CN105584469B - 一种车辆制动系统、制动方法及具有该制动系统的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆制动系统，包括：测距单元，测量前方车辆、行人或障碍物的距离；测速单元，测量车辆的行驶速度；控制单元，接收测距单元及测速单元发来的距离及行驶速度信息，及输出一制动指令；制动单元，根据制动指令对车辆执行制动操作；还包括：雨量传感器，根据雨量向控制单元发送一包含雨量大小的信号；控制单元根据雨量大小确定当前地面摩擦系数μ，并根据距离、摩擦系数μ确定安全车速；控制单元比较安全车速与行驶速度，当安全车速小于所述行驶速度时，控制单元发送制动指令至制动单元；当安全车速大于行驶速度时，车辆继续行驶。采用上述技术方案后，根据不同路况确定安全车速，自动刹车更有针对性，安全性更高。

Description

一种车辆制动系统、制动方法及具有该制动系统的车辆

技术领域

本发明涉及汽车电子领域，尤其涉及一种车辆制动系统、制动方法及具有该制动系统的车辆。

背景技术

近年来，随着经济高速发展，越来越多人加入有车行列，交通事故也已成为“世界第一害”，而中国是世界上交通事故死亡人数最多的国家之一。数据显示，2009年，中国汽车保有量约占世界汽车保有量的3％，但交通事故死亡人数却占世界的16％。2009年，全国共发生道路交通事故造成67759人死亡、27.5万人受伤，直接财产损失9.1亿元；2010年和2011年，交通事故造成死亡人数分别是65225和62387人，已经连续十余年居世界第一。据统计，交通事故中1/2是因车速过快造成的，其中又有很大一部分是车速过快导致行人被撞伤亡。

现有的汽车行人被动检测防撞装置只是给予驾驶员提供报警，但因为人需要一定的反应时间或者此时驾驶员在做其他事情来不及刹车，车祸就随之发生。另外一种汽车主动检测防撞装置是设定一个固定的安全距离，但其中利用的安全距离因为缺乏理论计算依据，并不准确。现实中安全距离与车速以及汽车与地面的摩擦系数都有一定的关系，并非恒定值。则在汽车主动检测防撞装置中使用的理论安全距离与实际安全距离误差较大。

因此，需要一种可根据不同路况来确定安全距离的新型车辆制动系统，提高计算的安全距离的精度及行车安全性。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种车辆制动系统、制动方法及具有该制动系统的车辆。

本发明公开了一种车辆制动系统，包括：测距单元，用于测量前方车辆、行人或障碍物的距离；测速单元，用于测量车辆的行驶速度；控制单元，接收所述测距单元及测速单元发来的所述距离及行驶速度信息，及输出一制动指令；制动单元，根据所述制动指令对车辆执行制动操作；还包括：雨量传感器，根据采集的雨量向所述控制单元发送一包含雨量大小的信号；所述控制单元根据所述信号中雨量大小对应的地面摩擦系数μ确定当前地面摩擦系数μ，并根据所述距离、摩擦系数通过动能定理确定安全车速；所述控制单元比较所述安全车速与所述行驶速度，当所述安全车速小于所述行驶速度时，所述控制单元发送所述制动指令至所述制动单元。

优选地，所述测距单元包括红外传感器，检测行人辐射的红外线。

优选地，所述测距单元还包括菲涅尔透镜，聚焦行人辐射的红外线至所述红外传感器。

优选地，所述车辆制动系统还包括：信号处理单元，设于所述测距单元和/或测速单元与控制单元间，对承载所述距离和/或行驶速度及雨量的信号放大和/或滤波及A/D转换。

优选地，所述车辆制动系统还包括：显示单元，显示所述距离和/或行驶速度。

优选地，所述制动单元包括：自动刹车电路，根据所述制动指令制动车辆。

优选地，所述自动刹车电路包括：激光场效应管及刹车模块，所述激光场效应管根据所述制动指令导通或断开，控制所述刹车模块制动与否。

本发明还公开了一种车辆制动方法，包括以下步骤：S1：测量前方车辆、行人或障碍物与车辆的距离；S2：测量当前车辆的行驶速度；S3:将所述距离及行驶速度发送至车辆的控制单元；S4:雨量传感器采集雨量大小，并向所述控制单元发送包含雨量大小的信号；S5:所述控制单元根据雨量大小对应的地面摩擦系数μ确定当前地面摩擦系数μ；S6:所述控制单元根据所述距离、摩擦系数通过动能定理确定安全车速；S7:所述控制单元比较所述安全车速的大小，当所述安全车速小于所述行驶速度时，所述控制单元发送一制动指令至车辆的制动单元执行制动操作。

优选地，所述步骤S5中，雨量大小与地面摩擦系数μ对应的关系为：当雨量大小为大雨时，所述地面摩擦系数μ为0.5；当雨量大小为中雨时，所述地面摩擦系数μ为0.6；当雨量大小为小雨时，所述地面摩擦系数μ为0.7；当雨量大小为无雨时，所述地面摩擦系数μ为0.8。

优选地，所述步骤S6中，计算所述安全车速时，所述距离为测得的距离减去驾驶员反应距离，再减去一余量值。

优选地，所述余量值为测得的距离的20％。

本发明又公开了一种具有上述车辆制动系统的车辆。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.根据不同路况计算实际安全车距，避免了一成不变的安全车距中及时刹车仍无法躲避前方行人或障碍物的情况。

2.前方行人或障碍物探测范围更广，减少了盲点的可能性。

附图说明

图1为本发明一实施例中车辆制动系统的系统结构示意图；

图2为本发明一实施例中自动刹车电路的电路示意图；

图3为本发明中菲涅尔透镜探测角示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图1，为本发明一实施例中车辆制动系统的系统结构示意图。车辆制动系统包括有：测距单元，可测量本车与前方行人、车辆或障碍物的距离，并向外发送包含该距离的信号，此处所指的距离，是指将本车与前方行人、车辆或障碍物视为单位点后的两点之间的距离；测速单元，可测量车辆当前的行驶速度，同样也向外发送包含该行驶速度信息的信号；控制单元，即车辆MCU，分别接收上述包含距离与行驶速度信息的两信号。为了对路况进行分析，本发明中，车辆制动系统还包括有一雨量传感器，可用于遥测液体降水量、降水强度、降水起止时间等数据，该雨量传感器将分析采集到的雨量大小，并与控制单元连接，将包含当前雨量大小数据的信号发送到控制单元，控制单元比对雨量大小数据，查找出当前雨量大小对应的地面摩擦系数μ，从而判断出当前地面的摩擦系数μ。随后控制单元根据测距单元与测速单元测得的与前方行人、车辆或障碍物的距离及行驶速度，并在动能定理(μ为摩擦系数，N＝mg，g取9.8m/s²，m为车辆的质量，s为正前方障碍物的距离，v_t为安全车速)的基础上计算安全车速。在算得摩擦系数加权后的安全车速后，控制单元将该安全车速与当前行驶速度进行比较，当安全车速小于行驶速度时，控制单元将发送一制动指令至车辆的制动单元，在接收到制动指令后，制动单元对车辆执行制动操作；而当安全车速大于行驶速度时，控制单元不会发送制动指令至制动单元，车辆便继续行驶下去。

一优选实施例中，测距单元配置为红外传感器，更优选的可以使用热释电红外传感器，用于检测路上行人辐射出的红外线，由于红外线污染小，云雾穿透力较强，且大多数的交通事故均为行人不遵守交通规则所导致的，因此，使用红外传感器可针对行人进行紧急刹车避让。随后，根据红外线本身直线传播很难扩散的原理，在测距单元内，还设置有一菲涅尔透镜。参阅图3，为本发明中菲涅尔透镜探测角示意图，其探测角为α，可在红外传感器前加装该菲涅尔透镜，使得红外传感器的探测范围呈圆锥形形状，且探测范围的距离可达到几十米，即便行人不在车辆的正前方而是在侧前方(例如横穿马路)时，依然可被红外传感器探测到。同时菲涅尔透镜可以将行人辐射的红外线聚焦到红外传感器上，产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电红外传感器要求信号不断变化的特性。

可想到的是，上述实施例中，也可使用包含其他测距设备如电磁波传感器等的测距单元，使用其本身的功能测量与前方行人、车辆或障碍物的距离，不限于上述实施例中提及的方式。

此处详细介绍上述优选实施例中安全车速的计算方法：

红外传感器检测到行人发出的红外线信号后，由于菲涅尔透镜探测到了侧前方行人的距离d(车辆与行人的间距)，但车辆为向前行驶，该距离d并非为正前方方向上可刹车的距离s，因此，根据菲涅尔透镜探测角α，计算可得正前方向上可刹车的距离s＝dcosα。另外，考虑到驾驶员从观察到前方危险到实际踩下制动踏板的反应时间，在该可刹车距离s的基础上应减去反应距离△s＝v_tt_反，则得到减去反应距离后的刹车距离s＝dcosα-v_tt_反，使得可刹车的安全距离更加准确。同时，为了进一步安全，在该刹车距离s的基础上，减去部分余量值(此实施例中取20％)，防止反应时间过长、驾驶员误踩油门等特殊情况发生时刹车距离不够的条件，则最终得到一加权后的刹车距离s＝0.8*(dcosα-v_tt_反)，将该刹车距离s带入到动能定理中，并化简后得到安全刹车速度：

其中t_反可取0.7秒，d则根据不同菲涅尔透镜的参数决定。

由于不同降雨量时行车地面的摩擦系数μ不同，因此，μ的取值随雨量大小不同而变化，一实施例中，两者对应的关系为：

大雨时，μ＝0.5，则

中雨时，μ＝0.6，则

小雨时，μ＝0.7，则

无雨时，μ＝0.8，则

上述摩擦系数μ的选择可根据路况调整，上述举例并非对μ的取值作任何限定。而雨量的判断可根据气象领域常规的雨量判断标准进行划分，亦或是手动调整。

当计算出安全车速v后，便与实际车速进行比较，从而由控制单元确定是否需要执行自动刹车。

继续参阅图1，为了确保测距单元和测速单元测量距离数据与当前行驶车速数据传递至控制单元的准确性，车辆制动系统还包括有信号处理单元，该信号处理单元可设置在测距单元、测速单元、雨量传感器与控制单元间，对测距单元、测速单元、雨量传感器发来的承载有距离和/或行驶速度及雨量的信号进行放大滤波和/或A/D转换，以防止测距单元、测速单元、雨量传感器发送的信号过于微弱，无法识别或识别错误的情况发生。

可选地或优选地，车辆制动系统还包括有一显示单元，与控制单元连接，当控制单元得到当前车辆与前方行人、车辆或障碍物的距离和行驶速度后，将上述信息发送至显示单元，并在显示单元上显示出，以告知驾驶员上述信息。可知的是，显示单元可以是设置与车内的显示屏、触摸屏等常见的显示设备。

本实施例中，制动单元包括有自动刹车电路，根据控制单元的指令制动车辆。更具体地，自动刹车电路包括激光场效应管(LSDMOSFET)，通过激光场效应管(LSDMOSFET)导通或截止的状态变化带动电机的旋转来控制制动踏板。当安全车速v小于行驶速度时，控制单元控制输出高电平给自动刹车电路,使得激光场效应管(LSDMOSFET)导通，带动电机旋转控制踩制动踏板，随后控制单元停止比较安全车速v和行驶速度。随着制动将车辆停止，检测到的实际车速为0时，控制单元控制输出低电平使得激光场效应管(LSDMOSFET)关断，电机停止旋转使得制动踏板松开。

本发明还公开了一种车辆制动方法，包括以下步骤：

S1：测量前方、行人或障碍物与本车的距离d；

S2：测量车辆的行驶速度(S1与S2无前后顺序要求)；

S3：上述距离d与行驶速度信息被转化为脉冲信号发送至车辆的控制单元，；

S4：雨量传感器采集当前雨量大小，并向控制单元发送包含雨量大小的信息，如当前大雨、中雨、小雨或无雨，同样地，上述包含雨量大小的信息信号也被转化为脉冲信号；

S5：控制单元数模转换后，将上述脉冲信号转化为具体信息，并根据雨量大小对应的地面摩擦系数μ确定当前地面摩擦系数μ；

S6：控制单元根据距离、摩擦系数通过动能定理确定安全车速；

S7：控制单元比较安全车速的大小，当安全车速小于行驶速度时，控制单元发送一制动指令至车辆的制动单元执行制动操作。

上述制动方法中，即便大雨刚刚停止时，根据雨量传感器的液位也会判断为路面摩擦系数较小。抑或是在车前方具有多个行人时，测距单元将选择最小的距离，即最接近的行人为标准作为发送至控制单元的距离。

在一个优选实施例中，雨量大小与摩擦系数μ的对应关系为：

当雨量大小为大雨时，所述地面摩擦系数μ为0.5；

当雨量大小为中雨时，所述地面摩擦系数μ为0.6；

当雨量大小为小雨时，所述地面摩擦系数μ为0.7；

当雨量大小为无雨时，所述地面摩擦系数μ为0.8。

正如上文所提及的，摩擦系数μ的选择并非固定的，可根据行车经验或实际测得的摩擦系数进行调整。

其他优选或可选实施例中，计算安全车速时，距离为测得的距离减去驾驶员反应距离，再减去既定的余量值，以考虑到特殊情况发生时实际安全距离缩短的情况。该实施例中，余量值为20％，即将测得的前方距离乘以80％作为计算时的距离s参考值。

具有上述制动系统的车辆或是采用上述制动方式制动的车辆可根据路况的变化，精确计算安全刹车距离与安全车速，避免危险事故的发生。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种车辆制动系统，包括：

测距单元，用于测量前方车辆、行人或障碍物的距离；

测速单元，用于测量车辆的行驶速度；

控制单元，接收所述测距单元及测速单元发来的所述距离及行驶速度信息，及输出一制动指令；

制动单元，根据所述制动指令对车辆执行制动操作；其特征在于，

还包括：

雨量传感器，根据采集的雨量向所述控制单元发送一包含雨量大小的信号；所述控制单元根据所述信号中雨量大小对应的地面摩擦系数μ确定当前地面摩擦系数μ，并根据所述距离、摩擦系数通过动能定理确定安全车速；

所述控制单元比较所述安全车速与所述行驶速度，当所述安全车速小于所述行驶速度时，所述控制单元发送所述制动指令至所述制动单元；

所述制动单元包括：自动刹车电路，根据所述制动指令制动车辆；所述自动刹车电路包括：激光场效应管及刹车模块，所述激光场效应管根据所述制动指令导通或断开，控制所述刹车模块制动与否。

2.如权利要求1所述的车辆制动系统，其特征在于，

所述测距单元包括红外传感器，检测行人辐射的红外线。

3.如权利要求2所述的车辆制动系统，其特征在于，

所述测距单元还包括菲涅尔透镜，聚焦行人辐射的红外线至所述红外传感器。

4.如权利要求1所述的车辆制动系统，其特征在于，

所述车辆制动系统还包括：信号处理单元，设于所述测距单元和/或测速单元与控制单元间，对承载所述距离和/或行驶速度及雨量的信号放大和/或滤波及A/D转换。

5.如权利要求1所述的车辆制动系统，其特征在于，

所述车辆制动系统还包括：显示单元，显示所述距离和/或行驶速度。

6.一种车辆制动方法，其特征在于，基于权利要求1所述的车辆制动系统实现，包括以下步骤：

S1：测量前方车辆、行人或障碍物与车辆的距离；

S2：测量当前车辆的行驶速度；

S3:将所述距离及行驶速度发送至车辆的控制单元；

S4:雨量传感器采集雨量大小，并向所述控制单元发送包含雨量大小的信号；

S5:所述控制单元根据雨量大小对应的地面摩擦系数μ确定当前地面摩擦系数μ；

S6:所述控制单元根据所述距离、摩擦系数通过动能定理确定安全车速；

S7:所述控制单元比较所述安全车速的大小，当所述安全车速小于所述行驶速度时，所述控制单元发送一制动指令至车辆的制动单元执行制动操作。

7.如权利要求6所述的车辆制动方法，其特征在于，

所述步骤S5中，雨量大小与地面摩擦系数μ对应的关系为：

当雨量大小为大雨时，所述地面摩擦系数μ为0.5；

当雨量大小为中雨时，所述地面摩擦系数μ为0.6；

当雨量大小为小雨时，所述地面摩擦系数μ为0.7；

当雨量大小为无雨时，所述地面摩擦系数μ为0.8。

8.如权利要求6或7所述的车辆制动方法，其特征在于，

所述步骤S6中，计算所述安全车速时，所述距离为测得的距离减去驾驶员反应距离，再减去一余量值。

9.如权利要求8所述的车辆制动方法，其特征在于，

所述余量值为测得的距离的20％。

10.一种具有如权利要求1所述车辆制动系统的车辆。