本發(fā)明涉及汽車電子領(lǐng)域，具體涉及一種基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前主流的車輛安全預(yù)警方式主要采用行車?yán)走_(dá)或紅外的方式來測量相鄰的車輛距離，這些方法的缺陷是可測量的距離較短，對于高速行進(jìn)的車輛車間距往往比較大，如果在車輛車間距離已經(jīng)極短的情況下才發(fā)現(xiàn)安全隱患則難以給到駕駛員足夠的反應(yīng)時(shí)間。

本發(fā)明擬通過判斷其他車輛行駛噪聲的方法，較大幅度增加車輛安全預(yù)警探測距離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提出了一種基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警系統(tǒng)及方法，通過行車噪聲進(jìn)行行車安全的判斷，實(shí)現(xiàn)了較大距離的行車安全預(yù)警探測。

本發(fā)明提出的一種基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警系統(tǒng)，包括傳聲器、噪聲信號處理單元、報(bào)警裝置；所述傳聲器分別裝設(shè)于車輛頭部和/或車輛尾部，裝設(shè)于車輛頭部的傳聲器，其主方向?yàn)檐囕v正前方，裝設(shè)于車輛尾部的傳聲器，其主方向?yàn)檐囕v正后方，進(jìn)一步，裝設(shè)于車輛頭部的傳聲器用于采集車輛前方噪聲信號，而裝設(shè)于車輛尾部的傳聲器用于采集車輛后方噪聲信號；噪聲信號處理單元用于識別傳聲器所采集噪聲信號中的行車噪聲信號，并計(jì)算該行車噪聲信號的基頻，若接收到行車噪聲信號的基頻變化超過設(shè)定閾值，則向控制報(bào)警裝置報(bào)警；所述的基頻變化為基頻變化幅度或速度或速率；報(bào)警裝置用于接收噪聲信號處理單元的控制指令進(jìn)行報(bào)警。

應(yīng)理解的是，在車輛頭部和車輛尾部均可裝設(shè)傳聲器，且在這種情況下，裝設(shè)于車輛頭部的傳聲器，其主方向?yàn)檐囕v正前方并用于采集車輛前方噪聲信號，裝設(shè)于車輛尾部的傳聲器，其主方向?yàn)檐囕v正后方并用于采集車輛后方噪聲信號。當(dāng)僅在車輛頭部裝設(shè)傳聲器的情況下，該傳聲器主方向?yàn)檐囕v正前方并用于采集車輛前方噪聲信號。當(dāng)僅在車輛尾部裝設(shè)傳聲器的情況下，該傳聲器主方向?yàn)檐囕v正后方并用于采集車輛后方噪聲信號。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警系統(tǒng)中，優(yōu)選的，所述的傳聲器為指向性傳聲器或傳聲器陣列。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警系統(tǒng)中，優(yōu)選的，裝設(shè)于車輛頭部的傳聲器可裝設(shè)于最前方的前保險(xiǎn)杠中部，裝設(shè)于車輛尾部的傳聲器可裝設(shè)于最后方保險(xiǎn)杠的中部。與上文描述的示例類似，在車輛頭部和車輛尾部均可裝設(shè)傳聲器，且在這種情況下，設(shè)于車輛頭部的傳聲器裝可設(shè)于最前方的前保險(xiǎn)杠中部，而裝設(shè)于車輛尾部的傳聲器可裝設(shè)于最后方保險(xiǎn)杠的中部。當(dāng)僅在車輛頭部裝設(shè)傳聲器的情況下，該傳聲器可裝設(shè)于最前方的前保險(xiǎn)杠中部。當(dāng)僅在車輛尾部裝設(shè)傳聲器的情況下，該傳聲器可裝設(shè)于最后方的前保險(xiǎn)杠中部。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警系統(tǒng)中，優(yōu)選的，所述的報(bào)警裝置為警示燈或TTS(Text To Speech，從文本到語音)語音播報(bào)器或蜂鳴器。

本發(fā)明還提出一種基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警方法，包括以下步驟：

步驟S1，通過定向采集得到車輛前方噪聲信號和/或車輛后方噪聲信號；

步驟S2，計(jì)算步驟S1中所采集的噪聲信號的頻譜特性，與標(biāo)準(zhǔn)的行車噪聲頻譜特性進(jìn)行對比，判斷所采集的信號是否為車輛行駛噪聲信號，若是車輛行駛噪聲信號則執(zhí)行步驟S3；

步驟S3，計(jì)算行車噪聲信號的基頻，并監(jiān)測該基頻的變化；所述的基頻變化為基頻變化幅度或速度或速率；

步驟S4，若步驟S3監(jiān)測到行車噪聲信號的基頻變化超過設(shè)定閾值，則判斷為危險(xiǎn)情況，并進(jìn)行報(bào)警。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警方法，優(yōu)選的，步驟S2中通過對所采集的噪聲信號進(jìn)行梅爾倒譜以及歸一化計(jì)算得到所采集的噪聲信號的頻譜特性。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警方法，優(yōu)選的，所述標(biāo)準(zhǔn)的行車噪聲頻譜特性通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，從大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)中計(jì)算得出。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警方法，優(yōu)選的，步驟S2中計(jì)算所采集的噪聲信號的頻譜特性前，通過低通濾波或降低風(fēng)噪的算法進(jìn)行降噪。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警方法，優(yōu)選的，步驟S3中所述計(jì)算行車噪聲信號的基頻，其方法為：

步驟S31，對降噪后的行車噪聲信號進(jìn)行離散傅立葉變化

X(e^iω)＝DFT[x(n)]

其中x(n)為降噪后噪聲信號；

步驟S32，進(jìn)行頻域取對數(shù)處理

C(e^iω)＝lnX(e^iω)

步驟S33，進(jìn)行離散傅立葉逆變化

c(n)＝IDFT[C(e^iω)]

然后，取峰值的頻率點(diǎn)作為行車噪聲信號的基頻。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警方法，優(yōu)選的，步驟S4中判斷危險(xiǎn)情況的方法為通過行車噪聲信號的基頻變化來計(jì)算行車噪聲信號來源車輛的車速變化，進(jìn)而計(jì)算行車噪聲信號來源車輛加速度并與設(shè)定閾值進(jìn)行對比，如超過閾值則判斷為危險(xiǎn)情況。

本發(fā)明對于復(fù)雜路面情況下的高速行駛車輛，通過其行車噪聲信號的變化來進(jìn)行危險(xiǎn)情況預(yù)警，能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)行車噪聲信號來源車輛的異常加速或減速，并向駕駛員發(fā)出報(bào)警信息，避免駕駛員單純靠人眼判斷行車安全情況判斷錯誤或判斷延誤，有助于防止車輛追尾和被追尾情況的發(fā)生。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架示意圖；

圖2是本發(fā)明基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的一種基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警系統(tǒng)10，包括傳聲器、噪聲信號處理單元101、報(bào)警裝置102。

本實(shí)施例采用車輛同時(shí)具有前方和后方安全預(yù)警的方案進(jìn)行描述，如圖1所示，該方案中傳聲器分別裝設(shè)于車輛頭部和車輛尾部，其主方向分別對應(yīng)為車輛正前方和車輛正后方。裝設(shè)于車輛頭部的傳聲器103采集車輛前方噪聲信號，裝設(shè)于車輛尾部的傳聲器104采集車輛后方噪聲信號。按照本實(shí)施例的傳聲器為指向性傳聲器或傳聲器陣列，作為示例，裝設(shè)于車輛頭部的傳聲器103可裝設(shè)在車輛頭部最前方的前保險(xiǎn)杠中部，裝設(shè)于車輛尾部的傳聲器104可裝設(shè)在車輛尾部最后方保險(xiǎn)杠的中部。在實(shí)際的使用中，也可以單獨(dú)的將傳聲器安裝車輛頭部或車輛尾部，對應(yīng)的實(shí)現(xiàn)車輛前方或后方單一方向的安全預(yù)警。

噪聲信號處理單元用于識別傳聲器所采集噪聲信號中的行車噪聲信號，并計(jì)算該行車噪聲信號的基頻，若接收到行車噪聲信號的基頻變化超過設(shè)定閾值，則控制報(bào)警裝置報(bào)警。所述的基頻變化為基頻變化幅度或速度或速率。

報(bào)警裝置為警示燈或TTS語音播報(bào)器或蜂鳴器，用于接收噪聲信號處理單元的控制指令進(jìn)行報(bào)警。

本發(fā)明的一種基于多普勒效應(yīng)的車輛安全預(yù)警方法，如圖2所示，包括以下步驟：

步驟S1，利用分別裝設(shè)于車輛頭部和/或車輛尾部的指向性傳聲器或傳聲器陣列，通過定向采集得到車輛前方噪聲信號和/或車輛后方噪聲信號；

步驟S2，通過對所采集的噪聲信號進(jìn)行梅爾倒譜以及歸一化計(jì)算，得到步驟S1中所采集的噪聲信號的頻譜特性，與標(biāo)準(zhǔn)的行車噪聲頻譜特性進(jìn)行對比，判斷所采集的信號是否為車輛行駛噪聲信號，若是車輛行駛噪聲信號則執(zhí)行步驟S3；

步驟S3，計(jì)算行車噪聲信號的基頻，并監(jiān)測該基頻的變化；所述的基頻變化為基頻變化幅度或速度或速率；

步驟S4，若步驟S3監(jiān)測到行車噪聲信號的基頻變化超過設(shè)定閾值，則判斷為危險(xiǎn)情況，并進(jìn)行報(bào)警。

通過基頻變化來進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警的原理為：

根據(jù)多普勒效應(yīng)，波在波源向觀察者接近時(shí)接收頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低，觀察者和發(fā)射源的頻率關(guān)系如公式(1)所示：

其中f′為觀察到的頻率；f為發(fā)射源于該介質(zhì)中的原始發(fā)射頻率；v為波在該介質(zhì)中的行進(jìn)速度；v₀為觀察者移動速度，若觀察者接近發(fā)射源，則前方運(yùn)算符號為“+”號,反之則為“-”號；v_s為發(fā)射源移動速度，若發(fā)射源接近觀察者，則前方運(yùn)算符號為“-”號，反之則為“+”號。

在本發(fā)明應(yīng)用場景中，當(dāng)發(fā)射源接近觀察者時(shí)，公式(1)中分子是行車噪聲傳播速度和觀察者速度之和v+v₀，分母是行車噪聲傳播速度和行車噪聲來源車輛速度之差v-v_s，然后和聲源原始頻率進(jìn)行乘法運(yùn)算，得到觀察者接收到的頻率，比行車噪聲的原始頻率變高。反之，當(dāng)發(fā)射源遠(yuǎn)離觀察者的時(shí)候，分子減法運(yùn)算變小，分母加法運(yùn)算變大，計(jì)算得到的頻率比行車噪聲的原始聲音頻率變低。根據(jù)上述原理可知，利用監(jiān)測到的行車噪聲信號的基頻變化，可以反映出行車噪聲來源車輛的速度，加入時(shí)間因素還可以反映行車噪聲來源車輛的加速度情況，因而，可以通過利用監(jiān)測到的行車噪聲信號的基頻變化對行車噪聲來源車輛的加速情況作出預(yù)警，如后車的突然加速或前車的突然減速，進(jìn)而快速的提醒駕駛員注意前車或后車的情況，有利于駕駛員快速作出反應(yīng)，避免追尾和被追尾。

本實(shí)施例中標(biāo)準(zhǔn)的行車噪聲頻譜特性通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，從大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)中計(jì)算得出。

本實(shí)施例中，在步驟S2中計(jì)算所采集的噪聲信號的頻譜特性前，通過低通濾波或降低風(fēng)噪的算法進(jìn)行降噪。

本實(shí)施例步驟S3中所述計(jì)算行車噪聲信號的基頻，其方法為：

步驟S31，對降噪后的行車噪聲信號進(jìn)行離散傅立葉變化，如公式(2)所示

X(e^iω)＝DFT[x(n)] (2)

其中x(n)為降噪后噪聲信號；

步驟S32，進(jìn)行頻域取對數(shù)處理，如公式(3)所示

C(e^iω)＝lnX(e^iω) (3)

步驟S33，進(jìn)行離散傅立葉逆變化，如公式(4)所示

c(n)＝IDFT[C(e^iω)] (4)

然后，取峰值的頻率點(diǎn)作為行車噪聲信號的基頻。

步驟S4中判斷危險(xiǎn)情況的方法為通過行車噪聲信號的基頻變化來計(jì)算行車噪聲信號來源車輛的車速變化，進(jìn)而計(jì)算行車噪聲信號來源車輛加速度并與設(shè)定閾值進(jìn)行對比，如超過閾值則判斷為危險(xiǎn)情況。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能夠意識到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及方法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明電子硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以電子硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。