一种汽车危险性分级及预警系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种汽车危险性分级及预警系统及方法，GPS测速模块检测前车的速度，当检测到前车停车时，启动红外传感器，检测车后方来车的速度和距离；单片机根据后方来车的距离和速度，实现空间上的危险性分级；分级预警模块在车内给予预警。本发明专利技术成本低，受环境干扰小，安装简单，可直接安装在小汽车上，对开门交通事故有一定的预警作用，具有广泛的应用前景。

A Classification and Early Warning System and Method for Automobile Hazard

The invention discloses an automobile danger classification and early warning system and method. The GPS speed measurement module detects the speed of the front car. When the front car stops, the infrared sensor is activated to detect the speed and distance of the rear car; the single chip computer achieves spatial danger classification according to the distance and speed of the rear car; and the classified early warning module gives early warning in the car. The invention has the advantages of low cost, small environmental interference, simple installation, and can be directly mounted on a car. It has a certain early warning effect on open door traffic accidents, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种汽车危险性分级及预警系统及方法
本专利技术涉及汽车安全领域，具体涉及一种汽车开门危险性分级及预警系统及方法。
技术介绍
近年来，随着城市化进程的加快，小汽车数量的急剧增加，汽车开门事故也在城市交通事故中占越来越大的比例。后方来车通常是电动自行车，由于其车速要比自行车快很多，与道路上的小汽车距离很近，当小汽车开门时，来不及躲闪，造成较大的伤亡。目前国内外相关理论研究处于空白。国内有若干致力于解决该问题的专利，汽车开门提前警示装置(申请号：201621386968.3)采取在每次开门前都给车内人员发出警报的方式，一种安装在汽车上的行人预警系统(申请号：201020113225.5)通过安装车门报警器给后方来车发出警报。前者没有考虑到汽车开门的频繁性与发生开门事故的小概率性相矛盾，开门前都给车内人员发出警报的方式则会显得过于繁琐；后者则没有考虑到后方来车的车主并不一定能够收到警告信息或者就是收到也来不及躲开，均不能很好的解决该问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种汽车开门危险性分级及预警系统及方法。实现本专利技术目的技术解决方案为：一种汽车危险性分级及预警系统，包括单片机模块、GPS测速模块、A/D转换模块、红外测距传感器和分级预警模块，其中GPS测速模块用于检测前车车速，通过停车算法判定停车后，红外测距传感器开始工作；所述红外测距传感器用于测量后方来车的速度及与传感器之间的距离；所述A/D转换模块用于将GPS测速模块和红外测距传感器输出的模拟信号转换为数字信号；所述单片机模块用于根据后方来车的速度及其与传感器之间的距离，进行危险性分级；所述分级预警模块用于根据危险性分级发出预警信号。一种汽车危险性分级及预警方法，GPS测速模块检测前车的速度，当检测到前车停车时，启动红外传感器，检测车后方来车的速度和距离；单片机根据后方来车的距离和速度，实现空间上的危险性分级；分级预警模块在车内给予预警。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：本专利技术成本低，受环境干扰小，安装简单，可直接安装在小汽车上，对开门交通事故有一定的预警作用，具有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术汽车危险性分级及预警系统的结构框图。图2是本专利技术红外传感器布置的原理图。图3是本专利技术f(v)函数图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。一种汽车危险性分级及预警系统如图1所示，包括单片机模块、GPS测速模块、A/D转换模块、红外测距传感器和分级预警模块，其中GPS测速模块用于检测前车车速，通过停车算法判定停车后，红外测距传感器开始工作；所述红外测距传感器用于测量后方来车的速度及与传感器之间的距离；所述A/D转换模块用于将GPS测速模块和红外测距传感器输出的模拟信号转换为数字信号；所述单片机模块用于根据后方来车的速度及其与传感器之间的距离，进行危险性分级；所述分级预警模块用于根据危险性分级发出预警信号。作为一种具体实施方式，在汽车车尾设置一组红外传感器，所述红外传感器的布置需要分析打开车门所需的时间和后方来车的位置，具体设置原理如下：如图2所示，A为后方来车，B为汽车尾部。w为车尾宽度，e0为车门宽度，ri表示第i个传感器，点si表示传感器ri的检测线与检测边界的交点。d0表示s1与车门之间的纵向距离，di表示si和si+1(i＝1,2,...,N)之间的距离，N为传感器数量。αi表示传感器ri检测线与车尾的夹角。后方来车A长度为l0。检测区域的边界与车身平行，距车身的垂直距离可取e＝1.4e0。由于红外传感器不像视频检测那样实现车后方全区域连续覆盖，故后方来车A的位置可以归纳为两种情况：(1)来车A刚好位于si处，此时红外传感器能检测到来车的距离和速度，根据来车距离和速度能够确定危险性等级；(2)来车A位于si和si+1(i＝0,1,2,...,N-1)之间，此时红外传感器检测不到A的存在，故装置不会发出预警信息，这种情况涉及到传感器的布置数量和布置间距，需要满足连续覆盖且数量最少的要求；红外传感器间距分析必须先列出安全性约束条件，针对红外传感器检测不到A存在的情况，继续分为如下两种情形：(1)在汽车B开车门前，后方来车A能够从当前位置到达si处；(2)在汽车B打开车门后，后方来车A仍然位于si和si+1之间，而且在A到达车门处应有足够的时间让A避让。用vi表示A在si和si+1之间的行驶速度，vi0表示两种情况下的临界速度，tA表示后方来车A所需的安全反应时间，xA表示制动距离。传感器间距必须要使得后方来车A在si和si+1之间任意位置时，在尚未开门前系统都能及时报警，并且在A到达车门处应有足够的时间让A避让，所以得到安全性约束条件：记f(vi)＝[tA(vi)+tr-tr1]vi+xA(vi)，则f(vi)的图像如图3所示，可见f(vi)为单调增函数。此时的解为vi＝vi0，从而有di＝vitr1+l0＝vi0tr1+l0则传感器分布的非线性模型如下：上式没有解析解，只能利用递推的方法求取。首先需要确定d0、d1的值，可取d0＝0.8l0,d1＝l0。考虑到后方来车的速度vi不可能无穷大，即在vi有上限时f(vi)存在最大值。因此传感器分布的非线性模型存在解的必要条件是上式一方面证明了传感器的个数N为一有限值，另一方面也决定了N的大小。利用Matlab求解出di和对应的vi如表1，当取vi＝30km/s时，N＝8。表1di，vi0求解结果作为一种具体实施方式，单片机在红外传感器检测到后方来车A时，可以将A到达点s1所需时间ti作为分级变量进行进行危险性分级，具体方法为：首先，计算A到达点s1所需时间ti，可以表示为：当v未知时，可以取最大值v＝30km/h。然后，使用模糊C聚类方法将ti分为3类，i＝1,2,3为第三类，对应第三级预警；i＝4,5,6为第二类，对应第二级预警；i＝7,8为第一类，对应第一级预警。作为一种具体实施方式，单片机根据传感器检测的来车距离和速度，实现空间上的危险性分级后，分级预警模块在车内给予三级预警：一级预警，车门提示灯闪烁；二级预警，发出预警声音，进行语音提示；三级预警，车门被锁死，不能打开。上述汽车危险性分级及预警系统的具体工作过程为：GPS测速模块检测前车的速度，当检测到前车停车时，启动红外传感器，检测车后方来车的速度和距离；单片机根据后方来车的距离和速度，实现空间上的危险性分级；分级预警模块在车内给予预警。作为一种具体实施方式，单片机在红外传感器检测到后方来车A时，将A到达点s1所需时间ti作为分级变量进行危险性分级，具体方法为：首先，计算A到达点s1所需时间ti：当v未知时，可以取最大值v＝30km/h。然后，使用模糊C聚类方法将ti分为3类，i＝1,2,3为第三类，对应第三级预警；i＝4,5,6为第二类，对应第二级预警；i＝7,8为第一类，对应第一级预警。作为一种具体实施方式，分级预警模块在车内给予三级预警：一级预警，车门提示灯闪烁；二级预警，发出预警声音，进行语音提示；三级预警，车门被锁死，不能打开。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车危险性分级及预警系统，其特征在于，包括单片机模块、GPS测速模块、A/D转换模块、红外测距传感器和分级预警模块，其中GPS测速模块用于检测前车车速，通过停车算法判定停车后，红外测距传感器开始工作；所述红外测距传感器用于测量后方来车的速度及与传感器之间的距离；所述A/D转换模块用于将GPS测速模块和红外测距传感器输出的模拟信号转换为数字信号；所述单片机模块用于根据后方来车的速度及其与传感器之间的距离，进行危险性分级；所述分级预警模块用于根据危险性分级发出预警信号。

【技术特征摘要】
1.一种汽车危险性分级及预警系统，其特征在于，包括单片机模块、GPS测速模块、A/D转换模块、红外测距传感器和分级预警模块，其中GPS测速模块用于检测前车车速，通过停车算法判定停车后，红外测距传感器开始工作；所述红外测距传感器用于测量后方来车的速度及与传感器之间的距离；所述A/D转换模块用于将GPS测速模块和红外测距传感器输出的模拟信号转换为数字信号；所述单片机模块用于根据后方来车的速度及其与传感器之间的距离，进行危险性分级；所述分级预警模块用于根据危险性分级发出预警信号。2.根据权利要求1所述的汽车危险性分级及预警系统，其特征在于，在汽车车尾设置一组红外传感器，所述红外传感器的布置需要分析打开车门所需的时间和后方来车的位置，具体设置方法为：设A为后方来车，B为汽车尾部，w为车尾宽度，e0为车门宽度，ri表示第i个红外传感器，点si表示红外传感器ri的检测线与检测边界的交点，d0表示s1与车门之间的纵向距离，di表示si和si+1(i＝1,2,...,N)之间的距离，N为红外传感器数量，αi表示红外传感器ri检测线与车尾的夹角，后方来车A长度为l0，检测边界与车身平行，距车身的垂直距离可取e＝1.4e0；由于红外传感器不像视频检测那样实现车后方全区域连续覆盖，故后方来车A的位置可以归纳为两种情况：(1)来车A刚好位于si处，此时红外传感器能检测到来车的距离和速度，根据来车距离和速度能够确定危险性等级；(2)来车A位于si和si+1(i＝0,1,2,...,N-1)之间，此时红外传感器检测不到A的存在，故装置不会发出预警信息，这种情况涉及到传感器的布置数量和布置间距，需要满足连续覆盖且数量最少的要求。红外传感器间距分析必须先列出安全性约束条件，针对红外传感器检测不到A存在的情况，继续分为如下两种情形：(1)在汽车B开车门前，后方来车A能够从当前位置到达si处；(2)在汽车B打开车门后，后方来车A仍然位于si和si+1之间，而且在A到达车门处应有足够的时间让A避让；用vi表示A在si和si+1之间的行驶速度，vi0表示红外传感器检测不到A存在的两种情况的临界速度，tA表示后方来车A所需的安全反应时间，xA表示制动距离，tr表示从产生开车门的意识到车门被打开的时间，是产生开门意识到做出开门动作的时间tr1与开始开门时刻到车门打开并能够为后方来车发现的时间tr2之和，出于使用尽量少的传感器的考虑，得到安全性约束条件：记f(vi...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑乃云，陈冲，王宝华，王振益，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32