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

背景技術(shù)：

目前主流的車(chē)輛安全預(yù)警方式主要采用行車(chē)?yán)走_(dá)或紅外的方式來(lái)測(cè)量相鄰的車(chē)輛距離，這些方法的缺陷是可測(cè)量的距離較短，對(duì)于高速行進(jìn)的車(chē)輛車(chē)間距往往比較大，如果在車(chē)輛車(chē)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(guò)判斷其他車(chē)輛行駛噪聲的方法，較大幅度增加車(chē)輛安全預(yù)警探測(cè)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(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于多普勒效應(yīng)的車(chē)輛安全預(yù)警系統(tǒng)及方法，通過(guò)行車(chē)噪聲進(jìn)行行車(chē)安全的判斷，實(shí)現(xiàn)了較大距離的行車(chē)安全預(yù)警探測(cè)。

本發(fā)明提出的一種基于多普勒效應(yīng)的車(chē)輛安全預(yù)警系統(tǒng)，包括傳聲器、噪聲信號(hào)處理單元、報(bào)警裝置；所述傳聲器分別裝設(shè)于車(chē)輛頭部和/或車(chē)輛尾部，裝設(shè)于車(chē)輛頭部的傳聲器，其主方向?yàn)檐?chē)輛正前方，裝設(shè)于車(chē)輛尾部的傳聲器，其主方向?yàn)檐?chē)輛正后方，進(jìn)一步，裝設(shè)于車(chē)輛頭部的傳聲器用于采集車(chē)輛前方噪聲信號(hào)，而裝設(shè)于車(chē)輛尾部的傳聲器用于采集車(chē)輛后方噪聲信號(hào)；噪聲信號(hào)處理單元用于識(shí)別傳聲器所采集噪聲信號(hào)中的行車(chē)噪聲信號(hào)，并計(jì)算該行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻，若接收到行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻變化超過(guò)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(hào)處理單元的控制指令進(jìn)行報(bào)警。

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

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車(chē)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(chē)輛安全預(yù)警系統(tǒng)中，優(yōu)選的，裝設(shè)于車(chē)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(chē)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(lèi)似，在車(chē)輛頭部和車(chē)輛尾部均可裝設(shè)傳聲器，且在這種情況下，設(shè)于車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(yǔ)音)語(yǔ)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(chē)輛安全預(yù)警方法，包括以下步驟：

步驟S1，通過(guò)定向采集得到車(chē)輛前方噪聲信號(hào)和/或車(chē)輛后方噪聲信號(hào)；

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

步驟S3，計(jì)算行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻，并監(jiān)測(cè)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(cè)到行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻變化超過(guò)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(chē)輛安全預(yù)警方法，優(yōu)選的，步驟S2中通過(guò)對(duì)所采集的噪聲信號(hào)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(hào)的頻譜特性。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車(chē)輛安全預(yù)警方法，優(yōu)選的，所述標(biāo)準(zhǔn)的行車(chē)噪聲頻譜特性通過(guò)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(chē)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(hào)的頻譜特性前，通過(guò)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(chē)輛安全預(yù)警方法，優(yōu)選的，步驟S3中所述計(jì)算行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻，其方法為：

步驟S31，對(duì)降噪后的行車(chē)噪聲信號(hào)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(hào)；

步驟S32，進(jìn)行頻域取對(duì)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(chē)噪聲信號(hào)的基頻。

按照本發(fā)明的基于多普勒效應(yīng)的車(chē)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(guò)行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻變化來(lái)計(jì)算行車(chē)噪聲信號(hào)來(lái)源車(chē)輛的車(chē)速變化，進(jìn)而計(jì)算行車(chē)噪聲信號(hào)來(lái)源車(chē)輛加速度并與設(shè)定閾值進(jìn)行對(duì)比，如超過(guò)閾值則判斷為危險(xiǎn)情況。

本發(fā)明對(duì)于復(fù)雜路面情況下的高速行駛車(chē)輛，通過(guò)其行車(chē)噪聲信號(hào)的變化來(lái)進(jìn)行危險(xiǎn)情況預(yù)警，能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)行車(chē)噪聲信號(hào)來(lái)源車(chē)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(chē)安全情況判斷錯(cuò)誤或判斷延誤，有助于防止車(chē)輛追尾和被追尾情況的發(fā)生。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于多普勒效應(yīng)的車(chē)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(chē)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(lái)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(chē)輛安全預(yù)警系統(tǒng)10，包括傳聲器、噪聲信號(hào)處理單元101、報(bào)警裝置102。

本實(shí)施例采用車(chē)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(chē)輛頭部和車(chē)輛尾部，其主方向分別對(duì)應(yīng)為車(chē)輛正前方和車(chē)輛正后方。裝設(shè)于車(chē)輛頭部的傳聲器103采集車(chē)輛前方噪聲信號(hào)，裝設(shè)于車(chē)輛尾部的傳聲器104采集車(chē)輛后方噪聲信號(hào)。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(chē)輛頭部的傳聲器103可裝設(shè)在車(chē)輛頭部最前方的前保險(xiǎn)杠中部，裝設(shè)于車(chē)輛尾部的傳聲器104可裝設(shè)在車(chē)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(chē)輛頭部或車(chē)輛尾部，對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)車(chē)輛前方或后方單一方向的安全預(yù)警。

噪聲信號(hào)處理單元用于識(shí)別傳聲器所采集噪聲信號(hào)中的行車(chē)噪聲信號(hào)，并計(jì)算該行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻，若接收到行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻變化超過(guò)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(yǔ)音播報(bào)器或蜂鳴器，用于接收噪聲信號(hào)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(chē)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(chē)輛頭部和/或車(chē)輛尾部的指向性傳聲器或傳聲器陣列，通過(guò)定向采集得到車(chē)輛前方噪聲信號(hào)和/或車(chē)輛后方噪聲信號(hào)；

步驟S2，通過(guò)對(duì)所采集的噪聲信號(hào)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(hào)的頻譜特性，與標(biāo)準(zhǔn)的行車(chē)噪聲頻譜特性進(jìn)行對(duì)比，判斷所采集的信號(hào)是否為車(chē)輛行駛噪聲信號(hào)，若是車(chē)輛行駛噪聲信號(hào)則執(zhí)行步驟S3；

步驟S3，計(jì)算行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻，并監(jiān)測(cè)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(cè)到行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻變化超過(guò)設(shè)定閾值，則判斷為危險(xiǎn)情況，并進(jìn)行報(bào)警。

通過(guò)基頻變化來(lái)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(dòng)速度，若觀察者接近發(fā)射源，則前方運(yùn)算符號(hào)為“+”號(hào),反之則為“-”號(hào)；v_s為發(fā)射源移動(dòng)速度，若發(fā)射源接近觀察者，則前方運(yùn)算符號(hào)為“-”號(hào)，反之則為“+”號(hào)。

在本發(fā)明應(yīng)用場(chǎng)景中，當(dāng)發(fā)射源接近觀察者時(shí)，公式(1)中分子是行車(chē)噪聲傳播速度和觀察者速度之和v+v₀，分母是行車(chē)噪聲傳播速度和行車(chē)噪聲來(lái)源車(chē)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(chē)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(chē)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(cè)到的行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻變化，可以反映出行車(chē)噪聲來(lái)源車(chē)輛的速度，加入時(shí)間因素還可以反映行車(chē)噪聲來(lái)源車(chē)輛的加速度情況，因而，可以通過(guò)利用監(jiān)測(cè)到的行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻變化對(duì)行車(chē)噪聲來(lái)源車(chē)輛的加速情況作出預(yù)警，如后車(chē)的突然加速或前車(chē)的突然減速，進(jìn)而快速的提醒駕駛員注意前車(chē)或后車(chē)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(chē)噪聲頻譜特性通過(guò)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(hào)的頻譜特性前，通過(guò)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(chē)噪聲信號(hào)的基頻，其方法為：

步驟S31，對(duì)降噪后的行車(chē)噪聲信號(hào)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(hào)；

步驟S32，進(jìn)行頻域取對(duì)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(chē)噪聲信號(hào)的基頻。

步驟S4中判斷危險(xiǎn)情況的方法為通過(guò)行車(chē)噪聲信號(hào)的基頻變化來(lái)計(jì)算行車(chē)噪聲信號(hào)來(lái)源車(chē)輛的車(chē)速變化，進(jìn)而計(jì)算行車(chē)噪聲信號(hào)來(lái)源車(chē)輛加速度并與設(shè)定閾值進(jìn)行對(duì)比，如超過(guò)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(shí)到，結(jié)合本文中所公開(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說(shuō)明電子硬件和軟件的可互換性，在上述說(shuō)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(lái)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(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)使用不同方法來(lái)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(duì)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)。