一种汽车车距检测预警装置的制作方法

本实用新型涉及汽车行驶安全技术领域，具体涉及一种汽车车距检测预警装置。

背景技术：
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随着生活水平的提高、汽车行业的发展，特别是汽车价格的持续走低，使得汽车保有量大幅增加，由于汽车数量增多、驾驶员开车技术的参差不齐以及受雨、雪等恶劣天气的影响，导致交通事故频发，尤其是大雾、夜间等能见度低的行车环境，驾驶员难以看清前方的车辆及障碍物，严重影响驾车安全。

根据《中华人民共和国道路交通安全法》规定：机动车在高速公路上行驶，车速超过每小时100公里时，安全车距为100米以上；车速低于每小时100公里时，最小安全车距不得少于50米；当机动车速度为60公里时，行车间距应为60米以上；速度为80公里时，行车间距为80米以上，以此类推。

虽然驾驶员熟知上述安全车距的相关规定，但仅凭驾驶员的直觉是难以准确判定车距的，而现有汽车中又没有相应的汽车车距检测预警设备，因此在遇到路况较差时，驾驶员难以准确掌握车距，这增大了发生交通事故的概率。

技术实现要素：
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本实用新型的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种汽车车距检测预警装置，它具有自动化程度高、车距检测准确及时、及时预警等优点，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种汽车车距检测预警装置，包括光控开关、CCD视觉传感器、测距传感器、危险判断系统、计算机控制单元、预警提示系统、速度传感器、制动踏板传感器和车内液晶显示屏，所述光控开关通过线路与CCD视觉传感器连接，CCD视觉传感器和测距传感器分别通过线路与危险判断系统连接，危险判断系统通过线路分别与计算机控制单元和预警提示系统连接，计算机控制单元通过线路分别与速度传感器、制动踏板传感器和车内液晶显示屏连接，预警提示系统通过线路与车内液晶显示屏连接。

所述光控开关为光敏电阻式光控开关。

所述CCD视觉传感器包括白天CCD摄像机和夜间CCD摄像机，夜间CCD摄像机为红外线CCD摄像机。

所述测距传感器实时检测车距和前车速度，并将检测的车距和前车速度数据传输给危险判断系统。

所述测距传感器为德尔福ESR毫米波雷达。

所述危险判断系统接收CCD视觉传感器和测距传感器采集的数据并进行数据处理，同时将前车速度与本车速度进行比较得出车距安全等级，再将车距安全等级信息分别传输给预警提示系统和计算机控制单元。

所述车距安全等级包括安全、危险、很危险和极端危险四个等级。

所述计算机控制单元接收危险判断系统传输数据，并根据危险判断系统传输的数据分别向速度传感器、制动踏板传感器和车内液晶显示屏发送操作指令。

所述预警提示系统接收危险判断系统传输的数据，预警提示系统包括正常、提示、黄色报警、红色报警四个预警等级。

所述车内液晶显示屏包括本车速度显示仪、警示器、前车显示仪、车距等级及车距显示仪、前车速度显示仪、前车/本车速度数字显示仪、控制状态显示仪。

所述控制状态显示仪包括手动、自动和手动/自动三种控制状态。

所述警示器包括警示灯和警示扩音器。

所述光敏电阻式光控开关为硫化镉(CDS)光敏电阻系列LXD5528。

所述CCD视觉传感器为美国UNIQ公司生产的UM-301系列。

本实用新型的工作过程：

(1)CCD视觉传感器数据采集

光敏电阻式光控开关根据光照强度选择开启夜间CCD摄像机或白天CCD摄像机，然后CCD视觉传感器对前车进行摄像，并将采集数据传输给危险判断系统。

(2)车距及前车速度采集

测距传感器开启，检测车距S_实和前车速度v_A，并将检测车距S_实和前车速度v_A信息传输给危险判断系统。

(3)确定安全预警车距S₁

危险判断系统内设安全预警车距S₁计算模块，准确计算出安全预警车距S₁。

(4)确定车距安全等级

车距安全等级m：

当车距安全等级m≥1时，车距安全等级为安全等级；当车距安全等级0.8≤m<1时，车距安全等级为危险等级；当车距安全等级0.4≤m<0.8时，车距安全等级为很危险等级；当车距安全等级m<0.4时，车距安全等级为极端危险等级。

(5)预警提示

危险判断系统将车距安全等级信息传输给预警提示系统，预警提示系统根据车距安全等级，相应的作出正常预警等级、提示预警等级、黄色报警预警等级或红色报警预警等级。

(6)预警操作

危险判断系统将采集的数据传输给计算机控制单元，计算机控制单元根据车距安全等级作出是否向速度传感器和制动踏板传感器发送操作指令。

所述安全预警车距S₁计算模块包括以下三种计算模块：

第一计算模块，前车处于静止状态时的安全预警车距S₁为：

第二计算模块，前车处于匀速行驶状态，本车行驶速度高于前车速度，两车相对速度v_rel为：

v_rel＝v_A-v_B

当相对速度的限速标志为负值(即其值小于0)时，并且相对速度值与本车速度之比的幅度范围在5％-10％之间，则安全预警车距S₁为：

前车处于匀速行驶状态，本车行驶速度高于前车速度，当相对速度的限速标志为负值(即其值小于0)时，并且相对速度值与本车速度之比的幅度范围在10％以上，则安全预警车距S₁为：

第三计算模块，前方车辆突然减速时，当前车的制动减速为J_a时，安全预警车距S₁为：

式中，S₁：安全预警车距，单位米(m)；

S₀：最小安全车距，S₀≥3(m)；

S_B：本车制动过程所行驶的距离，单位米(m)；

S_A：前车在制动过程所走过的距离，单位米(m)；

v_A：前车速度，单位米/秒(m/s)；

v_B：本车速度，单位米/秒(m/s)；

v_rel：相对速度，单位米/秒(m/s)；

τ_r1：本车驾驶员制动反应时间，设为0.3～1s；

τ_a1：本车驾驶员执行操作时间，设为0.045s；

τ₂：本车制动减速度所用时间，设为0.2s单位秒(s)；

τ：本车制动操作反应时间，设为τ＝τ_a1+τ₂，单位秒(s)；

τ₃：本车持续制动时间，单位秒(s)；

J_a：前车的制动减速度，J_a＝7.8m/s²；

J_b：本车的制动减速度，J_b＝7.8m/s²。

所述预警提示中，危险判断系统将车距安全等级信息传输给预警提示系统，当车距安全等级为安全等级时，即车辆处于安全车距行驶时，对应预警提示系统的正常预警等级，车内液晶显示器上的警示灯为绿色常亮，且无报警提示音；当车距安全等级为危险等级时，即车辆处于危险状态行驶时，对应预警提示系统的提示预警等级，警示灯为白色，闪烁频率在1次/秒，报警提示音发出“嘟”的音调；当车距安全等级为很危险等级时，对应预警提示系统的黄色报警预警等级，警示灯为黄色，闪烁频率在2次/秒，报警提示音发出“滴答”的音调；当车距安全等级为极端危险等级时，对应预警提示系统的红色报警预警等级，警示灯为红色常亮，报警提示音一直发出“呜”的音调。

所述预警操作中，危险判断系统将采集的数据传输给计算机控制单元，当车距安全等级为安全等级时，危险判断系统将实时检测车距、前车速度经计算机控制单元显示在车内液晶显示屏上，警示灯为绿色，控制状态显示仪显示手动操控状态，此时计算机控制单元不会向速度传感器和制动踏板传感器发送操作指令；

当车距安全等级为危险等级时，危险判断系统将实时检测车距、前车速度经计算机控制单元显示在车内液晶显示屏上，警示灯为白色，控制状态显示仪显示手动操控状态，此时计算机控制单元不会向速度传感器和制动踏板传感器发送操作指令；

当车距安全等级为很危险等级时，危险判断系统将实时检测车距、前车速度经计算机控制单元显示在车内液晶显示屏上，警示灯为黄色，报警提示音发出“滴答”音调，控制状态显示仪显示手动/自动操控状态，此时计算机控制单元给驾驶员留有t秒的自主采取措施时间，在t秒内计算机控制单元不会向速度传感器和制动踏板传感器发生操作指令，在t秒内，驾驶员采取了相应措施，车距安全等级将为危险或安全等级时，计算机控制单元不会发生对整车夺权操作，相反，驾驶员没有做出相应的措施，此时车速继续增加、车距继续减少经危险判断系统判断，超过t秒后，控制状态显示仪显示自动操控状态，计算机控制单元立即发生对整车进行夺权操作，向速度传感器和制动踏板传感器发生操作指令，使本车减速直至停车；

所述自主采取措施时间t的范围为：0.3≤t≤1，单位(秒)。

当车距安全等级为极端危险等级时，危险判断系统将实时检测车距、前车速度经计算机控制单元显示在车内液晶显示屏上，同时危险判断系统将实时检测车距、前车速度经计算机控制单元显示在车内液晶显示屏，警示灯为红色，控制状态显示仪显示自动操控状态，此时计算机控制单元立即夺取本车操作权，并向速度传感器和制动踏板传感器发生操作指令，使本车减速直至停车。

本实用新型采用上述方案，针对现有汽车驾驶时存在的技术问题，设计了一种汽车车距检测预警装置及预警方法，通过设计光控开关、CCD视觉传感器、测距传感器、危险判断系统、计算机控制单元、预警提示系统、速度传感器、制动踏板传感器和车内液晶显示屏，实现准确采集前车图像、车距及前车速度，并处理数据得出车距安全等级，从而为后续预警提示及预警操作提供基础参考，并通过车内液晶显示屏准确显示本车、前车的运行参数；针对车辆行驶时经常处于的三种状态，分别设计相应的安全预警车距计算公式，从而提高车距安全等级的准确度，确保驾驶的安全；通过设计预警方法有效针对不同行驶状况，清晰简明的通过预警提示系统和计算机控制单元作出预警提示和预警操作，进一步确保驾驶安全。

附图说明：

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型安全行驶状态图；

图3是本实用新型危险行驶状态图；

图4是本实用新型黄色危险行驶状态图；

图5是本实用新型红色危险行驶状态图；

图6是本实用新型预警流程图；

图7是本实用新型预警装置安装位置图；

其中，1、光控开关，2、CCD视觉传感器，3、测距传感器，4、危险判断系统，5、计算机控制单元，6、预警提示系统，7、速度传感器，8、制动踏板传感器，9、车内液晶显示屏，10、前车显示仪，11、本车速度显示仪，12、前车速度显示仪，13、车距等级及车距显示仪，14、控制状态显示仪，15、前车/本车速度数字显示仪，16、警示器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：

如图1-7所示，一种汽车车距检测预警装置，包括光控开关1、CCD视觉传感器2、测距传感器3、危险判断系统4、计算机控制单元5、预警提示系统6、速度传感器7、制动踏板传感器8和车内液晶显示屏9，光控开关1通过线路与CCD视觉传感器2连接，CCD视觉传感器2和测距传感器3分别通过线路与危险判断系统4连接，危险判断系统4通过线路分别与计算机控制单元5和预警提示系统6连接，计算机控制单元5通过线路分别与速度传感器7、制动踏板传感器8和车内液晶显示屏9连接，预警提示系统6通过线路与车内液晶显示屏9连接。

光控开关1为光敏电阻式光控开关。

CCD视觉传感器2包括白天CCD摄像机和夜间CCD摄像机，夜间CCD摄像机为红外线CCD摄像机。

测距传感器3实时检测车距和前车速度，并将检测的车距和前车速度数据传输给危险判断系统4。

测距传感器3为德尔福ESR毫米波雷达。

危险判断系统4接收CCD视觉传感器2和测距传感器3采集的数据并进行数据处理，同时将前车速度与本车速度进行比较得出车距安全等级，再将车距安全等级信息分别传输给预警提示系统6和计算机控制单元5。

车距安全等级包括安全、危险、很危险和极端危险四个等级。

计算机控制单元5接收危险判断系统4传输数据，并根据危险判断系统4传输的数据分别向速度传感器7、制动踏板传感器8和车内液晶显示屏9发送操作指令。

预警提示系统6接收危险判断系统4传输的数据，预警提示系统6包括正常、提示、黄色报警、红色报警四个预警等级。

车内液晶显示屏9包括本车速度显示仪11、警示器16、前车显示仪10、车距等级及车距显示仪13、前车速度显示仪12、前车/本车速度数字显示仪15、控制状态显示仪14。

控制状态显示仪14包括手动、自动和手动/自动三种控制状态。

警示器16包括警示灯和警示扩音器。

光敏电阻式光控开关为硫化镉(CDS)光敏电阻系列LXD5528。

CCD视觉传感器2为美国UNIQ公司生产的UM-301系列。

本实用新型的工作过程：

(1)CCD视觉传感器2数据采集

光敏电阻式光控开关根据光照强度选择开启夜间CCD摄像机或白天CCD摄像机，然后CCD视觉传感器2对前车进行摄像，并将采集数据传输给危险判断系统4。

(2)车距及前车速度采集

测距传感器3开启，检测车距S_实和前车速度v_A，并将检测车距S_实和前车速度v_A信息传输给危险判断系统4。

(3)确定安全预警车距S₁

危险判断系统4内设安全预警车距S₁计算模块，准确计算出安全预警车距S₁。

(4)确定车距安全等级

车距安全等级m：

当车距安全等级m≥1时，车距安全等级为安全等级；当车距安全等级0.8≤m<1时，车距安全等级为危险等级；当车距安全等级0.4≤m<0.8时，车距安全等级为很危险等级；当车距安全等级m<0.4时，车距安全等级为极端危险等级。

(5)预警提示

危险判断系统4将车距安全等级传输给预警提示系统6，预警提示系统6根据车距安全等级，分别作出正常预警等级、提示预警等级、黄色报警预警等级或红色报警预警等级。

(6)预警操作

危险判断系统4将采集的数据传输给计算机控制单元5，计算机控制单元5根据车距安全等级作出是否向速度传感器7和制动踏板传感器8发送操作指令。

安全预警车距S₁计算模块包括以下三种计算模块：

第一计算模块，前车处于静止状态时的安全预警车距S₁为：

第二计算模块，前车处于匀速行驶状态，后车行驶速度高于前车速度，两车相对速度v_rel为：

v_rel＝v_A-v_B

当相对速度的限速标志为负值(即其值小于0)时，并且相对速度值与本车速度之比的幅度范围在5％-10％之间，则安全预警车距S₁为：

前车处于匀速行驶状态，后车行驶速度高于前车速度，当相对速度的限速标志为负值(即其值小于0)时，并且相对速度值与本车速度之比的幅度范围在10％以上，则安全预警车距S₁为：

第三计算模块，前方车辆突然减速时，当前车的制动减速为J_a时，安全预警车距S₁为：

式中，S₁：安全预警车距，单位米(m)；

S₀：最小安全车距，S₀≥3(m)；

S_B：本车制动过程所行驶的距离，单位米(m)；

S_A：前车在制动过程所走过的距离，单位米(m)；

v_A：前方车辆速度，单位米/秒(m/s)；

v_B：本车速度，单位米/秒(m/s)；

v_rel：相对速度，单位米/秒(m/s)；

τ_r1：本车驾驶员制动反应时间，设为0.3～1s；

τ_a1：本车驾驶员执行操作时间，设为0.045s；

τ₂：本车制动减速度所用时间，设为0.2s单位秒(s)；

τ：本车制动操作反应时间，设为τ＝τ_a1+τ₂，单位秒(s)；

τ₃：本车持续制动时间，单位秒(s)；

J_a：前车的制动减速度，J_a＝7.8m/s²；

J_b：本车的制动减速度，J_b＝7.8m/s²；

预警提示中，危险判断系统4将车距安全等级数据传输给预警提示系统6，当车距安全等级为安全等级时，即车辆处于安全车距行驶时，对应预警提示系统6的正常预警等级，车内液晶显示器9上的警示灯为绿色常亮，且无报警提示音；当车距安全等级为危险等级时，即车辆处于危险状态行驶时，对应预警提示系统6的提示预警等级，警示灯为白色，闪烁频率在1次/秒，报警提示音发出“嘟”的音调；当车距安全等级为很危险等级时，对应预警提示系统6的黄色报警预警等级，警示灯为黄色，闪烁频率在2次/秒，报警提示音发出“滴答”的音调；当车距安全等级为极端危险等级时，对应预警提示系统6的红色报警预警等级，警示灯为红色常亮，报警提示音一直发出“呜”的音调。

预警操作中，危险判断系统4将采集的数据传输给计算机控制单元5，当车距安全等级为安全等级时，危险判断系统将实时检测车距、前车速度经计算机控制单元5显示在车内液晶显示屏9上，警示灯为绿色，此时计算机控制单元5不会向速度传感器7和制动踏板传感器8发送操作指令。

当车距安全等级为危险等级时，危险判断系统4将实时检测车距、前车速度经计算机控制单元5显示在车内液晶显示屏9上，警示灯为白色，此时计算机控制单元5不会向速度传感器7和制动踏板传感器8发送操作指令。

当车距安全等级为很危险等级时，危险判断系统将实时检测车距、前车速度经计算机控制单元5显示在车内液晶显示屏9上，警示灯为黄色，报警提示音发出“滴答”音调，控制状态显示仪14显示手动/自动操控状态，此时计算机控制单元5给驾驶员留有t时间的自主采取措施时间，在t时间内计算机控制单元5不会向速度传感器7和制动踏板传感器8发生操作指令，在t时间内，驾驶员采取了相应措施，车距安全等级降为危险或安全等级时，计算机控制单元5不会发生对本车夺权操作，相反，驾驶员没有做出相应的措施，此时车速继续增加、车距继续减少经危险判断系统4判断，超过t时间后，计算机控制单元5立即发生对本车进行夺权操作，同时向速度传感器7和制动踏板传感器8发生操作指令，使本车减速直至停车。

当车距安全等级为极端危险等级时，危险判断系统4将实时检测车距、前车速度经计算机控制单元5显示在车内液晶显示屏9上，警示灯为红色，控制状态显示仪14显示自动操控状态，此时计算机控制单元5立即夺取本车操作权，并向速度传感器7和制动踏板传感器8发生操作指令，使本车减速直至停车。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。