本發(fā)明涉及汽車防碰技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種反噴式的汽車防碰系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，我國汽車工業(yè)迅速發(fā)展，汽車保有量逐年遞增，但是交通事故和道路堵塞的頻率也隨之增加。由于汽車的增加，導(dǎo)致車輛的平均車速下降，使得駕駛員需要長時間集中注意力觀測路面情況，很容易造成疲勞駕駛，發(fā)現(xiàn)安全隱患等信息不及時，又由于汽車制動距離長，緊急制動車輪抱死等原因，引發(fā)追尾等交通事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種反噴式的汽車防碰系統(tǒng)，利用反噴發(fā)動機(jī)避免汽車發(fā)生碰撞。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種反噴式的汽車防碰系統(tǒng)，包括：

激光雷達(dá)：安裝于汽車前部，監(jiān)測自身車輛和前方車輛的相對距離以及自身車輛與前方車輛的相對角度值；

加速度傳感器：測量自身車輛的加速度；

上位工控機(jī)：獲取激光雷達(dá)輸出的相對距離和相對角度值以及加速度傳感器輸出的加速度，輸出反噴系統(tǒng)的控制信息；

微型控制器：與上位工控機(jī)數(shù)據(jù)相連，根據(jù)上位工控機(jī)的控制信息調(diào)節(jié)反噴發(fā)動機(jī)，控制信息包括反噴力和反噴角度；

反噴系統(tǒng)：包括安裝在汽車頂上的反噴發(fā)動機(jī)、安裝在反噴發(fā)動機(jī)底部的舵機(jī)，反噴發(fā)動機(jī)根據(jù)反噴力運(yùn)行，舵機(jī)根據(jù)微型控制器輸出的反噴角度調(diào)節(jié)反噴發(fā)動機(jī)的反噴角度；

所述上位工控機(jī)對相對距離、相對角度值、加速度進(jìn)行模糊控制后輸出控制信息。

根據(jù)加速度a可計算得車速v，通過加速度a、車速v、自身車輛與前方車輛的相對角度值可計算得車輛的制動距離S1，車輛的制動距離S1與自身車輛和前方車輛的相對距離S進(jìn)行比較：當(dāng)S1<S時，上位工控機(jī)不形成預(yù)警信息；當(dāng)S1>S時,上位工控機(jī)形成預(yù)警信息，上位工控機(jī)輸出控制信息。

所述上位工控機(jī)對相對距離、相對角度值、加速度進(jìn)行模糊控制處理后進(jìn)行預(yù)警信息判斷，預(yù)警信息包括安全距離、一級預(yù)警信息、二級預(yù)警信息。

本發(fā)明的有益效果是：相比安全氣囊防碰撞系統(tǒng)，本發(fā)明利用反噴發(fā)動機(jī)避免汽車發(fā)生碰撞，可以直接避免碰撞事故的發(fā)生，大大降低車禍發(fā)生率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的控制原理圖；

圖2是本發(fā)明的安裝示意圖；

圖3是本發(fā)明中的反噴角度計算示意圖；

其中:1、加速度傳感器，2、激光雷達(dá)，3、上位工控機(jī)，4、微型控制器，5、反噴發(fā)動機(jī)，6、舵機(jī)。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1、圖2所示，圖2中箭頭方向?yàn)槠嚽斑M(jìn)方向，一種反噴式的汽車防碰系統(tǒng)，包括：

激光雷達(dá)2：安裝于汽車前部，監(jiān)測自身車輛和前方車輛的相對距離以及自身車輛與前方車輛的相對角度值；

加速度傳感器1：測量自身車輛的加速度；

上位工控機(jī)3：獲取激光雷達(dá)輸出的相對距離和相對角度值以及加速度傳感器輸出的加速度，輸出反噴系統(tǒng)的控制信息；

微型控制器4：與上位工控機(jī)數(shù)據(jù)相連，根據(jù)上位工控機(jī)的控制信息調(diào)節(jié)反噴發(fā)動機(jī)，控制信息包括反噴力和反噴角度；

反噴系統(tǒng)：包括安裝在汽車頂上的反噴發(fā)動機(jī)6、安裝在反噴發(fā)動機(jī)底部的舵機(jī)5，反噴發(fā)動機(jī)6根據(jù)反噴力運(yùn)行，舵機(jī)5根據(jù)微型控制器輸出的反噴角度調(diào)節(jié)反噴發(fā)動機(jī)6的反噴角度；

所述上位工控機(jī)3對相對距離、相對角度值、加速度進(jìn)行模糊控制后輸出控制信息。

根據(jù)加速度a可計算得車速v，通過加速度a、車速v、自身車輛與前方車輛的相對角度值可計算得車輛的制動距離S1，車輛的制動距離S1與自身車輛和前方車輛的相對距離S進(jìn)行比較：當(dāng)S1<S時，上位工控機(jī)3不形成預(yù)警信息；當(dāng)S1>S時,上位工控機(jī)3形成預(yù)警信息，上位工控機(jī)3輸出控制信息。

所述上位工控機(jī)3對相對距離、相對角度值、加速度進(jìn)行模糊控制處理后進(jìn)行預(yù)警信息判斷，預(yù)警信息包括安全距離、一級預(yù)警信息、二級預(yù)警信息。

激光雷達(dá)1監(jiān)測汽車和前方車輛的相對距離S和相對角度值。加速度傳感器2測量自身車輛加速度a，并通過積分算法計算出車速v。上位工控機(jī)3通過加速度a、車速v、相對距離S，通過模糊控制對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出反噴發(fā)動機(jī)的反噴角度θ及反噴力。微型控制器4采用K60微型控制器，通過獲取由上位工控機(jī)3的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)一步確定相應(yīng)執(zhí)行命令。舵機(jī)5根據(jù)障礙物位置，調(diào)節(jié)反噴發(fā)動機(jī)反噴角度θ。反噴發(fā)動機(jī)6阻止車輛發(fā)生碰撞。

相比外部安全氣囊防碰撞系統(tǒng)，本發(fā)明可以直接避免碰撞事故的發(fā)生，同時響應(yīng)迅速，可以大大降低車禍發(fā)生率。

模糊控制處理：由相對距離S、速度v、加速度a，將以上數(shù)據(jù)輸入模糊控制器，模糊控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，輸出不同等級的預(yù)警信息。進(jìn)一步優(yōu)化，激光雷達(dá)檢測到的相對距離S并非直接輸入模糊控制器，首先通過歸一化運(yùn)算，歸一化系數(shù)為df，以上過程計算如下：

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

同時應(yīng)用相應(yīng)距離公式測得比較距離，應(yīng)用模糊控制比較；

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

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

S₃＝kS₂ (4)；

公式中，S₁為通過算法得出的車輛最低碰撞距離，S₂為車輛一級預(yù)警距離,S₃為車輛二級預(yù)警信息了，u₁為自身車輛當(dāng)前行駛車速，u₂為前方車輛行駛車速，v_r為兩輛車車速差值，v₁為自身車輛緊急制動時的平均車速，a₂為車輛反噴發(fā)動機(jī)啟動后引起的平均車輛加速度，d為兩輛車間的距離，t₁為系統(tǒng)處理時間，t₂為反噴發(fā)動機(jī)啟動時間，k為適應(yīng)因子，根據(jù)距離、路況等情況而定。

上述優(yōu)選方法，采用模糊控制方法判斷主動防撞的告警，模糊控制器的輸入?yún)?shù)是自適應(yīng)變化的，作為輸入?yún)?shù)之一的相對距離S進(jìn)行歸一化，歸一化的尺度實(shí)時變化。同時，進(jìn)行預(yù)警信息排序：分為安全行駛、二級預(yù)警、一級預(yù)警。

反噴發(fā)動機(jī)，運(yùn)用噴氣式渦扇發(fā)動機(jī)，安裝于汽車頂上。該噴氣式渦扇發(fā)動機(jī)基本構(gòu)成為進(jìn)氣風(fēng)扇，壓氣機(jī)，內(nèi)涵道，外涵道，燃燒室，渦輪機(jī)，噴口等組成，并由微型控制器觸發(fā)其工作。

若上位工控機(jī)確定脫離碰撞可能，微型控制器直接觸發(fā)低電平對反噴發(fā)動機(jī)熄火，舵機(jī)回到中間位置，整個防碰系統(tǒng)停止工作。

模糊控制處理具體方式如下：

偏差α、β為反噴力、反噴角度的差值變化率。由輸入信息模糊化、模糊推理和解模糊化三個過程來完成。

1、輸入信息模糊化

假設(shè)反噴力偏差α在[-ɡ,ɡ]之間，偏差變化率α1在[-a,a]之間，控制量U在[-b,b]之間。

定義α,α1和U的模糊子集均為：{NB(負(fù)大),NM(負(fù)中),NS(負(fù)小),ZE(適中),PS(正小),PM(z正中),PB(正大)}；

定義α和α1的論域等級為{-10，-9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6，7,8,9,10}；

定義控制量U的論域等級為{-10.-9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6，7,8,9,10}。

計算量化因子：

(1)誤差

(2)誤差變化率

(3)控制量U的比例因子：

設(shè)反噴發(fā)動機(jī)的反噴角度偏差β在[-α,ɑ]之間，偏差變化率β1在[-c,c]之間，控制量U在[-d,d]之間。

定義β，β1和U的模糊子集均為：{NB(負(fù)大),NM(負(fù)中),NS(負(fù)小),ZE(適中),PS(正小),PM(z正中),PB(正大)}；

定義β和β1的論域等級為{-10，-9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6，7,8,9,10}；

定義控制量U的論域等級為{-10.-9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6，7,8,9,10}。

計算量化因子：

(1)誤差

(2)誤差變化率

(3)控制量的比例因子：

2、模糊推理原則

當(dāng)偏差α或β的絕對值較大或大時，選取控制量U應(yīng)保證系統(tǒng)的跟隨性能和快速響應(yīng)性能；

當(dāng)偏差α或β的絕對值適中時，選取控制量U應(yīng)保證系統(tǒng)較小的超調(diào)量；

當(dāng)偏差α或β的絕對值較小時，選取控制量U應(yīng)保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。

3、解模糊化

即對輸出的模糊控制量U轉(zhuǎn)換成一個確定的輸出控制量u，。選用加權(quán)平均法計算出確定的輸出控制量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)為點(diǎn)x_χ處的隸屬分布函數(shù)值。

反噴角度θ及反噴力N的計算

如圖3所示，激光雷達(dá)對前車尾部各個點(diǎn)的距離進(jìn)行測量，測得出一系列長度量。在這一系列長度量中，可以認(rèn)為最大的距離L₃為距離本車較遠(yuǎn)的一側(cè)與本車的距離，最小的距離L₁為距離本車較近的一側(cè)與本車的距離，中值距離L₂為前車后方中心與本車的距離，同時測得以雷達(dá)為端點(diǎn)時前車最外側(cè)到最內(nèi)側(cè)所轉(zhuǎn)過的角度為β₂。由余弦定理計算前車車寬為：

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

再次利用余弦定理得：

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

由三角形角度關(guān)系知，反噴角度為：

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

由激光雷達(dá)測得前車車速為u₂，本車車速為u₁。本發(fā)明的反噴式防碰系統(tǒng)的目的即是在兩車距離內(nèi)將本車的車速降為前車車速或前車車速以下，所以反噴所需要給本車提供的反向加速度a₃為：

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

其中的車距d可以通過三角函數(shù)計算：

d＝L₂×SINη；

當(dāng)本車的車重為M時，反噴系統(tǒng)需要提供的反噴力N為：

N＝M×a₃；

上述本車指自身車輛，上述前車指前方車輛，激光雷達(dá)可采用二維激光平面雷達(dá)。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。