汽车防撞系统及其使用方法与流程

本发明涉及汽车自动控制技术领域，尤其涉及一种汽车防撞系统及其使用方法。

背景技术：

随着我国汽车(尤其是乘用车)保有量的增多，在交通环境建设速度落后于汽车增速以及人们驾车习惯不佳、光线条件不好特别是在车辆转弯的情况下，驾驶员具有很大的视觉盲区，交通事故的数量也随之增加，所以汽车需要一种自动防撞系统，以降低交通事故的发生频率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种汽车防撞系统及其使用方法，以避免汽车发生碰撞，降低交通事故的发生频率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种汽车防撞系统，应用于一汽车的制动系统上，包括红外探测模块、超声波探测模块及控制制动模块，当环境温度处于第一设定范围时，所述红外探测模块实时监控一设定区域，当所述红外探测模块探测到一物体进入所述设定区域时，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统开始制动；当环境温度处于第二设定范围时，所述超声波探测模块实时发出超声波，且当所述超声波被所述物体反射后被所述超声波探测模块接收到时，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统开始制动。

可选的，所述红外探测模块包括红外镜头及红外探测电路，所述红外探测电路为由第一热敏电阻r1、第二热敏电阻r2、第一电阻r3和第二电阻r4构成的桥式电路，其中，所述第一热敏电阻r1与所述第二热敏电阻r2相邻，所述第一电阻r3和所述第二电阻r4相邻，所述红外镜头用于捕获环境中的红外线及所述设定区域内的物体发出的红外线并照射至所述第一热敏电阻r1上，所述第二热敏电阻r2上的支路上设置有吸光片，所述吸光片过滤所述物体发出的红外线以使环境中的红外线照射至所述第二热敏电阻r2上。

可选的，所述第一热敏电阻r1与所述第二热敏电阻r2采用相同的热敏电阻，则所述红外探测电路的输出电压u0为：

其中，ue为所述红外探测电路的输入电压，t1为所述第一热敏电阻r1的温度，t2为所述第二热敏电阻r2的温度，c、d是与所述第一热敏电阻r1的材料相关的常数。

可选的，当所述设定范围内进入所述物体时，所述红外探测电路的输出电压不为0，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统开始制动，当所述设定范围内没有进入所述物体时，所述红外探测电路的输出电压为0，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统解除制动。

可选的，所述汽车的制动系统包括制动器和汽车离合器，所述制动器包括制动踏板及第一导轨，所述制动踏板与所述第一导轨的滑块通过制动杆连接，所述控制制动模块包括电磁离合器、齿轮齿条传动部件及第二导轨，所述齿轮齿条传动部件包括套设于汽车的主轴上的齿轮及与所述齿轮连接传动的第一齿条和第二齿条，所述电磁离合器与所述红外探测电路的输出端连接，以通过所述红外探测电路的输出电压控制所述电磁离合器的结合和断开并控制所述齿轮与所述主轴的连接和分离，所述第一齿条通过第一连杆与所述第一导轨上的滑块连接，以控制所述制动杆在所述第一导轨上移动；所述第二齿条通过第二连杆与所述第二导轨上的滑块连接，以控制所述第二导轨上的滑块在所述第二导轨上移动，所述第二导轨的滑块上设置有弹性触头，所述第二导轨上的滑块在所述第二导轨上移动时，所述弹性触头推动或远离所述汽车离合器的分离轴承。

可选的，所述控制制动模块还包括报警器，所述报警器与所述红外探测电路的输出端及所述电磁离合器连接。

本发明还提供了一种汽车防撞系统的使用方法，包括：

确定第一设定范围及第二设定范围；

判断环境温度处于第一设定范围或第二设定范围，当环境温度处于第一设定范围时，红外探测模块实时监控一设定区域，当所述红外探测模块探测到一物体进入所述设定区域时，控制制动模块控制汽车的制动系统开始制动；当环境温度处于第二设定范围时，超声波探测模块实时发出超声波，且当所述超声波被所述物体反射后被所述超声波探测模块接收到时，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统开始制动。

可选的，确定所述第一设定范围及所述第二设定范围的步骤包括：

根据公式w2＝αφe获取所述第一热敏电阻r1与所述物体相距一最小可靠距离时的吸收功率w2，设所述物体为面光源，则其中，φe为所述物体的辐射通量，λ1-λ2为所述第一热敏电阻r1的响应波段，f为热辐射角系数，c1＝2πhc²，c2＝hc/k，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，t’为所述物体的温度，ε为所述物体的发射率，s为所述物体的体积；

所述第一热敏电阻r1的最小可探测功率当所述吸收功率w2大于所述最小可探测功率w1时得出的环境温度的范围为第一设定范围，所述吸收功率w2小于或等于所述最小可探测功率w1时得出的环境温度的范围为第二设定范围，其中，t为环境温度、a为第一热敏电阻r1的接受面积，δf为频带宽度，α为所述第一热敏电阻r1的吸收系数，σ斯特潘-玻尔兹曼系数。

在本发明提供的汽车防撞系统及其使用方法中，在不同的温度下使用红外探测模块及超声波探测模块探测汽车周围的物体，在检测到所述物体时控制所述汽车的制动系统制动，避免由于驾驶人失误、环境光线差或者在转弯时导致汽车发生碰撞，降低了交通事故的发生频率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的红外检测模块的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的控制制动模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的控制制动模块的又一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的汽车防撞系统的工作流程图；

图5为本发明实施例提供的热辐射角系数求解的模型图。

具体实施方式

发明人发现，在汽车行驶的过程中，汽车周围的移动物体，例如汽车尾气、汽车发动机和人体都是发热源，它们会不停的向外界辐射红外线，人体是恒温动物，发出的红外线的波长与穿的衣服多少无关，人体发射的红外线大概为10微米，为远红外线，汽车尾气和发动机辐射的红外线波长只与尾气和发动机温度有关，通常情况下汽车尾气温度和发动机温度高于环境温度，而人体温度为36.2℃-37.3℃，大多情况下高于环境温度，可以通过检测所述物体发出的红外线的方法来判断是否需要制动。但是在炎热的夏季，人体温度与环境温度可能很接近，导致无法区分人体发出的红外线和环境中的红外线，在一些特定的温度范围下，可以通过采用超声波去探测物体，但超声波无法区分建筑物(例如路标)和人体(或汽车)，导致检测的准确度低，所以，可以采用红外线和超声波结合的方法来检测汽车周围的物体。

基于此，本发明提供了一种汽车防撞系统及其使用方法，在不同的温度下使用红外探测模块及超声波探测模块探测汽车周围的物体，在检测到所述物体时控制所述汽车的制动系统制动，避免由于驾驶人失误、环境光线差或者在转弯时导致汽车发生碰撞，降低了交通事故的发生频率。

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本实施例提供了一种汽车防撞系统，应用于一汽车的制动系统上，包括红外探测模块、超声波探测模块及控制制动模块，当环境温度处于第一设定范围时，所述红外探测模块实时监控一设定区域，当所述红外探测模块探测到一物体进入所述设定区域时，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统开始制动；当环境温度处于第二设定范围时，所述超声波探测模块实时发出超声波，且当所述超声波被所述物体反射后被所述超声波探测模块接收到时，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统开始制动。

具体的，本文中指的物体是能够自由移动并应该使汽车避让的物体，例如行人、动物、行驶的汽车等等。

如图1所示，所述红外探测模块可以包括红外镜头及红外探测电路，所述红外镜头用于捕获一设定区域内环境中的红外线并通过一正弦调制器对捕获的红外线进行正弦调制，所述红外镜头能够同时捕捉环境中的红外线及所述物体发出的红外线。进一步，红外探测电路为由第一热敏电阻r1、第二热敏电阻r2、第一电阻r3和第二电阻r4构成的桥式电路，其中，所述第一热敏电阻r1与所述第二热敏电阻r2相邻，所述第一电阻r3和所述第二电阻r4相邻，所述红外镜头捕获的红外线并照射至所述第一热敏电阻r1上，所述第二热敏电阻r2的支路上设置有吸光片p，所述吸光片p将所述物体发出的红外线过滤以使环境中的红外线照射至所述第二热敏电阻r2上。

用于吸收环境中的红外线。可选的，所述第一热敏电阻r1和所述第二热敏电阻r2为两个相同的ntc型热敏电阻，所述第一电阻r3和所述第二电阻r4为两个等值电阻。

进一步，u0为所述红外探测电路的输出电压，ue为所述红外探测电路的输出电压，则可以求出所述红外探测电路的输出电压u0为：

ntc型热敏电阻的阻值与温度的关系为：t为热敏电阻的温度，则所述红外探测电路的输出电压为：

其中，ue为所述红外探测电路的输入电压，t1为所述第一热敏电阻r1的温度，t2为所述第二热敏电阻r2的温度，b、c、d是与所述第一热敏电阻r1及所述第二热敏电阻r2的材料相关的常数。

当经正弦调制后的红外线辐射在所述第一热敏电阻r1上时，所述第一热敏电阻r1温度升高，内部自由电子数目增多，电阻减小；所述吸光片p吸收了环境中的红外线后，所述第二热敏电阻r2的电阻也减小，但是由于所述红外镜头除了捕获环境中的红外线外，还会捕获物体发出的红外线，所以，若所述设定区域内没有进入所述物体时，所述第一热敏电阻r1和所述第二热敏电阻r2的阻值是相等的，所述红外探测电路的输出电压为0，若所述设定区域内有所述物体，由于所述第一热敏电阻r1比所述第二热敏电阻r2所受光辐射要多，故t1＞t2，则r1＜r2，u0＜0，且所述物体靠近汽车时，|u0|变大。

由此可见，可以通过红外探测电路的输出电压来判断所述设定区域内是否进入了所述物体，具体的当所述设定范围内进入所述物体时，所述红外探测电路的输出电压不为0，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统开始制动，当所述设定范围内没有进入所述物体时，所述红外探测电路的输出电压为0，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统解除制动。

进一步，如图2所示，所述汽车的制动系统包括制动器和汽车离合器，所述制动器包括制动踏板1及第一导轨3，所述第一导轨3上设置有第一滑块4，所述制动踏板1与所述第一滑块4通过制动杆2连接，当踩所述制动踏板1时，所述制动杆2使所述第一滑块4在所述第一导轨上运动，实现车辆的制动。

如图2和图3所示，所述控制制动模块包括电磁离合器11、齿轮齿条传动部件及第二导轨10，所述齿轮齿条传动部件包括套设于汽车的主轴8上的齿轮7及与所述齿轮7连接传动的第一齿条6和第二齿条9，所述电磁离合器11与所述红外探测电路的输出端连接，以通过所述红外探测电路的输出电压控制所述电磁离合器的结合和断开并控制所述齿轮7与所述主轴8的连接和分离，所述第一齿条6通过第一连杆5与所述第一滑块4连接，以控制所述制动杆2在所述第一导轨3上移动；所述第二导轨10上设置有第二滑块15，所述第二齿条9通过第二连杆16与所述第二滑块15连接，以控制所述第二滑块15在所述第二导轨10上移动，所述第二滑块15上设置有弹性触头，所述弹性触头包括触头13及与所述触头连接的弹簧12，所述弹簧12的一端与所述第二滑块15固定，当所述第二滑块15在所述第二导轨10上移动时，所述弹性触头推动或远离所述汽车离合器的分离轴承14。

具体的，设所述设定范围的边界与所述汽车之间的距离为最小可靠距离，即物体一旦进入所述设定范围内，所述汽车就应当刹车。若所述物体进入所述设定范围，所述红外探测电路的输出电压u0＜0，所述输出电压经放大器q放大后触发报警器并同时接通电磁离合器11，电磁离合器11的线圈通电时产生磁力，在磁力的作用下，使其内部衔铁的弹簧片产生变形，动盘与"衔铁"吸合在一起，此时所述电磁离合器11处于结合状态，所述齿轮7随着所述主轴8旋转，与齿轮7啮合的第一齿条6及第二齿条9也跟着运动，第二齿条9运动带动第二滑块15在第二导轨10里运动，与此同时与第二滑块15连接的弹簧12受压，弹簧12相连的触头13推动所述汽车离合器的分离轴承，所述汽车的汽车离合器一般为干摩擦式汽车离合器，飞轮摩擦面与所述汽车离合器的压盘面的摩擦面接触时汽车车轮开始旋转，当所述分离轴承被推入膜片弹簧时，弹簧的内部向汽车离合器的方向移动，弹簧的其他部分反向移动，因压盘和壳体是弹性连接此时所述汽车离合器分离，相当于踩下了汽车离合器踏板。与此同时，所述第一齿条6运动带动所述第一滑块4在第一导轨3里运动，第二连杆5及刹车杆2运动带动制动踏板1向下运动，从而实现制动，相当于踩下了刹车踏板，此时汽车离合器分离，主轴8不再与发动机轴一起旋转，齿轮7停止旋转，齿轮7停止旋转后汽车离合器的膜片弹簧和弹簧柱有恢复弹性变形的趋势，即汽车离合器有啮合的趋势，此时发动机轴的运动有传递给主轴8的趋势，齿轮7将又有重新通过电磁离合器11旋转的趋势，故汽车离合器又有分离的趋势，它们最终达到汽车离合器分离的平衡状态。

若所述物体未进入所述设定范围，则输出电压u0＝0，此时所述电磁离合器11的线圈断电，磁力消失，"衔铁"在弹簧片弹力的作用下弹回，所述电磁离合器11处于分离状态，因而，齿轮7停止旋转，使汽车离合器分离的动力消失，汽车离合器的膜片弹簧恢复弹性变形，分离轴承与膜片弹簧分离，汽车离合器被锁定在飞轮和压盘之间，汽车离合器盘啮合，与此同时第二齿条9因弹簧12有恢复弹性变形反向运动，齿轮7也反向运动，最终带动制动踏板1反向运动，使制动踏板1回到原始状态，即刹车解除，汽车正常前进。

可选的，所述控制制动模块还包括报警器，所述报警器与所述红外探测电路的输出端及所述电磁离合器11连接，当红外探测电路的输出电压u0＜0时，所述报警器开始鸣叫。

如图4所示，在不适宜红外探测模块工作的环境温度时，因所述红外探测模块无法准确的进行检测，可以采用超声波传感模块补充检测，即所述超声波探测模块仅在温度处于所述第二设定范围时才使用，具体的，实时发出超声波，且当所述超声波被所述物体反射后被所述超声波探测模块接收到时，在所述汽车头部安装所述超声波探测模块，所述超声波探测模块包括超声波发送器和超声波接受器，当超声波接受器接受到超声波时，例如当前方障碍物距离汽车大约3米时接通电磁离合器11，从而所述控制制动模块控制汽车制动；当障碍物远离时，电磁离合器11断电，所述控制制动模块控制刹车解除，汽车继续前进。

基于此，本发明还提供了一种汽车防撞系统的使用方法，包括：

s1:确定第一设定范围及第二设定范围；

s2:判断环境温度处于第一设定范围或第二设定范围，当环境温度处于第一设定范围时，红外探测模块实时监控一设定区域，当所述红外探测模块探测到一物体进入所述设定区域时，控制制动模块控制汽车的制动系统开始制动；当环境温度处于第二设定范围时，超声波探测模块实时发出超声波，且当所述超声波被所述物体反射后被所述超声波探测模块接收到时，所述控制制动模块控制所述汽车的制动系统开始制动。

进一步，因为不同的红外探测模块对温度的响应不同，导致不适宜红外探测模块工作的环境温度的范围不同，可以由如下方法确定所述第一设定范围及所述第二设定范围。

首先，设定所述第一热敏电阻r1的时间常数τt为1-50ms，所述物体辐射通量为正弦辐射通量，则所述物体辐射通量φe＝φ0e^jwt，选取较低的工作频率使φe＝φ0e^jwt，则所述第一热敏电阻r1温度变化为其中，α为所述第一热敏电阻r1的吸收系数，g为所述第一热敏电阻r1与环境的导热系数。

将所述物体看作是面光源，设所述第一热敏电阻r1的响应波段为(λ1,λ2)，而对于红外光谱段的大多计算而言，则辐射通量为其中，λ1-λ2为所述第一热敏电阻r1的响应波段，f为热辐射角系数，c1＝2πhc²，c2＝hc/k，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，t’为所述物体的温度，ε为所述物体的发射率，s为所述物体的体积。则可以根据公式w2＝αφe获取所述第一热敏电阻r1与所述物体相距一最小可靠距离时的吸收功率w2，α为所述第一热敏电阻r1的吸收系数。

进一步，由于所述第一热敏电阻r1的最小可探测功率其中，t为环境温度、a为第一热敏电阻r1的接受面积，δf为频带宽度，σ斯特潘-玻尔兹曼系数。可见，所述第一热敏电阻r1的最小可探测功率w1仅与环境温度及具体的器件有关，当吸收功率w2正好等于最小可探测功率w1时，可以找到所述红外探测电路不工作的极限温度点。或者，令所述吸收功率w2大于所述最小可探测功率w1时得出的环境温度的范围为第一设定范围，令所述吸收功率w2小于或等于所述最小可探测功率w1时得出的环境温度的范围为第二设定范围，在第二设定范围内使用所述超声波探测模块即可。

可选的，为了得到所述热辐射角系数，此处提供一种计算方法：

以人为辐射源进行计算，人的皮肤发射率为0.98，体表温度按36℃计算，人的体积为一定值，辐射通量与热辐射角系数成正比例关系，综上，δt与热辐射角系数成正比例关系。如图5所示，假设ab为人的高度，cd分别为第一热敏电阻r1和第二热敏电阻r2的纵向距离，则热辐射角系数图中ab//dc，令ab＝h1，eb＝h2，cd＝h3，ec＝l,且h1-h2＞h3，则根据几何关系式可得出：

对已经安放好的确定的第一热敏电阻r1和第二热敏电阻r2而言，h2和h3已知，由于人的高度在一定的范围内，故h1为一定范围内确定的值，所以通过设定最小可靠距离l可以求出热辐射角系数f，进而求出吸收功率w2。

当然，还可以采用其他的模型计算，此处不再一一举例。

综上，在本发明实施例提供的汽车防撞系统及其使用方法中，在不同的温度下使用红外探测模块及超声波探测模块探测汽车周围的物体，在检测到所述物体时控制所述汽车的制动系统制动，避免由于驾驶人失误、环境光线差或者在转弯时导致汽车发生碰撞，降低了交通事故的发生频率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。