專利名稱：車輛智能主動型安全裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于車輛安全技術與智能控制技術領域，具體涉及一種車輛智能主動型安全裝置。
技術背景現(xiàn)行車輛安全系統(tǒng)如ABS，安全氣囊等均不能實現(xiàn)智能、主動。從本質上講，其功能只能減輕車輛行駛的事故程度，并不能有效的防止事故的發(fā)生。目前也有通過在車上安裝測距裝置來提高車輛的智能安全控制能力的，但只處于進行單一的非人工智能防撞，如防撞系統(tǒng)和防倒車碰撞系統(tǒng)，僅是一個超聲波測距裝置或激光測距裝置，只能防前或防倒車時的碰撞，不能多方位智能化防撞。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術存在的不足，設計了一種車輛智能主動型安全裝置，采取主動方式，能夠預測事故發(fā)生的可能，采取聲、光等信號報警，提醒駕人員注意，并進行人工智能判斷及時采取有效措施，在進入危險區(qū)域后，無論駕駛員采取的措施正確與否，系統(tǒng)均能選取最佳避讓措施，防止或阻止行車事故的發(fā)生。
本實用新型的技術解決方案如下車輛智能主動型安全裝置，包括安裝于車輛前、后、左、右測距裝置，它們的信號分別輸入各自的測距與信號處理單元，各個信號處理單元分別計算并顯示前、后、左、右距離同時判斷危險區(qū)域內是否有障礙物，如果有障礙物則與人工智能控制器通信，人工智能控制器經過模糊化與模糊推理，做出模糊判決，其輸出端分別連接各被控對象。
其中左側、右側和后部的測距與信號處理單元由信號處理模塊、搜索模塊、檢測模塊、距離顯示模塊以及溫度補償和記數(shù)脈沖電路等構成，信號處理模塊主體為PIC16F876單片機，它的I/O端口RC4連接搜索模塊，I/O端口RB0連接檢測模塊，I/O端口RA0連接溫度補償電路，I/O端口RC5、RC6、RC7連接顯示模塊，I/O端口RC0連接記數(shù)脈沖電路；通過其I/O端口Port1與人工智能控制器連接。
搜索模塊中的傳感器可配置超聲波、紅外線傳感器，但必須中心頻率為40KHz；檢測模塊中的傳感器可配置對應超聲波、紅外線傳感器。
前端測距裝置采用激光雷達測距儀，如BJ-1半導體激光測距儀，它通過RS-2 32C標準串行通信接口連接激光、雷達測距信號處理模塊，激光、雷達測距信號處理模塊通過Port1與人工智能控制器連接。
本智能主動安全裝置可據(jù)車輛行駛的環(huán)境和狀態(tài)，檢測前、后、左、右有無靜止或移動的障礙物體，并測量出其方位、距離，若障礙物在安全范圍內，僅有距離顯示；若在不安全范圍內，則有語言報警、紅燈指示，并有避讓措施準備提示駕駛員；若在危險范圍內，除緊急報警外，還將邏輯推理后對車輛油門、駕駛方向盤、剎車系統(tǒng)進行最佳避讓方案自動控制，若此時駕駛員采取應急措施與人工智能控制器的最佳避讓方案一致，駕駛員的操作仍然有效；若此時駕駛人員采取應急措施不當，則將由自動控制系統(tǒng)操縱執(zhí)行人工智能的最佳避讓措施，駕駛人員的操作將無效，以此來實現(xiàn)智能主動型安全控制。


圖1是本智能主動型安全裝置的電路框圖；圖2是本智能主動型安全裝置左側、右側和后部測距與信號處理單元的電路框圖；圖2.1是信號處理模塊的電路原理圖；圖2.2是搜索模塊的電路原理圖；圖2.3是檢測模塊的電路原理圖；圖3是前端激光、雷達測距和信號處理模塊的電路原理圖；圖4是人工智能控制器的原理框圖；具體實施方式
參見圖1，車輛智能主動型安全裝置，它的前端、左側、右側、后端的測距裝置分別安裝于車輛前、后、左、右，它們的信號輸入各自的測距與信號處理單元，測距與信號處理單元計算并顯示障礙物距離同時判斷危險區(qū)域內是否有障礙物，如果有障礙物則與人工智能控制器通信。人工智能控制器的輸出端分別連接各被控對象，包括聲光提示裝置、油門、傳動以及制動裝置。人工智能控制器經過模糊化與模糊推理，做出模糊判決，通過輸出端分別控制各被控對象。
左側、右側和后側的測距與信號處理單元的構成參見圖2包括信號處理模塊、搜索模塊、檢測模塊、距離顯示模塊以及溫度補償和記數(shù)脈沖電路等。信號處理模塊主體為PIC16F876單片機，它的一個I/O端口RC4連接搜索模塊，I/O端口RB0連接檢測模塊，I/O端口RA0連接溫度補償電路，I/O端口RC5、RC6、RC7連接顯示模塊，I/O端口RC0連接記數(shù)脈沖電路；信號處理模塊與激光雷達掃描測距儀采用RS-2 32C串通信接口標準，并通過Port1與人工智能控制器連接。
其電路原理是由信號處理模塊的PIC16F876單片機驅動搜索模塊發(fā)出搜尋信號。檢測模塊檢測到反射回來的搜索信號后進行處理，然后反饋回信號處理模塊。處理模塊PIC16F876單片機判斷有無靜止或移動的障礙物體，計算出距離并溫度補償，然后顯示。若障礙物在安全范圍內，僅有距離顯示；若在不安全范圍內，判斷是進入危險區(qū)域還是緊急區(qū)域，并通過Port1與人工智能模糊控制器通信，以使其聲光報警并采取相應的最佳處理措施。電路采用CMOS集成電路，抗干擾性強，適合在汽車上使用。
激光雷達掃描測距儀與處理單元的通信方式采用RS-232C串行標準接口通信，信號處理與前述類似。
信號處理模塊的具體電路參見圖2.1，其電路工作原理是信號處理模塊主體為PIC16F876單片機。單片機通過I/O端口RC4腳發(fā)出的測距脈沖同時開始計數(shù)，當I/O端口RB0收到脈沖后即停止計數(shù)。計算距離并把溫度補償模塊送過來的溫度信號數(shù)字化，然后補償所計算的距離，并送顯示模塊顯示。同時判斷，若障礙物在安全范圍內，僅有距離顯示；若在不安全范圍內，判斷是進入危險區(qū)域還是緊急區(qū)域，并通過Port1與人工智能模糊控制器通信，以使其聲光報警并采取相應的最佳處理措施。
搜索模塊的具體電路參見圖2.2，反相器U1的輸出端與分頻器U2的時鐘輸入端相連接，分頻器U2的輸出端與分頻器U3的時鐘輸入端相連接，分頻器U3的輸出端與與門U7的一個輸入端相連接，光隔U6的輸入端與信號處理模塊的I/O端口RC4相連接，輸出端與與門U7的另一個輸入端連接，與門U7的輸出端與搜索傳感器相連。搜索模塊的電路工作原理是4M晶振Y1經電容C1、電容C2和電阻R1與反相器U1起振后得到4M方波。4M方波從反相器U1的第4腳輸出，送至分頻器U2的計數(shù)脈沖CLK端作為計數(shù)時鐘。此處使用U2是因為其CO(CARRY OUT)端輸出剛好是CLK的10分頻(頻率為400KHz)，而且其輸出波形高電平占空比為50％，有利于后面的再分頻。同樣再經過分頻器U3的10分頻后，得到40KHz的高電平占空比為50％的方波并送入與門U7的第1腳等待。信號處理模塊PIC16F876單片機的I/O端口RC4與搜索模塊的RC4相連，PIC16F876單片機發(fā)出的測距脈沖至RC4后，經過電阻R8的上拉作用后驅動光隔U6導通，經過電阻R2的上拉，使與門U7的第2腳輸入高電平，打開與門U7從其第3腳發(fā)送正在等待的40KHz測距脈沖，從而驅動中心頻率為40KHz的搜索傳感器發(fā)出搜尋超聲波或紅外光波。此電路采用4M晶振和2個U2作為測距脈沖發(fā)生電路，其最突出的優(yōu)點是非常穩(wěn)定，嚴格保持頻率為所需的40KHz，抗干擾能非常強，其輸出40KHz的脈沖高電平占空為50％，對搜索傳感器的驅動能力強，有效的延長了所能測的距離。
檢測模塊的具體電路參見圖2.3，反相器U8的輸入端與檢測傳感器相連，輸出端與放大器U9輸入端相連，放大器U9的輸出端與比較器U10輸入端相連，比較器U10的輸出端與整形器U11的輸入端相連，整形器U11的輸出端與信號處理模塊的I/O端口RB0相連。檢測模塊電路工作原理是檢測傳感器接受到搜尋信號后送至電阻R6再至反相器U8的第1腳和電阻R7進行初級放大。放大后的信號從反相器U8的第7腳輸出，經過電容C9和電容C1 0組成的中心頻率為40KHz的帶通濾波器后送至放大器U9進行二次放大。經過放大器U9的二次放大后由其OUT腳輸出放大后的信號至比較器U10的第3腳。信號從比較器U10的OUT腳出來后，經過電容C11濾掉直流成分，輸入至整形器U11的第1腳，經過整形后從第4腳輸出至信號處理模塊PIC16F876單片機I/O端口RB0腳產生中斷，使PIC16F876單片機停止計數(shù)。此電路采用反相器U8和電阻R6、R7構成的初級放大器，適合反射波的微弱信號放大，輸入阻抗高，性能穩(wěn)定。比較器U10的使用，很好的解決了搜索波沒有經過反射物直接傳送到檢測傳感器的干擾問題。
其中，搜索模塊中的傳感器可配置超聲波、紅外線傳感器，但必須中心頻率為40KHz，如UCM-40T，SE303等；檢測模塊中的傳感器可配置對應超聲波、紅外線傳感器，如UCM-40R，PH302等，中心頻率必須為40KHz。
前端激光、雷達測距信號處理電路參見圖3，單片機PIC16F876通過串行標準接口RS-232C與激光雷達測距儀通信，獲得車輛與障礙物的距離，同時判斷障礙物是否在安全范圍內，若不在安全范圍內，通過Portl與人工智能模糊控制器通信，以使其聲光報警并采取相應的最佳處理措施。激光雷達測距儀可配置BJ-1半導體激光測距儀等。
而關于“人工智能控制器”部分已在“電動汽車模糊控制器”中申報實用新型專利并獲授權，專利號為ZL01214493.2，其結構框圖如圖4所示。
車輛智能主動型安全裝置的各部分安裝時，不同的車型可根據(jù)實際情況進行安裝，例如采用螺紋連接固定的辦法分別將傳感器固定在車體的前后左右，此部分由汽車生產廠家根據(jù)實際情況完成，需要注意的是，安裝好后傳感器的發(fā)射和接受面不能被遮蓋住，否則影響正常工作。
權利要求1.車輛智能主動型安全裝置，其特征在于包括安裝于車輛前、后、左、右測距裝置，它們的信號分別輸入各自的測距與信號處理單元，測距與信號處理單元再將信號輸入到人工智能控制器，人工智能控制器的輸出分別連接各被控對象。
2.根據(jù)權利要求1所述的車輛智能主動型安全裝置，其特征在于左、右和后測距與信號處理單元由信號處理模塊、搜索模塊、檢測模塊、距離顯示模塊以及溫度補償和記數(shù)脈沖電路等構成，信號處理模塊主體為PIC16F876單片機，它的I/O端口RC4連接搜索模塊，I/O端口RB0連接檢測模塊，I/O端口RA0連接溫度補償電路，I/O端口RC5、RC6、RC7連接顯示模塊，I/O端口RC0連接記數(shù)脈沖電路；信號處理模塊與激光雷達掃描測距儀采用RS-232C串行標準接口通信，并通過Port1與人工智能控制器連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的車輛智能主動型安全裝置，其特征在于搜索模塊的傳感器可配置超聲波傳感器、紅外線傳感器，中心頻率必須為40KHz；檢測模塊的傳感器可配置對應超聲波傳感器、紅外線傳感器，中心頻率也必須為40KHz。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的車輛智能主動型安全裝置，其特征在于前端的測距裝置采用激光雷達測距儀，通過串行接口與激光、雷達測距信號處理模塊連接通信。
專利摘要車輛智能主動型安全裝置，包括安裝于車輛前、后、左、右測距裝置，它們的信號分別輸入各自的測距與信號處理單元，各個信號處理單元分別計算并顯示前、后、左、右距離同時判斷危險區(qū)域內是否有障礙物，如果有障礙物則與人工智能控制器通信，人工智能控制器經過模糊化與模糊推理，做出模糊判決，其輸出端分別連接各被控對象。本裝置的優(yōu)點是采取主動方式，根據(jù)車輛行駛的環(huán)境和狀態(tài)，在線檢測前、后、左、右的障礙物情況，進行智能判斷，預測事故發(fā)生的可能，選擇有效的避讓或防御措施，防止或阻止行車事故的發(fā)生，從而保證車輛的安全行駛。
文檔編號B60R21/01GK2607295SQ03233589
公開日2004年3月24日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權日2003年3月17日
發(fā)明者萬沛霖, 李山, 張志遠, 陳渝光, 肖蕙蕙, 陳旭川, 曾憲文 申請人:重慶工學院