CN106004663B - 一种汽车驾驶员视野拓展***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车驾驶员视野拓展***,包括:盲区整合后视镜,柔性显示装置,倒车辅助成像装置,广角辅助成像装置和处理器,其连接所述倒车辅助成像装置和所述后视辅助成像装置,用于控制所述倒车辅助成像装置和所述后视辅助成像装置的旋转角度,便于驾车司机拓展前方本车道、相邻车道和路况的观察视野,解决正面汽车玻璃与侧面汽车玻璃之间的车身框架造成的司机视觉盲区的问题,还提供了一种汽车驾驶员视野拓展方法,控制方法采用模糊PID控制***,参数可控式PID控制器完成对***的直接控制,不但简单实用,而且响应速度快,超调量小,控制效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种车门后视***,尤其涉及一种汽车驾驶员视野扩展装置及一种汽车驾驶员视野拓展方法。
背景技术
目前国内外在道路上运行的车辆,在交叉路口的红绿灯区、道路交通拥堵区和慢行时的交通路段,在汽车内无法拓展观察到前方以远的本车道、相邻车道和前方的车况和路况;有的司机只能靠左右转动汽车方向盘来观察前方道路情况,侥幸试探地进行并道、穿插、超越,这样会带来不必要的交通堵塞和事故;还有的司机会违章下车去观察,若遇到刮风、下雨、下雪等恶劣天气司机不能下车观察,有的司机在汽车内盲目等待抛锚车辆的行驶,因此急需一种汽车驾驶员视野扩展装置以解决上述问题。
发明内容
本发明设计开发了一种汽车驾驶员视野拓展***,加装横向辅镜和竖向辅镜并与主镜一起构成盲区整合后视镜,拓展汽车前侧和后侧视野,为司机观察路况多了一双眼睛,有效解决了汽车驾驶员视野盲区问题。
本发明还有一个目的是通过倒车辅助成像装置和柔性显示装置,能够使汽车后座椅无形化,从而消除驾驶者倒车时的视觉盲点,能够真实全面判断后方障碍物。
本发明的另一个目的是提供了一种汽车驾驶员视野拓展方法,控制方法采用模糊PID控制***,主要由参数可控式PID***和模糊控制两部分组成,不但简单实用,而且响应速度快,超调量小。
本发明提供的技术方案为:
一种汽车驾驶员视野拓展***,包括:
盲区整合后视镜,其设置在所述汽车后视镜安装位置,用于拓展汽车前侧和后侧视野;
柔性显示装置,其设置在所述汽车前座头枕位置,用于显示汽车后座遮挡的后方视野区域;
倒车辅助成像装置,其包括至少两个摄像头,设置在汽车后方,连接所述柔性显示装置,用于摄录汽车后方景象;
广角辅助成像装置,其包括至少两个广角摄像头,设置在所述盲区整合后视镜下方,并能够绕旋转轴旋转;
处理器,其连接所述倒车辅助成像装置和所述后视辅助成像装置,用于控制所述倒车辅助成像装置和所述后视辅助成像装置的旋转角度。
优选的是,所述盲区整合后视镜包括:
主镜,其安装在主镜安装平面上,用于显示车身正后方的视野区域;
横向辅镜,其设置在所述主镜的上沿,并且所述横向辅镜的安装面向所述主镜的前方外侧倾斜,用于拓展车身外侧的视野;
竖向辅镜,其设置在所述主镜的下方,并且所述竖向辅镜的安装面向所述主镜的前方外侧倾斜,用于拓展车身下侧的视野。
优选的是,所述主镜、横向辅镜和竖向辅镜为平面镜或凸面镜。
优选的是,所述柔性显示装置,包括:
柔性显示屏;
支撑结构,其与所述柔性显示屏固定连接,所述支撑结构的支撑面能够选择性地形成平面或曲面。
优选的是,还包括光学补偿层,其形成于所述柔性显示屏上,是由金属氧化物组成的无机膜。
优选的是,所述光学补偿层的折射率范围为0.5至3。
优选的是,所述支撑结构包括多个支撑件,每个支撑件均具有子支撑面,相邻两个支撑件通过铰接件相互铰接,所述支撑件能够绕所述铰接件的铰接轴转动。
优选的是,所述支撑件的横截面为梯形。
一种汽车驾驶员视野拓展方法,包括:
通过传感器检测所述广角辅助成像装置的两个广角摄像头的转角,根据车轮转角和汽车行进速度计算两个广角摄像头的期望转角;
建立PID控制函数方程,通过模糊控制***实现对PID三个控制参数的在线自动修正;
其中模糊控制***采用二输入和三输出模糊控制器,输入为所述广角摄像头转角与期望转角的差值和角度变化,输出为PID控制器的三个作用系数,得出倒车辅助成像装置的转角;
根据所述的倒车辅助成像装置的转角,通过转向电机控制倒车辅助成像装置转动。
优选的是,所述广角辅助成像装置的期望转角计算公式为:
其中,L为汽车长度,D为车轮最外点的最小转弯半径,E为汽车后桥中心线与中桥中心线的距离,βmax为汽车的最大转向角,M为主销中心距,α为车轮转向角,v为汽车行驶速度。
本发明所述的有益效果
1、本发明提供的一种汽车驾驶员视野拓展***,安装盲区整合后视镜,能够拓展汽车前侧和后侧视野,为驾车司机的驾车前行拓宽路况观察多了一双眼睛,便于驾车司机拓展前方本车道、相邻车道和路况的观察视野,解决正面汽车玻璃与侧面汽车玻璃之间的车身框架造成的司机视觉盲区的问题,有避免盲目进行并道、穿插、超越所带来不必要的交通堵塞和事故,遇到刮风、下雨、下雪等恶劣天气司机无需下车观察前方路况。
2、本发明提供的广角辅助成像装置,提高了驾驶员的可见性,此外驾驶员能够观测到在车辆的乘员的作为外侧的对于驾驶员来说是盲区的区域,这有助于当道路一侧停车时防止车辆的车轮陷入沟渠或侧沟,以及当急转弯时有助于放置后轮驶上人行道的路缘石等。
3、本发明通过倒车辅助成像装置和柔性显示装置,能够使汽车后座椅无形化,从而消除驾驶者倒车时的视觉盲点,比倒车雷达更真实全面判断后方障碍物。
4、本发明还提供了一种汽车驾驶员视野拓展方法,控制方法采用模糊PID控制***,主要由参数可控式PID***和模糊控制两部分组成,参数可控式PID控制器完成对***的直接控制,模糊控制器实现对PID三个控制参数在的线自动修正,不但简单实用,而且响应速度快,超调量小,控制效果好。
附图说明
图1为本发明所述的汽车驾驶员视野拓展***的结构示意图。
图2为本发明所述的盲区整合后视镜结构示意图。
图3为本发明所述的柔性显示装置结构示意图。
图4为本发明所述的模糊PID控制***结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示,本发明提供的一种汽车驾驶员视野拓展***,包括:盲区整合后视镜100、柔性显示装置200、倒车辅助成像装置300、广角辅助成像装置400、和处理器。
如图2所示,盲区整合后视镜100,其设置在所述汽车后视镜安装位置,用于拓展汽车前侧和后侧视野;包括:
主镜110,其安装在主镜安装平面上,用于显示车身正后方的视野区域;
横向辅镜120,其设置在主镜110的上沿,并且横向辅镜120的安装面向主镜110的前方外侧倾斜,用于拓展车身外侧的视野;
竖向辅镜130,其设置在主镜110的下方,并且竖向辅镜130的安装面向主镜110的前方外侧倾斜,用于拓展车身下侧的视野。
内辅镜140,其设置在主镜110的下方,所述竖向辅镜130的内侧,用于观察汽车车轮运行轨迹。
作为一种优选,主镜110、横向辅镜120和竖向辅镜130为平面镜或凸面镜
如图3所示,柔性显示装置200,其设置在汽车前座头枕位置,用于显示汽车后座遮挡的后方视野区域;包括:柔性显示屏210;
支撑结构220,其与柔性显示屏210固定连接,支撑结构220的支撑面能够选择性地形成平面或曲面,支撑结构220包括多个支撑件,每个支撑件均具有子支撑面,相邻两个支撑件通过铰接件相互铰接,所述支撑件能够绕所述铰接件的铰接轴转动,作为一种优选,支撑件的横截面为梯形。
支撑结构200还包括光学补偿层,其形成于所述柔性显示屏上,是由金属氧化物组成的无机膜,光学补偿层的折射率范围为0.5至3。
倒车辅助成像装置300,其包括至少两个摄像头,设置在汽车后方,连接柔性显示装置200,用于摄录汽车后方景象;
广角辅助成像装置400,其包括至少两个广角摄像头,设置在盲区整合后视镜100的下方,并能够绕旋转轴旋转;
处理器,其连接倒车辅助成像装置300和广角辅助成像装置400,用于控制倒车辅助成像装置300和后视辅助成像装置400的旋转角度。
一种汽车驾驶员视野拓展方法,包括:
通过角度传感器检测广角辅助成像装置400的两个广角摄像头的转角,根据车轮转角和汽车行进速度计算两个广角摄像头的期望转角,其中两个广角摄像头的转角大小相同,方向相反;
建立PID控制函数方程,通过模糊控制***实现对PID三个控制参数的在线自动修正;
其中模糊控制***采用二输入和三输出模糊控制器,输入为所述广角摄像头转角与期望转角的差值和角度变化,输出为PID控制器的三个作用系数,得出倒车辅助成像装置的转角;
根据的倒车辅助成像装置400的转角,通过转向电机控制倒车辅助成像装置转动。
如图4所示,控制方法采用模糊PID控制***,主要由参数可控式PID***和模糊控制两部分组成,参数可控式PID控制器完成对***的直接控制,模糊控制器实现对PID三个控制参数Kp、Ki及Kd的在线自动修正,控制器用以下函数表示:
式中:e(k)为***误差,ec(k)为***误差变化量,Kp为比例作用系数,影响速度和精度;Ki为积分作用***,影响***稳态精度;Kd为微分作用系数,影响***动态特性,针对不同的e和ec,在线实时修订3个PID作用系数,Kp,Ki和Kd的选择,即可制动出ΔKP、ΔKi和ΔKd的模糊控制规则。
本***分为模糊PID控制区和直接控制区,广角辅助成像装置400的转角接近期望转角达到一定误差限度(-0.5°≤e≤0.5°)时,启动模糊PID控制算法,使转角稳定在期望转角附近,当温度超过上述误差限度,采用直接控制方法,这样即保证了***的稳定性又提高了***的快速性,模糊控制***采用二输入和三输出模糊控制器,输入为角度误差e和角度变化ec,输出为三个PID作用系数Kp,Ki和Kd。
其中,期望转角:
其中,L为汽车长度,D为车轮最外点的最小转弯半径,E为汽车后桥中心线与中桥中心线的距离,βmax为汽车的最大转向角,M为主销中心距,α为车轮转向角,v为汽车行驶速度。
角度误差是指当前广角辅助成像装置400的转角与期望转角之差,在模糊控制区内(-2°≤e≤2°)把转角偏差分为7个模糊状态:PB(正大偏差),PM(正中偏差),PS(正小偏差),0(零偏差),NS(负小偏差),NM(负中偏差),NB(负大偏差),并把±2℃分为九个节点,结合经验得出转角误差e的隶属度函数表,如表1所示。
表1角度误差e的隶属度函数表(度)
e | -2 | -1.5 | -1 | -0.5 | 0 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2 |
PB | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 0.8 | 1.4 | 2.0 |
PM | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 0.8 | 1.4 | 2.0 | 0 |
PS | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 1.4 | 1.4 | 2.0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0.2 | 0.8 | 1.4 | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
NB | 0.2 | 0.8 | 1.4 | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
NM | 0.8 | 1.4 | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
NS | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
角度变化是指一个采样间隔内的角度变化值,类似角度误差模糊化,也把角度变化分为7个模糊状态,并把±2°分为9个节点,结合实验得出角度变化ec对应的7个模糊状态的隶属度,其隶属度函数表如表2所示。
表2角度误差ec的隶属度函数表(度)
e | -2 | -1.5 | -1 | -0.5 | 0 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2 |
PB | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 0.8 | 1.4 | 2.0 |
PM | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 0.8 | 1.4 | 2.0 | 0 |
PS | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 1.4 | 1.4 | 2.0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0.2 | 0.8 | 1.4 | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
NB | 0.2 | 0.8 | 1.4 | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
NM | 0.8 | 1.4 | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
NS | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
3个PID座椅系数模糊输出划分为11个模糊状态,分别为{PB,PBM,PM,PMS,PS,0,NS,NMS,NM,NMB,NB},对应的模糊论域为{2.0,1.6,1.2,0.8,0.4,0,0.4,-0.8,-1.2,-1.6,-2.0},模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算,计算量非常大,在线实施推理很难满足控制***实时性的要求,本发明采用查表法进行模糊推理运算,模糊推理决策采用双输入单输出的防式,控制规则由下列推理语言构成:
If e is Ai and ec is Bi thenΔKj is Ci
其中,Ai、Bi、Ci分别为e、ec和ΔKj(j=p,i,d)模糊子集。
通过经验可以总结出模糊控制器的初步控制规则,其中参数ΔKp控制规则见表3。
表3 ΔKp模糊控制规则表
同理,;利用上述方法可分别确定出Ki和Kd的模糊控制规则表。模糊输出采用最大隶属度算法计算出最终的3个PID作用系数确定值。PID控制部分根据实时调节的作用系数,输出确定值信号给控制器,根据实际的角度调节结果,再反复修正ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊控制规则表,直到最终达到最佳角度控制效果,见表4。
表4 ΔKp最优模糊控制规则表
本发明为驾车司机的驾车前行拓宽路况观察多了一双眼睛,便于驾车司机拓展前方本车道、相邻车道和路况的观察视野,解决正面汽车玻璃与侧面汽车玻璃之间的车身框架造成的司机视觉盲区的问题,还提供了一种汽车驾驶员视野拓展方法,控制方法采用模糊PID控制***,采用模糊控制器实现对PID三个控制参数在的线自动修正,不但简单实用,而且响应速度快,超调量小,控制效果好。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (2)
1.一种汽车驾驶员视野拓展方法,其特征在于,包括:
汽车驾驶员视野拓展***,包括:
盲区整合后视镜,其设置在汽车后视镜安装位置,用于拓展汽车前侧和后侧视野;
柔性显示装置,其设置在所述汽车前座头枕位置,用于显示汽车后座遮挡的后方视野区域;
倒车辅助成像装置,其包括至少两个摄像头,设置在汽车后方,连接所述柔性显示装置,用于摄录汽车后方景象;
广角辅助成像装置,其包括至少两个广角摄像头,设置在所述盲区整合后视镜下方,并能够绕旋转轴旋转;
处理器,其连接所述倒车辅助成像装置和所述广角辅助成像装置,用于控制所述倒车辅助成像装置和所述广角辅助成像装置的旋转角度;
通过传感器检测所述广角辅助成像装置的两个广角摄像头的转角,根据车轮转角和汽车行进速度计算两个广角摄像头的期望转角;
建立PID控制函数方程,通过模糊控制***实现对PID三个控制参数的在线自动修正;
其中模糊控制***采用二输入和三输出模糊控制器,输入为所述广角摄像头转角与期望转角的差值和角度变化,输出为PID控制器的三个作用系数,从而得出倒车辅助成像装置的转角;
根据所述的倒车辅助成像装置的转角,通过转向电机控制倒车辅助成像装置转动。
2.根据权利要求1所述的汽车驾驶员视野拓展方法,其特征在于:所述广角辅助成像装置的期望转角计算公式为:
;
其中,L为汽车长度,D为车轮最外点的最小转弯半径,E为汽车后桥中心线与中桥中心线的距离,βmax为汽车的最大转向角,M为主销中心距,α为车轮转向角,v为汽车行驶速度。
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