CN103661365A - 一种提高车辆会车安全性的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车会车安全技术领域，公开了一种提高车辆会车安全性的装置及方法。该提高车辆会车安全性的装置包括：车载CAN总线、单片机、数据处理单元、后视镜、车速传感器、方向盘转角传感器、制动踏板行程传感器、固定安装在车辆前方保险杠正中央的激光扫描雷达、用于采集驾驶员头部图像的摄像头、以及用于使后视镜转动的转动电机；激光扫描雷达朝向车辆前方；车速传感器的输出端电连接车载CAN总线，数据处理单元的信号输入端分别电连接车载CAN总线、激光扫描雷达、单片机的I/O接口、方向盘转角传感器输出端和制动踏板行程传感器；数据处理单元的信号输出端电连接转动电机的控制端；单片机通过USB接口电连接摄像头的视频线。

Description

一种提高车辆会车安全性的装置及方法
技术领域
本发明属于汽车会车安全技术领域，特别涉及一种提高车辆会车安全性的装置及方法。
背景技术
当汽车行驶在狭窄道路突遇对向来车时，驾驶人通常会采取制动减速和向右打方向来实现让道和安全会车。此时，驾驶人通常会通过观察右侧后视镜和前方视野来判断本车的所在位置和估计道路右侧空间，以此确定向右的方向打得是否合适，并在此过程中不断调整。但是由于右侧后视镜主要用于正常驾驶时帮助驾驶人观察本车右后侧的车道情况，因此并不能实现对车身对应处的道路边界信息的获取。而此时因为道路狭窄和会车的需要，车身右侧距离道路右侧边界的距离本来就很小，而驾驶人又要通过向右打方向，以此通过减小车身右侧距离道路右侧边界的空间来腾出道路左侧的空间，实现本车与对向来车的安全会车。因此，此时经常因为驾驶人无法获取本车车身右侧距离车道右侧边界的距离的信息而误判、误操作，发生两种情况：一是车辆向右靠不够，导致车道左侧空间不够，无法实现安全会车；二是车辆向右侧靠得太多，导致车辆跨过道路右侧边界，骑上道路右侧路沿，甚至冲出道路。这就使得该种情况下的会车危险和效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提出一种提高车辆会车安全性的装置及方法。本发明的一种提高车辆会车安全性的装置能够在帮助驾驶员获取到车身距离道路右侧边界的距离等信息，并自动调整右侧后视镜（在垂直面内转动一定角度），实现安全高效地会车。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种提高车辆会车安全性的装置，包括：车载CAN总线1、单片机、数据处理单元、位于车身右侧的后视镜、安装在变速箱上的车速传感器、固定安装在车辆前方保险杠正中央的激光扫描雷达、设置在车辆方向盘上的方向盘转角传感器、安装在制动踏板下方的制动踏板行程传感器、用于采集驾驶员头部图像的摄像头、以及用于使后视镜转动的转动电机；所述激光扫描雷达朝向车辆前方，所述摄像头安装在车辆操控台上；
所述车速传感器的输出端电连接所述车载CAN总线，所述数据处理单元的信号输入端分别电连接所述车载CAN总线、激光扫描雷达的输出端、单片机的I/O接口、方向盘转角传感器输出端和制动踏板行程传感器的输出端；所述数据处理单元的信号输出端电连接转动电机的控制端；所述单片机通过USB接口电连接摄像头的视频线。
所述车速传感器用于采集车辆的实时速度，并用于将车辆的实时速度通过车载CAN总线发送至数据处理单元；所述激光扫描雷达用于测量道路宽度和对向来车车辆运动状态参数，并用于将道路宽度、对向来车距离本车的距离、对向来车与本车角度、以及对向来车与本车之间相对速度发送给数据处理单元；所述摄像头用于采集驾驶员头部图像（包括头部转动和视线转移图像），用于实时将采集的驾驶员头部图像发送给单片机，所述单片机用于对图像数据进行预处理，用于将预处理后的信号发送给数据处理单元；所述方盘转角传感器用于采集方向盘转角参数，并用于实时将方向盘转角参数发送给数据处理单元；所述制动踏板行程传感器用于采集制动踏板行程参数，并用于实时将制动踏板行程参数发送给数据处理单元；所述数据处理单元用于根据接收的数据，向转动电机发送后视镜转动信号；所述转动电机用于在后视镜转动信号的触发下控制后视镜转动。
本技术方案的特点和进一步改进在于：
所述车速传感器为磁电式车速传感器，所述车速传感器的采样精度为0.01km/h。
所述激光扫描雷达为SICK安全激光扫描仪，所述SICK安全激光扫描仪的具体型号为S3000，所述SICK安全激光扫描仪的扫描角度为190度，所述SICK安全激光扫描仪的保护区域范围为7m，所述SICK安全激光扫描仪的120毫秒分辨率为30-150mm。
所述摄像头为中星YJS-01USB2.0摄像头。
所述单片机为飞思卡尔系列单片机，所述单片机的型号为S12。
所述方向盘转角传感器为CHHK品牌的89245-0N020型方向盘转角传感器。
所述制动踏板行程传感器为博世PWG系列制动踏板行程传感器，所述博世PWG系列制动踏板行程传感器的具体型号为PWG13。
技术方案二：
一种提高车辆会车安全性的方法，基于上述提高车辆会车安全性的装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1：当车辆行驶时，激光扫描雷达通过扫描实时获取车辆与左侧道路边界、车辆与右侧道路边界的距离，然后将车辆与左侧道路边界的距离、车辆与右侧道路边界的距离发送至数据处理单元，数据处理单元根据车辆与左侧道路边界的距离、车辆与右侧道路边界的距离、以及车辆自身的宽度，得出道路宽度，当道路宽度小于设定道路宽度阈值时，执行步骤S2；
S2：激光扫描雷达实时检测对向来车与本车的相对速度、对向来车与本车的相对纵向距离、两车前端中央连线与水平方向的夹角，所述两车前端中央连线指对向来车前端中央与本车前端中央连线；并将对向来车与本车的相对速度、对向来车与本车的相对纵向距离、两车前端中央连线与水平方向的夹角实时发送至数据处理单元；
同时，车速传感器实时检测车速，并将实时车速数据通过车载CAN总线发送至数据处理单元；数据处理单元根据实时车速数据得出车辆加速度数据，所述车辆加速度数据为制动减速度或车辆加速度；
当对向来车与本车的相对纵向距离小于相对纵向距离阈值，且两车前端中央连线与水平方向的夹角小于设定角度阈值时，执行步骤S3；当制动减速度小于制动减速度阈值、且对向来车与本车的相对速度小于相对速度阈值时，执行步骤S3；
S3：数据处理单元向单片机发送摄像头启动触发信号，单片机在收到摄像头启动触发信号后，控制摄像头开启；摄像头实时拍摄驾驶员的头部，将驾驶员的头部图像发送至单片机，单片机对驾驶员头部图像进行滤波处理后，将滤波后的驾驶员头部图像发送至数据处理单元；
在数据处理单元中，根据经过滤波处理的驾驶员头部图像，得出驾驶员头部转动角度和视线转移时间；当驾驶员头部转动角度大于头部转动角度阈值，且驾驶员视线转移时间大于视线转移时间阈值时，执行步骤S4；
S4：方向盘转角传感器将方向盘转角数据传输给数据处理单元，数据处理单元根据方向盘转角数据，判断方向盘转角方向是否向右；当方向盘转角方向为向右时，执行步骤S5；
S5：数据处理单元按照设定的后视镜转动方向和设定转动角度，向转动电机发送对应的后视镜转动信号，转动电机在收到对应的后视镜转动信号控制后视镜向车辆后方转动，后视镜的转动角度为设定转动角度。
本技术方案的特点和进一步改进在于：
在步骤S5之后，数据处理单元判断两车前端中央连线与水平方向的夹角的实时值是否小于设定角度下限值，并判断实时车辆加速度是否大于零；当两车前端中央连线与水平方向的夹角的实时值小于设定角度下限值，且实时车辆加速度大于零时，向转动电机发送对应的后视镜恢复信号，转动电机在收到对应的后视镜转动信号控制后视镜恢复至原始位置。
本发明的有益效果为：能够在帮助驾驶员获取到车身距离道路右侧边界的距离等信息，并自动调整右侧后视镜（在垂直面内转动一定角度），实现安全高效地会车。
附图说明
图1为本发明的一种提高车辆会车安全性的装置的电路结构示意图；
图2为本发明的一种提高车辆会车安全性的方法流程示意图；
图3为本发明的一种提高车辆会车安全性的装置在工作时对向来车车辆运动状态的检测示意图；
图4为本发明的一种提高车辆会车安全性的装置的后视镜转动角度示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参照图1，为本发明的一种提高车辆会车安全性的装置的电路结构示意图。在该提高车辆会车安全性的装置中，在车辆的前方保险杠正中央安装有激光扫描雷达，该激光扫描雷达的方向为朝向前方，用于测量道路宽度和对向来车车辆运动状态参数。该激光扫描雷达为SICK安全激光扫描仪，其具体型号为S3000，扫描角度为190度，保护区域范围为7m，120毫秒分辨率为30-150mm。在车辆的操控台上安装有摄像头，摄像头用于采集驾驶人头部图像（包括头部转动和视线转移的图像），该摄像头采用中星YJS-01USB2.0摄像头。在车辆的变速箱上设置有车速传感器，该车速传感器用于采集自车车速。该车速传感器为磁电式车速传感器，所述车速传感器的采样精度为0.01km/h。在车辆的方向盘上安装有方向盘转角传感器，该方向盘转角传感器用于采集方向盘转角参数，该方向盘转角传感器采用CHHK品牌的89245-0N020型方向盘转角传感器。在车辆制动踏板下方安装有制动踏板行程传感器，该制动踏板行程传感器用于采集制动踏板行程参数，该制动踏板行程传感器采用博世PWG系列制动踏板行程传感器，其具体型号为PWG13。在车辆右侧后视镜上还连接有转动电机，该转动电机用于使后视镜转动。在车辆内还设置有车载CAN总线1、单片机、数据处理单元。其中，单片机为飞思卡尔系列单片机，其具体型号为S12；数据处理单元为ARM9处理器。
本发明实施例中，结合图1，该车速传感器的输出端电连接所述车载CAN总线1，该数据处理单元的信号输入端分别电连接所述车载CAN总线、激光雷达的输出端、单片机的I/O接口、方向盘转角传感器输出端和制动踏板行程传感器输出端；该数据处理单元的信号输出端电连接转动电机的控制端；该单片机通过USB接口电连接摄像头的视频线。
参照图2，为本发明的一种提高车辆会车安全性的方法流程示意图。该提高车辆会车安全性的方法包括以下步骤：
道路宽度检测：
在车辆行驶时，激光扫描雷达通过扫描实时获取车辆与左侧道路边界的距离（横向距离）Ll、车辆与右侧道路边界的距离（横向距离）Lr，已知车辆宽度为Lv，则有道路宽度：
L=Ll+Lr+Lv
考虑到标准车道宽度为3.75m，当道路宽度小于两倍标准车道宽度时，即有可能导致会车困难。因此，当L<7.5m时，判断为狭窄道路，此时判断会车会出现问题。此时，进行对向来车车辆运动状态检测。
对向来车车辆运动状态检测：
参照图3，为本发明的一种提高车辆会车安全性的装置在工作时对向来车车辆运动状态的检测示意图。当L<7.5m时，激光扫描雷达实时检测对向来车与本车的相对纵向距离Lz、两车前端中央连线与水平方向的夹角θ，两车前端中央连线指对向来车前端中央与本车前端中央连线。当Lz一定时（设定两车近距离会车时Lz=5m），角度θ越大，则说明两车车头重合部分越多。狭窄道路近距离会车时，两车正是通过向右打方向来减小θ，而当θ减小到两车车头刚好没有重合位置时，两车车辆中心线的横向距离Lh即为各自车辆宽度一半之和。本发明实施例中，数据处理单元实时接收来自激光扫描雷达的数据，判断Lz是否小于5m且θ是否小于设定角度阈值。例如，设定角度阈值为68.2度。
制动减速检测：
数据处理单元的信号输入端电连接该车载CAN总线。车速传感器将实时车速数据通过车载CAN总线发送至数据处理单元；制动踏板行程传感器将制动踏板行程数据传输给数据处理单元。数据处理单元根据实时车速数据得出车辆加速度数据，所述车辆加速度数据为制动减速度a或车辆加速度a’。本发明实施例中，数据处理单元还可以根据制动踏板行程数据获得制动减速度a。在本发明实施例中，将制动减速度阈值设为1m/s。数据处理单元判断制动减速度a是否小于制动减速度阈值。
同时，激光雷达检测本车与对向来车的相对速度V，数据处理单元接收激光雷达传输的相对速度后，判断识别两车间的相对速度是否快速降低。根据试验，设定相对速度阈值为5km/h。当数据处理单元得到相对速度小于5km/h时，判断认为自车可能因在狭窄道路上会车需要而均采取制动减速措施。
综合而言，当数据处理单元判断得到：Lz小于5m且θ小于设定角度阈值时，进行驾驶员头部转动和视线转移检测；当制动减速度a小于制动减速度阈值、且本车与对向来车的相对速度小于5km/h时，进行驾驶员头部转动和视线转移检测；
驾驶员头部转动和视线转移检测：
S12系列单片机启动，在正常情况下，摄像头连续工作。摄像头对驾驶员头部图像进行实时拍摄，并将驾驶员头部图像发送至单片机中。在单片机中，对摄像头采集的图像进行预处理，图像预处理的目的是去除摄像头所采集图像中的干扰信息。即：为了保证装置工作的可靠性，需对摄像头采集到的头部和视线图像进行滤波处理，以排除干扰，因此在图像处理过程中首先对图像进行滤波，具体采用中值滤波算法进行。对于图像中的某一个像素点，计算该点周围3×3范围内像素点灰度值的平均值，用该平均值作为该点的灰度值。通过使用3×3的中值滤波算法能基本消除摄像头所采集图像中所存在的干扰信息。对摄像头采集的图像进行预处理之后，将其发送至数据处理单元，在数据处理单元中，根据经过预处理的图像，得出驾驶员头部转动角度和视线转移时间。判断驾驶员头部转动角度δ是否大于头部转动角度阈值，并判断视线转移时间t是否大于视线转移时间阈值，例如，将头部转动角度阈值设为15度，视线转移时间阈值设为3秒。如果驾驶员头部转动角度δ大于头部转动角度阈值，且视线转移时间t大于视线转移时间阈值，则基本可以判断此时驾驶人正在通过右侧后视镜获取右后侧道路信息来调整方向盘实现安全会车，此时进行方向盘操作检测。
方向盘操作检测：
方向盘转角传感器将方向盘转角数据传输给数据处理单元，在数据处理单元中，判断方向盘转角方向是否向右。结合前文判断判断此时为两车在狭窄道路上会车，此时，数据处理单元将后视镜转动信号发送至转动电机，进行后视镜自动控制；如果方向盘转角方向不向右，则继续检测方向盘转角方向。
后视镜自动控制：
参照图4，为本发明的一种提高车辆会车安全性的装置的后视镜转动角度示意图。转动电机接收到数据处理单元传输的后视镜转动信号后，控制后视镜绕转动轴向后方转动（此时镜面开始朝向地面）。后视镜转动角度为设定转动角度。例如，在本发明实施例中，将后视镜转动角度设为8°。后视镜转动之后，进行后视镜转动恢复。
后视镜转动恢复：
在数据处理单元中，判断θ是否小于设定角度下限值（例如，将设定角度下限值设为1°或0.5°），并判断加速度a’是否大于零，如果θ小于设定角度下限值且加速度a’大于零，则说明会车过程结束，驾驶人不需要从右侧后视镜获取车身一侧道路边界信息。此时，数据处理单元将后视镜恢复信号发送至转动电机，转动电机控制后视镜反向转动至原来位置。
本发明实施例中，该提高车辆会车安全性的装置主要完成了对狭窄道路会车情况的识别，并自动通过右侧后视镜转动装置调节后视镜在垂直平面内的位置，帮助驾驶员获取车身右侧道路边界等信息，帮助驾驶员更好地判断和操作车辆进行会车，保证了所述狭窄道路会车时的安全和高效。会车结束后，右侧后视镜自动回转到正常位置，不影响右侧后视镜在正常情况和其他情况下的使用。
本发明的一种提高车辆会车安全性的装置通过车辆上的传感器检测道路宽度、对向来车车辆运动状态参数、本车制动减速操作、驾驶人视线及头部转动和方向盘操作，识别所属情况后将右侧后视镜转动信号发送给转动电机。当成功会车后，根据对方向盘回正和加速的检测，向转动电机发送后视镜恢复信号，控制右侧后视镜转动回正常位置。
综上所述，本发明的基本原理是通过所装传感器检测道路宽度、对向来车运动状态、本车制动减速操作、驾驶人视线及头部转动和方向盘操作，综合以上参数，识别所述车辆与对向来车在狭窄道路会车的情况。将右侧后视镜转动信号发送给转动电机，右侧后视镜根据实际情况在垂直面内向下转动一定角度至合适位置，帮助驾驶人通过右侧后视镜能够实时获取本车车身右侧距离道路右侧边界的距离，实现驾驶人对本车的正确操作，保证安全高效的会车。会车结束后，右侧后视镜自动回转到正常位置，不影响右侧后视镜在正常情况和其他情况下的使用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种提高车辆会车安全性的装置，其特征在于，包括：车载CAN总线（1）、单片机、数据处理单元、位于车身右侧的后视镜、安装在变速箱上的车速传感器、固定安装在车辆前方保险杠正中央的激光扫描雷达、设置在车辆方向盘上的方向盘转角传感器、安装在制动踏板下方的制动踏板行程传感器、用于采集驾驶员头部图像的摄像头、以及用于使后视镜转动的转动电机；所述激光扫描雷达朝向车辆前方，所述摄像头安装在车辆操控台上；
所述车速传感器的输出端电连接所述车载CAN总线（1），所述数据处理单元的信号输入端分别电连接所述车载CAN总线、激光扫描雷达的输出端、单片机的I/O接口、方向盘转角传感器输出端和制动踏板行程传感器输出端；所述数据处理单元的信号输出端电连接转动电机的控制端；所述单片机通过USB接口电连接摄像头。
2.如权利要求1所述的一种提高车辆会车安全性的装置，其特征在于，所述车速传感器为磁电式车速传感器，所述车速传感器的采样精度为0.01km/h。
3.如权利要求1所述的一种提高车辆会车安全性的装置，其特征在于，所述激光扫描雷达为SICK安全激光扫描仪，所述SICK安全激光扫描仪的具体型号为S3000，所述SICK安全激光扫描仪的扫描角度为190度，所述SICK安全激光扫描仪的保护区域范围为7m，所述SICK安全激光扫描仪的120毫秒分辨率为30-150mm。
4.如权利要求1所述的一种提高车辆会车安全性的装置，其特征在于，所述摄像头为中星YJS-01USB2.0摄像头。
5.如权利要求1所述的一种提高车辆会车安全性的装置，其特征在于，所述单片机为飞思卡尔系列单片机，所述单片机的型号为S12。
6.如权利要求1所述的一种提高车辆会车安全性的装置，其特征在于，所述方向盘转角传感器为CHHK品牌的89245-0N020型方向盘转角传感器。
7.如权利要求1所述的一种提高车辆会车安全性的装置，其特征在于，所述制动踏板行程传感器为博世PWG系列制动踏板行程传感器，所述博世PWG系列制动踏板行程传感器的具体型号为PWG13。
8.一种提高车辆会车安全性的方法，基于权利要求1所述的一种提高车辆会车安全性的装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1：当车辆行驶时，激光扫描雷达通过扫描实时获取车辆与左侧道路边界、车辆与右侧道路边界的距离，然后将车辆与左侧道路边界的距离、车辆与右侧道路边界的距离发送至数据处理单元，数据处理单元根据车辆与左侧道路边界的距离、车辆与右侧道路边界的距离、以及车辆自身的宽度，得出道路宽度，当道路宽度小于设定道路宽度阈值时，执行步骤S2；
S2：激光扫描雷达实时检测对向来车与本车的相对速度、对向来车与本车的相对纵向距离、两车前端中央连线与水平方向的夹角，所述两车前端中央连线指对向来车前端中央与本车前端中央连线；并将对向来车与本车的相对速度、对向来车与本车的相对纵向距离、两车前端中央连线与水平方向的夹角实时发送至数据处理单元；
同时，车速传感器实时检测车速，并将实时车速数据通过车载CAN总线发送至数据处理单元；数据处理单元根据实时车速数据得出车辆加速度数据，所述车辆加速度数据为制动减速度或车辆加速度；
当对向来车与本车的相对纵向距离小于相对纵向距离阈值，且两车前端中央连线与水平方向的夹角小于设定角度阈值时，执行步骤S3；当制动减速度小于制动减速度阈值、且对向来车与本车的相对速度小于相对速度阈值时，执行步骤S3；
S3：数据处理单元向单片机发送摄像头启动触发信号，单片机在收到摄像头启动触发信号后，控制摄像头开启；摄像头实时拍摄驾驶员的头部，将驾驶员的头部图像发送至单片机，单片机对驾驶员头部图像进行滤波处理后，将滤波后的驾驶员头部图像发送至数据处理单元；
在数据处理单元中，根据经过滤波处理的驾驶员头部图像，得出驾驶员头部转动角度和视线转移时间；当驾驶员头部转动角度大于头部转动角度阈值，且驾驶员视线转移时间大于视线转移时间阈值时，执行步骤S4；
S4：方向盘转角传感器将方向盘转角数据传输给数据处理单元，数据处理单元根据方向盘转角数据，判断方向盘转角方向是否向右；当方向盘转角方向为向右时，执行步骤S5；
S5：数据处理单元按照设定的后视镜转动方向和设定转动角度，向转动电机发送对应的后视镜转动信号，转动电机在收到对应的后视镜转动信号控制后视镜向车辆后方转动，后视镜的转动角度为设定转动角度。
9.如权利要求8所述的一种提高车辆会车安全性的方法，其特征在于，在步骤S5之后，数据处理单元判断两车前端中央连线与水平方向的夹角的实时值是否小于设定角度下限值，并判断实时车辆加速度是否大于零；当两车前端中央连线与水平方向的夹角的实时值小于设定角度下限值，且实时车辆加速度大于零时，向转动电机发送对应的后视镜恢复信号，转动电机在收到对应的后视镜转动信号控制后视镜恢复至原始位置。
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