本發(fā)明屬于汽車安全領(lǐng)域，具體涉及一種汽車主動防撞系統(tǒng)，以及在突發(fā)碰撞情況時的保護(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人駕駛汽車發(fā)展過程中，智能輔助駕駛汽車必然存在較長的時間，作為普通汽車向無人駕駛汽車的過度。汽車主動防撞則是智能輔助駕駛汽車中的最重要組成。它是未來無人駕駛汽車安全的保障。

隨著我國汽車保有量的不斷增加，交通事故也是逐年增加，給社會造成了巨大的經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失。據(jù)全國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有及時反映和來不及采取行動造成的，汽車主動防撞則顯得尤為重要。

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

汽車主動防撞系統(tǒng)也是需要一定的執(zhí)行時間的，當(dāng)汽車面臨突然出現(xiàn)的障礙時，主動防撞系統(tǒng)也可能無法避免碰撞。發(fā)明專利申請一種汽車防碰撞系統(tǒng)(申請?zhí)枺?01510443395.7)只能針對可避免的碰撞事故作出反應(yīng)，而不能對突發(fā)碰撞進(jìn)行處理。目前，還沒有主動防撞系統(tǒng)能夠減少和降低突發(fā)的無法避免的碰撞事故對汽車駕駛員的傷害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

一種汽車主動防撞系統(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，并根據(jù)碰撞所需的時間將碰撞劃分等級，針對不同等級向執(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，同時操縱制動系統(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彈出和收回裝置，用于碰撞無法避免時吸收和緩沖碰撞產(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，用于檢測前、后方障礙相對于本車的距離、速度、加速度以及相對于本車的方位角；

所述車道線識別裝置設(shè)置有兩個，分別安裝在汽車前部兩側(cè)，用于測量路面車道的個數(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輪速傳感器用于測量本車的速度和路面附著系數(shù)，正壓力傳感器用于測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)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過所述車道線識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來的數(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，通過處理以上數(shù)據(jù)得到發(fā)生碰撞所需時間，根據(jù)發(fā)生碰撞所需時間的長短將此時路面狀態(tài)分為安全、初級危險、次級危險和必然碰撞四種狀態(tài)，同時當(dāng)汽車處于次級危險狀態(tài)時計算出相應(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)行模塊包括語音執(zhí)行模塊、減速執(zhí)行模塊、制動執(zhí)行模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊；

所述語音執(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)，語音執(zhí)行模塊包含兩部分功能危險播報和應(yīng)對方案提示兩種功能，危險播報功能用于在控制模塊檢測碰撞不可避免時向駕駛員發(fā)出警報，應(yīng)對方案提示功能用于在汽車碰撞危險為初級危險時提供駕駛?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)行模塊接收來自所述控制模塊的指令，控制發(fā)動機、離合器和變速器，與制動執(zhí)行模塊相互協(xié)作將車速控制在安全車速之下；

所述制動執(zhí)行模塊包括安裝在助力器上且與制動踏板形成并聯(lián)關(guān)系的電動驅(qū)動裝置，制動執(zhí)行模塊接收來自所述控制模塊的指令，控制制動系統(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)行模塊接收來自所述控制模塊的指令，直接控制轉(zhuǎn)向助力器中的電機，實現(xiàn)汽車的主動轉(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、兩個用于緩沖轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩液壓吸能裝置、連接件、兩個用于緩沖正壓力的正壓力液壓吸能裝置，連接件通過中間鉸鏈與碰撞接觸件連接，兩個連桿分別通過鉸鏈連接在碰撞接觸件兩側(cè)，每個轉(zhuǎn)矩液壓吸能裝置的活塞部分均通過鉸鏈與一個連桿連接，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，本主動防撞系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

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，建立實時的路面車道車輛分布模型，使碰撞預(yù)測更為準(zhǔn)確，控制器的運算更為簡便快捷；

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

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

附圖說明

圖1為本發(fā)明的汽車主動防撞系統(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)簡圖；

圖4為本發(fā)明的汽車主動防撞系統(tǒng)的控制方法流程圖；

具體實施方式

下面將通過具體實施實例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式以及系統(tǒng)運作的方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實施例只是描述性的，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，用于檢測前、后方障礙相對于本車的距離、速度、加速度以及相對于本車的方位角；

所述車道線識別裝置設(shè)置有兩個，分別安裝在汽車前部兩側(cè)(大燈旁)，用于測量路面車道的個數(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輪速傳感器用于測量本車的速度和路面附著系數(shù)，正壓力傳感器用于測量輪胎給地面的正壓力。

所述前處理模塊接收來自于數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過車道線識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來的數(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，通過處理以上數(shù)據(jù)得到發(fā)生碰撞所需時間，根據(jù)所需碰撞時間的長短將此時路面狀態(tài)分為安全、初級危險、次級危險和必然碰撞四種狀態(tài)，同時當(dāng)汽車處于次級危險狀態(tài)時計算出相應(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)下碰撞不會發(fā)生，初級危險狀態(tài)表示在當(dāng)前行車狀態(tài)下碰撞會發(fā)生，但離碰撞發(fā)生的時間是在駕駛員完全可控的時間內(nèi)，次級危險狀態(tài)表示在當(dāng)前行車狀態(tài)下碰撞會發(fā)生，且離碰撞發(fā)生的時間較短，依靠駕駛員操作碰撞很難避免，必然碰撞狀態(tài)是指碰撞無法避免時，通常是在突發(fā)狀態(tài)下才會發(fā)生例如障礙突然出現(xiàn)在車前，此時的操縱時間已經(jīng)低于本車緊急制動所需的時間。

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

所述語音執(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)，語音執(zhí)行模塊包含兩部分功能：危險播報和應(yīng)對方案提示，危險播報用于在控制模塊檢測碰撞不可避免時向駕駛員發(fā)出警報，應(yīng)對方案提示用于在汽車碰撞危險為初級危險時提供駕駛?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)行模塊接收來自控制模塊的指令，主動地控制發(fā)動機、離合器和變速器，與制動執(zhí)行模塊相互協(xié)作將車速控制在安全車速之下；

所述制動執(zhí)行模塊包含在助力器上安裝與制動踏板形成并聯(lián)關(guān)系的電動驅(qū)動裝置，其接收來自控制模塊的指令，主動地控制制動系統(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)行模塊接收來自控制模塊的指令直接控制轉(zhuǎn)向助力器中的電機，實現(xiàn)汽車的主動轉(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，用于碰撞無法避免時吸收和緩沖碰撞產(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通過中間鉸鏈與碰撞接觸件3-1連接，兩個連桿3-3分別通過鉸鏈連接在碰撞接觸件301兩側(cè)，每個轉(zhuǎn)矩液(氣)壓吸能裝置3-4的活塞部分通過鉸鏈與一個連桿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，兩者無相對運動，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，作用在車上的力可以簡化為如圖3中實線所示的作用力，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)，兩個轉(zhuǎn)矩液(氣)壓吸能裝置3-4一個被拉伸、另一個被壓縮，達(dá)到緩沖吸能的作用，在虛線所示的力作用下，接觸件通過鉸鏈推動連接件沿汽車縱向運動，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)有的前保險桿，液(氣)壓吸能器帶有驅(qū)動裝置用于碰撞時伸出。

本發(fā)明的汽車主動防撞系統(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，控制模塊通過計算，得到碰撞所需時間，并根據(jù)碰撞所需時間判斷是否存在碰撞危險，若不存在碰撞危險則繼續(xù)監(jiān)測，若存在碰撞危險則對其進(jìn)行判別，當(dāng)為初級危險時語音提示存在碰撞危險并向駕駛員提供安全車速或可變向車道，當(dāng)為次級危險時，語音提醒駕駛員存在碰撞危險，執(zhí)行機構(gòu)采取主動減速制動措施，當(dāng)車速降低到一定程度時，轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊控制電機主動轉(zhuǎn)向至控制模塊計算出的安全車道內(nèi)，從而避免碰撞的發(fā)生，當(dāng)碰撞無法避免時語音模塊發(fā)出警報，制動系統(tǒng)采取緊急制動，緩沖吸能裝置啟動，若碰撞沒有發(fā)生，則關(guān)閉緩沖吸能裝置，針對每一種危險執(zhí)行措施之后，控制系統(tǒng)會進(jìn)行相應(yīng)的反饋調(diào)節(jié)。