專利名稱：一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛安全駕駛領(lǐng)域，特別涉及一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
在高速公路上，車輛的換道與超車是常見的駕駛員操作行為，它是駕駛員根據(jù)周圍車輛的車速、車距等周邊環(huán)境信息，調(diào)整并完成自身駕駛目標策略的綜合行為過程。在這樣復(fù)雜的過程中，駕駛員極可能對安全換道和超車的可行性做出不當?shù)呐袛?，使行駛的車輛處在潛在的碰撞之中。目前，在汽車行駛換道過程中，大部分駕駛員都是通過目視和經(jīng)驗來執(zhí)行車道變換行為，有時候駕駛員已開始換道，但此時目標車道上的車距發(fā)生了不利于換到的變化，有的駕駛員還不愿放棄換道，因為后方空間已不夠他重返原始車道，假如此時超車道前方有車輛時，換道的潛在危險就非常大，這樣，很容易引發(fā)交通事故。目前，國內(nèi)外有大量的研究人員在車輛安全輔助換道預(yù)警中做了相關(guān)研究，其技術(shù)方案大多數(shù)是通過使用高清攝像機、圖像處理器以及輪速傳感器來采集本車前后方以及目標車道的信息，然后通過采集轉(zhuǎn)換電路將攝錄的圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并由微處理器根據(jù)相應(yīng)的信息檢測出相對車距、相對速度和相對加速度，進而給駕駛員車道變換提供一些有用信息以及給出相應(yīng)的預(yù)警信號。但是，現(xiàn)今大多技術(shù)方案存在一個重大的固有缺陷一旦在雨天、雪天、霧天等惡劣天氣以及在夜晚的情況下，攝像機因受光線度的影響，采集的數(shù)據(jù)會產(chǎn)生很大的偏差，甚至在極端惡劣天氣的情況下采集不到數(shù)據(jù)，這樣會給駕駛員帶來很嚴重的誤導(dǎo)，給安全行駛埋下了隱患，達不到真正實現(xiàn)車道變換輔助安全駕駛的目的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法，通過激光雷達探測器采集準確的信息，采用微處理器及時進行數(shù)據(jù)處理，并通過顯示屏的顯示不同顏色換道信息，能夠及時為駕駛員提供準確的換道信息，減少交通事故的發(fā)生。為了達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)，包括用于采集目標車輛行駛狀況信息的前探測器和后探測器、用于采集本車速度的速度傳感器、用于采集本車方向盤轉(zhuǎn)角的角度傳感器、用于處理目標車輛行駛狀況信息和控制顯示預(yù)警信息的微處理器、用于顯示本車與目標車輛的速度以及相關(guān)預(yù)警信息的顯示屏、用于產(chǎn)生危險提示聲音的報警器。所述的微處理器，采用CMOS 8位單片機單片機，安裝在一個機盒內(nèi)，其四個輸入口 Pl. 0、Pl. 1、Pl. 2、Pl. 3分別與前探測器、后探測器、速度傳感器及角度傳感器的輸出端電連接，其二個輸出口 Pl. 4、Pl. 5分別與顯示屏和報警器輸入端連接。所述的前探測器和后探測器為結(jié)構(gòu)性能相同的激光雷達，前探測器的輸出端與單片機的Pl. O輸入口電連接，后探測器的輸出端與單片機的Pl. 1輸入口電連接，它們分別安
4裝在車輛前、后保險桿正中位置。所述的速度傳感器采用輪速傳感器，其輸出端與單片機的Pl. 2輸入口連接，安裝在車輛左前輪上。所述的角度傳感器采用轉(zhuǎn)角傳感器，其輸出端與單片機的Pl. 3輸入口連接，安裝在車輛方向盤上。 所述顯示屏，采用液晶顯示屏或OLED顯示屏，其輸入端與單片機的Pl. 4輸出口連接，安裝于汽車儀表盤右側(cè)。所述的報警器，采用蜂鳴器或動圈喇叭，其輸入端與單片機的Pl. 5輸出口連接， 安裝于車內(nèi)后視鏡的背面。一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)方法，包括以下步驟步驟一在微處理器中設(shè)置最小的車頭時距數(shù)據(jù)和TTC預(yù)警時間范圍。步驟二 前探測器采集本車前方車輛信息，并傳輸給微處理器；步驟三后探測器采集本車后方車輛信息，并傳輸給微處理器；步驟四微處理器根據(jù)接收到的本車前后方信息與設(shè)定的最小的車頭時距數(shù)據(jù)和 TTC預(yù)警時間范圍計算實時碰撞時間TTC ；步驟五根據(jù)速度傳感器所測出的本車絕對速度以及探測器采集的本車與目標車輛的相對速度計算目標車輛的絕對速度；步驟六角度傳感器采集汽車方向盤轉(zhuǎn)角，并傳輸給微處理器；步驟七顯示屏顯示目標車輛速度、本車速度；步驟八當TTC彡IOs時，液晶顯示屏的顏色顯示區(qū)顯示為綠色條；步驟九當6彡TTC < IOs時，液晶顯示屏的顏色顯示區(qū)顯示為黃色條；步驟十當0彡TTC < 6s時，液晶顯示屏的顏色顯示區(qū)顯示為紅色條；步驟^^一 當OSTTC < 6s和角度傳感器采集到的方向盤轉(zhuǎn)角θ彡5°時，微處理器控制信報警器發(fā)出禁止換道的提示音。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法的優(yōu)點在于 (1)激光雷達不受光線度的影響，在惡劣的天氣情況下仍可以準確的探測本車前后方以及目標車道前后方的目標車輛，可靠性高。( 由于采用微處理器，能夠快速、及時地對數(shù)據(jù)信息進行處理，智能化、自動化程度高、響應(yīng)速度快、控制性能好。( 采用顯示屏和報警裝置，可以直觀顯示相關(guān)預(yù)警信息并發(fā)出預(yù)警聲音，輔助安全駕駛性能更佳。


圖1為本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為車輛車道變換預(yù)警流程圖；圖中1為前探測器；2為后探測器；3為速度傳感器；4為角度傳感器；5為微處理器；6為顯示屏；7為報警器。
具體實施例方式參見圖1，一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法，包括用于采集目標周圍車輛行駛狀況信息的前探測器1和后探測器2、用于采集本車絕對速度的速度傳感器3、用于采集本車方向盤轉(zhuǎn)角的角度傳感器4、用于處理目標車輛行駛狀況信息和控制顯示預(yù)警信息的微處理器5、用于顯示本車與目標車輛的速度以及相關(guān)預(yù)警信息的顯示屏6、 用于產(chǎn)生危險聲音提示的報警器7 ；所述的微處理器采用CMOS 8位單片機，安裝在一個機盒內(nèi)(單片機和報警器隱藏式安裝在車內(nèi)儀表盤下方)，其四個輸入口 Pl. 0、Pl. 1、Pl. 2、 Pl. 3依此與前探測器、后探測器、速度傳感器及角度傳感器的輸出端電連接，其二個輸出口 Pl. 4、Pl. 5依次與顯示屏和報警器輸入端連接。所述的前探測器和后探測器為結(jié)構(gòu)性能相同的激光雷達，前探測器的輸出端與單片機的Pl. O輸入口電連接，后探測器的輸出端與單片機的Pl. 1輸入口電連接，它們分別安裝在車輛前、后保險桿正中位置；所述的速度傳感器采用輪速傳感器，其輸出端與單片機的 Pl. 2輸入口連接，安裝在車輛左前輪上；所述的角度傳感器采用轉(zhuǎn)角傳感器，其輸出端與單片機的Pl. 3輸入口連接，安裝在汽車方向盤上；所述顯示屏，采用液晶顯示屏或OLED顯示屏，其視頻輸入端與單片機的Pl. 4輸出口連接，安裝于汽車儀表盤的右側(cè)，用于顯示本車與目標車輛的速度以及相關(guān)預(yù)警信息，以達到實現(xiàn)駕駛員與車輛的人機交互功能；所述的報警器，采用蜂鳴器或動圈喇叭，其輸入端與單片機的Pl. 5輸出口連接，安裝于車內(nèi)后視鏡的背面(單片機和報警器隱藏式安裝在車內(nèi)儀表盤下方)。一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)方法，包括以下步驟步驟一在微處理器中設(shè)置最小的車頭時距數(shù)據(jù)和TTC預(yù)警時間范圍。步驟二 前探測器采集本車前方車輛信息，并傳輸給微處理器；步驟三后探測器采集本車后方車輛信息，并傳輸給微處理器；步驟四微處理器根據(jù)接收到的本車前后方信息與設(shè)定的最小的車頭時距數(shù)據(jù)和 TTC預(yù)警時間范圍計算實時碰撞時間TTC ；步驟五根據(jù)速度傳感器所測出的本車絕對速度以及本車與目標車輛的相對速度計算目標車輛的絕對速度；步驟六角度傳感器采集汽車方向盤轉(zhuǎn)角，并傳輸給微處理器；步驟七顯示屏顯示目標車輛速度、本車速度；步驟八當TTC彡IOs時，液晶顯示屏的顏色顯示區(qū)顯示為綠色條；步驟九當6彡TTC < IOs時，液晶顯示屏的顏色顯示區(qū)顯示為黃色條；步驟十當0 < TTC < 6s時，液晶顯示屏的顏色顯示區(qū)顯示為紅色條；步驟^^一 當OSTTC < 6s和角度傳感器采集到的方向盤轉(zhuǎn)角θ彡5°時，微處理器控制信報警器發(fā)出禁止換道的提示音。本發(fā)明的工作過程是這樣的參見圖1、圖2，本系統(tǒng)的所有裝置均由汽車電路供電，當發(fā)動機啟動后系統(tǒng)自動啟動工作，安裝于車輛上的前后兩個探測器持續(xù)探測本車前后方目標以及目標車道前后方目標。當目標車道出現(xiàn)目標車輛時，它們將探測范圍內(nèi)的目標信息傳送給微處理器5，目標信息主要有本車和目標車輛的相對速度、車頭時距以及本車和目標車輛的相對角度，微處理器5預(yù)先設(shè)定與本車相近最小的車頭時距為有效數(shù)據(jù)。當微處理器5接收到探測器所傳送的數(shù)據(jù)信息后，依據(jù)最小的車頭時距數(shù)值對目標車輛進行挑選，當挑選出目標車輛后即刻進行碰撞時間TTC(time to collision)的計算，然后由所計算出的碰撞時間TTC數(shù)值與預(yù)先設(shè)定的TTC預(yù)警時間范圍進行比對，當碰撞時間TTC數(shù)值落在某一區(qū)間內(nèi)時，微處理器5控制顯示屏6以相應(yīng)的顏色顯示預(yù)警信息，同時，微處理器5根據(jù)速度傳感器3所測出的本車絕對速度以及本車與目標車輛的相對速度可以計算出目標車輛的絕對速度。當微處理器5完成對這一目標車輛的數(shù)據(jù)信息處理后，它就會輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息給顯示屏6，這樣顯示屏上將會顯示出目標車輛速度、本車速度以及根據(jù)碰撞時間TTC顯示相應(yīng)的預(yù)警顏色條。當碰撞時間TTC彡IOs時，顯示屏6的顏色顯示區(qū)顯示為綠色條，提醒駕駛員此時刻可以執(zhí)行換道，沒有任何危險。當6彡TTC < IOs時，顯示屏6的顏色顯示區(qū)顯示為黃色條，提醒駕駛員此時刻可以選擇換道，但存在一定的潛在危險。當0 < TTC < 6s時，顯示屏6 的顏色顯示區(qū)顯示為紅色條，在此種情況下，若角度傳感器采集到的方向盤轉(zhuǎn)角θ， 表明駕駛員此時在采取換道行為，這時，微處理器給報警器一個低電平控制信號，自動啟動報警器以發(fā)出禁止換道的提示音，警示駕駛員此時刻禁止換道，這樣，駕駛員可以采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，很好的達到了輔助安全駕駛的目的；若角度傳感器采集到的方向盤轉(zhuǎn)角θ < 5°，表明駕駛員取消換道，這時，微處理器給報警器一個高電平的控制信號，自動關(guān)閉報警器。本智能化汽車車道變換預(yù)警過程全部由單片機內(nèi)部程序處理，無需人工操作，實現(xiàn)了車道變換預(yù)警過程的智能化、自動化。本實施例探測器1為前激光雷達，探測器2為后激光雷達，工作時不受雨水和光線的影響，視角0° 320°左右，探測距離200米左右。本實施例微處理器采用AT89C52單片機，內(nèi)部程序預(yù)先設(shè)定碰撞事件TTC預(yù)警范圍以及設(shè)定接收激光雷達的最小車頭時距為有效數(shù)據(jù)。TTC為本車和目標車輛的碰撞時間， 其計算公式為TTC= As/Δν，其中，As為車頭時距，Δ V為本車與目標車輛的相對速度。 根據(jù)相關(guān)研究結(jié)論，當TTC ^ IOs時，車輛執(zhí)行車道變換是安全的；當6 < TTC < IOs時，車輛可以執(zhí)行換道行為，但存在一定潛在危險；當0 < TTC < 6s時，車輛此時刻禁止換道。根據(jù)此研究結(jié)論，單片機內(nèi)部程序預(yù)先設(shè)定車道變換三個等級當TTO IOs時，此時刻為自由換道狀態(tài)，單片機給人機接口一個控制信號，使得在此條件下液晶顯示屏上顯示綠色條； 當6 < TTC < IOs時，此時刻為一般危險狀態(tài)，單片機給人機接口一個控制信號，使得在此條件下液晶顯示屏上顯示黃色條；當O < TTC < 6s時，此時刻為緊急危險狀態(tài)，單片機給人機接口一個控制信號，使得在此條件下液晶顯示屏上顯示紅色條，在此種情況下，若角度傳感器采集到的方向盤轉(zhuǎn)角θ ^5°，表明駕駛員此時在采取換道行為，這時，微處理器給報警器一個低電平控制信號，自動啟動報警器以發(fā)出禁止換道的提示音；若角度傳感器采集到的方向盤轉(zhuǎn)角θ <5°，表明駕駛員取消換道，這時，微處理器給報警器一個高電平的控制信號，自動關(guān)閉報警器。本實施顯示屏為3. 5時-4. 3時IXD顯示屏。
權(quán)利要求
1.一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括用于采集目標車輛行駛狀況信息的前探測器和后探測器、用于采集本車速度的速度傳感器、用于采集本車方向盤轉(zhuǎn)角的角度傳感器、用于處理目標車輛行駛狀況信息和控制顯示預(yù)警信息的微處理器、用于顯示本車與目標車輛的速度以及相關(guān)預(yù)警信息的顯示屏、用于產(chǎn)生危險提示聲音的報警ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述的微處理器，采用CMOS 8位單片機單片機，安裝在一個機盒內(nèi)，其四個輸入口 Pl. 0、Pl. 1、 Pl. 2、Pl. 3分別與前探測器、后探測器、速度傳感器及角度傳感器的輸出端電連接，其二個輸出口 Pl. 4、Pl. 5分別與顯示屏和報警器輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述的前探測器和后探測器為結(jié)構(gòu)性能相同的激光雷達，前探測器的輸出端與單片機的P1.0輸入口電連接，后探測器的輸出端與單片機的P1.1輸入口電連接，它們分別安裝在車輛前、 后保險桿正中位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述的速度傳感器采用輪速傳感器，其輸出端與單片機的Pl. 2輸入口連接，安裝在車輛左前輪上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述的角度傳感器采用轉(zhuǎn)角傳感器，其輸出端與單片機的Pl. 3輸入口連接，安裝在車輛方向盤上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示屏，采用液晶顯示屏或OLED顯示屏，其輸入端與單片機的Pl. 4輸出口連接，安裝于汽車儀表盤右側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述的報警器，采用蜂鳴器或動圈喇叭，其輸入端與單片機的Pl. 5輸出口連接，安裝于車內(nèi)后視鏡的背面。
8.一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一在微處理器中設(shè)置最小的車頭時距數(shù)據(jù)和TTC預(yù)警時間范圍； 步驟二 前探測器采集本車前方車輛信息，并傳輸給微處理器；步驟三后探測器采集本車后方車輛信息，并傳輸給微處理器； 步驟四微處理器根據(jù)接收到的本車前后方信息與設(shè)定的最小的車頭時距數(shù)據(jù)和TTC 預(yù)警時間范圍，計算實時碰撞時間TTC ；步驟五根據(jù)速度傳感器所測出的本車絕對速度以及探測器采集的本車與目標車輛的相對速度，計算目標車輛的絕對速度；步驟六角度傳感器采集汽車方向盤轉(zhuǎn)角，并傳輸給微處理器； 步驟七顯示屏顯示目標車輛速度、本車速度； 步驟八當TTC ^ IOs時，液晶顯示屏的顏色顯示區(qū)顯示為綠色條； 步驟九當6 < TTC < IOs時，液晶顯示屏的顏色顯示區(qū)顯示為黃色條； 步驟十當0 < TTC < 6s時，液晶顯示屏的顏色顯示區(qū)顯示為紅色條。 步驟十一當OSTTC < 6s和角度傳感器采集到的方向盤轉(zhuǎn)角θ彡5°時，微處理器控制信報警器發(fā)出禁止換道的提示音。
全文摘要
本發(fā)明涉及車輛安全駕駛領(lǐng)域，公開了一種智能化的汽車車道變換預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法。該預(yù)警系統(tǒng)，包括用于采集目標車輛行駛狀況信息的前探測器和后探測器、用于采集本車速度的速度傳感器、用于采集本車方向盤轉(zhuǎn)角的角度傳感器、用于處理目標車輛行駛狀況信息和控制顯示預(yù)警信息的微處理器、用于顯示本車與目標車輛的速度以及相關(guān)預(yù)警信息的顯示屏、用于產(chǎn)生危險提示聲音的報警器。該預(yù)警方法，其主要步驟包括在微處理器中設(shè)置最小的車頭時距數(shù)據(jù)和TTC預(yù)警時間范圍、探測器采集本車前、后方車輛信息、計算實時碰撞時間、顯示變道預(yù)警信息和禁止變道提示音。該預(yù)警系統(tǒng)和預(yù)警方法能夠及時為駕駛員提供準確的換道信息，減少交通事故的發(fā)生。
文檔編號B60Q9/00GK102424017SQ20111035783
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者任德錕, 吳海波, 張亞岐, 徐云杰, 歐陽輝, 蔡嬋娟, 鄭楚清 申請人:長安大學