車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)屬于道路運(yùn)輸車輛的主動安全控制系統(tǒng)，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(jìn)電機(jī)、凸輪和與車輛自身制動總泵并聯(lián)的輔助制動泵，所述凸輪連接在步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)由主控制器脈沖信號控制；本發(fā)明用于道路運(yùn)輸車輛上，其有益之處在于，本發(fā)明的限速系統(tǒng)能夠依靠本地對車輛在不同路況運(yùn)行姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并能實(shí)現(xiàn)車輛的主動限速控制與安全預(yù)警。
【專利說明】車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及道路運(yùn)輸車輛的安全控制系統(tǒng)，具體涉及車輛輔助駕駛主動限速控制 系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著改革開放的快速發(fā)展，車輛的普及程度也在增加，但同時交通事故頻發(fā)，其 中，由于車輛超速行駛引發(fā)的交通事故占事故總數(shù)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(nèi)外有關(guān)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(biāo)志、GPS導(dǎo)航提醒駕駛員注意超速駕駛等。為了有效控制和預(yù)防道路運(yùn)輸車輛超速行駛， 國家相關(guān)管理部門、運(yùn)輸企業(yè)均采取了一定措施，比如在道路上設(shè)定路段限速標(biāo)志、運(yùn)輸企 業(yè)在運(yùn)營車輛上裝備GPS定位超速報警器等，但是由于駕駛員的不作為、限速標(biāo)志的不科 學(xué)，或由于衛(wèi)星信號覆蓋不全面、定位不準(zhǔn)確等原因使得GPS定位檢測的路況信息不能隨 時準(zhǔn)確的給予反饋等多方面的影響，導(dǎo)致車輛限速效果并不太明顯。
[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(tài)， 特別是在山區(qū)復(fù)雜道路，駕駛員有些情況下沒有充足的時間進(jìn)行定量或定性地認(rèn)知、分析 和決策，不能對行車安全作出準(zhǔn)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(jìn)行安全狀態(tài)主動識別和主動限速 的車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)是非常必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能通過本地系統(tǒng)實(shí)時識別車輛行駛安全狀態(tài)，并能進(jìn) 行主動限速和安全預(yù)警的限速控制系統(tǒng)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)岢龅募夹g(shù)方案是：車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)， 其特征在于：包括主控制器，采集單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述采集單元包括采集車輛側(cè)向加速 度、縱向加速度和車輛俯仰角的陀螺儀傳感器，采集制動踏板位置信號的位移傳感器和采 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于車輛的重心處，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(zhí)行機(jī)構(gòu)連接在主控制器的信號輸出端；所述執(zhí)行機(jī) 構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、凸輪和與車輛自身制動總泵并聯(lián)的輔助制動泵，所述凸輪連接在步進(jìn)電 機(jī)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(nèi)設(shè)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：陀螺儀傳感器采集的側(cè)向加速度小于 彎坡路段控制模型啟動閾值和車輛俯仰角也小于直下坡路段控制模型閾值，主控制器判 斷此時車輛處于平直路段；陀螺儀傳感器采集的側(cè)向加速度大于彎坡路段控制模型啟動 閾值，車輛俯仰角小于直下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處于平路彎道 路段；陀螺儀傳感器采集的側(cè)向加速度小于彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角大于 直下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處于直下坡路段；陀螺儀傳感器采集 的側(cè)向加速度大于彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角大于直下坡路段控制模型閾值 時，主控制器判斷此時車輛處于彎坡路段；所述平直線路段控制模型內(nèi)設(shè)置有平直路段目 標(biāo)容許速度，主控制器根據(jù)平直路段目標(biāo)容許速度與實(shí)際車速之間的差值確定減速度，將 減速度換算成驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號；通過陀螺儀傳感器測得側(cè)向加速度，得到車輛的 轉(zhuǎn)彎半徑，所述平路彎道路段控制模型內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)彎半徑對應(yīng)的平路彎道路段目標(biāo)容許速 度，主控制器根據(jù)平路彎道路段目標(biāo)容許速度與實(shí)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(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號；通過陀螺儀傳感器測得俯仰角 信號，得到對應(yīng)坡度大小，主控制器根據(jù)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(nèi)設(shè)置有安全距離對應(yīng)的直下坡路段目標(biāo)容許速度，主控 制器根據(jù)直下坡路段目標(biāo)容許速度與實(shí)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(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號；通過陀螺儀傳感器測得俯仰角信號和側(cè)向加 速度信號，分別進(jìn)入平路彎道路段控制模型和直下坡路段控制模型內(nèi)計算，將兩個控制模 型中較小的目標(biāo)容許值作為下坡彎道路段目標(biāo)容許值，主控制器根據(jù)下坡彎道路段目標(biāo)容 許速度與實(shí)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(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈 沖信號。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：利用陀螺儀等傳感器和車輛自身的傳感系統(tǒng)對車輛行駛狀 態(tài)進(jìn)行檢測，并且利用本地控制器建立不同路況下的車輛目標(biāo)容許車速的控制模型，通過 凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動與車輛自身制動總泵并聯(lián)的輔助制動泵工作執(zhí)行主動限速，整套設(shè)備便于安 裝、對車輛其它系統(tǒng)的影響較小。整個限速系統(tǒng)在不依賴GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的情況下，能夠?qū)崟r 識別車輛在不同路況的行駛安全狀態(tài)，在駕駛員未采取制動操作的情況下，實(shí)現(xiàn)對車輛的 主動限速控制，能有效避免GPS超速報警后駕駛員未采取操作、衛(wèi)星信號覆蓋不全、定位不 準(zhǔn)等限速方案的缺點(diǎn)，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采集，然后按一定減 速比和車輪半徑轉(zhuǎn)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 采集車輛里程表的車速信號。
[0009] 所述凸輪上設(shè)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 目的是用于確定凸輪轉(zhuǎn)角零點(diǎn)位置。
[0010] 所述主控制器的輸出端還設(shè)置有報警器、操作鍵盤和顯示器；當(dāng)車輛需要限速前， 先進(jìn)行語音報警，顯示器顯示當(dāng)前車輛的行駛安全狀態(tài)，使得駕駛者能夠?qū)嚊r有直觀的 掌握。
[0011] 所述主控制器的輸入端還連接有用于測量ABS系統(tǒng)是否工作的ABS傳感器。一般 車輛都會有測量ABS系統(tǒng)的傳感器，本系統(tǒng)可以直接利用該傳感器進(jìn)行信號的采集。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1 :為本實(shí)施例的車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)原理框圖；
[0013] 圖2 :為本實(shí)施例的車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)的控制流程圖；
[0014] 圖3 :為本實(shí)施例的車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：
[0016] 車輛行車安全狀態(tài)的判斷會考慮車輛側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)彎半徑、坡長、坡度、氣候、道 路溫度、車輛載重量、車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)；由于氣候、溫度、載重量對系統(tǒng)影響較小，主要考慮道 路的坡度、坡長、軌跡曲率半徑以及側(cè)向加速度的影響。
[0017] 如圖1所示為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的原理圖，車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)，包括主控 制器，采集單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述采集單元包括采集車輛側(cè)向加速度、縱向加速度和車輛俯 仰角的MEMS陀螺儀傳感器、采集制動踏板位置信號的位移傳感器和采集車速信號的車速 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(jù)采集的信號識別車輛運(yùn)行姿態(tài)和道路狀況， 并根據(jù)相應(yīng)的控制策略，輸出適當(dāng)?shù)拿}沖信號驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括步進(jìn) 電機(jī)、凸輪和與車輛自身制動總泵并聯(lián)的輔助制動泵，所述凸輪連接在步進(jìn)電機(jī)的輸出軸 上，該凸輪與輔助制動泵的制動推桿滑動連接，驅(qū)動制動總泵工作對車輛實(shí)施輔助制動，所 述步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器由主控制器輸出端輸出脈沖信號控制。
[0018] 信號采集單元包括，車速傳感器采集車速信號，陀螺儀傳感器采集車輛側(cè)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(tǒng)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(tǒng)有沒有工作。如果車輛一旦出 現(xiàn)超速，而駕駛員未踩下踏板、ABS系統(tǒng)也沒有工作情況下，主動控制速度系統(tǒng)開始工作，主 控制器根據(jù)車速信號、車輛側(cè)向加速度、縱向加速度和車輛俯仰角信號，識別車輛的運(yùn)行姿 態(tài)和道路狀況，根據(jù)車輛的運(yùn)行姿態(tài)和路況，通過模糊控制策略與算法輸出適當(dāng)?shù)拿}沖信 號來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，實(shí)現(xiàn)限速。
[0020] 如圖2所示為本發(fā)明的控制邏輯圖，首先進(jìn)行初始車況檢測，通過節(jié)氣門傳感器 判斷發(fā)動機(jī)是否啟動，啟動后給控制電路上電，進(jìn)行初始速度的檢測，即對車輛是否啟動做 一次判斷。當(dāng)車輛達(dá)到正常行駛速度后，各個傳感器進(jìn)行車輛行駛狀態(tài)的檢測，通過各個傳 感器檢測到的車速信號、車輛側(cè)向加速度、縱向加速度和車輛俯仰角信號等，分析車輛處于 哪種行駛狀態(tài)及道路狀況，針對車輛處于不同行駛狀態(tài)及路況，將現(xiàn)行速度與控制模型中 預(yù)設(shè)的容許目標(biāo)速度進(jìn)行比對，一旦超速，主控制器根據(jù)超速值對應(yīng)計算出步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn) 動角度；與此同時，對駕駛員是否已經(jīng)采取了制動措施進(jìn)行判斷，在沒有采取制動措施的情 況下，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作，通過凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動與車輛自身制動總泵并聯(lián)的輔助制動泵工作， 實(shí)施輔助制動；當(dāng)車輛速度減緩到低于容許目標(biāo)速度設(shè)定值后，步進(jìn)電機(jī)和凸輪機(jī)構(gòu)回位， 使得車速維持在安全行駛速度范圍。
[0021] 如圖3所示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、凸輪和與車輛自身制動總泵并聯(lián)的輔助制 動泵，所述凸輪連接在步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器由主控制器控制，根據(jù)主控制器輸出的脈沖信號驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)1，從而 帶動凸輪3轉(zhuǎn)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(yīng)小于總行程，保證制動安全。根據(jù)本文設(shè)計的制動減速度要求，結(jié)合駕 駛經(jīng)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(dá)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(jìn)行采集和怎么得到車輛行駛安全狀態(tài)信息進(jìn)行的 說明：對于平直線道路、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 感器采集的數(shù)據(jù)來判斷，而判斷這幾種路況下的車輛行駛安全狀態(tài)至少需要對車速信號、 道路彎道信號和坡度信號進(jìn)行采集。
[0023] 對于車速信號：本實(shí)施例中直接通過can總線采集車輛里程表的車速信號。
[0024] 對于道路彎道信號：通過車輛轉(zhuǎn)彎信號近似得到，車輛轉(zhuǎn)彎信號通過側(cè)向加速度 和車速信號計算得到。利用陀螺儀傳感器測量側(cè)向加速度的功能，配合車速信號得出車輛 轉(zhuǎn)彎半徑，通過車輛轉(zhuǎn)彎半徑估算得到道路彎道信號。一般情況下，汽車最大側(cè)向加速度也 就在2g?3g左右，因此陀螺儀傳感器測量側(cè)向加速度的量程最大只需選取±5g。
[0025] 對于坡度信號：道路坡度近似等于車輛運(yùn)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(jìn) 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(shè)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(shè)置有具體的車輛容許目標(biāo)速度數(shù)據(jù)庫，具體分 為平直線道路、平曲線道路、下坡彎道路數(shù)據(jù)庫，比如：當(dāng)陀螺儀傳感器測得的車輛俯仰角 值和側(cè)向加速度值小于設(shè)定值則說明車輛行駛在平直線道路上；此時進(jìn)入平直線道路數(shù)據(jù) 庫進(jìn)行對比，即根據(jù)當(dāng)前車輛行駛速度與數(shù)據(jù)庫中容許目標(biāo)速度的差值，來判斷采用不同 的減速度。
[0027] 車輛主動限速系統(tǒng)的控制目標(biāo)是把車輛的速度控制在系統(tǒng)給出的限速值附近，根 據(jù)實(shí)際情況，容許目標(biāo)速度閾值取值范圍可以選定為[30, 125](單位為km/h)，限速閾值與 實(shí)際車速的差值，這里選定為[-25, 0]，超過的當(dāng)-25km/h進(jìn)行超速處理。
[0028] 對于直道情況：只需要考慮車速對車輛的影響，判斷當(dāng)前車輛是否超速，超速 則發(fā)出語音提示并給出步進(jìn)電機(jī)的控制信號。根據(jù)實(shí)際駕駛經(jīng)驗，直道的減速度設(shè)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，對于設(shè)計速度為80km/h的二級公路，減速度設(shè)定為 [-1. 5,0](單位：m/s2)也是合理的。
[0029] 對于彎道情況：首先通過公式1:

【權(quán)利要求】
1. 車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)，其特征在于：包括主控制器，采集單元和執(zhí)行機(jī) 構(gòu)；所述采集單元包括采集車輛側(cè)向加速度、縱向加速度和車輛俯仰角的陀螺儀傳感器，采 集制動踏板位置信號的位移傳感器和采集車速信號的車速傳感器，所述陀螺儀傳感器安裝 在底盤上位于車輛的重心處，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(zhí)行機(jī)構(gòu)連接 在主控制器的信號輸出端；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、凸輪和與車輛自身制動總泵并聯(lián) 的輔助制動泵，所述凸輪連接在步進(jìn)電機(jī)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(nèi)設(shè)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： 陀螺儀傳感器采集的側(cè)向加速度小于彎坡路段控制模型啟動閾值和車輛俯仰角也小 于直下坡路段控制模型閾值，主控制器判斷此時車輛處于平直路段； 陀螺儀傳感器采集的側(cè)向加速度大于彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角小于直 下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處于平路彎道路段； 陀螺儀傳感器采集的側(cè)向加速度小于彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角大于直 下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處于直下坡路段； 陀螺儀傳感器采集的側(cè)向加速度大于彎坡路段控制模型啟動閾值，車輛俯仰角大于直 下坡路段控制模型閾值時，主控制器判斷此時車輛處于彎坡路段； 所述平直線路段控制模型內(nèi)設(shè)置有平直路段目標(biāo)容許速度，主控制器根據(jù)平直路段 目標(biāo)容許速度與實(shí)際車速之間的差值確定減速度，將減速度換算成驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖信 號； 通過陀螺儀傳感器測得側(cè)向加速度，得到車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，所述平路彎道路段控制模 型內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)彎半徑對應(yīng)的平路彎道路段目標(biāo)容許速度，主控制器根據(jù)平路彎道路段目標(biāo) 容許速度與實(shí)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(qū)動步 進(jìn)電機(jī)的脈沖信號； 通過陀螺儀傳感器測得俯仰角信號，得到對應(yīng)坡度大小，主控制器根據(jù)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(nèi)設(shè)置有安全距離對 應(yīng)的直下坡路段目標(biāo)容許速度，主控制器根據(jù)直下坡路段目標(biāo)容許速度與實(shí)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(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號； 通過陀螺儀傳感器測得俯仰角信號和側(cè)向加速度信號，分別進(jìn)入平路彎道路段控制模 型和直下坡路段控制模型內(nèi)計算，將兩個控制模型中較小的目標(biāo)容許值作為下坡彎道路段 目標(biāo)容許值，主控制器根據(jù)下坡彎道路段目標(biāo)容許速度與實(shí)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(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)，其特征在于：所述直路段 的減速度范圍是[-1.5,0]m/s2,平路彎道的減速度范圍是[-2.5,0]m/s 2,直下坡及彎坡路 段的減速度范圍是[-3. 5,0]m/s2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)，其特征在于：所述凸輪上 設(shè)置有確定凸輪轉(zhuǎn)角零點(diǎn)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(jù)權(quán)利要求3所述的車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)，其特征在于：所述主控制 器的輸出端還設(shè)置有報警器和顯示器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛輔助駕駛主動限速控制系統(tǒng)，其特征在于：所述主控制 器的輸入端還連接有用于測量ABS系統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】束海波, 李本旺, 邵毅明, 鄧天民 申請人:重慶交通大學(xué)