本发明涉及一种基于VANET无线短程通信的主动刹车装置，属于汽车主动安全领域。
背景技术：
目前，汽车在行驶的时候，刹车基本上都是由驾驶员控制，在驾驶员疲劳、开小差的时候，很容易发生车祸，撞上前方的障碍物，现有的电子设备基本不能主动进行刹车，避免车祸的发生。
申请号为CN201210067652.8的中国专利公开了一种汽车主动刹车系统及汽车，其中披露一种汽车主动刹车系统，其包括激光收发装置、影像获取系统、刹车系统及控制系统。控制系统通过激光收发装置和影像获取系统判断车辆前方是否有行人，然后自动控制刹车系统进行动作，减少对行人的意外伤害。但是该发明只考虑了行人，没有考虑其它车辆与障碍物对行驶车辆造成的危险。
申请号为CN201410574529.4的中国专利公开了一种汽车主动刹车系统，它包含距离感应模块、速度采集模块、刹车模块、警告模块和控制模块。该发明能够在车辆与前方车辆、障碍物或行人的距离小于安全距离时，能够提醒驾驶员并实施制动，但是该发明存在明显的缺陷，即①该发明没有考虑路面坡度问题，当车辆在下陡坡时，由于控制器计算出的安全距离过小，造成极大的安全隐患，在驾驶员过分依赖此发明时极易发生事故；②该发明没有考虑路面附着系数问题，不能区分冰雪路面与干燥水泥等不同路面，故在冰雪路面行驶时，控制器计算出过小的安全距离，造成安全隐患，发生车辆追尾事故；③控制器在计算车辆间安全距离时没有考虑前车的速度，又使理论安全距离过大，不能充分利用道路资源，对于拥挤的城市道路资源造成浪费。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于VANET无线短程通信的主动刹车装置，它利用VANET无线短程通信使车辆间相互通信，获取周围车辆信息，并结合自身的车辆行驶状态，对车辆实施有效的主动刹车，大大提高了可靠性、安全性和稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于VANET无线短程通信的主动刹车装置，它包括VANET无线短程通信模块、主动刹车控制模块和传感器组，VANET无线短程通信模块包括总数据通信模块，传感器组的输出端与主动刹车控制模块的信号输入端相连，主动刹车控制模块与总数据通信模块相连，所述传感器组包括车轮垂向载荷传感器和/或路面坡度传感器和/或距离传感器和/或轮缸压力传感器，所述主动刹车控制模块与车辆的刹车模块控制连接，其中，
所述VANET无线短程通信模块用于获取周围车辆的行驶状态信息，并将周围车辆的行驶状态信息通过总数据通信模块传送给主动刹车控制模块；
所述传感器组用于将采集的相应的本身参数信息传送给主动刹车控制模块；
主动刹车控制模块根据接收到的车轮转速信息、VANET无线短程通信模块传递的周围车辆的行驶状态信息和传感器组采集到的本身参数信息控制刹车模块的工作。
进一步提供了一种车轮转速信息的获取途径，车辆的制动防抱死系统和/或车身电子稳定系统与所述总数据通信模块相连，所述制动防抱死系统和/或所述车身电子稳定系统将得到的车轮转速信息通过所述总数据通信模块传递给所述主动刹车控制模块，并且所述制动防抱死系统和/或所述车身电子稳定系统配合所述主动刹车控制模块一起控制刹车模块的工作。
进一步，所述总数据通信模块为CAN-BUS数据通信系统。
进一步提供了一种VANET无线短程通信模块的具体结构，所述VANET无线短程通信模块还包括VANET无线短程通信控制模块、GPS模块和无线收发模块，总数据通信模块、GPS模块和无线收发模块分别与VANET无线短程通信控制模块相连；其中，
所述GPS模块用于实时获得车辆的位置信息；
所述无线收发模块用于车辆间以及车辆与路边单元数据的无线收发。
进一步为了得出路面附着系数μmax，从而可以区分不同坡度的的路面，如上坡路面，下坡路面；不同附着系数的路面，如冰雪路面、湿滑路面、干燥水泥路面、干燥沥青路面等，所述传感器组中包括车轮垂向载荷传感器和轮缸压力传感器，并且所述车轮垂向载荷传感器、所述轮缸压力传感器以及制动防抱死系统和/或车身电子稳定系统中采集车轮速的轮速传感器组成路面附着系数模块；其中，
所述轮缸压力传感器用于采集车轮液压缸的制动液压力；
所述车轮垂向载荷传感器用于采集单个车轮在垂向承受到的载荷；
所述路面附着系数模块根据所述轮速传感器采集的车辆当前速度、所述轮缸压力传感器采集的车轮液压缸的制动液压力和所述车轮垂向载荷传感器采集的单个车轮在垂向承受到的载荷得到路面附着系数。
进一步提供了一种主动刹车控制模块的具体结构，所述主动刹车控制模块包含传感器信号处理模块、单片机模块、通信模块和驱动信号处理模块，所述传感器组的信号输出端与传感器信号处理模块的信号输入端相连，所述传感器信号处理模块的信号输出端与单片机模块的信号输入端相连，所述通信模块与单片机模块双向数据通信连接，所述通信模块与总数据通信模块相连，所述单片机模块的信号输出端与驱动信号处理模块的信号输入端相连，所述驱动信号处理模块的信号输出端与刹车模块相连；其中，
所述传感器信号处理模块对传感器组传递的本身参数信息进行处理后传递给单片机模块；
所述通信模块用于主动刹车控制模块与总数据通信模块之间进行通信；
所述单片机模块用于根据接收到的传感器信号处理模块处理后的本身参数信息以及通信模块传递的车轮转速信息以及周围车辆的行驶状态信息产生驱动信号送至驱动信号处理模块，从而控制刹车模块的工作。
进一步，所述单片机模块为ARM系列单片机。
进一步为了提醒驾驶者主动刹车装置是否处于工作状态，基于VANET无线短程通信的主动刹车装置还包括有效工作指示灯，所述有效工作指示灯通过车辆的仪表板控制模块与总数据通信模块相连，所述主动刹车控制模块通过总数据通信模块发送控制信息给仪表板控制模块来控制有效工作指示灯的亮与灭。
进一步，所述距离传感器设置有两个，分别为第一距离传感器和第二距离传感器。
进一步，所述距离传感器为红外感应距离传感器或超声波距离传感器。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下技术效果：
1、本主动刹车装置完全自动工作，不需要人为地进行干预；
2、能够实时精确识别不同道路情况，根据路面坡度、路面附着系数μmax、前后车辆的不同车速等参数实时计算理论安全距离。
3、能够在车辆处于危险状况的时候对驾驶员进行提示，提高驾驶员的警惕，避免交通事故的发生；
4、能够在车辆处于紧急状况的时候主动进行刹车，避免交通事故的发生。
附图说明
图1为本发明的基于VANET无线短程通信的主动刹车装置的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，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。
如图1所示，一种基于VANET无线短程通信的主动刹车装置，它包括VANET无线短程通信模块、主动刹车控制模块和传感器组，VANET无线短程通信模块包括总数据通信模块，传感器组的输出端与主动刹车控制模块的信号输入端相连，主动刹车控制模块与总数据通信模块相连，所述传感器组包括车轮垂向载荷传感器和/或路面坡度传感器和/或距离传感器和/或轮缸压力传感器，所述主动刹车控制模块与车辆的刹车模块控制连接；其中，
所述VANET无线短程通信模块用于获取周围车辆的行驶状态信息，并将周围车辆的行驶状态信息通过总数据通信模块传送给主动刹车控制模块；
所述传感器组用于将采集的相应的本身参数信息传送给主动刹车控制模块；
主动刹车控制模块根据接收到的车轮转速信息、VANET无线短程通信模块传递的周围车辆的行驶状态信息和传感器组采集到的本身参数信息控制刹车模块的工作。
如图1所示，车辆的制动防抱死系统和/或车身电子稳定系统与所述总数据通信模块相连，所述制动防抱死系统和/或所述车身电子稳定系统将得到的车轮转速信息通过所述总数据通信模块传递给所述主动刹车控制模块，并且所述制动防抱死系统和/或所述车身电子稳定系统配合所述主动刹车控制模块一起控制刹车模块的工作。
所述总数据通信模块为CAN-BUS数据通信系统，CAN-BUS数据通信系统用于从车身的接口中获得车辆信息，将数据传递给主动刹车控制模块，本发明采用CAN接口作为车辆数据交互的数据接口，总数据通信模块主要由CAN总线控制器、CAN总线收发器、高速光电隔离芯片等组成。所述CAN-BUS数据通信系统是Controller Area Network BUS的缩写，是为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种ISO国际标准化的串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。
如图1所示，所述VANET无线短程通信模块还包括VANET无线短程通信控制模块、GPS模块和无线收发模块，总数据通信模块、GPS模块和无线收发模块分别与VANET无线短程通信控制模块相连；其中，
VANET无线短程通信控制模块连接着VANET无线短程通信模块的各个模块，用于各个模块数据的处理，VANET无线短程通信控制模块需要控制蓝牙模块，无线收发模块、GPS模块等其它模块，本主动刹车装置中采用嵌入式处理器来构建VANET无线短程通信模块的控制模块；
所述GPS模块用于实时获得车辆的位置信息；车辆在道路上行驶时通过车辆的位置信息以及VANET无线短程通信地址，在周围众多车辆中，识别出离本节点车辆最近的前后左右4辆车，本发明主要对本节点车辆周围4辆车通过VANET无线短程通信系统进行数据交互。本发明GPS模块为多功能独立型GPS模组，以ROM为基础架构，采用u-blox最新的KickStart微弱信号攫取技术，能确保采用此模块的设备在任何可接收到信号的位置及任何天线尺寸都能够有最佳的初始定位性能并进行快速定位。可同步追踪GPS及伽俐略导航卫星信号，设置多种接口：UART，USB，I2C，SPI。模块设置后备电池，采用可充电扭扣电池，后备电池可以在GPS模块断电后保存当前的信息，再次启动GPS模块可实现快速定位；
所述无线收发模块用于车辆间以及车辆与路边单元数据的无线收发。无线收发模块符合IEEE提出的802.11n 4.0草案和802.11b/g标准；无线收发模块中，射频接收器(RF Receiver)用于接收无线信号，然后通过模数转换模块(ADC)将接收到信号转换为数字信号，接着基带处理器(BBP)将射频信号转换为基带信号，并送至媒体接入控制器(MAC)对信号进行封装和加密等处理，最后通过USB控制器将信号传输给USB主机设备或者通过系统控制模块将信号存储到EEPROM中去。
VANET无线短程通信模块应该范围广泛，可以用于车辆自动驾驶、自动调度、信息娱乐、主动安全等领域。本主动刹车装置中主要用于获取周围车辆速度、制动状态、GPS位置信息等并把自己的信息发送出去供周围其它车辆进行使用。VANET无线短程通信模块指的是车载自组网，车载自组网(VANET：Vehicular Ad-hoc Network)是指在交通环境中车辆之间、车辆与固定接入点之间及车辆与行人之间相互通信组成的开放式移动Ad hoc网络，其目标是为了在道路上构建一个自组织的、部署方便、费用低廉、结构开放的车辆间通信网络，提供无中心、自组织、支持多跳转发的数据传输能力，以实现事故预警、辅助驾驶、道路交通信息查询、车间通信和Internet接入服务等应用。先进的车载自组网(VANET)技术为交通安全问题提供了一种新的解决途径。
如图1所示，所述传感器组中包括车轮垂向载荷传感器和轮缸压力传感器，并且所述车轮垂向载荷传感器、所述轮缸压力传感器以及制动防抱死系统和/或车身电子稳定系统中采集车轮速的轮速传感器组成路面附着系数模块；其中，
所述轮缸压力传感器用于采集车轮液压缸的制动液压力；路面附着系数模块用该信号计算车轮受到的纵向力；
所述车轮垂向载荷传感器用于采集单个车轮在垂向承受到的载荷；
所述路面附着系数模块根据所述轮速传感器采集的车辆当前速度、所述轮缸压力传感器采集的车轮液压缸的制动液压力和所述车轮垂向载荷传感器采集的单个车轮在垂向承受到的载荷得到路面附着系数；路面附着系数模块用于实时测量路面附着系数，实时区分冰雪路面、湿滑路面、干燥水泥路面和干燥沥青路面等；由轮速传感器信号得到车辆滑移率s，由车轮垂向载荷传感器信号得到车轮纵向力Fx，进一步由车辆滑移率s、车轮纵向力Fx和车轮轮缸压力传感器信号得到路面附着系数μmax。
其余传感器组中，路面坡度传感器用于实时测量路面坡度，作为计算车辆安全距离的一个重要参数。距离传感器用于测量车辆与前面车辆的距离，测量车辆转向扫过区域内是否有障碍物，并将该数据传递给主动刹车控制模块；轮速传感器用于测量车辆的当前速度，并将其传递给车辆制动防抱死控制单元或者车身电子稳定控制单元。
刹车模块用于对车辆进行制动使车辆减速或者停止。
如图1所示，所述主动刹车控制模块包含传感器信号处理模块、单片机模块、通信模块和驱动信号处理模块，所述传感器组的信号输出端与传感器信号处理模块的信号输入端相连，所述传感器信号处理模块的信号输出端与单片机模块的信号输入端相连，所述通信模块与单片机模块双向数据通信连接，所述通信模块与总数据通信模块相连，所述单片机模块的信号输出端与驱动信号处理模块的信号输入端相连，所述驱动信号处理模块的信号输出端与刹车模块相连；其中，
所述传感器信号处理模块对传感器组传递的本身参数信息进行处理后传递给单片机模块；传感器信号处理模块主要对输入单片机模块的传感器信号(本身参数信息)进行屏蔽、隔离、变换、滤波、放大、衰减、噪声的抑制和A/D转换等处理；
所述通信模块用于主动刹车控制模块与总数据通信模块之间进行通信；
所述单片机模块用于根据接收到的传感器信号处理模块处理后的本身参数信息以及通信模块传递的车轮转速信息以及周围车辆的行驶状态信息产生驱动信号送至驱动信号处理模块，从而控制刹车模块的工作。所述单片机模块根据本车的实时速度、前车的实时速度、道路坡度和车辆尺寸等得到出本车辆与前面车辆、后方车辆的安全距离，再根据距离传感器测量的数据与安全距离的差值，实施最佳制动力，使车辆减速、停止或不采取任何动作。
所述单片机模块为ARM系列单片机，譬如单片机S3C2440。
如图1所示，基于VANET无线短程通信的主动刹车装置还包括有效工作指示灯，有效工作指示灯可以位于车辆仪表板上，所述有效工作指示灯通过车辆的仪表板控制模块与总数据通信模块相连，所述主动刹车控制模块通过总数据通信模块发送控制信息给仪表板控制模块来控制有效工作指示灯的亮与灭。当本主动刹车装置进行制动操作时有效工作指示灯会亮起。
如图1所示，所述距离传感器设置有两个，分别为第一距离传感器和第二距离传感器。
如图1所示，所述距离传感器为红外感应距离传感器或超声波距离传感器。
所述主动刹车控制模块与传感器组之间的连接采用电气连接，主动刹车控制模块与其它系统控制器如ESP、EPS、ABS系统控制器之间的连接使用CAN-BUS进行通信，但是上述连接不限于电气连接或者CAN-BUS连接。
本主动刹车装置利用VANET无线短程通信使车辆间相互通信，获取周围车辆信息，得到本主动刹车装置需要的车速、GPS地理位置，增加路面坡度传感器、轮缸压力传感器和车轮垂向载荷传感器，得出路面附着系数μmax，从而可以区分不同坡度的的路面，如上坡路面，下坡路面；不同附着系数的路面，如冰雪路面、湿滑路面、干燥水泥路面、干燥沥青路面等，使主动刹车控制模块实时计算出更加精确的安全距离，使主动刹车装置可以工作在不同路面坡度，不同路面附着系数，不同车速等行驶状况下，大大提高了可靠性、安全性和稳定性。
譬如，当车辆当前速度为80公里/小时，本车通过VANET无线短程通信模块与前方车辆进行通信，获得前方车辆的GPS信息与网络识别码，进一步，本车的主动刹车控制器根据本车与前方车辆的GPS信息与网络识别码识别出离本车最近的车辆，进一步比较GPS测得的与前车距离LGPS与通过距离传感器测得的数据LD进行对比，①如果LGPS与LD相同则说明本车与已组网的前车之间没有其它不能组网的车辆或障碍物。进一步，得到前车当前速度为75公里/小时，由路面坡度传感器得到路面坡度为5°，基于μ-s模型识别路面附着系数μmax，进一步，根据前车速度、后车速度、路面坡度、路面附着系数μmax计算出当前2车的安全距离Ls为54m，如果LD大于LS即54m，则制动系统不采取任何动作；如果LD小于LS，则制动系统采取动作，使车辆减速或停车，直到LD大于或等于LS或者停车，车辆仪表板上的有效动作指示灯会闪烁。②如果LGPS与LD不相同则说明本车与已组网的前车之间有其它不能组网的车辆或障碍物。由路面坡度传感器得到路面坡度为5°，基于μ-s模型识别路面附着系数μmax，进一步，根据本车速度、路面坡度、路面附着系数μmax计算出当前2车或者车辆与障碍物的安全距离Ls为60m，如果LD大于LS即60m，则制动系统不采取任何动作；如果LD小于LS，则制动系统采取动作，使车辆减速或停车，直到LD大于或等于LS或者停车，车辆仪表板上的有效动作指示灯会闪烁。
上述2种情况的区别在于安全距离不同。第1种情况2车之间没有障碍物，2车可以通信，使2车之间理论安全距离变小，充分利用道路。第2种情况2车之间有障碍物或其它不能通信的车辆，使本车与障碍物或其它不能通信的车辆之间理论安全距离变大。以上2种情况都使车辆提高了安全性。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。