一种基于物联网的电动车主动刹车系统及方法

技术领域

本发明涉及主动刹车技术领域，具体是一种基于物联网的主动刹车系统及方法。

背景技术

电动自行车、电动摩托车、低速电动车是一种以电力来驱动行驶的非机动车辆，通常说的电动车是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能运动，以控制电流大小改变速度的车辆；

现有的电动自行车、电动摩托车、低速电动车在行驶过程中，由于未配备主动刹车系统，导致容易出现追尾、碰撞等交通事故，并且，由于电动自行车、电动摩托车、低速电动车未配备保护装置，使得电动自行车、电动摩托车、低速电动车在发生碰撞时，驾驶车辆的人员极易受到伤害，并且，由于现有没有完整的交规针对电动自行车、低速电动车等一类非机动车违反道路交通法的情况进行处罚，因此，驾驶电动自行车闯红灯、逆行等行为屡见不鲜，严重威胁到了驾驶员自身以及他人的人身安全；

因此，人们急需一种基于物联网的主动刹车系统及方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物联网的电动车主动刹车系统及方法，以解决现有技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的电动车主动刹车系统，该刹车系统包括一用于对电动车行驶路线进行处理的路线处理模块；

使得方便对电动车的行驶位置进行了解，方便对电动车的形式状态进行分析；

一用于对继续行驶是否会存在危险进行判断的危险判别模块；

使得可以判定电动车驾驶员是否有想要闯红灯的想法；

一用于对电动车当前行驶轨迹进行分析和预测的行驶分析模块；

使得在路口时，可以判定电动车的继续行驶是否是为了闯红灯，还是为了右转，使得系统的判定结果更加的精准；

一用于对电动车当前行驶环境进行实时检测的行驶检测模块；

使得可以对电动车的当前驾驶环境是否安全进行判定；

一用于对电动车进行智能化控制的控制模块；

一用于执行控制模块所下发控制指令的执行模块；

所述路线处理模块的输出端连接控制模块、危险判别模块和行驶分析模块的输入端，所述危险判别模块和行驶分析模块的输出端连接控制模块的输入端，所述行驶检测模块的输出端连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接执行模块的输入端。

根据上述技术方案，所述路线处理模块包括地图导入单元、北斗定位单元和路口标注单元；

所述地图导入单元用于将电动车的车道路线图导入控制模块，所述北斗定位单元用于对电动车的位置进行实时定位，并在地图导入单元所导入的电动车车辆路线图上进行显示，使得可以实时对电动车的具体位置信息进行了解，方便对电动车的当前状态进行分析，所述路口标注单元用于对地图导入单元所导入的电动车车道路线图中的每一个路口进行标注，使得可以准确的判定电动车是否已经到达路口；

所述北斗定位单元和路口标注单元的输出端均连接地图导入单元的输入端，所述地图导入单元的输出端连接控制模块的输入端。

根据上述技术方案，所述危险判别单元包括图像采集单元和信号分析单元；

所述图像采集单元为采集摄像头，所述采集摄像头安装在电动车的前端，所述采集摄像头的拍摄方向为沿电动车行驶方向的左侧上方，用于对路口的交通信号标识信息进行采集，所述信号分析单元用于对图像采集单元所采集的交通信号标识信息进行分析，确定交通信号标识的含义，使得可以根据交通信号标识的含义判定是否需要主动对电动车执行刹车操作；

所述路口标注单元的输出端连接图像采集单元的输入端，所述图像采集单元的输出端连接信号分析单元的输入端，所述信号分析单元的输出端连接控制模块的输入端。

根据上述技术方案，所述行驶分析模块包括轨迹分析单元和行程预测单元；

所述轨迹分析单元用于对电动车的当前行驶轨迹进行分析，通过对电动车当前行驶轨迹的拟合，与数据库中存储的历史轨迹进行比对和分析，可以判定该行驶轨迹接下来的轨迹，所述行程预测单元用于根据轨迹分析单元的分析结果预测电动车接下来的行驶方向，使得结合交通信号标识可以判定电动车是否会闯红灯；

所述北斗定位单元的输出端连接轨迹分析单元的输入端，所述轨迹分析单元的输出端连接控制模块的输入端。

根据上述技术方案，所述行驶检测模块包括车速传感器、毫米雷达波和状态分析单元；

所述车速传感器用于对电动车自身的行驶速度进行实时检测，所述毫米雷达波安装在电动车前端，用于对电动车前方车辆的行驶状态以及与前车之间的距离进行分析和检测，所述状态分析单元用于根据车速传感器和毫米雷达波的检测结果对电动车的当前行驶状态以及前车的当前行驶状态进行分析；

所述车速传感器和毫米雷达波的输出端连接状态分析单元的输入端；

所述控制模块包括中央控制单元和刹车控制器；

所述中央控制单元用于对整个系统进行智能化控制，所述刹车控制器用于根据中央控制单元的指令以及状态分析单元的分析结果对电动车的主动刹车进行智能控制；

所述行程预测单元和信号分析单元的输出端连接中央控制单元的输入端，所述状态分析单元和中央控制单元的输出端连接刹车控制器的输入端；

所述执行模块包括驱动电机和蜂鸣器；

所述蜂鸣器用于当达到设定条件，驾驶员没有主动刹车时，提供驾驶员主动进行刹车，所述驱动电机用于驱动电动车的行驶，还用于受刹车控制器的控制实现转速的降低，进而实现自主刹车；

所述刹车控制器的输出端连接驱动电机和蜂鸣器的输入端。

一种基于物联网的电动车主动刹车方法，该刹车方法包括以下步骤：

S1、利用地图导入单元对非机动车道路路线图进行导入，利用路口标注单元对道路路线图的路口进行标注；

S2、利用北斗定位单元对电动车的位置进行实时定位，并在道路路线图上进行实时显示；

S3、利用图像采集单元对路口的交通标识进行采集，利用信号分析单元对采集的图像进行分析，并将分析结果传输至中央控制单元；

S4、利用轨迹分析单元对电动车在路口的行驶轨迹进行分析，利用行程预测单元对行驶方向进行预测，并将预测结果传输至中央控制单元；

S5、利用车速传感器和毫米波雷达对电动车的当前行驶环境进行实时检测；

S6、根据S3的分析结果、S4的预测结果和S5的检测结果，对电动车执行相应的操作。

根据上述技术方案，在S1-S2中，所述地图导入单元从第三方数据库中导入某一区域的非机动车道路路线图，所述路口标注单元对道路路线图中的每一个路口进行标注，形成路口标记框，所述北斗定位单元定位电动车进入路口标记框时，所述图像采集单元开始对路口的交通标识信息进行采集。

路口标记框的设定，使得对于信息的采集更加的规范，同时，给了数据采集启动的界限，避免了各个采集单元长时间开启，确保了在需要是才进行数据的采集，更加的节能环保。

根据上述技术方案，所述图像采集单元位于电动车前端，朝向电动车行进方向的左前方进行交通标识信息的采集，所述图像采集单元的图像采集方向与电动车行进方向的夹角为θ，所述图像采集单元的图像采集方向与水平面之间的夹角为α，所述图像采集单元的采集角度不变；

所述图像采集单元每隔ts进行一次图像的采集；

所述信号分析单元对采集的若干张图像进行分析，所述信号分析单元对若干张图像中的颜色进行识别，并对其中的每一个像素点进行采集，重新组合形成交通标识，并将绿的交通标识与交通标识库中的交通标识进行比对，确定交通标识所指定的方向，以此来确定允许通行的方向，并将结果传输至中央控制单元；

在S4中，所述轨迹分析单元对电动车在路口标记框内的每一个定位点进行拟合，每隔时间ts对电动车的位置进行一次定位，形成在路口标记框内的行驶轨迹，所述行程预测单元对每两个定位点之间连线的距离进行计算，利用车速传感器对电动车的行驶速度V

其中，

通过确保图像采集单元采集角度的的不变，保证每张图片的采集都是统一视角，使得可以对采集的图片进行叠加，通过叠加之后的图片中交通标识的距离来判定电动车在横向方向上移动的距离，避免了通过其他的硬件设备来实现检测，降低成本。

根据上述技术方案，所述中央控制单元对图像采集单元所采集的若干张图片进行接收，并组成集合P＝{P

所述中央控制单元对行程预测单元所分析的每两个相邻定位点之间的距离进行接收，并组成集合

所述中央控制单元对集合P中的每两张相邻的图片进行叠加，对两张叠加的图片中的交通标识之间的距离

根据下列公式对相邻两个定位点之间的电动车偏移的角度进行计算：

组成电动车偏移角度的集合

当集合β中超过半数的元素大于等于γ，表明电动车会右转，所述中央控制器结合信号分析单元的分析结果判定电动车的右转是否会出现闯红灯的情况；

当集合β中超过半数的元素小于γ，表明电动车不会右转，若此时直行为红灯，所述中央控制单元向刹车控制器下发指令，所述刹车控制器控制驱动电机减速刹车，使得电动车可以停下，避免电动车闯红灯。

通过上述技术方案，通过对电动车在ts间的位置变化，以及图像采集单元所采集的图片中交通标识的位置变化，来确定电动车移动方向，并组成方向的集合，通过对电动车移动方向的判断，可以精准判定出该电动车的行进趋势，使得可以对电动车接下来的行程进行预测，结合图像采集单元和信号分析单元对交通标识的分析结果，使得可以在保证正常交通的情况下，尽可能的限制电动车闯红灯，减少安全隐患，保障驾驶员的人身安全。

根据上述技术方案，在S5-S6中，所述车速传感器检测的数值为V

当V

当Y

当Y

当Y

通过上述技术方案，可以在电动车车速达到设定的阈值时，刹车控制器接入，对电动车进行控制，避免出现追尾的现象，导致人员受伤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过图像采集单元、信号分析单元、轨迹分析单元、行程预测单元和中央控制单元的设置，使得当电动车到达路口标记框时，可以对电动车的行驶轨迹进行分析，预测电动车接下来的行程，使得可以结合信号分析单元所分析的交通标识的结果判定是否需要对该电动车采取自动刹车操作，通过上述判断和计算方式，使得对于电动车行程的预测更加的精准，减少了误判，保障了驾驶员的人身安全。

2、本发明设置有车速传感器、毫米波雷达和状态分析单元，使得可以对电动车的驾驶环境进行检测，根据驾驶环境判定当前驾驶的安全程度，使得可以通过刹车控制器在电动车快要发生碰撞时，且未主动刹车时，控制驱动电机转速降低，来实现自动刹车。

3、本发明设置有设定角度的图像采集单元，并且，图像采集单元的拍摄角度偏向电动车行驶方向的左前方，使得当电动车逆行时，进入路口将无法拍摄到交通标识的图片，此时，刹车控制系统会控制驱动电机减速，并且，蜂鸣器发出报警声，提醒驾驶员注意不要逆行。

附图说明

图1为本发明一种基于物联网的电动车主动刹车系统的模块组成结构示意图；

图2为本发明一种基于物联网的电动车主动刹车系统的连接结构示意图；

图3为本发明一种基于物联网的电动车主动刹车方法的步骤流程示意图；

图4为本发明一种基于物联网的电动车主动刹车方法的路口分析示意图；

图5为本发明一种基于物联网的电动车主动刹车方法的电动车行程预测分析示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～5所示，本发明提供以下技术方案，一种基于物联网的电动车主动刹车系统，该刹车系统包括一用于对电动车行驶路线进行处理的路线处理模块；

使得方便对电动车的行驶位置进行了解，方便对电动车的形式状态进行分析；

一用于对继续行驶是否会存在危险进行判断的危险判别模块；

使得可以判定电动车驾驶员是否有想要闯红灯的想法；

一用于对电动车当前行驶轨迹进行分析和预测的行驶分析模块；

使得在路口时，可以判定电动车的继续行驶是否是为了闯红灯，还是为了右转，使得系统的判定结果更加的精准；

一用于对电动车当前行驶环境进行实时检测的行驶检测模块；

使得可以对电动车的当前驾驶环境是否安全进行判定；

一用于对电动车进行智能化控制的控制模块；

一用于执行控制模块所下发控制指令的执行模块；

所述路线处理模块的输出端连接控制模块、危险判别模块和行驶分析模块的输入端，所述危险判别模块和行驶分析模块的输出端连接控制模块的输入端，所述行驶检测模块的输出端连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接执行模块的输入端。

所述路线处理模块包括地图导入单元、北斗定位单元和路口标注单元；

所述地图导入单元用于将电动车的车道路线图导入控制模块，所述北斗定位单元用于对电动车的位置进行实时定位，并在地图导入单元所导入的电动车车辆路线图上进行显示，使得可以实时对电动车的具体位置信息进行了解，方便对电动车的当前状态进行分析，例如：可以精准的判定电动车是否到达了道路路口；所述路口标注单元用于对地图导入单元所导入的电动车车道路线图中的每一个路口进行标注，使得可以准确的判定电动车是否已经到达路口，例如：在距离斑马线30m处规定为路口，那么当电动车进入该范围内时，即判定为到达路口；

所述北斗定位单元和路口标注单元的输出端均连接地图导入单元的输入端，所述地图导入单元的输出端连接控制模块的输入端。

所述危险判别单元包括图像采集单元和信号分析单元；

所述图像采集单元为采集摄像头，所述采集摄像头安装在电动车的前端，所述采集摄像头的拍摄方向为沿电动车行驶方向的左侧上方，所述采集摄像头的拍摄方向与电动车行驶方向之间的夹角为30°，所述采集摄像有的拍摄方向与水平面之间的夹角为30°，用于对路口的交通信号标识信息进行采集，所述信号分析单元用于对图像采集单元所采集的交通信号标识信息进行分析，确定交通信号标识的含义，使得可以根据交通信号标识的含义判定是否需要主动对电动车执行刹车操作；

所述路口标注单元的输出端连接图像采集单元的输入端，所述图像采集单元的输出端连接信号分析单元的输入端，所述信号分析单元的输出端连接控制模块的输入端。

所述行驶分析模块包括轨迹分析单元和行程预测单元；

所述轨迹分析单元用于对电动车的当前行驶轨迹进行分析，通过对电动车当前行驶轨迹的拟合，与数据库中存储的历史轨迹进行比对和分析，可以判定该行驶轨迹接下来的轨迹，所述行程预测单元用于根据轨迹分析单元的分析结果预测电动车接下来的行驶方向，使得结合交通信号标识可以判定电动车是否会闯红灯，例如：当前行是红灯，但是右转是绿灯时，电动车在路口继续行驶可能会在在到达某一位置后右转，因此，需要对电动车的轨迹进行分析，判定电动车的意图的行驶方向；

所述北斗定位单元的输出端连接轨迹分析单元的输入端，所述轨迹分析单元的输出端连接控制模块的输入端。

所述行驶检测模块包括车速传感器、毫米雷达波和状态分析单元；

所述车速传感器用于对电动车自身的行驶速度进行实时检测，所述毫米雷达波安装在电动车前端，用于对电动车前方车辆的行驶状态以及与前车之间的距离进行分析和检测，所述状态分析单元用于根据车速传感器和毫米雷达波的检测结果对电动车的当前行驶状态以及前车的当前行驶状态进行分析；

所述车速传感器和毫米雷达波的输出端连接状态分析单元的输入端；

所述控制模块包括中央控制单元和刹车控制器；

所述中央控制单元用于对整个系统进行智能化控制，所述刹车控制器用于根据中央控制单元的指令以及状态分析单元的分析结果对电动车的主动刹车进行智能控制；

所述行程预测单元和信号分析单元的输出端连接中央控制单元的输入端，所述状态分析单元和中央控制单元的输出端连接刹车控制器的输入端；

所述执行模块包括驱动电机和蜂鸣器；

所述蜂鸣器用于当达到设定条件，驾驶员没有主动刹车时，提供驾驶员主动进行刹车，所述驱动电机用于驱动电动车的行驶，还用于受刹车控制器的控制实现转速的降低，进而实现自主刹车；

所述刹车控制器的输出端连接驱动电机和蜂鸣器的输入端。

一种基于物联网的电动车主动刹车方法，该刹车方法包括以下步骤：

S1、利用地图导入单元对非机动车道路路线图进行导入，利用路口标注单元对道路路线图的路口进行标注；

S2、利用北斗定位单元对电动车的位置进行实时定位，并在道路路线图上进行实时显示；

S3、利用图像采集单元对路口的交通标识进行采集，利用信号分析单元对采集的图像进行分析，并将分析结果传输至中央控制单元；

S4、利用轨迹分析单元对电动车在路口的行驶轨迹进行分析，利用行程预测单元对行驶方向进行预测，并将预测结果传输至中央控制单元；

S5、利用车速传感器和毫米波雷达对电动车的当前行驶环境进行实时检测；

S6、根据S3的分析结果、S4的预测结果和S5的检测结果，对电动车执行相应的操作。

在S1-S2中，所述地图导入单元从第三方数据库中导入某一区域的非机动车道路路线图，所述路口标注单元对道路路线图中的每一个路口进行标注，形成路口标记框，所述北斗定位单元定位电动车进入路口标记框时，所述图像采集单元开始对路口的交通标识信息进行采集。

路口标记框的设定，使得对于信息的采集更加的规范，同时，给了数据采集启动的界限，避免了各个采集单元长时间开启，确保了在需要是才进行数据的采集，更加的节能环保。

所述图像采集单元位于电动车前端，朝向电动车行进方向的左前方进行交通标识信息的采集，所述图像采集单元的图像采集方向与电动车行进方向的夹角为θ，所述图像采集单元的图像采集方向与水平面之间的夹角为α，所述图像采集单元的采集角度不变；

所述图像采集单元每隔ts进行一次图像的采集；

所述信号分析单元对采集的若干张图像进行分析，所述信号分析单元对若干张图像中的颜色进行识别，并对其中的每一个像素点进行采集，重新组合形成交通标识，并将绿的交通标识与交通标识库中的交通标识进行比对，确定交通标识所指定的方向，以此来确定允许通行的方向，并将结果传输至中央控制单元；

在S4中，所述轨迹分析单元对电动车在路口标记框内的每一个定位点进行拟合，每隔时间ts对电动车的位置进行一次定位，形成在路口标记框内的行驶轨迹，所述行程预测单元对每两个定位点之间连线的距离进行计算，利用车速传感器对电动车的行驶速度V

其中，

通过确保图像采集单元采集角度的的不变，保证每张图片的采集都是统一视角，使得可以对采集的图片进行叠加，通过叠加之后的图片中交通标识的距离来判定电动车在横向方向上移动的距离，避免了通过其他的硬件设备来实现检测，降低成本。

所述中央控制单元对图像采集单元所采集的若干张图片进行接收，并组成集合P＝{P

所述中央控制单元对行程预测单元所分析的每两个相邻定位点之间的距离进行接收，并组成集合

所述中央控制单元对集合P中的每两张相邻的图片进行叠加，对两张叠加的图片中的交通标识之间的距离

根据下列公式对相邻两个定位点之间的电动车偏移的角度进行计算：

组成电动车偏移角度的集合

当集合β中超过半数的元素大于等于γ，表明电动车会右转，所述中央控制器结合信号分析单元的分析结果判定电动车的右转是否会出现闯红灯的情况；

当集合β中超过半数的元素小于γ，表明电动车不会右转，若此时直行为红灯，所述中央控制单元向刹车控制器下发指令，所述刹车控制器控制驱动电机减速刹车，使得电动车可以停下，避免电动车闯红灯。

通过上述技术方案，通过对电动车在ts间的位置变化，以及图像采集单元所采集的图片中交通标识的位置变化，来确定电动车移动方向，并组成方向的集合，通过对电动车移动方向的判断，可以精准判定出该电动车的行进趋势，使得可以对电动车接下来的行程进行预测，结合图像采集单元和信号分析单元对交通标识的分析结果，使得可以在保证正常交通的情况下，尽可能的限制电动车闯红灯，减少安全隐患，保障驾驶员的人身安全。

在S5-S6中，所述车速传感器检测的数值为V

当V

当Y

当Y

当Y

通过上述技术方案，可以在电动车车速达到设定的阈值时，刹车控制器接入，对电动车进行控制，避免出现追尾的现象，导致人员受伤。

实施例：

所述地图导入单元从第三方数据库中导入某一区域的非机动车道路路线图，所述路口标注单元对道路路线图中的每一个路口进行标注，形成路口标记框，所述北斗定位单元定位电动车进入路口标记框时，所述图像采集单元开始对路口的交通标识信息进行采集。

所述图像采集单元位于电动车前端，朝向电动车行进方向的左前方进行交通标识信息的采集，所述图像采集单元的图像采集方向与电动车行进方向的夹角为θ＝30°，所述图像采集单元的图像采集方向与水平面之间的夹角为α＝30°，所述图像采集单元的采集角度不变；

所述图像采集单元每隔t＝0.01s(10ms)进行一次图像的采集；

所述信号分析单元对采集的若干张图像进行分析，所述信号分析单元对若干张图像中的颜色进行识别，并对其中的每一个像素点进行采集，重新组合形成交通标识，并将绿的交通标识与交通标识库中的交通标识进行比对，确定交通标识所指定的方向，以此来确定允许通行的方向，并将结果传输至中央控制单元；

在S4中，所述轨迹分析单元对电动车在路口标记框内的每一个定位点进行拟合，每隔时间t＝0.01s(10ms)对电动车的位置进行一次定位，形成在路口标记框内的行驶轨迹，所述行程预测单元对每两个定位点之间连线的距离进行计算，利用车速传感器对电动车的行驶速度V

其中，

所述中央控制单元对图像采集单元所采集的若干张图片进行接收，并组成集合P＝{P

所述中央控制单元对行程预测单元所分析的每两个相邻定位点之间的距离进行接收，并组成集合

所述中央控制单元对集合P中的每两张相邻的图片进行叠加，对两张叠加的图片中的交通标识之间的距离

根据下列公式对相邻两个定位点之间的电动车偏移的角度进行计算：

组成电动车偏移角度的集合

当集合β中超过半数的元素大于等于γ＝10°，表明电动车会右转，所述中央控制器结合信号分析单元的分析结果判定电动车的右转是否会出现闯红灯的情况；

在S5-S6中，所述车速传感器检测的数值为V

当V

当Y

当Y

当Y

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。