一种汽车防追尾预警系统

1.本发明涉及汽车行驶安全技术领域，具体为一种汽车防追尾预警系统。


背景技术：

2.随着汽车大量进入人们的日常生活，汽车行驶安全越来越受到关注和重视。就常见的汽车追尾或被追尾事故而言，大多是因为前车紧急刹车后，后车未能及时反应，自车与前车保持的安全距离不够，或者不清楚前车刹车目的(紧急刹车还是轻踩刹车)，从而造成刹车力度不够，未能在有限时间和距离内及时停车而造成追尾碰撞事故。为了有效避免和减少汽车追尾事故的发生，现有的方案一般有两种：一种是系统发现危险将要来时通过预警装置提醒驾驶员，使得驾驶员能够提前做出相应的措施；另一种是当两车之间的距离小于某一设定的距离时自车自动减速。
3.但是以上两种方案都有一定的局限性，对于第一种方案，如果系统的预警警报已经将危险信号发出，而驾驶员此时由于自身原因没有采取相应的制动措施来避免事故，或者驾驶员做出了误操作，如将油门当成了刹车，这是不能真正做到防追尾事故的。而第二种方案通常是系统将检测到的两车间距与某一设定的距离进行比较，当两车间距比设定的值要小时则自动减速。此方案虽然能够做到一定程度上的防追尾，但是前车行驶情况的不同，对两车之间所设定的“安全距离”是有影响的，为此，我们提出一种汽车防追尾预警系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供了一种汽车防追尾预警系统，解决了背景技术中的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种汽车防追尾预警系统，包括以下步骤：
6.s1：首先通过汽车上相关传感器将前后两车的相对距离、相对速度等参数测出来；
7.s2：接着根据推导的安全距离公式求出此时两车之间的预警距离以及危险距离；
8.s3：然后将s1与s2中的数据输入后系统进行判断，预警距离是否小于两车之间的相对距离；
9.若小于则安全；若大于预警距离，则系统的预警模块发出预警语音，提醒驾驶员采取相应操作；
10.s4：然后基于s3再进行判断，危险距离是否小于两车之间的相对距离；
11.若小于，则预警模块继续启动；若危险距离大于相对距离，则自动制动系统启动，防止两车发生追尾碰撞。
12.优选的，s4中的自动制动系统采用模糊pid控制。
13.优选的，s4中的预警模块包含语音播报模块、预警指示灯。
14.本发明提供了一种汽车防追尾预警系统。该汽车防追尾预警系统具备以下有益效果：
15.通过该汽车防追尾预警系统，两车之间的安全距离将根据前车的行驶情况的不同
进行实时调整，适应实际环境的能力更强，且由于自动制动系统的存在，可以防止由驾驶员的误操作(或来不及进行制动)导致的汽车追尾事故，此外，自动制动系统采用pid控制。采用该种控制方式的优点是控制律简单，易于实现。
附图说明
16.图1为本发明原理流程框图；
17.图2为本发明汽车制动加速度与时间关系图；
18.图3为本发明汽车速度与时间关系图；
19.图4为本发明汽车制动距离与时间关系图；
20.图5为本发明汽车制动后两车位置关系图。
具体实施方式
21.如图1-5所示，本发明提供一种技术方案：一种汽车防追尾预警系统，包括以下步骤：
22.s1：首先通过汽车上相关传感器将前后两车的相对距离、相对速度等参数测出来；
23.s2：接着根据推导的安全距离公式求出此时两车之间的预警距离以及危险距离；
24.s3：然后将s1与s2中的数据输入后系统进行判断，预警距离是否小于两车之间的相对距离；
25.若小于则安全；若大于预警距离，则系统的预警模块发出预警语音，提醒驾驶员采取相应操作；
26.s4：然后基于s3再进行判断，危险距离是否小于两车之间的相对距离；
27.若小于，则预警模块继续启动；若危险距离大于相对距离，则自动制动系统启动，防止两车发生追尾碰撞。
28.自动制动系统采用模糊pid控制；预警模块包含语音播报模块、预警指示灯。
29.安全距离模型公式部分，包括预警距离公式和危险距离公式。
30.首先要对汽车的制动过程进行分析：
31.在推导安全距离公式之前，需要对汽车的制动过程进行分析。在汽车制动过程中，汽车加速度a、速度v、制动距离s与时间t之间的关系如下图2、图3、图4、所示，
32.在上述三图中，时间t被分为四段，分别为t1、t2、t3、t4，
33.其中：
34.(1)t1表示驾驶员的反应时间，即从驾驶员发现前方有危险到驾驶员踩下制动踏板之间的时间；
35.(2)t2表示制动系统调节时间，即从驾驶员的脚踩下制动踏板到制动器严格意义开始工作之间的时间；
36.(3)t3表示制动加速度增长时间，即汽车制动加速度从零持续增长至最大制动加速度之间的时间；
37.(4)t4表示持续制动时间，即汽车以最大制动加速度进行匀减速运动至停下所用时间。
38.在整个制动过程，每段时间分别对应于一段距离，距离分别用s1、s2、s3、s4表示。因
此，驾驶员察觉到危险至停车，行驶过的最小距离为：
39.s
min
＝s1+s2+s3+s4，
40.一般地，要避免汽车追尾，主要有改变车道和及时制动这两种方法。这里只讨论通过汽车制动来避免汽车追尾事故。在理想情况下，忽略相邻车道的影响，只考虑单车道上正在行驶的两辆汽车。两车制动前后的行驶情况如图5所示，
41.根据图5可知，安全距离为：
42.d＝da+d-db；
43.其中，da与db分别是自车a与前车b行驶的距离，d为制动后两车的相对距离，d即为安全距离。
44.各制动阶段分析：
45.基于上文对汽车制动过程的分析，设汽车初速度为v0，最大制动加速度为a
max
，这里对各个制动阶段进行具体的计算：
46.t1与t2时间段，
47.在此阶段，汽车的制动加速度为零，汽车将进行均速直线运动。其行驶的距离为：
48.s1+s2＝v0t1+v0t2。
49.t3时间段，
50.此阶段汽车制动加速度均匀增加，汽车将做变减速直线运动。
51.汽车行驶距离为
[0052][0053][0054]
于是，安全距离为
[0055][0056]
即
[0057][0058]
t4时间段，
[0059]
在此阶段汽车制动加速度已经达到最大值a
max
，汽车将做匀减速直线运动直至停止。设汽车在t4时间段初的速度为v1，在t4时间段末的速度为v2，则由运动学公式有：
[0060]v22-v
12
＝-2as4；
[0061]
即
[0062][0063]
根据图5可知，v1＝ve，
[0064]
其中
[0065][0066]
代入得：
[0067][0068]
综上所述，汽车制动过程所行驶的总路程为：
[0069][0070]
若汽车最后停下来，则v2＝0，即
[0071][0072]
安全距离模型的建立：
[0073]
公式推导：
[0074]
根据安全距离d＝da+d-db，设aa、ab分别为自车a与前车b的最大制动加速度。v0与v0′
分别为自车a与前车b的初始速度。
[0075]
由于前车情况不同，导致安全距离模型也不同。总的说来，我们可以把前车的状态分为四种情况，即静止、匀速或加速(细分为两车相对速度较大和较小)、减速。
[0076]
汽车在不同情况下的安全距离计算公式已经推导完毕，总结如下：
[0077]
1.前车静止，
[0078][0079]
2.前车减速行驶，
[0080][0081]
3.前车匀速行驶，前后两车相对速度较大，
[0082][0083]
4.前车匀速行驶，前后两车相对速度较小，
[0084][0085]
预警距离和危险距离公式：
[0086]
还需要进一步确定预警距离和危险距离，这两个距离可以在上文的安全距离模型公式的基础上推导得出。两种距离的划分对应着系统不同的处理方式。所谓预警距离，即用于判断预警模块是否发出警报提醒驾驶员采取相关措施的距离，用dw表示。而危险距离，即用于判断制动系统是否起作用以防止追尾事故发生的距离，用dd表示。
[0087]
由上文分析可知，汽车的整个制动减速过程可分为t1、t2、t3、t4这四个阶段，而预警距离与危险距离由这几个阶段来决定。预警距离考虑了驾驶员反应时间t1，而危险距离则不考虑t1，只需考虑t2、t3、t4这四个时间段。因此上文总结的各式即为预警距离在不同情况下的表达式，而若将其中的t1忽略，则得到危险距离在不同情况下的表达：
[0088]
1).前车静止，
[0089][0090]
2).前车减速行驶，
[0091][0092]
3).前车匀速行驶，前后两车相对速度较大，
[0093][0094]
4).前车匀速行驶，前后两车相对速度较小，
[0095][0096]
到此为止，得到了所需的关键公式。
[0097]
该汽车防追尾预警系统在使用时，首先通过汽车上相关传感器将前后两车的相对距离、相对速度等参数测出来；接着根据推导的安全距离公式求出此时两车之间的预警距离以及危险距离；然后将s1与s2中的数据输入后系统进行判断，预警距离是否小于两车之间的相对距离；若小于则安全；若大于预警距离，则系统的预警模块发出预警语音，提醒驾驶员采取相应操作；然后基于s3再进行判断，危险距离是否小于两车之间的相对距离；若小于，则预警模块继续启动；若危险距离大于相对距离，则自动制动系统启动，防止两车发生追尾碰撞。

技术特征：
1.一种汽车防追尾预警系统，其特征在于：包括以下步骤：s1：首先通过汽车上相关传感器将前后两车的相对距离、相对速度等参数测出来；s2：接着根据推导的安全距离公式求出此时两车之间的预警距离以及危险距离；s3：然后将s1与s2中的数据输入后系统进行判断，预警距离是否小于两车之间的相对距离；若小于则安全；若大于预警距离，则系统的预警模块发出预警语音，提醒驾驶员采取相应操作；s4：然后基于s3再进行判断，危险距离是否小于两车之间的相对距离；若小于，则预警模块继续启动；若危险距离大于相对距离，则自动制动系统启动，防止两车发生追尾碰撞。2.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾预警系统，其特征在于：s4中的自动制动系统采用模糊pid控制。3.根据权利要求1所述的一种汽车防追尾预警系统，其特征在于：s4中的预警模块包含语音播报模块、预警指示灯。

技术总结
本发明涉及汽车行驶安全技术领域，且公开了一种汽车防追尾预警系统，包括以下步骤：首先通过汽车上相关传感器将前后两车的相对距离、相对速度等参数测出来；接着根据推导的安全距离公式求出此时两车之间的预警距离以及危险距离；然后将S1与S2中的数据输入后系统进行判断，预警距离是否小于两车之间的相对距离；若小于则安全；若大于预警距离，则系统的预警模块发出预警语音，提醒驾驶员采取相应操作；然后基于S3再进行判断，危险距离是否小于两车之间的相对距离；通过该汽车防追尾预警系统，两车之间的安全距离将根据前车的行驶情况的不同进行实时调整，适应实际环境的能力更强。强。强。


技术研发人员：王建晖 王浩远 张立 黄文歧 孔维霆 张春良
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/8/4