本發(fā)明屬于汽車安全領(lǐng)域，具體涉及一種汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)，以及在突發(fā)碰撞情況時(shí)的保護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

伴隨著電子技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車也向著智能化的方向發(fā)展。無(wú)人駕駛汽車成為了汽車工作者的目標(biāo)。但是在普通汽車向著無(wú)人駕駛汽車發(fā)展過(guò)程中，智能輔助駕駛汽車必然存在較長(zhǎng)的時(shí)間，作為普通汽車向無(wú)人駕駛汽車的過(guò)度。汽車主動(dòng)防撞則是智能輔助駕駛汽車中的最重要組成。它是未來(lái)無(wú)人駕駛汽車安全的保障。

隨著我國(guó)汽車保有量的不斷增加，交通事故也是逐年增加，給社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)全國(guó)道路交通事故信息系統(tǒng)公布，在所發(fā)生的交通事故中，有65％的事故屬汽車追尾碰撞造成。其中大部分是由于駕駛員沒(méi)有及時(shí)反映和來(lái)不及采取行動(dòng)造成的，汽車主動(dòng)防撞則顯得尤為重要。

汽車主動(dòng)防撞是在汽車將要發(fā)生碰撞之前，向駕駛員發(fā)出警報(bào)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制器的作用下主動(dòng)采取制動(dòng)、減速措施從而防止碰撞的發(fā)生。然而，現(xiàn)有的主動(dòng)防撞系統(tǒng)只是簡(jiǎn)單的根據(jù)傳感器采集前方車輛相對(duì)于本車的速度和距離進(jìn)而計(jì)算出是否存在碰撞可能。當(dāng)相對(duì)距離與相對(duì)速度兩個(gè)矢量存在較大夾角時(shí)會(huì)導(dǎo)致碰撞判斷不準(zhǔn)確，同時(shí)也忽略了前車加速度的影響。

汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)也是需要一定的執(zhí)行時(shí)間的，當(dāng)汽車面臨突然出現(xiàn)的障礙時(shí)，主動(dòng)防撞系統(tǒng)也可能無(wú)法避免碰撞。發(fā)明專利申請(qǐng)一種汽車防碰撞系統(tǒng)(申請(qǐng)?zhí)枺?01510443395.7)只能針對(duì)可避免的碰撞事故作出反應(yīng)，而不能對(duì)突發(fā)碰撞進(jìn)行處理。目前，還沒(méi)有主動(dòng)防撞系統(tǒng)能夠減少和降低突發(fā)的無(wú)法避免的碰撞事故對(duì)汽車駕駛員的傷害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種較為全面的汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)，能夠減少和降低突發(fā)的無(wú)法避免的碰撞事故對(duì)汽車駕駛員的傷害。

一種汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)，包括控制模塊以及分別與控制模塊通訊連接的前處理模塊、執(zhí)行模塊和緩沖吸能模塊，與前處理模塊相連的數(shù)據(jù)采集模塊；

所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集路面車道信息、本車信息、前后方障礙信息以及本車與前后方障礙在路面車道上的相對(duì)信息；

所述前處理模塊依據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊獲得的信息建立當(dāng)前狀態(tài)下本車及路面車道車輛分布模型；

所述控制模塊根據(jù)前處理模塊處理后的數(shù)據(jù)，判斷是否存在碰撞危險(xiǎn)，并根據(jù)碰撞所需的時(shí)間將碰撞劃分等級(jí)，針對(duì)不同等級(jí)向執(zhí)行模塊和緩沖吸能模塊發(fā)送相應(yīng)的指令以減小或避免碰撞；

所述執(zhí)行模塊向駕駛員發(fā)出警報(bào)或提供駕駛?cè)藛T相應(yīng)的安全車速和可供變向的車道，同時(shí)操縱制動(dòng)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)操作，減小或避免碰撞；

所述緩沖吸能模塊為主動(dòng)彈出和收回裝置，用于碰撞無(wú)法避免時(shí)吸收和緩沖碰撞產(chǎn)生的能量。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集模塊包含毫米波雷達(dá)、車道線識(shí)別裝置和本車傳感器；

所述毫米波雷達(dá)安裝于汽車前格柵中間位置，用于檢測(cè)前、后方障礙相對(duì)于本車的距離、速度、加速度以及相對(duì)于本車的方位角；

所述車道線識(shí)別裝置設(shè)置有兩個(gè)，分別安裝在汽車前部?jī)蓚?cè)，用于測(cè)量路面車道的個(gè)數(shù)、車道寬度、本車所處車道及本車距本車道兩側(cè)車道線的距離；

所述本車傳感器包含基于ABS的輪速傳感器和安裝于車輪處的正壓力傳感器，ABS輪速傳感器用于測(cè)量本車的速度和路面附著系數(shù)，正壓力傳感器用于測(cè)量輪胎給地面的正壓力。

進(jìn)一步地，所述前處理模塊接收所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)所述車道線識(shí)別裝置采集的路面車道線分布情況和本車所在車道的確定位置，再結(jié)合所述輪速傳感器采集的本車車速，建立本車所在路面的模型；再將所述毫米波雷達(dá)采集的前、后方障礙相對(duì)于本車的距離、速度、加速度和方位角，進(jìn)行參考系轉(zhuǎn)化為以路面為參考系，再與本車所在路面的模型進(jìn)行融合則可得到當(dāng)前狀態(tài)下本車及路面車道車輛分布模型。

更進(jìn)一步地，所述本車及路面車道車輛分布模型包含：車道寬B，本車和障礙所處車道，本車距左側(cè)車道線距離A，本車縱向速度V_y0，本車橫向速度V_x0，本車縱向加速度a_y0，本車橫向加速度a_x0，本車與目標(biāo)車縱向距離Y_i及橫向距離X_i，目標(biāo)車縱向速度V_yi，目標(biāo)車輛橫向速度V_xi，目標(biāo)車輛縱向加速度a_yi及目標(biāo)車輛橫向加速度a_xi。

進(jìn)一步地，所述控制模塊用于所述接收前處理模塊傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，包括本車及路面車道車輛分布模型、路面附著系數(shù)和路面正壓力，通過(guò)處理以上數(shù)據(jù)得到發(fā)生碰撞所需時(shí)間，根據(jù)發(fā)生碰撞所需時(shí)間的長(zhǎng)短將此時(shí)路面狀態(tài)分為安全、初級(jí)危險(xiǎn)、次級(jí)危險(xiǎn)和必然碰撞四種狀態(tài)，同時(shí)當(dāng)汽車處于次級(jí)危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)計(jì)算出相應(yīng)的安全車速和可供駕駛員變向的車道。

進(jìn)一步地，所述執(zhí)行模塊包括語(yǔ)音執(zhí)行模塊、減速執(zhí)行模塊、制動(dòng)執(zhí)行模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊；

所述語(yǔ)音執(zhí)行模塊與車載音響相連，并在音響總線中占有優(yōu)先使用權(quán)，語(yǔ)音執(zhí)行模塊包含兩部分功能危險(xiǎn)播報(bào)和應(yīng)對(duì)方案提示兩種功能，危險(xiǎn)播報(bào)功能用于在控制模塊檢測(cè)碰撞不可避免時(shí)向駕駛員發(fā)出警報(bào)，應(yīng)對(duì)方案提示功能用于在汽車碰撞危險(xiǎn)為初級(jí)危險(xiǎn)時(shí)提供駕駛?cè)藛T應(yīng)減速到相應(yīng)的安全車速和可供變向的車道；

所述減速執(zhí)行模塊接收來(lái)自所述控制模塊的指令，控制發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器，與制動(dòng)執(zhí)行模塊相互協(xié)作將車速控制在安全車速之下；

所述制動(dòng)執(zhí)行模塊包括安裝在助力器上且與制動(dòng)踏板形成并聯(lián)關(guān)系的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，制動(dòng)執(zhí)行模塊接收來(lái)自所述控制模塊的指令，控制制動(dòng)系統(tǒng)與減速執(zhí)行模塊相互協(xié)作將車速控制在安全車速以下；

所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊接收來(lái)自所述控制模塊的指令，直接控制轉(zhuǎn)向助力器中的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)汽車的主動(dòng)轉(zhuǎn)向，從而避免本車道內(nèi)碰撞的發(fā)生。

進(jìn)一步地，所述緩沖吸能模塊包括碰撞接觸件、連桿、兩個(gè)用于緩沖轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩液壓吸能裝置、連接件、兩個(gè)用于緩沖正壓力的正壓力液壓吸能裝置，連接件通過(guò)中間鉸鏈與碰撞接觸件連接，兩個(gè)連桿分別通過(guò)鉸鏈連接在碰撞接觸件兩側(cè)，每個(gè)轉(zhuǎn)矩液壓吸能裝置的活塞部分均通過(guò)鉸鏈與一個(gè)連桿連接，且轉(zhuǎn)矩液壓吸能裝置外部缸體部分與連接件固定連接，兩側(cè)正壓力液壓吸能裝置的活塞部分均與連接件固連，正壓力液壓吸能裝置的外部缸體部分均與汽車底盤(pán)的前縱梁固連。

進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)矩液壓吸能裝置可替換為轉(zhuǎn)矩氣壓吸能裝置。

進(jìn)一步地，所述正壓力液壓吸能裝置可替換為正壓力氣壓吸能裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本主動(dòng)防撞系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

一，本發(fā)明將本車與他車的位置、速度、加速度的參考系均統(tǒng)一到路面參考系，建立實(shí)時(shí)的路面車道車輛分布模型，使碰撞預(yù)測(cè)更為準(zhǔn)確，控制器的運(yùn)算更為簡(jiǎn)便快捷；

二，將主動(dòng)式緩沖吸能裝置與主動(dòng)防撞系統(tǒng)相結(jié)合，彌補(bǔ)了現(xiàn)有主動(dòng)防撞系統(tǒng)在突發(fā)碰撞事故中對(duì)車輛和乘員保護(hù)不足的缺點(diǎn)；

三，本緩沖吸能裝置可循環(huán)使用，且在汽車發(fā)生非完全正碰時(shí)能夠防止液(氣)壓吸能裝置出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的路面車道車輛分布模型圖；

圖3為本發(fā)明的緩沖吸能裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖4為本發(fā)明的汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)的控制方法流程圖；

具體實(shí)施方式

下面將通過(guò)具體實(shí)施實(shí)例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式以及系統(tǒng)運(yùn)作的方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明為一種汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)，包括與控制模塊相連的前處理模塊、執(zhí)行模塊和緩沖吸能模塊，與前處理模塊相連的數(shù)據(jù)采集模塊，其中：

所述數(shù)據(jù)采集模塊包含毫米波雷達(dá)、車道線識(shí)別裝置和本車傳感器；

所述毫米波雷達(dá)安裝于汽車前格柵中間位置，用于檢測(cè)前、后方障礙相對(duì)于本車的距離、速度、加速度以及相對(duì)于本車的方位角；

所述車道線識(shí)別裝置設(shè)置有兩個(gè)，分別安裝在汽車前部?jī)蓚?cè)(大燈旁)，用于測(cè)量路面車道的個(gè)數(shù)、車道寬度、本車所處車道及本車距本車道兩側(cè)車道線的距離；

所述本車傳感器包含基于ABS的輪速傳感器和安裝于車輪處的正壓力傳感器，ABS輪速傳感器用于測(cè)量本車的速度和路面附著系數(shù)，正壓力傳感器用于測(cè)量輪胎給地面的正壓力。

所述前處理模塊接收來(lái)自于數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)車道線識(shí)別裝置采集的路面車道線分布情況和本車所在車道的確定位置，再結(jié)合ABS輪速傳感器采集的本車車速，則可以建立本車所在路面的模型，再將毫米波雷達(dá)采集的前、后方障礙相對(duì)于本車的距離、速度、加速度和方位角進(jìn)行參考系轉(zhuǎn)化為以路面為參考系，再與本車所在路面的模型進(jìn)行融合則可得到當(dāng)前狀態(tài)下本車及路面車道車輛分布模型；

所述本車及路面車道車輛分布模型如圖2所示，其中包含車道寬B，本車和障礙所處車道，本車距左側(cè)車道線距離A，本車縱向速度V_y0(沿車道線方向的速度)，本車橫向速度V_x0(垂直車道線方向的速度)，本車縱向加速度a_y0，本車橫向加速度a_x0，本車與目標(biāo)車縱向距離Y_i及橫向距離X_i，目標(biāo)車縱向速度V_yi、橫向速度V_xi、縱向加速度a_yi及橫向加速度a_xi。

所述控制模塊用于接收前處理模塊傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，包括路面車道車輛分布模型、路面附著系數(shù)和路面正壓力，通過(guò)處理以上數(shù)據(jù)得到發(fā)生碰撞所需時(shí)間，根據(jù)所需碰撞時(shí)間的長(zhǎng)短將此時(shí)路面狀態(tài)分為安全、初級(jí)危險(xiǎn)、次級(jí)危險(xiǎn)和必然碰撞四種狀態(tài)，同時(shí)當(dāng)汽車處于次級(jí)危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)計(jì)算出相應(yīng)的安全車速和可供駕駛員變向的車道；

其中，安全狀態(tài)表示在當(dāng)前行車狀態(tài)下碰撞不會(huì)發(fā)生，初級(jí)危險(xiǎn)狀態(tài)表示在當(dāng)前行車狀態(tài)下碰撞會(huì)發(fā)生，但離碰撞發(fā)生的時(shí)間是在駕駛員完全可控的時(shí)間內(nèi)，次級(jí)危險(xiǎn)狀態(tài)表示在當(dāng)前行車狀態(tài)下碰撞會(huì)發(fā)生，且離碰撞發(fā)生的時(shí)間較短，依靠駕駛員操作碰撞很難避免，必然碰撞狀態(tài)是指碰撞無(wú)法避免時(shí)，通常是在突發(fā)狀態(tài)下才會(huì)發(fā)生例如障礙突然出現(xiàn)在車前，此時(shí)的操縱時(shí)間已經(jīng)低于本車緊急制動(dòng)所需的時(shí)間。

所述執(zhí)行模塊接收來(lái)自控制模塊的指令，包含語(yǔ)音執(zhí)行模塊、減速執(zhí)行模塊、制動(dòng)執(zhí)行模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊；

所述語(yǔ)音執(zhí)行模塊與車載音響相連，并在音響總線中占有優(yōu)先使用權(quán)，語(yǔ)音執(zhí)行模塊包含兩部分功能：危險(xiǎn)播報(bào)和應(yīng)對(duì)方案提示，危險(xiǎn)播報(bào)用于在控制模塊檢測(cè)碰撞不可避免時(shí)向駕駛員發(fā)出警報(bào)，應(yīng)對(duì)方案提示用于在汽車碰撞危險(xiǎn)為初級(jí)危險(xiǎn)時(shí)提供駕駛?cè)藛T應(yīng)減速到相應(yīng)的安全車速和可供變向的車道；

所述減速執(zhí)行模塊接收來(lái)自控制模塊的指令，主動(dòng)地控制發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器，與制動(dòng)執(zhí)行模塊相互協(xié)作將車速控制在安全車速之下；

所述制動(dòng)執(zhí)行模塊包含在助力器上安裝與制動(dòng)踏板形成并聯(lián)關(guān)系的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，其接收來(lái)自控制模塊的指令，主動(dòng)地控制制動(dòng)系統(tǒng)與減速執(zhí)行模塊相互協(xié)作將車速控制在安全車速以下；

所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊接收來(lái)自控制模塊的指令直接控制轉(zhuǎn)向助力器中的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)汽車的主動(dòng)轉(zhuǎn)向，從而避免本車道內(nèi)碰撞的發(fā)生。

所述緩沖吸能模塊為主動(dòng)彈出和收回裝置，為可循環(huán)使用的液(氣)壓緩沖吸能構(gòu)件，用于碰撞無(wú)法避免時(shí)吸收和緩沖碰撞產(chǎn)生的能量，達(dá)到保護(hù)車內(nèi)乘員和車輛的作用。緩沖吸能模塊如圖3所示，包括碰撞接觸件3-1、鉸鏈3-2、連桿3-3、兩個(gè)緩沖轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩液(氣)壓吸能裝置3-4、連接件3-5、兩個(gè)緩沖正壓力的正壓力液(氣)壓吸能裝置3-6，其中連接件3-5通過(guò)中間鉸鏈與碰撞接觸件3-1連接，兩個(gè)連桿3-3分別通過(guò)鉸鏈連接在碰撞接觸件301兩側(cè)，每個(gè)轉(zhuǎn)矩液(氣)壓吸能裝置3-4的活塞部分通過(guò)鉸鏈與一個(gè)連桿3-3連接，且轉(zhuǎn)矩液(氣)壓吸能裝置3-4外部缸體部分與連接件3-5固定連接，兩者無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩側(cè)正壓力液(氣)壓吸能裝置3-6的活塞部分均與連接件3-5固連，正壓力液(氣)壓吸能裝置3-6的外部缸體部分均與汽車底盤(pán)的前縱梁固連。

所述緩沖吸能裝置的工作原理如下，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，作用在車上的力可以簡(jiǎn)化為如圖3中實(shí)線所示的作用力，該作用力可以等效為如圖3中虛線所示的力和轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)矩的作用下接觸件3-1繞中間鉸鏈旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)轉(zhuǎn)矩液(氣)壓吸能裝置3-4一個(gè)被拉伸、另一個(gè)被壓縮，達(dá)到緩沖吸能的作用，在虛線所示的力作用下，接觸件通過(guò)鉸鏈推動(dòng)連接件沿汽車縱向運(yùn)動(dòng)，正壓力液(氣)壓吸能裝置3-6完成吸能緩沖作用。緩沖吸能裝置添加了緩沖吸收轉(zhuǎn)矩的部分，可有效的防止在車輛發(fā)生不完全正碰時(shí)液壓裝置發(fā)生卡死現(xiàn)象，本緩沖吸能裝置安裝在汽車前梁上，可取代汽車現(xiàn)有的前保險(xiǎn)桿，液(氣)壓吸能器帶有驅(qū)動(dòng)裝置用于碰撞時(shí)伸出。

本發(fā)明的汽車主動(dòng)防撞系統(tǒng)的控制方法流程如圖4所示，數(shù)據(jù)采集模塊采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)前處理模塊處理得到路面車道車輛分布模型，控制模塊通過(guò)計(jì)算，得到碰撞所需時(shí)間，并根據(jù)碰撞所需時(shí)間判斷是否存在碰撞危險(xiǎn)，若不存在碰撞危險(xiǎn)則繼續(xù)監(jiān)測(cè)，若存在碰撞危險(xiǎn)則對(duì)其進(jìn)行判別，當(dāng)為初級(jí)危險(xiǎn)時(shí)語(yǔ)音提示存在碰撞危險(xiǎn)并向駕駛員提供安全車速或可變向車道，當(dāng)為次級(jí)危險(xiǎn)時(shí)，語(yǔ)音提醒駕駛員存在碰撞危險(xiǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取主動(dòng)減速制動(dòng)措施，當(dāng)車速降低到一定程度時(shí)，轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊控制電機(jī)主動(dòng)轉(zhuǎn)向至控制模塊計(jì)算出的安全車道內(nèi)，從而避免碰撞的發(fā)生，當(dāng)碰撞無(wú)法避免時(shí)語(yǔ)音模塊發(fā)出警報(bào)，制動(dòng)系統(tǒng)采取緊急制動(dòng)，緩沖吸能裝置啟動(dòng)，若碰撞沒(méi)有發(fā)生，則關(guān)閉緩沖吸能裝置，針對(duì)每一種危險(xiǎn)執(zhí)行措施之后，控制系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的反饋調(diào)節(jié)。