本實(shí)用新型屬于汽車安全駕駛輔助裝置領(lǐng)域，具體涉及一種車輛防追尾系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車保有量大幅增加，因?qū)嶋H車距低于安全距離而造成的追尾事故、因轉(zhuǎn)彎對前方車輛狀況的未知造成的事故、大霧天氣對潛在危險(xiǎn)車輛狀況的未知而造成的交通事故等問題已引起了社會和交通部門的高度重視。

目前汽車避撞系統(tǒng)的控制方法主要有搭建控制平臺統(tǒng)一控制、V2V及V2I信息交流、提升傳感器精度等，以提高避撞的準(zhǔn)確性和魯棒性。以上雖然取得了一定的成效，但由于缺少對車輛及周邊信息的全面了解，系統(tǒng)仍然存在判斷依據(jù)單一的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種車輛防追尾系統(tǒng)，能夠判斷車輛安全狀況，防止追尾碰撞。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)解決方案：

包括安裝在每輛汽車上的中央控制模塊、用于測得當(dāng)前汽車與潛在危險(xiǎn)車輛之間實(shí)際距離的激光測距儀、用于獲取實(shí)時(shí)位置的GPS模塊、用于獲取實(shí)時(shí)車速的車速傳感器和用于獲取制動(dòng)信號的制動(dòng)傳感器，激光測距儀、GPS模塊、車速傳感器和制動(dòng)傳感器均連接中央控制模塊的輸入端，中央控制模塊的輸出端連接預(yù)警模塊和制動(dòng)模塊；當(dāng)前汽車與潛在危險(xiǎn)車輛的中央控制模塊之間通過無線模塊相交互。

進(jìn)一步地，激光測距儀采用1800A激光測距儀。

進(jìn)一步地，GPS模塊的型號為U-BLOX LEA-6S。

進(jìn)一步地，車速傳感器采用HZL201霍爾式車速傳感器，且安裝在汽車變速器輸出軸上。

進(jìn)一步地，制動(dòng)傳感器采用光電式制動(dòng)傳感器。

進(jìn)一步地，中央控制模塊連接用于改變車輛最大減速度數(shù)值大小的路面模式選擇模塊。

進(jìn)一步地，無線模塊采用型號為AS01-ML01DP5的2.4G無線收發(fā)模塊，且安裝在車頂后部。

進(jìn)一步地，中央控制模塊由STM32F407ZGT6芯片及其接口電路組成。

進(jìn)一步地，預(yù)警模塊由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，發(fā)光二極管的型號為TMS320DM642，蜂鳴器的型號為CY-12055。

進(jìn)一步地，中央控制模塊連接型號為TVG-800的液晶顯示器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果：

1)將車聯(lián)網(wǎng)和車輛的防追尾碰撞技術(shù)結(jié)合起來，利用無線模塊，各車間直接互聯(lián)，免去構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)對周圍環(huán)境的感知和車車之間的信息交流、融合；在限速路段，交警可通過車輛發(fā)送出的車速信息直接對車速進(jìn)行監(jiān)控；2)本實(shí)用新型通過設(shè)置與中央控制模塊相連的測距裝置、測速裝置，并將中央控制模塊和預(yù)警模塊、制動(dòng)模塊相連，能夠獲取本車與潛在危險(xiǎn)車輛之間的距離信息，在保留駕駛員對車輛進(jìn)行制動(dòng)功能的同時(shí)，車輛還能夠通過中央控制模塊進(jìn)行預(yù)警或緊急制動(dòng)，使得本車能夠主動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)，防止追尾碰撞事故發(fā)生，保證車輛安全；3)本實(shí)用新型采用了制動(dòng)傳感器，保證系統(tǒng)和駕駛員的操縱不發(fā)生干涉；4)本實(shí)用新型將GPS模塊和激光測距儀組合使用進(jìn)行測距，GPS模塊能夠測量較大的車距，激光測距儀能夠精確測量較小的車距，兩者配合使用，滿足系統(tǒng)對測距長距離、高精準(zhǔn)等要求；同時(shí)在各種惡劣路況(大霧、雨雪等)下以及轉(zhuǎn)彎情況下，系統(tǒng)可以彌補(bǔ)駕駛員視角的不足。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型采用了路面模式選擇模塊，可根據(jù)不同的路況來選擇路面模式，使得車輛制動(dòng)更加方便安全。

【附圖說明】

圖1為本實(shí)用新型的的硬件連接框圖；

圖2為本實(shí)用新型的流程框圖。

【具體實(shí)施方式】

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型包括安裝在每輛汽車上的激光測距儀1、GPS模塊2、車速傳感器3、制動(dòng)傳感器4、路面模式選擇模塊5、無線模塊6、中央控制模塊7、預(yù)警模塊8、制動(dòng)模塊9、液晶顯示器10。其中，當(dāng)前汽車與潛在危險(xiǎn)車輛的中央控制模塊7之間通過無線模塊6相交互，無線模塊6與中央控制模塊7通過串口相連，激光測距儀1、GPS模塊2、車速傳感器3、制動(dòng)傳感器4和路面模式選擇模塊5的輸出端與中央控制模塊7的輸入端相連，中央控制模塊7的輸出端與預(yù)警模塊8、制動(dòng)模塊9和液晶顯示器10的輸入端相連。

激光測距儀1采用1800A激光測距儀，安裝在車前保險(xiǎn)杠處，用于當(dāng)兩車相距較近比如距離﹤200m時(shí)，精確測得與潛在危險(xiǎn)車輛之間的實(shí)際距離。

GPS模塊2采用型號為U-BLOX LEA-6S的GPS模塊，安裝在車頂中部，通過串口與中央控制模塊7連接，用于獲取車輛自身位置信號；車輛自身位置和潛在危險(xiǎn)車輛位置可以在液晶顯示器10的地圖上顯示，同時(shí)發(fā)送給周圍車輛，可以得到兩車的距離，也便于駕駛員觀察周圍車輛情況。

本實(shí)用新型中GPS模塊2和激光測距儀1配合使用，激光測距儀1的測距有限，可以在某一設(shè)定值內(nèi)通過激光測距儀1精確測距，大于該設(shè)定值的，通過GPS模塊2測距；比如距離＞200m，使用GPS模塊2進(jìn)行測距；距離≤200m，使用激光測距儀1進(jìn)行精準(zhǔn)測距。

車速傳感器3采用HZL201霍爾式車速傳感器，安裝在汽車變速器輸出軸上，用于獲取車輛的實(shí)時(shí)車速信號。

制動(dòng)傳感器4采用光電式制動(dòng)傳感器，用于檢測車輛的制動(dòng)燈信號，為系統(tǒng)是否介入進(jìn)行預(yù)警和緊急制動(dòng)提供依據(jù)。

路面模式選擇模塊5采用按鍵開關(guān)，路面模式選擇模塊5用于改變車輛最大減速度的數(shù)值大小，駕駛員選擇不同行駛路況對應(yīng)著大小不同的最大減速度；路面模式選擇模塊5可以設(shè)置三種路面模式：干燥路面最大減速度a_max＝7m/s²、濕滑路面最大減速度a_max＝4.5m/s²、冰雪路面最大減速度a_max＝1.5m/s²，用于選擇不同路況，根據(jù)駕駛員選擇的模式而改變相應(yīng)的最大減速度，便于預(yù)判安全距離；同時(shí)，當(dāng)駕駛員未進(jìn)行選擇時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)為干燥路面。

無線模塊6采用型號為AS01-ML01DP5的2.4G無線收發(fā)模塊，安裝在車頂后部，該無線模塊外接天線配合使用，傳輸范圍可達(dá)2700米，用于和周圍車輛進(jìn)行通信，收發(fā)數(shù)據(jù)。

中央控制模塊7由STM32F407ZGT6芯片及其接口電路組成，用于進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)處理和控制信號輸出。

預(yù)警模塊8，由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，發(fā)光二極管的型號為TMS320DM642，蜂鳴器的型號為CY-12055，模塊用于系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警。

制動(dòng)模塊9，由步進(jìn)電機(jī)組成，用于控制車輛制動(dòng)。

液晶顯示器10的型號為TVG-800，通過USB接口與中央控制模塊7連接，用于顯示車輛位置、速度信號。

系統(tǒng)通過GPS模塊2實(shí)時(shí)獲得車輛自身位置信號；激光測距儀1用于測得與前車的實(shí)際車距；無線模塊6與周圍車輛進(jìn)行通信，獲得潛在危險(xiǎn)車輛的位置信號和速度信號，并將自身的位置信號和速度信號發(fā)送到周圍車輛；制動(dòng)傳感器4根據(jù)制動(dòng)指示燈的狀態(tài)得到制動(dòng)信號。

本實(shí)用新型的主要工作過程及原理如圖2所示：系統(tǒng)通過無線模塊6接收潛在危險(xiǎn)車輛的位置、速度信號，實(shí)現(xiàn)車車之間的信息交流。然后，系統(tǒng)的中央控制模塊7根據(jù)無線模塊6接收的速度信號、位置信號，以及不同路面模式下的加速度值計(jì)算得到當(dāng)前加速度對應(yīng)的當(dāng)前安全距離、最大減速度對應(yīng)的臨界安全距離(余志生主編，汽車?yán)碚?第5版)，機(jī)械工業(yè)出版社)，并與實(shí)際車距進(jìn)行比較，并發(fā)出控制信號：不介入、預(yù)警或緊急制動(dòng)。同時(shí)，將潛在危險(xiǎn)車輛和本車的速度、理論車距和實(shí)際車距在液晶顯示器10上實(shí)時(shí)更新顯示。

如果車輛主動(dòng)制動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)有公式計(jì)算潛在危險(xiǎn)車輛的制動(dòng)距離s_A臨界，以及本車制動(dòng)距離s_B臨界，其中，a_max是潛在危險(xiǎn)車輛的最大加速度，a_max′是本車的最大加速度，制動(dòng)器反應(yīng)時(shí)間τ₁、制動(dòng)器制動(dòng)力增長時(shí)間τ₂，系統(tǒng)設(shè)置τ₁＝0.2s，τ₂＝0.6s，u_A0為潛在危險(xiǎn)車輛速度，u_B0為本車速度；則保證兩者不發(fā)生碰撞時(shí)的臨界安全距離為：

如果車輛通過駕駛員制動(dòng)，則以上制動(dòng)器反應(yīng)時(shí)間和制動(dòng)器制動(dòng)力增長時(shí)間應(yīng)替換為駕駛員反應(yīng)階段時(shí)間，該反應(yīng)階段時(shí)間是駕駛員反應(yīng)并作出減速的時(shí)間，同時(shí)通過本車的最大加速度a_max′替換為實(shí)時(shí)加速度a(取10ms時(shí)間內(nèi)的速度差計(jì)算)，求得兩車的s_{當(dāng)前安全}：

式中，t₀為駕駛員反應(yīng)階段t₀＝1.0s，u_A0為潛在危險(xiǎn)車輛速度，u_B0為本車速度。

中央控制模塊7獲得當(dāng)前安全距離、臨界安全距離和實(shí)際車距并進(jìn)行比較，判斷車輛的安全狀況。當(dāng)車輛處于不安全狀況時(shí)，系統(tǒng)接著檢測制動(dòng)傳感器4信號，若制動(dòng)傳感器4檢測到制動(dòng)信號，則說明駕駛員在進(jìn)行制動(dòng)，則系統(tǒng)服從駕駛員動(dòng)作優(yōu)先原則，不進(jìn)行介入；若未檢測到制動(dòng)信號，則系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前安全距離、臨界安全距離、實(shí)際車距之間的關(guān)系，進(jìn)行預(yù)警或緊急制動(dòng)，使得本車能夠主動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)，防止追尾碰撞事故發(fā)生；此外，交警可通過車輛發(fā)送出的車速信息直接對車速進(jìn)行監(jiān)控。本實(shí)用新型將車輛的當(dāng)前加速度和車輛最大減速度結(jié)合，系統(tǒng)根據(jù)車輛的行駛情況檢測車輛的實(shí)時(shí)安全狀況。

采用上述原理實(shí)現(xiàn)汽車的防追尾碰撞，參照圖2，具體步驟如下：

(1)車車通信：無線模塊6接收潛在危險(xiǎn)車輛的速度信號和位置信號的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送給中央控制模塊7，同時(shí)，無線模塊6也將本車的速度信號和位置信號的數(shù)據(jù)發(fā)送出去；

(2)傳感器數(shù)據(jù)采集：安裝在車前保險(xiǎn)杠處的1800A激光測距儀1測得本車與潛在危險(xiǎn)車輛的實(shí)際車距，安裝在變速器輸出軸的HZL201霍爾式車速傳感器3實(shí)時(shí)獲得本車的速度信號，安裝在車頂中部的GPS模塊2實(shí)時(shí)獲得本車的位置信號，光電式制動(dòng)傳感器4實(shí)時(shí)獲得車輛的制動(dòng)狀況。傳感器數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將數(shù)據(jù)傳送給中央控制模塊7；

(3)數(shù)據(jù)設(shè)定：路面模式選擇模塊5用于駕駛員選擇不同行駛路況，每個(gè)不同路面模式對應(yīng)著不同路面的最大減速度，中央控制模塊7根據(jù)駕駛員按下的按鍵，將對應(yīng)的最大減速度a_max′代入當(dāng)前安全距離和臨界安全距離的公式中進(jìn)行計(jì)算。

(4)數(shù)據(jù)計(jì)算和分析：中央控制模塊7根據(jù)無線模塊6、GPS模塊2、車速傳感器3、制動(dòng)傳感器4傳送的數(shù)據(jù)以及路面模式選擇模塊5設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并與激光測距儀1傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示以及輸出控制信號。

數(shù)據(jù)分析及對應(yīng)輸出的控制信號：當(dāng)s_實(shí)≥s_{當(dāng)前安全}＞s_臨界安全，系統(tǒng)不介入；當(dāng)s_{當(dāng)前安全}＞s_實(shí)＞s_臨界安全，且制動(dòng)傳感器4未檢測到制動(dòng)信號，系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警，提醒駕駛員進(jìn)行制動(dòng)；當(dāng)s_{當(dāng)前安全}＞s_臨界安全≥s_實(shí)，且制動(dòng)傳感器4未檢測到制動(dòng)信號，系統(tǒng)干涉本車制動(dòng)過程，對本車進(jìn)行緊急制動(dòng)。

(5)數(shù)據(jù)顯示：中央控制模塊7控制液晶顯示器10實(shí)時(shí)顯示本車潛在危險(xiǎn)車輛的位置信號和數(shù)據(jù)信號數(shù)據(jù)，以及1800A激光測距儀1測得的實(shí)際車距。

(6)輸出控制信號：當(dāng)中央控制模塊7輸出的控制信號為預(yù)警時(shí)，預(yù)警模塊8中的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)聲；當(dāng)中央控制模塊7輸出的控制信號為制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)模塊9的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使車輛的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)。

本實(shí)用新型系統(tǒng)將車車通信、路況信息、防追尾碰撞技術(shù)融合，控制精度高、適合規(guī)?；茝V使用。該系統(tǒng)可提前檢測到車輛安全狀況并進(jìn)行提醒；在各種惡劣路況(大霧、雨雪等)下以及轉(zhuǎn)彎情況下，系統(tǒng)可以彌補(bǔ)駕駛員視角的不足；可根據(jù)不同的路況來選擇路面模式，使系統(tǒng)對安全車距的計(jì)算更可靠，使得車輛的安全狀況更加準(zhǔn)確；在限速路段，交警可通過車輛發(fā)送出的車速信息直接對車速進(jìn)行監(jiān)控。

該系統(tǒng)依據(jù)車車通信、GPS和激光測距器組合測距、路面模式、制動(dòng)信號檢測等車聯(lián)網(wǎng)和傳感器的多源信息融合，可以更加準(zhǔn)確和快速地預(yù)知車輛的安全狀況，極大程度地降低事故發(fā)生率，進(jìn)而達(dá)到有效提高我國交通安全性的目的。

本實(shí)用新型將車輛的防追尾碰撞技術(shù)和車聯(lián)網(wǎng)融合，根據(jù)駕駛員選擇的不同的路面模式和無線模塊6接收的速度、位置信號，計(jì)算得到車輛的安全車距，并與實(shí)際車距進(jìn)行比較分析從而輸出控制信號，主動(dòng)保證車輛的安全。