| 专利名称： | 一种基于GIS的汽车主动限速系统及其运行方法 | ||
| 专利名称(英文)： | Car driving speed-limiting system based on GIS and running method of car driving speed-limiting system based on GIS | ||
| 专利号： | CN201510821339.2 | 申请时间： | 20151123 |
| 公开号： | CN105346541A | 公开时间： | 20160224 |
| 申请人： | 山东科技大学 | ||
| 申请地址： | 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港路579号 | ||
| 发明人： | 刘志海; 杨凯迪; 曾庆良; 张荣华; 张丹丹; 王成龙; 闫成稳; 江守波; 王认辉 | ||
| 分类号： | B60W30/14 | 主分类号： | B60W30/14 |
| 代理机构： | 济南金迪知识产权代理有限公司 37219 | 代理人： | 杨树云 |
| 摘要： | 本发明涉及一种基于GIS的汽车主动限速系统及其运行方法，包括信息采集设备、GIS限速值控制单元、输出显示端、执行器，信息采集设备感知与前方车辆的距离、当前车辆的行车速度、当前车辆节气门位置信息；采集当前车辆定位信息；显示并及时更新静态道路网信息；GIS限速值控制单元根据当前车辆定位信息及静态道路网信息提取出当前路段的初始限速值和道路特征参数，结合与前方车辆的距离及道路特征参数，对初始限速值进行修正，得到最佳限速值，换算得到最大容许节气门开度值，限制车辆的车速。本发明中，车辆在每个路段的限速值会随着路况的变化而不断调整，即使驾驶员做出任何操作都不会使汽车超过该路段的最大限速值，保证行车安全。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention relates to a car driving speed-limiting system based on the GIS and a running method of the car driving speed-limiting system based on the GIS. The car driving speed-limiting system comprises an information collecting device, a GIS speed-limiting control unit, an output display end and an execution device; the information collecting device senses the distance between a car and a car in the front, the running speed of the current car and the throttle position information of the current car, collects positioning information of the current car and displays and updates static state road network information in real time; the GIS speed-limiting control unit extracts the initial speed-limiting value and the road characteristic parameter of a current road section according to the positioning information of the current car and the static state road network information, amends the initial speed-limiting value in combination with the distance between the car and the car in the front and the road characteristic parameter, obtains the best speed-limiting value, obtains the maximum allowing throttle percentage value through conversion and limits the car speed of the car. According to the car driving speed-limiting system and the running method, the speed-limiting values of the car in all road sections will be continuously adjusted along with changes of the road condition, the car cannot exceed the maximum speed-limiting value in the road section even though a driver does any operation, and the running safety is guaranteed. | ||
1.一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，包括信息采集设备、GIS限速值控 制单元、输出显示端、执行器，所述GIS限速值控制单元的输入端连接所述信息采集设备， 所述GIS限速值控制单元的输出端分别连接所述输出显示端、所述执行器； 所述信息采集设备用于：感知与前方车辆的距离、当前车辆的行车速度、当前车辆节气 门位置信息；采集当前车辆定位信息；显示并及时更新静态道路网信息； 所述GIS限速值控制单元用于：根据当前车辆定位信息及静态道路网信息提取出当前路 段的初始限速值和道路特征参数，结合与前方车辆的距离及提取的道路特征参数，对初始限 速值进行修正，得到最佳限速值，所述道路特征参数包括轨迹曲率半径及道路坡度； 所述执行器用于：对接收到最佳限速值进行换算得到最大容许节气门开度值，通过控制 最大容许节气门开度值限制车辆的车速； 所述输出显示端用于：显示当前车辆定位信息及最佳限速值；进行车辆超速预警。
2.根据权利要求1所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述信息采 集设备包括：GPS接收器、导航仪、超声波传感器、节气门位置传感器、轮速传感器，所述 GPS接收器、所述导航仪、所述超声波传感器、所述节气门位置传感器、所述轮速传感器分 别连接所述GIS限速值控制单元的输入端。
3.根据权利要求2所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述GPS接 收器用于采集当前车辆定位信息；所述导航仪用于显示并及时更新静态道路网信息；所述超 声波传感器用于感知与前方车辆的距离；所述节气门位置传感器用于感知当前车辆节气门位 置信息；所述轮速传感器用于感知当前车辆的行车速度。
4.根据权利要求2所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述GIS限 速值控制单元包括：信号采集电路、单片机最小系统、限速值修正模块、驱动控制电路、GIS 数据存储单元、数据挖掘模块、CAN通信电路、电源模块，所述GIS数据存储单元连接所述 数据挖掘模块，所述数据挖掘模块、所述信号采集电路、所述CAN通信电路分别与所述单片 机最小系统的输入端连接，所述单片机最小系统的输出端与所述限速值修正模块、所述驱动 控制电路依次连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述GIS数 据存储单元用于实时更新并存储当前车辆定位信息及静态道路网信息；所述数据挖掘模块用 于：接收当前车辆定位信息及静态道路网信息进行数据挖掘，得到当前路段的初始限速值及 道路特征参数，所述道路特征参数包括轨迹曲率半径及道路坡度；所述信号采集电路用于： 接收并处理来自所述超声波传感器、所述节气门位置传感器、所述轮速传感器发出的模拟信 号；所述限速值修正模块用于：通过最优控制算法，结合所述超声波传感器发出的模拟信号 及道路特征参数对初始限速值进行修正，得到最佳限速值，并将最佳限速值发送至所述驱动 控制电路；所述驱动控制电路用于：根据最佳限速值驱动所述执行器；所述CAN通信电路接 收其他车载电控系统的状态信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述信号采 集电路包括A/D转换器，所述A/D转换器的型号为AD669或AD667；所述单片机最小系统的 型号为IntelMCS8048/8051、MotorolsMC68HC、IntelMCS8097、MotorolsMC68HC16中的任一 种；所述限速值修正模块为EPROM；所述驱动控制电路包括电流输出型D/A转换器，所述 D/A转换器型号为DAC0832、DAC0830、DAC0831中的任一种；所述GIS数据存储单元采用 SRAM芯片；所述数据挖掘模块采用ROM芯片；所述CAN通信电路包括CAN收发器；电源 模块为+5V的稳定电压。
7.根据权利要求6所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述执行器 包括：制动压力调节器、制动器、电子节气门控制单元、节气门、节气门控制电机，所述制 动压力调节器、所述电子节气门控制单元分别连接所述GIS限速值控制单元的输出端，所述 制动压力调节器连接制动器，所述电子节气门控制单元、所述节气门控制电机、所述节气门 依次连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述输出显 示端包括地图显示屏、超速预警装置，所述地图显示屏、所述超速预警装置分别连接所述GIS 限速值控制单元的输出端。
9.权利要求8所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统的运行方法，其特征在于，具体 步骤包括： (1)所述GPS接收器实时采集当前车辆定位信息，所述导航仪实时显示并及时更新静态 道路网信息，当前车辆定位信息及静态道路网信息发送至所述GIS数据存储单元，同时，当 前车辆定位信息发送至所述地图显示屏进行显示；所述超声波传感器实时感知与前方车辆的 距离d；节气门位置传感器实时感知当前车辆节气门位置信息α；轮速传感器实时感知当前 车辆的行车速度v，所述超声波传感器、所述节气门位置传感器、所述轮速传感器发出的模 拟信号实时发送至所述信号采集电路；所述GIS数据存储单元实时接收当前车辆定位信息及 静态道路网信息，所述数据挖掘模块实时提取当前路段的初始限速值V0及当前路段的道路特 征参数，包括轨迹曲率半径R与道路坡度i； (2)当d＜m时，判断当前车辆即将发生碰撞，所述制动压力调节器控制所述制动器进 行紧急刹车，m为安全距离；否则，所述数据挖掘模块根据步骤(1)采集的当前车辆定位信 息及静态道路网信息，提取出当前路段的初始限速值V0，所述限速值修正模块结合步骤(1) 测量的与前方车辆的距离d、轨迹曲率半径R以及道路坡度i，通过最优控制算法，对初始限 速值V0进行修正，得到最佳限速值V，并将最佳限速值V发送至所述电子节气门控制单元； 同时，对最佳限速值V与汽车的行驶速度v进行比较，当v>V时，启动所述超速预警装置进 行报警，否则所述超速预警装置不动作； (3)所述电子节气门控制单元接收步骤(2)得到的最佳限速值V，换算得到最大容许 节气门开度值θ,并实时与节气门位置信号α进行比较；如果检测到α>θ，所述电子节气门 控制单元立即减小所述节气门控制电机的驱动力矩，直至检测到α＝θ；否则，进入步骤(1)。
1.一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，包括信息采集设备、GIS限速值控 制单元、输出显示端、执行器，所述GIS限速值控制单元的输入端连接所述信息采集设备， 所述GIS限速值控制单元的输出端分别连接所述输出显示端、所述执行器； 所述信息采集设备用于：感知与前方车辆的距离、当前车辆的行车速度、当前车辆节气 门位置信息；采集当前车辆定位信息；显示并及时更新静态道路网信息； 所述GIS限速值控制单元用于：根据当前车辆定位信息及静态道路网信息提取出当前路 段的初始限速值和道路特征参数，结合与前方车辆的距离及提取的道路特征参数，对初始限 速值进行修正，得到最佳限速值，所述道路特征参数包括轨迹曲率半径及道路坡度； 所述执行器用于：对接收到最佳限速值进行换算得到最大容许节气门开度值，通过控制 最大容许节气门开度值限制车辆的车速； 所述输出显示端用于：显示当前车辆定位信息及最佳限速值；进行车辆超速预警。
2.根据权利要求1所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述信息采 集设备包括：GPS接收器、导航仪、超声波传感器、节气门位置传感器、轮速传感器，所述 GPS接收器、所述导航仪、所述超声波传感器、所述节气门位置传感器、所述轮速传感器分 别连接所述GIS限速值控制单元的输入端。
3.根据权利要求2所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述GPS接 收器用于采集当前车辆定位信息；所述导航仪用于显示并及时更新静态道路网信息；所述超 声波传感器用于感知与前方车辆的距离；所述节气门位置传感器用于感知当前车辆节气门位 置信息；所述轮速传感器用于感知当前车辆的行车速度。
4.根据权利要求2所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述GIS限 速值控制单元包括：信号采集电路、单片机最小系统、限速值修正模块、驱动控制电路、GIS 数据存储单元、数据挖掘模块、CAN通信电路、电源模块，所述GIS数据存储单元连接所述 数据挖掘模块，所述数据挖掘模块、所述信号采集电路、所述CAN通信电路分别与所述单片 机最小系统的输入端连接，所述单片机最小系统的输出端与所述限速值修正模块、所述驱动 控制电路依次连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述GIS数 据存储单元用于实时更新并存储当前车辆定位信息及静态道路网信息；所述数据挖掘模块用 于：接收当前车辆定位信息及静态道路网信息进行数据挖掘，得到当前路段的初始限速值及 道路特征参数，所述道路特征参数包括轨迹曲率半径及道路坡度；所述信号采集电路用于： 接收并处理来自所述超声波传感器、所述节气门位置传感器、所述轮速传感器发出的模拟信 号；所述限速值修正模块用于：通过最优控制算法，结合所述超声波传感器发出的模拟信号 及道路特征参数对初始限速值进行修正，得到最佳限速值，并将最佳限速值发送至所述驱动 控制电路；所述驱动控制电路用于：根据最佳限速值驱动所述执行器；所述CAN通信电路接 收其他车载电控系统的状态信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述信号采 集电路包括A/D转换器，所述A/D转换器的型号为AD669或AD667；所述单片机最小系统的 型号为IntelMCS8048/8051、MotorolsMC68HC、IntelMCS8097、MotorolsMC68HC16中的任一 种；所述限速值修正模块为EPROM；所述驱动控制电路包括电流输出型D/A转换器，所述 D/A转换器型号为DAC0832、DAC0830、DAC0831中的任一种；所述GIS数据存储单元采用 SRAM芯片；所述数据挖掘模块采用ROM芯片；所述CAN通信电路包括CAN收发器；电源 模块为+5V的稳定电压。
7.根据权利要求6所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述执行器 包括：制动压力调节器、制动器、电子节气门控制单元、节气门、节气门控制电机，所述制 动压力调节器、所述电子节气门控制单元分别连接所述GIS限速值控制单元的输出端，所述 制动压力调节器连接制动器，所述电子节气门控制单元、所述节气门控制电机、所述节气门 依次连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统，其特征在于，所述输出显 示端包括地图显示屏、超速预警装置，所述地图显示屏、所述超速预警装置分别连接所述GIS 限速值控制单元的输出端。
9.权利要求8所述的一种基于GIS的汽车主动限速系统的运行方法，其特征在于，具体 步骤包括： (1)所述GPS接收器实时采集当前车辆定位信息，所述导航仪实时显示并及时更新静态 道路网信息，当前车辆定位信息及静态道路网信息发送至所述GIS数据存储单元，同时，当 前车辆定位信息发送至所述地图显示屏进行显示；所述超声波传感器实时感知与前方车辆的 距离d；节气门位置传感器实时感知当前车辆节气门位置信息α；轮速传感器实时感知当前 车辆的行车速度v，所述超声波传感器、所述节气门位置传感器、所述轮速传感器发出的模 拟信号实时发送至所述信号采集电路；所述GIS数据存储单元实时接收当前车辆定位信息及 静态道路网信息，所述数据挖掘模块实时提取当前路段的初始限速值V0及当前路段的道路特 征参数，包括轨迹曲率半径R与道路坡度i； (2)当d＜m时，判断当前车辆即将发生碰撞，所述制动压力调节器控制所述制动器进 行紧急刹车，m为安全距离；否则，所述数据挖掘模块根据步骤(1)采集的当前车辆定位信 息及静态道路网信息，提取出当前路段的初始限速值V0，所述限速值修正模块结合步骤(1) 测量的与前方车辆的距离d、轨迹曲率半径R以及道路坡度i，通过最优控制算法，对初始限 速值V0进行修正，得到最佳限速值V，并将最佳限速值V发送至所述电子节气门控制单元； 同时，对最佳限速值V与汽车的行驶速度v进行比较，当v>V时，启动所述超速预警装置进 行报警，否则所述超速预警装置不动作； (3)所述电子节气门控制单元接收步骤(2)得到的最佳限速值V，换算得到最大容许 节气门开度值θ,并实时与节气门位置信号α进行比较；如果检测到α>θ，所述电子节气门 控制单元立即减小所述节气门控制电机的驱动力矩，直至检测到α＝θ；否则，进入步骤(1)。
翻译：技术领域
本发明涉及一种基于GIS的汽车主动限速系统及其运行方法，属于汽车安全辅助驾驶技 术领域。
背景技术
交通安全一直是交通管理的重点领域。各种交通事故的发生大多是因为车速过快而导致 驾驶失控，最终酿成悲剧。在汽车主动安全控制及辅助驾驶领域，有必要研发一种能够根据 综合路况信息对汽车进行实时限速的控制系统。
目前，智能限速系统主要是为提高限速标识识别的准确性并及时产生预警信号而发明， 包括导航仪，所述导航仪可识别道路交通标志牌；并利用图像处理技术，提取道路交通标志 信息；智能导航，智能导航可以实时提供当前道路信息、导航路线信息以及国家或地区的交 通道路限速法规相关信息；车身传感器，车身传感器可实时提供车身信息；控制器，控制器 内部建立有交通限速标识数据库，所述控制器的输入端分别与导航仪、智能导航、车身传感 器连接，控制器的输出端分别与汽车仪表和发动机ECU连接。
虽然已有的限速系统在一定程度上可以提高驾驶员行车安全，可以根据当前路段限速值 把行车速度限制在一定范围内，但缺少主动实施制动减速的功能，因此当即将发生碰撞危险 时，系统无法自动降速或刹车，不能有效保证行车安全。
中国专利文献CN104709284A公开了一种汽车自动限速控制系统，包括：控制单元，其 包括控制器、ABS刹车装置以及设置在汽车供油管道上以控制汽油流量的控制阀；信号采集 单元，其包括用于采集汽车行驶速度的速度传感器、采集汽车当前行驶路段限速值的限速获 取装置以及采集当前汽车的行驶方向和所处路况的卫星定位装置，其中所述控制器基于从速 度传感器和限速获取装置接收到的信号来判定当前汽车是否超速，且根据该判定信号以及从 卫星定位装置获取到的信息来确定控制阀的开合度和ABS刹车装置是否启动。但是该专利存 在以下缺陷：没有全面考虑人、车、路以及环境的协同交互。例如不能根据车与车的相对位 置等信号对限速值进行相应的调整，所以当存在与前车发生碰撞的危险时，不能提前实施限 速或主动刹车，存在一定的安全隐患；另外，汽车的交通环境状态是动态变化的，比如车与 车相对位置，交通流密度以及具体路段轨迹曲率半径的情况等，因此通过导航仪获得的限速 值应该根据车辆的状态信息和道路交通环境信息进行相应的修正，以保证限速值的实时性和 精确度，提高限速系统的智能化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于GIS的汽车主动限速系统；
本发明还提供了上述主动限速系统的运行方法；
本发明实时性强，精确度高，限速值可调，能够实现全方位的路况探测与预警，提高了 汽车限速系统的智能化。
术语解释
1、GIS，即地理信息系统(GeographicInformationSystem或Geo－Informationsystem， GIS)，有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计 算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数 据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
2、最优控制算法用以定出最优控制理论的具体形式的计算方法。最优控制理论(optimal controltheory)，是现代控制理论的一个主要分支，着重于研究使控制系统的性能指标实现 最优化的基本条件和综合方法。最优控制理论是研究和解决从一切可能的控制方案中寻找最 优解的一门学科。它是现代控制理论的重要组成部分。
3、EPROM，是英文ErasableProgrammableReadOnlyMemory的缩写，由以色列工程师 DovFrohman发明，是一种断电后仍能保留数据的计算机存储芯片——即非易失性的(非易 失性)。它是一组浮栅晶体管，被一个提供比电子电路中常用电压更高电压的电子器件分别编 程。一旦编程完成后，EPROM只能用强紫外线照射来擦除。通过封装顶部能看见硅片的透明 窗口，很容易识别EPROM，这个窗口同时用来进行紫外线擦除。
4、SRAM，是英文StaticRAM的缩写，它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新 电路即能保存它内部存储的数据。在汽车上，RAM通常用来存储单片机工作时暂时需要存储 的数据(如输入/输出数据、单片机运算得出的结果、故障代码、空燃比修正数据等)，这些 数据根据需要可随时调用或被新的数据改写。
5、ROM，是只读内存(Read-OnlyMemory)的简称，是一种只能读出事先所存数据的固 态半导体存储器。在汽车上，通常在ROM中存放永久性的程序软件和一些特性曲线、特性数 据与调整数据。
本发明的技术方案为：
一种基于GIS的汽车主动限速系统，包括信息采集设备、GIS限速值控制单元、输出显 示端、执行器，所述GIS限速值控制单元的输入端连接所述信息采集设备，所述GIS限速值 控制单元的输出端分别连接所述输出显示端、所述执行器；
所述信息采集设备用于：感知与前方车辆的距离、当前车辆的行车速度、当前车辆节气 门位置信息；采集当前车辆定位信息；显示并及时更新静态道路网信息；
所述GIS限速值控制单元用于：根据当前车辆定位信息及静态道路网信息提取出当前路 段的初始限速值和道路特征参数，结合与前方车辆的距离及提取的道路特征参数，对初始限 速值进行修正，得到最佳限速值，所述道路特征参数包括轨迹曲率半径及道路坡度；
所述执行器用于：对接收到最佳限速值进行换算得到最大容许节气门开度值，通过控制 最大容许节气门开度值限制车辆的车速；
所述输出显示端用于：显示当前车辆定位信息及最佳限速值；进行车辆超速预警。
根据本发明优选的，所述信息采集设备包括：GPS接收器、导航仪、超声波传感器、节 气门位置传感器、轮速传感器，所述GPS接收器、所述导航仪、所述超声波传感器、所述节 气门位置传感器、所述轮速传感器分别连接所述GIS限速值控制单元的输入端。
根据本发明优选的，所述GPS接收器用于采集当前车辆定位信息；所述导航仪用于显示 并及时更新静态道路网信息；所述超声波传感器用于感知与前方车辆的距离；所述节气门位 置传感器用于感知当前车辆节气门位置信息；所述轮速传感器用于感知当前车辆的行车速度。
根据本发明优选的，所述GIS限速值控制单元包括：信号采集电路、单片机最小系统、 限速值修正模块、驱动控制电路、GIS数据存储单元、数据挖掘模块、CAN通信电路、电源模 块，所述GIS数据存储单元连接所述数据挖掘模块，所述数据挖掘模块、所述信号采集电路、 所述CAN通信电路分别与所述单片机最小系统的输入端连接，所述单片机最小系统的输出端 与所述限速值修正模块、所述驱动控制电路依次连接。
根据本发明优选的，所述GIS数据存储单元用于实时更新并存储当前车辆定位信息及静 态道路网信息；所述数据挖掘模块用于：接收当前车辆定位信息及静态道路网信息进行数据 挖掘，得到当前路段的初始限速值及道路特征参数，所述道路特征参数包括轨迹曲率半径及 道路坡度；所述信号采集电路用于：接收并处理来自所述超声波传感器、所述节气门位置传 感器、所述轮速传感器发出的模拟信号；所述限速值修正模块用于：通过最优控制算法，结 合所述超声波传感器发出的模拟信号及道路特征参数对初始限速值进行修正，得到最佳限速 值，并将最佳限速值发送至所述驱动控制电路；所述驱动控制电路用于：根据最佳限速值驱 动所述执行器；所述CAN通信电路接收其他车载电控系统的状态信号。
根据本发明优选的，所述信号采集电路包括A/D转换器，所述A/D转换器的型号为AD669 或AD667；所述单片机最小系统的型号为IntelMCS8048/8051、MotorolsMC68HC、Intel MCS8097、MotorolsMC68HC16中的任一种；所述限速值修正模块为EPROM；所述驱动控制 电路包括电流输出型D/A转换器，所述D/A转换器型号为DAC0832、DAC0830、DAC0831中 的任一种；所述GIS数据存储单元采用SRAM芯片；所述数据挖掘模块采用ROM芯片；所述 CAN通信电路包括CAN收发器；电源模块为+5V的稳定电压。
信号采集电路接收并处理来自所述超声波传感器、所述节气门位置传感器、所述轮速传 感器等发出的信号，如果是模拟信号，经过A/D转换器转换成数字信号后才能通过I/O接口 进入单片机最小系统；如果是数字信号，直接经过I/O接口进入单片机最小系统。
如果是数字信号，直接经过I/O接口进入单片机最小系统；如果是模拟信号，则经过A/D 转换器转换成数字信号后才能通过I/O接口进入单片机。
EPROM常用的芯片有27C32、27C64、62256、27C128、27C512等，它作为单片机最小系 统的程序存储器ROM扩展模块，内置最优控制算法程序。
D/A转换器主要用于驱动制动压力调节器的电磁阀，驱动超速预警装置，将信号传送到 电子节气门控制单元中。
所述SRAM常用的芯片主要有6116、6264、628128等，它作为单片机最小系统的数据存 储器RAM扩展模块，内置车辆定位信息和静态路网信息。
所述数据挖掘模块选用内置数字图像识别算法程序的ROM芯片，用于提取车辆定位信息 和静态路网信息中的道路参数。
电源模块主要提供+5V的稳定电压，以保证在发送机启动工况等使汽车蓄电池电压有较 大波动时，单片机及其接口电路也能在+5V电压下正常工作。
CAN收发器可以采用Philips公司的82C250芯片，低速CAN可以使用Motorola公司的 MC333888芯片。
根据本发明优选的，所述执行器包括：制动压力调节器、制动器、电子节气门控制单元、 节气门、节气门控制电机，所述制动压力调节器、所述电子节气门控制单元分别连接所述GIS 限速值控制单元的输出端，所述制动压力调节器连接制动器，所述电子节气门控制单元、所 述节气门控制电机、所述节气门依次连接。
根据本发明优选的，所述输出显示端包括地图显示屏、超速预警装置，所述地图显示屏、 所述超速预警装置分别连接所述GIS限速值控制单元的输出端。
上述主动限速系统的运行方法，具体步骤包括：
(1)所述GPS接收器实时采集当前车辆定位信息，所述导航仪实时显示并及时更新静态 道路网信息，当前车辆定位信息及静态道路网信息发送至所述GIS数据存储单元，同时，当 前车辆定位信息发送至所述地图显示屏进行显示；所述超声波传感器实时感知与前方车辆的 距离d；节气门位置传感器实时感知当前车辆节气门位置信息α；轮速传感器实时感知当前 车辆的行车速度v，所述超声波传感器、所述节气门位置传感器、所述轮速传感器发出的模 拟信号实时发送至所述信号采集电路；所述GIS数据存储单元实时接收当前车辆定位信息及 静态道路网信息，所述数据挖掘模块实时提取当前路段的初始限速值V0及当前路段的道路特 征参数，包括轨迹曲率半径R与道路坡度i；
(2)当d＜m时，判断当前车辆即将发生碰撞，所述制动压力调节器控制所述制动器进 行紧急刹车，m为安全距离；否则，所述数据挖掘模块根据步骤(1)采集的当前车辆定位信 息及静态道路网信息，提取出当前路段的初始限速值V0，所述限速值修正模块结合步骤(1) 测量的与前方车辆的距离d、轨迹曲率半径R以及道路坡度i，通过最优控制算法，对初始限 速值V0进行修正，得到最佳限速值V，并将最佳限速值V发送至所述电子节气门控制单元； 同时，对最佳限速值V与汽车的行驶速度v进行比较，当v>V时，启动所述超速预警装置进 行报警，否则所述超速预警装置不动作；m的测量通过现有的基于制动过程的安全距离模型 或基于车头时距的安全距离模型测得。
(3)所述电子节气门控制单元接收步骤(2)得到的最佳限速值V，换算得到最大容许 节气门开度值θ,并实时与节气门位置信号α进行比较；如果检测到α>θ，所述电子节气门 控制单元立即减小所述节气门控制电机的驱动力矩，直至检测到α＝θ；否则，进入步骤(1)。
本发明的有益效果为：
1、本发明中，车辆在每个路段的限速值会随着路况的变化而不断调整，对于限速值的确 定，除了采集车辆定位信息和静态道路网信息外，还通过与前方车辆的距离及提取的道路特 征参数，对初始限速值进行修正，得到最佳限速值，即使驾驶员做出任何操作都不会使汽车 超过该路段的最大限速值，保证行车安全。
2、本发明所述限速值控制单元采用GIS空间数据处理技术，分析数据快速、直观，实现 对行车路况的动态监控与实时分析。
3、本发明通过控制节气门控制电机实现最大容许节气门开度值的调节，使系统响应更快、 更灵敏。
4、本发明直接采用电子节气门作为控制终端，不需要增加额外的限速装置，结构简单， 增强了系统的实用性。
5、本发明中，当即将发生碰撞事故时，能够实现主动减速或刹车，有效保证行车安全。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所述GIS限速值控制单元结构框架图：
其中，1、制动压力调节器；2、制动器；3、轮速传感器；4、节气门；5、节气门控制电 机；6、节气门位置传感器；7、GPS接收器；8、导航仪；9、超声波传感器；10、GIS限速 值控制单元；11、超速预警装置；12、地图显示屏；13、电子节气门控制单元；14、信号采 集电路；15、GIS数据存储单元；16、数据挖掘模块；17、单片机最小系统；18、限速值修 正模块；19、驱动控制电路；20、电源模块；21、CAN通信电路。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种基于GIS的汽车主动限速系统，包括信息采集设备、GIS限速值控制单元10、输出 显示端、执行器，所述GIS限速值控制单元10的输入端连接所述信息采集设备，所述GIS限 速值控制单元10的输出端分别连接所述输出显示端、所述执行器；
所述信息采集设备用于：感知与前方车辆的距离、当前车辆的行车速度、当前车辆节气 门位置信息；采集当前车辆定位信息；显示并及时更新静态道路网信息；
所述GIS限速值控制单元10用于：根据当前车辆定位信息及静态道路网信息提取出当前 路段的初始限速值和道路特征参数，结合与前方车辆的距离及提取的道路特征参数，对初始 限速值进行修正，得到最佳限速值，所述道路特征参数包括轨迹曲率半径及道路坡度；
所述执行器用于：对接收到最佳限速值进行换算得到最大容许节气门开度值，通过控制 最大容许节气门开度值限制车辆的车速；
所述输出显示端用于：显示当前车辆定位信息及最佳限速值；进行车辆超速预警。
所述信息采集设备包括：GPS接收器7、导航仪8、超声波传感器9、节气门位置传感器 6、轮速传感器3，所述GPS接收器7、所述导航仪8、所述超声波传感器9、所述节气门位置 传感器6、所述轮速传感器3分别连接所述GIS限速值控制单元10的输入端。
所述GPS接收器7用于采集当前车辆定位信息；所述导航仪8用于显示并及时更新静态 道路网信息；所述超声波传感器9用于感知与前方车辆的距离；所述节气门位置传感器6用 于感知当前车辆节气门位置信息；所述轮速传感器3用于感知当前车辆的行车速度。
所述GIS限速值控制单元10包括：信号采集电路14、单片机最小系统17、限速值修正 模块18、驱动控制电路19、GIS数据存储单元15、数据挖掘模块16、CAN通信电路21、电 源模块20，所述GIS数据存储单元15连接所述数据挖掘模块16，所述数据挖掘模块16、所 述信号采集电路14、所述CAN通信电路21分别与所述单片机最小系统17的输入端连接，所 述单片机最小系统17的输出端与所述限速值修正模块18、所述驱动控制电路19依次连接。
所述GIS数据存储单元15用于实时更新并存储当前车辆定位信息及静态道路网信息；所 述数据挖掘模块16用于：接收当前车辆定位信息及静态道路网信息进行数据挖掘，得到当前 路段的初始限速值及道路特征参数，所述道路特征参数包括轨迹曲率半径及道路坡度；所述 信号采集电路14用于：接收并处理来自所述超声波传感器9、所述节气门位置传感器6、所 述轮速传感器3发出的模拟信号；所述限速值修正模块18用于：通过最优控制算法，结合所 述超声波传感器9发出的模拟信号及道路特征参数对初始限速值进行修正，得到最佳限速值， 并将最佳限速值发送至所述驱动控制电路19；所述驱动控制电路19用于：根据最佳限速值 驱动所述执行器；所述CAN通信电路21接收其他车载电控系统的状态信号。
所述信号采集电路14包括A/D转换器，所述A/D转换器的型号为AD669或AD667；所 述单片机最小系统17的型号为IntelMCS8048/8051、MotorolsMC68HC、IntelMCS8097、 MotorolsMC68HC16中的任一种；所述限速值修正模块18为EPROM；所述驱动控制电路19 包括电流输出型D/A转换器，所述D/A转换器型号为DAC0832、DAC0830、DAC0831中的任 一种；所述GIS数据存储单元15采用SRAM芯片；所述数据挖掘模块16采用ROM芯片；所 述CAN通信电路21包括CAN收发器；电源模块20为+5V的稳定电压。
信号采集电路14接收并处理来自所述超声波传感器9、所述节气门位置传感器6、所述 轮速传感器3发出的信号，如果是模拟信号，经过A/D转换器转换成数字信号后才能通过I/O 接口进入单片机最小系统17，如果是数字信号，直接经过I/O接口进入单片机最小系统17。
EPROM常用的芯片有27C32、27C64、62256、27C128、27C512等，它作为单片机最小系 统17的程序存储器ROM扩展模块，内置最优控制算法程序。
D/A转换器主要用于驱动制动压力调节器1的电磁阀，驱动超速预警装置11，将信号传 送到电子节气门控制单元13中。
所述SRAM常用的芯片主要有6116、6264、628128等，它作为单片机最小系统17的数 据存储器RAM扩展模块，内置车辆定位信息和静态道路网信息。
所述数据挖掘模块16选用内置数字图像识别算法程序的ROM芯片，用于提取车辆定位 信息和静态路网信息中的道路参数。
电源模块20主要提供+5V的稳定电压，以保证在发送机启动等使汽车蓄电池电压有较大 波动时，单片机及其接口电路也能在+5V电压下正常工作。
CAN收发器一般采用Philips公司的82C250芯片，低速CAN可以使用Motorola公司的 MC333888芯片。
所述执行器包括：制动压力调节器1、制动器2、电子节气门控制单元13、节气门4、节 气门控制电机5，所述制动压力调节器1、所述电子节气门控制单元13分别连接所述GIS限 速值控制单元10的输出端，所述制动压力调节器1连接制动器2，所述电子节气门控制单元 13、所述节气门控制电机5、所述节气门4依次连接。
所述输出显示端包括地图显示屏12、超速预警装置11，所述地图显示屏12、所述超速 预警装置11分别连接所述GIS限速值控制单元10的输出端。
实施例2
实施例1所述的基于GIS的汽车主动限速系统的运行方法，具体步骤包括：
(1)所述GPS接收器7实时采集当前车辆定位信息，所述导航仪8实时显示并及时更新 静态道路网信息，当前车辆定位信息及静态道路网信息发送至所述GIS数据存储单元15，同 时，当前车辆定位信息发送至所述地图显示屏12进行显示；所述超声波传感器9实时感知与 前方车辆的距离d；节气门位置传感器6实时感知当前车辆节气门位置信息α；轮速传感器3 实时感知当前车辆的行车速度v，所述超声波传感器9、所述节气门位置传感器6、所述轮速 传感器3发出的模拟信号实时发送至所述信号采集电路14；所述GIS数据存储单元15实时 接收当前车辆定位信息及静态道路网信息，所述数据挖掘模块16实时提取当前路段的初始限 速值V0及当前路段的道路特征参数，包括轨迹曲率半径R与道路坡度i；
(2)当d＜m时，判断当前车辆即将发生碰撞，所述制动压力调节器1控制所述制动器 2进行紧急刹车，m为安全距离；否则，所述数据挖掘模块16根据步骤(1)采集的当前车辆 定位信息及静态道路网信息，提取出当前路段的初始限速值V0，所述限速值修正模块结合步 骤(1)测量的与前方车辆的距离d、轨迹曲率半径R以及道路坡度i，通过最优控制算法， 对初始限速值V0进行修正，得到最佳限速值V，并将最佳限速值V发送至所述电子节气门控 制单元13；同时，对最佳限速值V与汽车的行驶速度v进行比较，当v>V时，启动所述超速 预警装置11进行报警，否则所述超速预警装置11不动作；
(3)所述电子节气门控制单元13接收步骤(2)得到的最佳限速值V，换算得到最大容 许节气门开度值θ,并实时与节气门位置信号α进行比较；如果检测到α>θ，所述电子节气 门控制单元13立即减小所述节气门控制电机5的驱动力矩，直至检测到α＝θ；否则，进入 步骤(1)。
