車輛輔助駕駛主動限速控制系統的製作方法

2023-10-27 15:19:22 1

車輛輔助駕駛主動限速控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開的一種車輛輔助駕駛主動限速控制系統屬於道路運輸車輛的主動安全控制系統，包括主控制器，陀螺儀傳感器，位移傳感器和車速傳感器，所述陀螺儀傳感器、位移傳感器和車速傳感器的電信號連接在主控制器的輸入端；還包括步進電機、凸輪和與車輛自身制動總泵並聯的輔助制動泵，所述凸輪連接在步進電機的輸出軸上，該凸輪與輔助制動泵的制動推桿滑動連接，所述步進電機由主控制器脈衝信號控制；本發明用於道路運輸車輛上，其有益之處在於，本發明的限速系統能夠依靠本地對車輛在不同路況運行姿態進行實時監控，並能實現車輛的主動限速控制與安全預警。
【專利說明】車輛輔助駕駛主動限速控制系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及道路運輸車輛的安全控制系統，具體涉及車輛輔助駕駛主動限速控制 系統。

【背景技術】
[0002] 隨著改革開放的快速發展，車輛的普及程度也在增加，但同時交通事故頻發，其 中，由於車輛超速行駛引發的交通事故佔事故總數的41. 5%，車輛超速行駛依然是造成重 大交通事故的頭號殺手。
[0003] 目前，國內外有關車輛限速的研究大都集中在被動限速策略上，如通過道路限速 標誌、GPS導航提醒駕駛員注意超速駕駛等。為了有效控制和預防道路運輸車輛超速行駛， 國家相關管理部門、運輸企業均採取了一定措施，比如在道路上設定路段限速標誌、運輸企 業在運營車輛上裝備GPS定位超速報警器等，但是由於駕駛員的不作為、限速標誌的不科 學，或由於衛星信號覆蓋不全面、定位不準確等原因使得GPS定位檢測的路況信息不能隨 時準確的給予反饋等多方面的影響，導致車輛限速效果並不太明顯。
[0004] 車輛在路上超速，不管駕駛員是否是主觀故意都是一種很危險的車輛行駛狀態， 特別是在山區複雜道路，駕駛員有些情況下沒有充足的時間進行定量或定性地認知、分析 和決策，不能對行車安全作出準確的判斷和及時正確的操作。如果能夠在人、車、路的綜合 信息中辨識是否存在行車安全隱患，研究一種能夠主動、有效地對車輛在直線（平直線）、 彎道（平曲線）、長大下坡、坡彎路段等各種路況下行車進行安全狀態主動識別和主動限速 的車輛輔助駕駛主動限速控制系統是非常必要。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於提供一種能通過本地系統實時識別車輛行駛安全狀態，並能進 行主動限速和安全預警的限速控制系統。
[0006] 為了實現上述目的，本申請提出的技術方案是：車輛輔助駕駛主動限速控制系統， 其特徵在於：包括主控制器，採集單元和執行機構；所述採集單元包括採集車輛側向加速 度、縱向加速度和車輛俯仰角的陀螺儀傳感器，採集制動踏板位置信號的位移傳感器和採 集車速信號的車速傳感器，所述陀螺儀傳感器安裝在底盤上位於車輛的重心處，所述車速 傳感器安裝在車輛變速器的輸出軸上，所述陀螺儀傳感器、位移傳感器和車速傳感器的電 信號連接在主控制器的輸入端，所述執行機構連接在主控制器的信號輸出端；所述執行機 構包括步進電機、凸輪和與車輛自身制動總泵並聯的輔助制動泵，所述凸輪連接在步進電 機的輸出軸上，該凸輪外圈與輔助制動泵的制動推桿相抵接觸；主控器內設置有限速控制 模型，所述控制模型包括平直路段控制模型、平路彎道路段控制模型、直下坡路段控制模型 和彎坡路段控制模型；主控制器判斷路況的方法為：陀螺儀傳感器採集的側向加速度小於 彎坡路段控制模型啟動閾值和車輛俯仰角也小於直下坡路段控制模型閾值，主控制器判 斷此時車輛處於平直路段；陀螺儀傳感器採集的側向加速度大於彎坡路段控制模型啟動 閾值，車輛俯仰角小於直下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處於平路彎道 路段；陀螺儀傳感器採集的側向加速度小於彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角大於 直下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處於直下坡路段；陀螺儀傳感器採集 的側向加速度大於彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角大於直下坡路段控制模型閾值 時，主控制器判斷此時車輛處於彎坡路段；所述平直線路段控制模型內設置有平直路段目 標容許速度，主控制器根據平直路段目標容許速度與實際車速之間的差值確定減速度，將 減速度換算成驅動步進電機的脈衝信號；通過陀螺儀傳感器測得側向加速度，得到車輛的 轉彎半徑，所述平路彎道路段控制模型內設置有轉彎半徑對應的平路彎道路段目標容許速 度，主控制器根據平路彎道路段目標容許速度與實際車速之間的差值來確定車輛的減速 度，主控制器通過減速度換算成驅動步進電機的脈衝信號；通過陀螺儀傳感器測得俯仰角 信號，得到對應坡度大小，主控制器根據坡度大小確定坡長，由坡長來確定需要減速的安全 距離，所述直下坡路段控制模型內設置有安全距離對應的直下坡路段目標容許速度，主控 制器根據直下坡路段目標容許速度與實際車速之間的差值來確定車輛的減速度，主控制器 通過減速度換算成驅動步進電機的脈衝信號；通過陀螺儀傳感器測得俯仰角信號和側向加 速度信號，分別進入平路彎道路段控制模型和直下坡路段控制模型內計算，將兩個控制模 型中較小的目標容許值作為下坡彎道路段目標容許值，主控制器根據下坡彎道路段目標容 許速度與實際車速之間的差值來確定車輛的減速度，再由減速度換算成驅動步進電機的脈 衝信號。
[0007] 本發明的優點在於：利用陀螺儀等傳感器和車輛自身的傳感系統對車輛行駛狀 態進行檢測，並且利用本地控制器建立不同路況下的車輛目標容許車速的控制模型，通過 凸輪機構驅動與車輛自身制動總泵並聯的輔助制動泵工作執行主動限速，整套設備便於安 裝、對車輛其它系統的影響較小。整個限速系統在不依賴GPS導航系統的情況下，能夠實時 識別車輛在不同路況的行駛安全狀態，在駕駛員未採取制動操作的情況下，實現對車輛的 主動限速控制，能有效避免GPS超速報警後駕駛員未採取操作、衛星信號覆蓋不全、定位不 準等限速方案的缺點，為駕駛員提供了有效的駕駛輔助。
[0008] 所述車速一是通過安裝在車輛變速器輸出軸上的車速傳感器採集，然後按一定減 速比和車輪半徑轉換得到車速，車速傳感器通常使用磁電傳感器。二是直接通過can總線 採集車輛裡程表的車速信號。
[0009] 所述凸輪上設置有霍爾傳感器，霍爾傳感器的信號端和主控制器電信號連接，其 目的是用於確定凸輪轉角零點位置。
[0010] 所述主控制器的輸出端還設置有報警器、操作鍵盤和顯示器；當車輛需要限速前， 先進行語音報警，顯示器顯示當前車輛的行駛安全狀態，使得駕駛者能夠對車況有直觀的 掌握。
[0011] 所述主控制器的輸入端還連接有用於測量ABS系統是否工作的ABS傳感器。一般 車輛都會有測量ABS系統的傳感器，本系統可以直接利用該傳感器進行信號的採集。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1 :為本實施例的車輛輔助駕駛主動限速控制系統原理框圖；
[0013] 圖2 :為本實施例的車輛輔助駕駛主動限速控制系統的控制流程圖；
[0014] 圖3 :為本實施例的車輛輔助駕駛主動限速控制系統的執行機構。

【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明：
[0016] 車輛行車安全狀態的判斷會考慮車輛側向加速度、轉彎半徑、坡長、坡度、氣候、道 路溫度、車輛載重量、車輛結構參數；由於氣候、溫度、載重量對系統影響較小，主要考慮道 路的坡度、坡長、軌跡曲率半徑以及側向加速度的影響。
[0017] 如圖1所示為本發明實現的原理圖，車輛輔助駕駛主動限速控制系統，包括主控 制器，採集單元和執行機構，所述採集單元包括採集車輛側向加速度、縱向加速度和車輛俯 仰角的MEMS陀螺儀傳感器、採集制動踏板位置信號的位移傳感器和採集車速信號的車速 傳感器，MEMS陀螺儀傳感器安裝在車輛底盤的重心處，位移傳感器安裝在制動踏板底部，車 速傳感器安裝在車輛變速器的輸出軸上，陀螺儀傳感器、位移傳感器和車速傳感器電信號 連接在主控制器的輸入端。所述主控制器根據採集的信號識別車輛運行姿態和道路狀況， 並根據相應的控制策略，輸出適當的脈衝信號驅動執行機構工作。所述執行機構包括步進 電機、凸輪和與車輛自身制動總泵並聯的輔助制動泵，所述凸輪連接在步進電機的輸出軸 上，該凸輪與輔助制動泵的制動推桿滑動連接，驅動制動總泵工作對車輛實施輔助制動，所 述步進電機的驅動器由主控制器輸出端輸出脈衝信號控制。
[0018] 信號採集單元包括，車速傳感器採集車速信號，陀螺儀傳感器採集車輛側向加速 度、縱向加速度和車輛俯仰角信號，ABS傳感器檢測ABS系統是否工作，制動踏板位移傳感 器檢測駕駛員是否踩踏板。
[0019] 主控制器首先判斷駕駛員是否踩下踏板、ABS系統有沒有工作。如果車輛一旦出 現超速，而駕駛員未踩下踏板、ABS系統也沒有工作情況下，主動控制速度系統開始工作，主 控制器根據車速信號、車輛側向加速度、縱向加速度和車輛俯仰角信號，識別車輛的運行姿 態和道路狀況，根據車輛的運行姿態和路況，通過模糊控制策略與算法輸出適當的脈衝信 號來驅動執行機構工作，實現限速。
[0020] 如圖2所示為本發明的控制邏輯圖，首先進行初始車況檢測，通過節氣門傳感器 判斷發動機是否啟動，啟動後給控制電路上電，進行初始速度的檢測，即對車輛是否啟動做 一次判斷。當車輛達到正常行駛速度後，各個傳感器進行車輛行駛狀態的檢測，通過各個傳 感器檢測到的車速信號、車輛側向加速度、縱向加速度和車輛俯仰角信號等，分析車輛處於 哪種行駛狀態及道路狀況，針對車輛處於不同行駛狀態及路況，將現行速度與控制模型中 預設的容許目標速度進行比對，一旦超速，主控制器根據超速值對應計算出步進電機的轉 動角度；與此同時，對駕駛員是否已經採取了制動措施進行判斷，在沒有採取制動措施的情 況下，驅動步進電機工作，通過凸輪機構驅動與車輛自身制動總泵並聯的輔助制動泵工作， 實施輔助制動；當車輛速度減緩到低於容許目標速度設定值後，步進電機和凸輪機構回位， 使得車速維持在安全行駛速度範圍。
[0021] 如圖3所示的執行機構包括步進電機、凸輪和與車輛自身制動總泵並聯的輔助制 動泵，所述凸輪連接在步進電機的輸出軸上，該凸輪與輔助制動泵的制動推桿滑動連接，所 述步進電機的驅動器由主控制器控制，根據主控制器輸出的脈衝信號驅動步進電機1，從而 帶動凸輪3轉動，使得凸輪3推動輔助制動泵的制動推桿4,制動推桿4最大行程為9. 15_， 但制動推桿4行程應小於總行程，保證制動安全。根據本文設計的制動減速度要求，結合駕 駛經驗，只需要推桿的最大行程為6mm，既取凸輪偏心距為3mm，這樣能保證推桿達到最大 行程時，車輛既不會剎死，又能提供滿足制動要求的減速度值。
[0022] 下面是分別對每種路況信號進行採集和怎麼得到車輛行駛安全狀態信息進行的 說明：對於平直線道路、平曲線道路、長直下坡道路與彎坡組合道路四種工況，需要通過傳 感器採集的數據來判斷，而判斷這幾種路況下的車輛行駛安全狀態至少需要對車速信號、 道路彎道信號和坡度信號進行採集。
[0023] 對於車速信號：本實施例中直接通過can總線採集車輛裡程表的車速信號。
[0024] 對於道路彎道信號：通過車輛轉彎信號近似得到，車輛轉彎信號通過側向加速度 和車速信號計算得到。利用陀螺儀傳感器測量側向加速度的功能，配合車速信號得出車輛 轉彎半徑，通過車輛轉彎半徑估算得到道路彎道信號。一般情況下，汽車最大側向加速度也 就在2g?3g左右，因此陀螺儀傳感器測量側向加速度的量程最大只需選取±5g。
[0025] 對於坡度信號：道路坡度近似等於車輛運行方向與水平面的夾角，即車輛俯仰 角。在車輛的重心處安裝陀螺儀傳感器，利用陀螺儀中測量傾角的功能對車輛俯仰角進 行測量，即測到車輛所處道路的坡度。因為地形、氣候、資金等多方面的影響，道路坡度可 能比設計坡度大，但不會超過50°以上，因此陀螺儀傳感器測量傾角的量程最大只需選取 ±50°。
[0026] 主控制器中針對這四種不同路況設置有具體的車輛容許目標速度資料庫，具體分 為平直線道路、平曲線道路、下坡彎道路資料庫，比如：當陀螺儀傳感器測得的車輛俯仰角 值和側向加速度值小於設定值則說明車輛行駛在平直線道路上；此時進入平直線道路數據 庫進行對比，即根據當前車輛行駛速度與資料庫中容許目標速度的差值，來判斷採用不同 的減速度。
[0027] 車輛主動限速系統的控制目標是把車輛的速度控制在系統給出的限速值附近，根 據實際情況，容許目標速度閾值取值範圍可以選定為[30, 125](單位為km/h)，限速閾值與 實際車速的差值，這裡選定為[-25, 0]，超過的當-25km/h進行超速處理。
[0028] 對於直道情況：只需要考慮車速對車輛的影響，判斷當前車輛是否超速，超速 則發出語音提示並給出步進電機的控制信號。根據實際駕駛經驗，直道的減速度設定為 [-1. 5,0](單位：m/s2)。二級公路上車速從100km/h降到80km/h所用時間大約在6s? 7s，車輛行駛的距離約在120m?160m，對於設計速度為80km/h的二級公路，減速度設定為 [-1. 5,0](單位：m/s2)也是合理的。
[0029] 對於彎道情況：首先通過公式1:

【權利要求】
1. 車輛輔助駕駛主動限速控制系統，其特徵在於：包括主控制器，採集單元和執行機 構；所述採集單元包括採集車輛側向加速度、縱向加速度和車輛俯仰角的陀螺儀傳感器，採 集制動踏板位置信號的位移傳感器和採集車速信號的車速傳感器，所述陀螺儀傳感器安裝 在底盤上位於車輛的重心處，所述車速傳感器安裝在車輛變速器的輸出軸上，所述陀螺儀 傳感器、位移傳感器和車速傳感器的電信號連接在主控制器的輸入端，所述執行機構連接 在主控制器的信號輸出端；所述執行機構包括步進電機、凸輪和與車輛自身制動總泵並聯 的輔助制動泵，所述凸輪連接在步進電機的輸出軸上，該凸輪外圈與輔助制動泵的制動推 杆相抵接觸； 主控器內設置有限速控制模型，所述控制模型包括平直路段控制模型、平路彎道路段 控制模型、直下坡路段控制模型和彎坡路段控制模型； 主控制器判斷路況的方法為： 陀螺儀傳感器採集的側向加速度小於彎坡路段控制模型啟動閾值和車輛俯仰角也小 於直下坡路段控制模型閾值，主控制器判斷此時車輛處於平直路段； 陀螺儀傳感器採集的側向加速度大於彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角小於直 下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處於平路彎道路段； 陀螺儀傳感器採集的側向加速度小於彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角大於直 下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處於直下坡路段； 陀螺儀傳感器採集的側向加速度大於彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角大於直 下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處於彎坡路段； 所述平直線路段控制模型內設置有平直路段目標容許速度，主控制器根據平直路段 目標容許速度與實際車速之間的差值確定減速度，將減速度換算成驅動步進電機的脈衝信 號； 通過陀螺儀傳感器測得側向加速度，得到車輛的轉彎半徑，所述平路彎道路段控制模 型內設置有轉彎半徑對應的平路彎道路段目標容許速度，主控制器根據平路彎道路段目標 容許速度與實際車速之間的差值來確定車輛的減速度，主控制器通過減速度換算成驅動步 進電機的脈衝信號； 通過陀螺儀傳感器測得俯仰角信號，得到對應坡度大小，主控制器根據坡度大小確定 坡長，由坡長來確定需要減速的安全距離，所述直下坡路段控制模型內設置有安全距離對 應的直下坡路段目標容許速度，主控制器根據直下坡路段目標容許速度與實際車速之間的 差值來確定車輛的減速度，主控制器通過減速度換算成驅動步進電機的脈衝信號； 通過陀螺儀傳感器測得俯仰角信號和側向加速度信號，分別進入平路彎道路段控制模 型和直下坡路段控制模型內計算，將兩個控制模型中較小的目標容許值作為下坡彎道路段 目標容許值，主控制器根據下坡彎道路段目標容許速度與實際車速之間的差值來確定車輛 的減速度，再由減速度換算成驅動步進電機的脈衝信號。
2. 根據權利要求1所述的車輛輔助駕駛主動限速控制系統，其特徵在於：所述直路段 的減速度範圍是[-1.5,0]m/s2,平路彎道的減速度範圍是[-2.5,0]m/s 2,直下坡及彎坡路 段的減速度範圍是[-3. 5,0]m/s2。
3. 根據權利要求2所述的車輛輔助駕駛主動限速控制系統，其特徵在於：所述凸輪上 設置有確定凸輪轉角零點位置的霍爾傳感器，霍爾傳感器的信號端與主控制器電信號連 接。
4. 根據權利要求3所述的車輛輔助駕駛主動限速控制系統，其特徵在於：所述主控制 器的輸出端還設置有報警器和顯示器。
5. 根據權利要求4所述的車輛輔助駕駛主動限速控制系統，其特徵在於：所述主控制 器的輸入端還連接有用於測量ABS系統是否工作的ABS傳感器。
【文檔編號】B60K31/02GK104085305SQ201410359405
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】束海波, 李本旺, 邵毅明, 鄧天民 申請人:重慶交通大學