAN接口与环境监测模块、显示屏模块组成CAN网络，实现车辆运行环境的监测及预警，显示屏节点接收所有报警信息进行显示。轮速信号可直接通过ABS轮速传感器采集，也可通过CAN总线采集。当出现危险状态时，显示屏显示出危险指标名称。同时，对于故障信息，采取语音报读的方式，其余采取蜂鸣报警的方式，而且按时间进行优先级排序。
文档编号B60R16/023GK102407816SQ20111022377
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者任春晓, 周炜, 富子丞, 尤宁, 张国盛, 李文亮, 李臣, 董轩, 袁卫波 申请人:交通运输部公路科学研究所