一种汽车爆胎应急辅助安全行车控制及5G通信预警系统的制作方法

一种汽车爆胎应急辅助安全行车控制及5g通信预警系统
技术领域
1.本发明涉及交通安全技术领域，具体来讲是一种汽车爆胎应急辅助安全行车控制及5g通信预警系统。


背景技术：

2.汽车爆胎直接影响车辆稳定性，导致车身侧偏、方向失控，加之驾驶人员下意识的误操作，容易产生交通事故，尤其高速行驶情况下，当车间距较小时，由于其他车辆来不及避让，还会引起其他车辆与爆胎车辆之间的二次事故，甚至诱发严重的多车连环事故。因此，对车辆采取爆胎实时检测、行车应急控制、预警信息共享的爆胎应对措施十分必要。
3.目前车胎监测技术已经成熟，市面上亦有相对成熟的爆胎检测装置，通常考虑到车胎检测端检测系统信号传输的便利性，目前多采用基于zigbee等非开源或其他自定义传输协议的rf射频无线通信技术进行爆胎异常信号的传输。由于通信距离较短、通信协议兼容性不高，因此无法将爆胎信号进行广域共享，不能实现对其他附近车辆的预警。
4.此外，专利文件《爆胎应急辅助安全控制系统》(专利申请号：201611164621.9)公开了一种爆胎应急辅助安全控制系统，将爆胎信号引入被动式辅助安全行车控制中。但该系统中由专用控制器控制连接报警装置、发动机控制器、变速箱控制器等装置，直接进行行车干预，造成该控制器实施针对多种控制对象的控制作用，存在以下几方面的问题：
5.①
导致控制结构及功能复杂：需要爆胎控制器和控制模式转化器两个独立模块实施控制作用，且爆胎控制器要对发动机、节气门、制动器、转向控制器等多个行车控制器进行控制，导致爆胎控制器功能集成度过高、运行压力大，可靠性得不到有效保证；
6.②
控制实时性不高：一方面由于爆胎控制器功能复杂，输入、输出控制周期长，影响控制实时性；另一方面，爆胎控制器完成控制作用后还需通过控制模式转换器后输出给各行车控制器，再有控制器实施控制动作，控制实施过程复杂；
7.③
控制线束较多，可靠性不高：控制模式转化器的输出需要多条信号线与各行车控制器相连，导致控制信号线繁多，线缆铺设复杂，且存在电磁干扰风险，易对行车安全造成影响。


技术实现要素：

8.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种汽车爆胎应急辅助安全行车控制及5g通信预警系统，不仅提高爆胎车辆本身的安全，而且及时获取一定范围内其他车辆的异常运行情况，以便及时采取处理措施，进一步提高行车安全性。
9.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种汽车爆胎应急辅助安全行车控制及5g通信预警系统，包括车联安全预警平台和若干车辆爆胎应急辅助行车控制系统；
10.所述车联安全预警平台用于接收包含爆胎车辆位置的预警信息，并将该信息分享至政府应急部门，以便于应急部门做好应急预案和准备；同时将该信息经5g移动通信网络下发，以便于对一定地理范围内的车辆进行预警；
11.所述车辆爆胎应急辅助行车控制系统包括车轮爆胎检测模块、车辆信息路由模块、行车控制ecu及其受控装置、信号输出系统ecu及其受控装置；
12.所述车轮爆胎检测模块集成胎压传感器、第一mcu及第一ism频段无线通信单元，安装至各车胎内；通过胎压传感器实时检测车胎压力，并经第一mcu数据处理后判别是否发生爆胎；若发生爆胎，则通过第一ism频段无线通信单元发送包含爆胎车轮位置的爆胎信息至信息路由模块；
13.所述车辆信息路由模块集成第二ism频段无线通信单元、第二mcu、5g移动通信单元及can总线通信单元；第二mcu经第二ism频段无线通信单元接收来自本车爆胎检测模块发送的爆胎信息并将信息经can总线通信单元发送到车内can总线上；同时，第二mcu将包含本车地理位置的爆胎信息经5g移动通信单元发送至车联安全预警平台；此外，第二mcu经5g移动通信单元接收来自车联安全预警平台发送的爆胎预警信息，并进行预警判别，即以发生爆胎的其他车辆位置为基准点，仅当本车位置处于一定范围内时将预警信息经车内can总线通信单元发送到can总线上；
14.所述行车控制ecu及其受控装置，经can总线接收信息并进行判别：若接收到爆胎信息，则自动进入应急辅助行车控制模式，按照车辆状态主动进行应急安全行车介入；反之，则按正常行车控制模式运行；
15.所述信号输出系统ecu及其受控装置，经can总线接收信息并进行判别：若有爆胎信息或预警信息，则控制响应装置发出相应的异常指示信号；否则，按正常行车模式进行信号指示。
16.在上述技术方案的基础上，所述车轮爆胎检测模块针对爆胎判定的方法包括：
17.(1)预处理：将采样的胎压原始数据x
k
载入基于时间序列的滑动窗口1中，窗口大小为n1，满足t
s
*n1＝750ms；
18.(2)高斯函数的一阶导数作为小波函数进行小波变换，其中尺度因子s＝2
m
(m＝0，1,2...j),找出数据突变点：
19.①
求固定尺度因子下，即m确定不变时，各采样点x
k
(k＝0,1，2...n1
‑
1)的卷积
20.②
求固定尺度因子下各采样点处小波变换模值：
21.③
求固定尺度因子下相邻两采样点间小波变换模值之间的差值δf(m,k)＝f(m,k)
‑
f(m,k
‑
1)
22.④
判断是否存在局部极大值，即是否存在δf(m,k)＞0且δf(m,k+1)＜0，若存在，则x
k
为数据突变点；
23.⑤
增大m值，重复
①
～
④
，找到各尺度因子下的数据突变点；
24.(3)根据数据突变点判断是否发生爆胎：
25.①
求相邻两数据突变点x
c
、x
d
之间的差值δx
n
＝x
c
‑
x
d
26.②
求相邻两数据突变点x
c
、x
d
之间的间隔时间δt
n
＝(c
‑
d)*t
s
27.③
根据国标gb/t 30513
‑
2014的爆胎定义，若δt
n
≤750ms且δx
n
＞δp，则发生爆胎。
28.在上述技术方案的基础上，所述响应装置包括信号灯、仪表及语音装置。
29.在上述技术方案的基础上，所述应急安全行车介入包括发动机ecu及变速箱ecu实施应急车速控制、制动系统ecu实施应急制动控制、车辆转向系统ecu实施应急转向控制。
30.在上述技术方案的基础上，所述车辆信息路由模块搜寻并接收有效的rf射频信号，若第二ism频段无线通信单元接收到本车爆胎信息，则经can总线通信单元向汽车can总线发送爆胎信号，经5g移动通信单元发送包含本车地理位置的预警信号；若第二ism频段无线通信单元未接收到本车爆胎信息，则判断5g移动通信单元是否接收到预警信息，若是，则获取爆胎车辆的地理信息，并与本车地理位置比较，若本车与爆胎车辆在同一道路上，且两车间距小于预设值，则经can总线通信单元向汽车can总线发送预警信号。
31.在上述技术方案的基础上，所述行车控制ecu及其受控装置的各ecu检测can总线信息，若有爆胎信息，且当前车速大于阈值，则进入应急辅助行车控制模式；获取爆胎位置，若前轮爆胎，则制动系统ecu启动制动踏板锁死器，转向系统ecu提供方向盘阻尼作用，使转角变化小于设定阈值，变速箱ecu控制变速箱切入低档位，发动机ecu控制油门开度，逐渐较小燃油输入，制动系统ecu控制制动器，采取一定频率的点刹方式进行制动，直至当前车速小于阈值后，进入正常行车控制模式；若后轮爆胎，则转向系统ecu提供方向盘阻尼作用，制动系统ecu启动制动踏板锁死器，使转角变化小于设定阈值，变速箱ecu控制变速箱切入低档位，发动机ecu控制关闭油门开度，制动系统ecu控制制动器，采取一定频率的点刹方式进行制动，直至当前车速小于阈值后，进入正常行车控制模式
32.在上述技术方案的基础上，所述信号输出系统ecu及其受控装置的ecu检测can总线信息，若有爆胎信息，则双闪报警启动，语音播报爆胎信号，仪表盘显示爆胎信号；若无爆胎信息，则判断是否有预警信号，若有，则语音播报预警信号，仪表盘显示预警信号。
33.本发明的有益效果在于：
34.1、本发明摒弃传统胎压检测系统中通过胎压检测值与固定阈值的比较结果来判断是否爆胎的方法，结合国标gb/t 30513
‑
2014中对车轮爆胎的定义描述，对胎压检测值进行基于小波变换的数据突变算法处理，即由胎压检测值组成滑动窗口序列数据，并对小波变换模值、突变特征值及时间戳进行综合判定，准确识别是否发生爆胎，防止因外界环境变化或车胎漏气而导致爆胎错判，进一步提高爆胎检测的准确性，预防应急辅助行车系统的误动作。
35.2、本发明设计了具有基于5g技术的联动机制的车联安全预警平台，车辆爆胎信号经5g移动通信方式发送至预警平台，便于消防、交警等安全应急部门及时获取车辆爆胎信息、及时响应，同时通过信息交互，对其他车辆进行预警。
36.3、本发明各车载ecu对外无需接收其他控制器的控制作用，在通过can总线识别爆胎信号后进入应急辅助行车模式，自主调节行车状态。现有技术，目前在无人驾驶车辆上采用的就是通过can网络或者以太网将各车载行车控制器组网，实现信息共享和分布式控制。目前考虑到整车成本和防止误动作，对于避障等应急辅助驾驶，大多都发出语音提醒，最终由驾驶人员实施具体的控制动作；同时目前大多数车辆挂接有esp(电子车身稳定系统)，在正常运行时能保证车身的稳定，但无法对驾驶人员的驾驶动作实施屏蔽，因此爆胎后仍然
存在由于驾驶人员的误动作导致安全事故的发生。目前市面上还未出现针对爆胎安全的被动式应急介入控制。
37.4、本发明的车联平台安全预警，通过基于5g的通信及定位系统，可将爆胎车辆自身的地理位置、爆胎异常状态等信息进行广域传输，实现信息共享，并对一定区域内的其他车辆进行安全预警；
38.5、本发明对爆胎控制信号传输优化，通过优化车辆内部爆胎控制信号的通信方式，简化系统结构和部分控制功能，并减少系统连接线缆数量，提高爆胎后应急辅助行车的可靠性。
39.6、本发明对爆胎后的车辆实施有效干预措施，通过爆胎时车辆各ecu对相关行车控制量的有效精准干预，预防驾驶车下意识的误操作，保障爆胎后车辆的安全。
附图说明
40.图1为本发明实施例中汽车爆胎应急辅助安全行车控制及5g通信预警系统示意图；
41.图2为本发明实施例中车轮爆胎检测模块的工作流程图；
42.图3为本发明实施例中车辆信息路由模块的工作流程图；
43.图4为本发明实施例中行车控制ecu及其受控装置的工作流程图；
44.图5为本发明实施例中信号输出系统ecu及其受控装置的工作流程图；
45.图6为本发明实施例中车联安全预警平台的工作流程图。
具体实施方式
46.下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
47.下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
48.参见图1所示，本发明实施例提供了一种汽车爆胎应急辅助安全行车控制及5g通信预警系统，包括车联安全预警平台和若干车辆爆胎应急辅助行车控制系统；
49.参见图6所示，所述车联安全预警平台用于接收包含爆胎车辆位置的预警信息，并将该信息分享至政府应急部门，以便于应急部门做好应急预案和准备；同时将该信息经5g移动通信网络下发，以便于对一定地理范围内的车辆进行预警；
50.所述车辆爆胎应急辅助行车控制系统包括车轮爆胎检测模块、车辆信息路由模块、行车控制ecu及其受控装置、信号输出系统ecu及其受控装置；
51.参见图2所示，所述车轮爆胎检测模块集成胎压传感器、第一mcu及第一ism频段无线通信单元，安装至各车胎内；通过胎压传感器实时检测车胎压力，并经第一mcu数据处理后判别是否发生爆胎；若发生爆胎，则通过第一ism频段无线通信单元发送包含爆胎车轮位置的爆胎信息至信息路由模块；
52.所述车辆信息路由模块集成第二ism频段无线通信单元、第二mcu、5g移动通信单元及can总线通信单元；第二mcu经第二ism频段无线通信单元接收来自本车爆胎检测模块
发送的爆胎信息并将信息经can总线通信单元发送到车内can总线上；同时，第二mcu将包含本车地理位置的爆胎信息经5g移动通信单元发送至车联安全预警平台；此外，第二mcu经5g移动通信单元接收来自车联安全预警平台发送的爆胎预警信息，并进行预警判别，即以发生爆胎的其他车辆位置为基准点，仅当本车位置处于一定范围内时将预警信息经车内can总线通信单元发送到can总线上；
53.所述行车控制ecu及其受控装置，经can总线接收信息并进行判别：若接收到爆胎信息，则自动进入应急辅助行车控制模式，按照车辆状态主动进行应急安全行车介入；反之，则按正常行车控制模式运行；具体的，所述应急安全行车介入包括发动机ecu及变速箱ecu实施应急车速控制、制动系统ecu实施应急制动控制、车辆转向系统ecu实施应急转向控制。
54.所述信号输出系统ecu及其受控装置，经can总线接收信息并进行判别：若有爆胎信息或预警信息，则控制响应装置发出相应的异常指示信号；否则，按正常行车模式进行信号指示。具体的，所述响应装置包括信号灯、仪表及语音装置。
55.具体的，所述车轮爆胎检测模块针对爆胎判定的方法包括：(设采样周期为t
s
)
56.(1)预处理：将采样的胎压原始数据x
k
载入基于时间序列的滑动窗口1中，窗口大小为n1(满足t
s
*n1＝750ms)。
57.(2)以高斯函数的一阶导数作为小波函数进行小波变换，其中尺度因子s＝2
m
(m＝0，1,2...j),找出数据突变点：
58.①
求固定尺度因子下(m确定不变时)各采样点x
k
(k＝0,1，2...n1
‑
1)的卷积
59.②
求固定尺度因子下各采样点处小波变换模值：
60.③
求固定尺度因子下相邻两采样点间小波变换模值之间的差值δf(m,k)＝f(m,k)
‑
f(m,k
‑
1)
61.④
判断是否存在局部极大值，即是否存在δf(m,k)＞0且δf(m,k+1)＜0，若存在，则x
k
为数据突变点
62.⑤
增大m值，重复
①
～
④
，找到各尺度因子下的数据突变点。
63.(3)根据数据突变点判断是否发生爆胎：
64.①
求相邻两数据突变点x
c
、x
d
之间的差值δx
n
＝x
c
‑
x
d
65.②
求相邻两数据突变点x
c
、x
d
之间的间隔时间δt
n
＝(c
‑
d)*t
s
66.③
根据国标gb/t 30513
‑
2014的爆胎定义，若δt
n
≤750ms且δx
n
＞δp(δp为爆胎前后胎压变化阈值)，则发生爆胎。
67.参见图3所示，所述车辆信息路由模块搜寻并接收有效的rf射频信号，若第二ism频段无线通信单元接收到本车爆胎信息，则经can总线通信单元向汽车can总线发送爆胎信号，经5g移动通信单元发送包含本车地理位置的预警信号；若第二ism频段无线通信单元未接收到本车爆胎信息，则判断5g移动通信单元是否接收到预警信息，若是，则获取爆胎车辆
的地理信息，并与本车地理位置比较，若本车与爆胎车辆在同一道路上，且两车间距小于预设值，则经can总线通信单元向汽车can总线发送预警信号。
68.参见图4所示，所述行车控制ecu及其受控装置的各ecu检测can总线信息，若有爆胎信息，且当前车速大于阈值(30km/h)，则进入应急辅助行车控制模式；获取爆胎位置，若前轮爆胎，则制动系统ecu启动制动踏板锁死器，转向系统ecu提供方向盘阻尼作用，使转角变化小于设定阈值(30
°
)，变速箱ecu控制变速箱切入低档位，发动机ecu控制油门开度，逐渐较小燃油输入，制动系统ecu控制制动器，采取一定频率的点刹方式进行制动，直至当前车速小于阈值(30km/h)后，进入正常行车控制模式；若后轮爆胎，则转向系统ecu提供方向盘阻尼作用，制动系统ecu启动制动踏板锁死器，使转角变化小于设定阈值(30
°
)，变速箱ecu控制变速箱切入低档位，发动机ecu控制关闭油门开度，制动系统ecu控制制动器，采取一定频率的点刹方式进行制动，直至当前车速小于阈值(30km/h)后，进入正常行车控制模式
69.参见图5所示，所述信号输出系统ecu及其受控装置的ecu检测can总线信息，若有爆胎信息，则双闪报警启动，语音播报爆胎信号，仪表盘显示爆胎信号；若无爆胎信息，则判断是否有预警信号，若有，则语音播报预警信号，仪表盘显示预警信号。
70.本发明基于当前5g通信和定位技术的发展及应用，在对汽车爆胎特征、爆胎车辆应对措施及车联信息预警等方面进行研究的基础上设计了针对单车的爆胎应急辅助行车控制系统及可对多车进行预警的安全预警平台，不仅提高爆胎车辆本身的安全，而且及时获取一定范围内其他车辆的异常运行情况，以便及时采取处理措施，进一步提高行车安全性。
71.在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。
72.本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。