CN104908639A - 一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统，记录车辆制动踏板运动行程位置信息，分析驾驶员制动操控行为，在车辆达到制动操控效果前，控制制动灯组指示相应状态的预警信号。其技术方案为：对制动踏板位置传感器数据、车速传感器数据进行采集及记录，由一段时间周期内的制动踏板位置传感器采样数据计算踏板运动速度变化量，根据单片机系统内预置分析模型结合制动踏板行程位置信息、踏板运动速度变化量信息以及车速信息提前预判驾驶员的制动操作意图，最后通过制动灯控制模块控制左侧制动灯、右侧制动灯以常亮或不同频率闪烁模式显示相应状态的预警信号，为车辆制动操作提供清晰的意图指示及信号预警。

Description

一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统

技术领域

本发明属于车辆制动操作下的灯光警示领域，尤其涉及一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统。

背景技术

车辆灯光系统主要指前灯总成及后灯总成，依照实现功能分为车外照明装置、车内照明装置、车外信号装置、车内信号装置四种类型，制动灯属于车外信号装置，是行车安全的关键部件，用于机动车辆在制动时提示后方车辆注意避让的警示灯，起到防止追尾事故发生的目的。一般情况下制动灯安装在车辆尾部两边，驾驶员踩下制动踏板到一定程度，制动灯自动点亮并发出红色光，警示后方的车辆防止追尾，驾驶员松开制动踏板时制动灯熄灭。

实际应用中制动踏板存在无效行程区间，该区间内制动踏板的运动不会导致车辆产生制动效果，且制动灯处于熄灭状态，丧失信号警示功能。如何有效分析制动踏板在无效行程区间的运动特征，预先判定制动踏板可能产生的制动意图，在车辆未产生制动行为前，使制动灯的信号警示功能启用，可有效延长后方车辆的应急处理时间。

另外夜间行车或在外部照明条件恶劣的环境下，后方车辆视野区域被前方车辆遮挡后受限，当前方车辆采取制动措施时，由于只有制动灯点亮一种模式，导致后方车辆因不能迅速了解前方车辆应急处理模式而及时采取正确的应对措施，如前方车辆轻点制动减速时，后方车辆做相同的制动加速即可，而当前方车辆采取的是紧急制动避障，后方车辆仍采用慢减速方式处理，尤其是在车速较快，前后机动车辆跟车距离较近的情况下，极易导致交通事故发生。

发明内容

本发明提供一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统，记录车辆制动踏板运动行程位置信息，分析驾驶员制动操控行为，在车辆达到制动操控效果前，控制制动灯组指示相应状态的预警信号。

本发明的技术方案为：一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统，包括制动踏板位置传感器、车速传感器、制动灯控制模块、制动灯开关、左侧制动灯、右侧制动灯，制动灯控制模块控制左侧制动灯、右侧制动灯，制动灯开关，由制动踏板行程控制，在指定位置给制动灯控制模块提供信号，以开启或关闭左侧制动灯、右侧制动灯；其特征在于：采用单片机系统为控制核心，单片机系统分别连接制动踏板位置传感器、车速传感器；采集制动踏板运动角度位置信息及车辆行车速度的数据；

单片机系统通过CAN总线通讯网络与制动灯控制模块连接，实现单片机系统与制动灯控制模块之间的CAN总线传输；

所述单片机系统内基于车速及单位时间内踏板运动位置变化量为参数预置有多个制动强度等级分析阈值，单片机系统对车速传感器传来的车速信号、制动踏板位置传感器传来的制动踏板位置信息进行采集及记录，接收到车速信息及制动踏板位置信息，由一段时间周期内的制动踏板位置传感器采样数据计算踏板运动速度变化量；单片机系统结合计算出的踏板运动速度变化量、车速与多个制动强度等级分析阈值进行比较，输出不同的驱动信号至制动灯控制模块，控制左侧制动灯、右侧制动灯以常亮或不同频率闪烁模式显示相应状态的预警信号。

多个制动强度等级分析阈值是5个，是依次增大的第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值，第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值分别与弱、较弱、普通、较强、强五个制动强度等级对应；所述左侧制动灯、所述右侧制动灯的警示信号指示状态有五种类型，分别为：常亮类型对应于弱制动强度等级，1赫兹频率闪烁对应于较弱制动强度等级，1.5赫兹频率闪烁对应于普通制动强度等级，2赫兹频率闪烁对应于较强制动强度等级，2.5赫兹频率闪烁对应于强制动强度等级，既随着制动强度等级加深，所述左侧制动灯及所述右侧制动灯闪烁频率加快，信号警示作用更明显。

 单片机系统设有故障自诊断单元，实现对制动踏板位置传感器、车速传感器的故障诊断功能。

进而，单片机系统设有故障编码单元，对所述故障自诊断单元检测出的故障状态信息实现类别划分、故障级别划分，并依照预先设定规则实现故障代码编制，最后通过所述总线发送驱动单元发布故障信息。

所述单片机安装在车辆前部的车身构件上，所述制动灯控制模块安装在车辆尾部的车身构件上，便于安装和布局。

本发明的有益效果：通过单片机系统对制动踏板位置信号、车速信号进行采集及记录，计算出踏板运动速度变化量，预置的多个制动强度等级分析阈值与制踏板运动速度变化量信息以及车速信息进行比较，发出驱动信号至制动灯控制模块，控制左侧制动灯、右侧制动灯以常亮或不同频率闪烁模式显示相应状态的预警信号，为车辆在不同环境条件下的制动操作提供清晰的意图指示及信号预警。该基于踏板位置的制动强度分析及预警系统满足现有类型机动车辆的制动信号状态警示应用，具有安全可靠、适用范围广的特点，并通过制动灯组的不同显示状态，丰富了警示信号类型，较好的实现了驾驶员制动操控意图信号传递功能。

附图说明

图1是本发明一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统的原理图；

图2是图1中的制动踏板位置传感器及单片机系统的安装位置图；

图3是图1中单片机系统的原理图；

图4是图中制动灯控制模块的原理图；

图5是图1中的制动踏板位置传感器信号位置的原理图；

图6是图3的制动等级分析单元算法原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

结合图1、图2对本发明进行描述：一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统，包括制动踏板位置传感器1、车速传感器2、单片机系统3、CAN总线网络4、制动灯控制模块6、制动灯开关5、左侧制动灯7以及右侧制动灯8，制动踏板位置传感器1安装在制动踏板臂11与制动踏板旋转轴10的结合部位，当制动踏板12发生踩踏操控行为，制动踏板臂11沿制动踏板旋转轴10做圆周运动，机械驱动制动踏板位置传感器1的感应部件同步运动，采集制动踏板位置传感器1产生的电信号，即可描述制动踏板12的运动位置信息；车速传感器2负责采集车辆行车速度的数据，CAN总线网络4实现数字信息的CAN总线传输；左侧制动灯7用于显示车辆制动警示信号，右侧制动灯8用于显示车辆制动警示信号，左侧制动灯7与右侧制动灯8保持相同的警示信号状态，制动灯开关5负责采集制动灯开启和关闭状态数据。单片机系统3安装在车辆前部的车身构件上，分别连接制动踏板位置传感器1、车速传感器2以及CAN总线网络4，采集相关数据，单片机系统内基于车速及单位时间内踏板运动位置变化量为参数预置有多个制动强度等级分析阈值，单片机系统对车速传感器传来的车速信号、制动踏板位置传感器传来的制动踏板位置信息进行采集及记录，接收到车速信息及制动踏板位置信息，由一段时间周期内的制动踏板位置传感器采样数据计算踏板运动速度变化量；单片机系统结合计算出的踏板运动速度变化量、车速与多个制动强度等级分析阈值进行比较，确定制动强度等级后，输出不同的驱动信号至制动灯控制模块6，控制左侧制动灯7、右侧制动灯8以常亮或不同频率闪烁模式显示相应状态的预警信号。

单片机系统3的细化原理如图3所示。包括故障诊断单元14、故障编码单元15、制动踏板位置数据存储单元16、车速数据采集单元17、制动踏板位置数据采集单元18、踏板运动速度数据计算单元19、采集参数设置单元20、制动等级分析单元21、总线接收驱动单元22、总线发送驱动单元23以及内核芯片一40。

下面结合图1、图3进行描述：车速数据采集单元17连接车速传感器2，实现对车速传感器2的数据采集。制动踏板位置数据采集单元18连接制动踏板位置传感器1，实现对制动踏板位置传感器1的数据采集。总线接收驱动单元22连接CAN总线通讯网络4，实现对CAN总线通讯网络4的接收数据传输功能。总线发送驱动单元23连接CAN总线通讯网络4，实现对CAN总线通讯网络的发送数据传输功能；

采集参数设置单元20分别连接制动踏板位置数据采集单元18、车速数据采集单元17，用于设置采集参数。例如车速传感器2、制动踏板位置传感器1等数据的采样频率、采样精度等参数；

故障自诊断单元14分别连接车速数据采集单元17以及制动踏板位置数据采集单元18，实现制动踏板位置传感器1、车速传感器2的故障诊断功能，例如制动踏板位置传感器1信号的开路、短路及失效故障诊断；

故障编码单元15分别连接故障自诊断单元14以及总线发送驱动单元23，对故障自诊断单元14检测出的故障状态信息实现类别划分、故障级别划分，并依照预先设定规则实现故障代码编制，最后通过总线发送驱动单元23发布故障信息；

内核芯片一40用于实现单片机系统内部的调度和控制。

下面结合图4进行描述：制动灯开关信号采集单元24连接制动灯开关5，负责制动灯开关5的信号采集，用于制动踏板释放状态下取消制动警示信号控制。制动灯模块接收驱动单元25连接CAN总线通讯网络4，实现对CAN总线通讯网络4的接收数据传输功能；制动灯模块发送驱动单元26连接CAN总线通讯网络4，实现对CAN总线通讯网络的发送数据传输功能。左侧制动灯驱动控制单元28连接左侧制动灯7，用于左侧制动灯7输出状态的驱动控制。右侧制动灯驱动控制单元29连接右侧制动灯8，用于右侧制动灯8输出状态的驱动控制。

下面结合图1、图3、图4进行描述：制动灯控制单元27分别连接制动灯开关信号采集单元24、制动灯模块接收驱动单元25、制动灯模块发送驱动单元26、左侧制动灯驱动控制单元28以及右侧制动灯驱动控制单元29。制动灯模块接收驱动单元25接收单片机系统3发送的制动强度等级数据后，传递给制动灯控制单元27，经数据解析生成制动警示灯控制信号，控制信号有五种类型，分别为：常亮类型对应于弱制动强度等级、1赫兹频率闪烁对应于较弱制动强度等级、1.5赫兹频率闪烁对应于普通制动强度等级、2赫兹频率闪烁对应于较强制动强度等级、2.5赫兹频率闪烁对应于强制动强度等级。制动灯控制单元27生成的制动警示灯控制信号传输至左侧制动灯驱动控制单元28以及右侧制动灯驱动控制单元29，实现左侧制动灯、右侧制动灯的状态控制。制动灯控制单元27控制状态传输至制动灯模块发送驱动单元26，经CAN总线传输至制动强度分析及预警模块3；内核芯片二41用于实现制动灯控制模块内各芯片或模块之间的调度和控制。

图6表达了图3中的制动等级分析单元算法原理，下面结合图3、图6进行描述：踏板运动速度数据计算单元19，分别连接制动踏板位置数据采集单元18、制动踏板位置数据存储单元16，由一段时间周期内的制动踏板位置数据采集单元18采样数据计算踏板运动速度变化量，作为制动踏板后续可能操控动作分析的数据基础。数据采样曲线中AB段区间表示在时间周期一35范围内，对应的踏板角度为踏板角度变化量一36，二者之间存在一一映射关系，以时间周期一35为定义域，以角度变化量一36为值域，首先依据该曲线定义域范围内采样离散点数据，判别曲线的单调性及凸凹性特征，并计算曲线中AB段角度变化量一36的绝对值。

图5示出了图1中的制动踏板位置传感器信号位置的原理，下面结合图3、图5、图6进行描述：制动等级分析单元21分别连接车速数据采集单元17、制动踏板位置数据采集单元18以及踏板运动速度数据计算单元19，根据预置多个制动强度等级分析阈值结合制动踏板行程位置信息以及车速信息提前预判驾驶员的制动操作意图,驾驶员操控制动踏板分成弱、较弱、普通、较强、强五个制动强度等级(多个制动强度等级分析阈值最好是5个，是依次增大的第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值，第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值分别与弱、较弱、普通、较强、强五个制动强度等级对应；

自由行程位置30为制动踏板未发生踩踏行为下的无效空置位置，最大行程位置33为制动踏板发生踩踏行为后的最大行程限位位置，制动开关有效起始位置31为制动踏板发生踩踏行为后，车辆制动信号灯有效的起始位置。当制动踏板由自由行程位置30向最大行程位置33运动时导致车辆产生制动效果，且在制动开关有效起始位置31与最大行程位置33之间的位置车辆制动信号灯有效。当制动踏板处于自由行程位置30与制动开关有效起始位置31之间时，在车辆未产生制动效果且车辆制动信号灯无效状态下，由制动等级分析单元21结合制动踏板行程位置信息、踏板运动速度变化量信息以及车速信息，提前预判出驾驶员操控制动踏板的制动意图后进行信号灯警示控制，延长后方车辆采取应对措施的反应时间；

当制动踏板处于制动开关有效起始位置31与最大行程位置33之间时，由制动等级分析单元21结合制动踏板行程位置信息、踏板运动速度变化量信息以及车速信息，精确的判断出驾驶员操控制动踏板的制动强度等级：弱、较弱、普通、较强、强后，进行匹配的信号灯警示控制，向外部其他车辆清晰的传递驾驶员的操作意图；

制动灯控制模块6安装在车辆尾部的车身构件上，分别连接制动灯开关5、CAN总线通讯网络4、左侧制动灯7、右侧制动灯8，采集相关数据，接收并解析制动强度分析及预警模块3发送的制动强度等级数据，根据不同的制动强度等级状态控制制动灯做相应的信号警示；

制动灯控制模块6的细化原理如图4所示。包括制动灯开关信号采集单元24、制动灯模块接收驱动单元25、制动灯模块发送驱动单元26、制动灯控制单元27、左侧制动灯驱动控制单元28、右侧制动灯驱动控制单元29以及内核芯片二41。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的发明范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。

Claims (4)

1.一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统，包括制动踏板位置传感器、车速传感器、制动灯控制模块、制动灯开关、左侧制动灯、右侧制动灯，制动灯控制模块控制左侧制动灯、右侧制动灯，制动灯开关，由制动踏板行程控制，在指定位置给制动灯控制模块提供信号，以开启或关闭左侧制动灯、右侧制动灯；   其特征在于：采用单片机系统为控制核心，单片机系统分别连接制动踏板位置传感器、车速传感器；采集制动踏板运动角度位置信息及车辆行车速度的数据；

单片机系统通过CAN总线通讯网络与制动灯控制模块连接，实现单片机系统与制动灯控制模块之间的CAN总线传输；

所述单片机系统内基于车速及单位时间内踏板运动位置变化量为参数预置有多个制动强度等级分析阈值，单片机系统对车速传感器传来的车速信号、制动踏板位置传感器传来的制动踏板位置信息进行采集及记录，接收到车速信息及制动踏板位置信息，由一段时间周期内的制动踏板位置传感器采样数据计算踏板运动速度变化量；单片机系统结合计算出的踏板运动速度变化量、车速与多个制动强度等级分析阈值进行比较，输出不同的驱动信号至制动灯控制模块，控制左侧制动灯、右侧制动灯以常亮或不同频率闪烁模式显示相应状态的预警信号。

2.根据权利要求1的一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统，其特征在于：多个制动强度等级分析阈值是5个，是依次增大的第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值，第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值分别与弱、较弱、普通、较强、强五个制动强度等级对应；所述左侧制动灯、所述右侧制动灯的警示信号指示状态有五种类型，分别为：常亮类型对应于弱制动强度等级，1赫兹频率闪烁对应于较弱制动强度等级，1.5赫兹频率闪烁对应于普通制动强度等级，2赫兹频率闪烁对应于较强制动强度等级，2.5赫兹频率闪烁对应于强制动强度等级，既随着制动强度等级加深，所述左侧制动灯及所述右侧制动灯闪烁频率加快，信号警示作用更明显。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统，其特征在于：所述单片机系统设有故障自诊断单元，实现对制动踏板位置传感器、车速传感器的故障诊断功能。

4.根据权利要求3所述的一种基于踏板位置的制动强度分析及预警系统，其特征在于：所单片机系统设有故障编码单元，对所述故障自诊断单元检测出的故障状态信息实现类别划分、故障级别划分，并依照预先设定规则实现故障代码编制，最后通过所述总线发送驱动单元发布故障信息。