一种反喷式的汽车防碰系统的制作方法

本发明涉及汽车防碰技术领域，尤其是一种反喷式的汽车防碰系统。

背景技术：

近年来，我国汽车工业迅速发展，汽车保有量逐年递增，但是交通事故和道路堵塞的频率也随之增加。由于汽车的增加，导致车辆的平均车速下降，使得驾驶员需要长时间集中注意力观测路面情况，很容易造成疲劳驾驶，发现安全隐患等信息不及时，又由于汽车制动距离长，紧急制动车轮抱死等原因，引发追尾等交通事故。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种反喷式的汽车防碰系统，利用反喷发动机避免汽车发生碰撞。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种反喷式的汽车防碰系统，包括：

激光雷达：安装于汽车前部，监测自身车辆和前方车辆的相对距离以及自身车辆与前方车辆的相对角度值；

加速度传感器：测量自身车辆的加速度；

上位工控机：获取激光雷达输出的相对距离和相对角度值以及加速度传感器输出的加速度，输出反喷系统的控制信息；

微型控制器：与上位工控机数据相连，根据上位工控机的控制信息调节反喷发动机，控制信息包括反喷力和反喷角度；

反喷系统：包括安装在汽车顶上的反喷发动机、安装在反喷发动机底部的舵机，反喷发动机根据反喷力运行，舵机根据微型控制器输出的反喷角度调节反喷发动机的反喷角度；

所述上位工控机对相对距离、相对角度值、加速度进行模糊控制后输出控制信息。

根据加速度a可计算得车速v，通过加速度a、车速v、自身车辆与前方车辆的相对角度值可计算得车辆的制动距离S1，车辆的制动距离S1与自身车辆和前方车辆的相对距离S进行比较：当S1<S时，上位工控机不形成预警信息；当S1>S时,上位工控机形成预警信息，上位工控机输出控制信息。

所述上位工控机对相对距离、相对角度值、加速度进行模糊控制处理后进行预警信息判断，预警信息包括安全距离、一级预警信息、二级预警信息。

本发明的有益效果是：相比安全气囊防碰撞系统，本发明利用反喷发动机避免汽车发生碰撞，可以直接避免碰撞事故的发生，大大降低车祸发生率。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的控制原理图；

图2是本发明的安装示意图；

图3是本发明中的反喷角度计算示意图；

其中:1、加速度传感器，2、激光雷达，3、上位工控机，4、微型控制器，5、反喷发动机，6、舵机。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、图2所示，图2中箭头方向为汽车前进方向，一种反喷式的汽车防碰系统，包括：

激光雷达2：安装于汽车前部，监测自身车辆和前方车辆的相对距离以及自身车辆与前方车辆的相对角度值；

加速度传感器1：测量自身车辆的加速度；

上位工控机3：获取激光雷达输出的相对距离和相对角度值以及加速度传感器输出的加速度，输出反喷系统的控制信息；

微型控制器4：与上位工控机数据相连，根据上位工控机的控制信息调节反喷发动机，控制信息包括反喷力和反喷角度；

反喷系统：包括安装在汽车顶上的反喷发动机6、安装在反喷发动机底部的舵机5，反喷发动机6根据反喷力运行，舵机5根据微型控制器输出的反喷角度调节反喷发动机6的反喷角度；

所述上位工控机3对相对距离、相对角度值、加速度进行模糊控制后输出控制信息。

根据加速度a可计算得车速v，通过加速度a、车速v、自身车辆与前方车辆的相对角度值可计算得车辆的制动距离S1，车辆的制动距离S1与自身车辆和前方车辆的相对距离S进行比较：当S1<S时，上位工控机3不形成预警信息；当S1>S时,上位工控机3形成预警信息，上位工控机3输出控制信息。

所述上位工控机3对相对距离、相对角度值、加速度进行模糊控制处理后进行预警信息判断，预警信息包括安全距离、一级预警信息、二级预警信息。

激光雷达1监测汽车和前方车辆的相对距离S和相对角度值。加速度传感器2测量自身车辆加速度a，并通过积分算法计算出车速v。上位工控机3通过加速度a、车速v、相对距离S，通过模糊控制对数据进行处理，得出反喷发动机的反喷角度θ及反喷力。微型控制器4采用K60微型控制器，通过获取由上位工控机3的数据信息，进一步确定相应执行命令。舵机5根据障碍物位置，调节反喷发动机反喷角度θ。反喷发动机6阻止车辆发生碰撞。

相比外部安全气囊防碰撞系统，本发明可以直接避免碰撞事故的发生，同时响应迅速，可以大大降低车祸发生率。

模糊控制处理：由相对距离S、速度v、加速度a，将以上数据输入模糊控制器，模糊控制器根据预设的模糊规则进行模糊推理，输出不同等级的预警信息。进一步优化，激光雷达检测到的相对距离S并非直接输入模糊控制器，首先通过归一化运算，归一化系数为df，以上过程计算如下：

$S^{\&prime;}=\frac{S}{df}\&times;100---\left(1\right);$

同时应用相应距离公式测得比较距离，应用模糊控制比较；

$S_1=\frac{1}{2}\&times;(\frac{{v_1}^2}{u_1}-\frac{(u_1-v_r)}{u_2})+v_1\&times;(t_1+t_2)+d---\left(2\right);$

$S_2=v_r(t_1+t_2)+\frac{1}{2}{a}_2{(t_1+t_2)}^2---\left(3\right);$

S₃＝kS₂ (4)；

公式中，S₁为通过算法得出的车辆最低碰撞距离，S₂为车辆一级预警距离,S₃为车辆二级预警信息了，u₁为自身车辆当前行驶车速，u₂为前方车辆行驶车速，v_r为两辆车车速差值，v₁为自身车辆紧急制动时的平均车速，a₂为车辆反喷发动机启动后引起的平均车辆加速度，d为两辆车间的距离，t₁为系统处理时间，t₂为反喷发动机启动时间，k为适应因子，根据距离、路况等情况而定。

上述优选方法，采用模糊控制方法判断主动防撞的告警，模糊控制器的输入参数是自适应变化的，作为输入参数之一的相对距离S进行归一化，归一化的尺度实时变化。同时，进行预警信息排序：分为安全行驶、二级预警、一级预警。

反喷发动机，运用喷气式涡扇发动机，安装于汽车顶上。该喷气式涡扇发动机基本构成为进气风扇，压气机，内涵道，外涵道，燃烧室，涡轮机，喷口等组成，并由微型控制器触发其工作。

若上位工控机确定脱离碰撞可能，微型控制器直接触发低电平对反喷发动机熄火，舵机回到中间位置，整个防碰系统停止工作。

模糊控制处理具体方式如下：

偏差α、β为反喷力、反喷角度的差值变化率。由输入信息模糊化、模糊推理和解模糊化三个过程来完成。

1、输入信息模糊化

假设反喷力偏差α在[-ɡ,ɡ]之间，偏差变化率α1在[-a,a]之间，控制量U在[-b,b]之间。

定义α,α1和U的模糊子集均为：{NB(负大),NM(负中),NS(负小),ZE(适中),PS(正小),PM(z正中),PB(正大)}；

定义α和α1的论域等级为{-10，-9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6，7,8,9,10}；

定义控制量U的论域等级为{-10.-9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6，7,8,9,10}。

计算量化因子：

(1)误差

(2)误差变化率

(3)控制量U的比例因子：

设反喷发动机的反喷角度偏差β在[-α,ɑ]之间，偏差变化率β1在[-c,c]之间，控制量U在[-d,d]之间。

定义β，β1和U的模糊子集均为：{NB(负大),NM(负中),NS(负小),ZE(适中),PS(正小),PM(z正中),PB(正大)}；

定义β和β1的论域等级为{-10，-9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6，7,8,9,10}；

定义控制量U的论域等级为{-10.-9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6，7,8,9,10}。

计算量化因子：

(1)误差

(2)误差变化率

(3)控制量的比例因子：

2、模糊推理原则

当偏差α或β的绝对值较大或大时，选取控制量U应保证系统的跟随性能和快速响应性能；

当偏差α或β的绝对值适中时，选取控制量U应保证系统较小的超调量；

当偏差α或β的绝对值较小时，选取控制量U应保证系统的稳态性能。

3、解模糊化

即对输出的模糊控制量U转换成一个确定的输出控制量u，。选用加权平均法计算出确定的输出控制量u。

$u=\underset{\mathrm{\&chi;}=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{x}_{\mathrm{\&chi;}}U\left(x_{\mathrm{\&chi;}}\right)/\underset{\mathrm{\&chi;}=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}U\left(x_{\mathrm{\&chi;}}\right)---\left(14\right);$

式中U(x_χ)为点x_χ处的隶属分布函数值。

反喷角度θ及反喷力N的计算

如图3所示，激光雷达对前车尾部各个点的距离进行测量，测得出一系列长度量。在这一系列长度量中，可以认为最大的距离L₃为距离本车较远的一侧与本车的距离，最小的距离L₁为距离本车较近的一侧与本车的距离，中值距离L₂为前车后方中心与本车的距离，同时测得以雷达为端点时前车最外侧到最内侧所转过的角度为β₂。由余弦定理计算前车车宽为：

$L=\sqrt{L_1^2+L_3^2-2L_1{L}_3{\mathrm{COS\&beta;}}_2};$

再次利用余弦定理得：

$COS\mathrm{\&eta;}=\frac{{\frac{L}{4}}^2+L_2^2-L_1^2}{2\&times;\frac{L}{2}\&times;L_2};$

由三角形角度关系知，反喷角度为：

$\mathrm{\&theta;}=\frac{PI}{2}-\mathrm{\&eta;};$

由激光雷达测得前车车速为u₂，本车车速为u₁。本发明的反喷式防碰系统的目的即是在两车距离内将本车的车速降为前车车速或前车车速以下，所以反喷所需要给本车提供的反向加速度a₃为：

$a_3=\frac{u_2^2-u_1^2}{2d};$

其中的车距d可以通过三角函数计算：

d＝L₂×SINη；

当本车的车重为M时，反喷系统需要提供的反喷力N为：

N＝M×a₃；

上述本车指自身车辆，上述前车指前方车辆，激光雷达可采用二维激光平面雷达。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。