一種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)。本實用新型系統(tǒng)包括機器視覺采集模塊、信號采集模塊、數(shù)字信號處理器、控制模塊、執(zhí)行模塊。機器視覺采集模塊實時采集路面信息，傳輸給數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器將處理后的信息再傳輸給控制模塊；信號采集模塊采集車輛的方向盤轉(zhuǎn)角、車速及橫擺角速度，并傳輸給控制模塊；控制模塊根據(jù)接收的信息判斷方向盤轉(zhuǎn)角、車速是否在安全范圍內(nèi)，車輛有無側(cè)滑趨勢。當(dāng)駕駛員操縱方向盤失誤、車速過高或車輪有側(cè)滑趨勢時，控制模塊通過執(zhí)行模塊中的轉(zhuǎn)向助力電機幫助車輪轉(zhuǎn)向，通過報警喇叭向駕駛員提供輔助示警。該系統(tǒng)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，靈敏度高，可提高駕駛的安全性。
【專利說明】
-種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)譬系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)警 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)也在不斷的完善，機器視 覺是指計算機與攝像機結(jié)合W實現(xiàn)對人眼功能的模擬，得到真實環(huán)境的圖像。將機器視覺 應(yīng)用在轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)中，可W實時獲取路面及周圍車輛信息，并準確的計算轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和 車速，提高行駛安全性。
[0003] 雖然轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普及，但仍然存在著很多問題。目前應(yīng)用比較廣 泛的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用各種傳感器將信號傳給ECU,ECU再實時控制助力轉(zhuǎn)向，但轉(zhuǎn)向 時復(fù)雜的道路及車輛情況，很可能會導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此利用機器視覺來輔助轉(zhuǎn)向就顯 得尤為重要。而常規(guī)的利用車載攝像頭的轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)只能擴大駕駛員的視野，通過報警 裝置示警，但報警信息單一，不足W讓駕駛員準確了解當(dāng)前轉(zhuǎn)向的狀況，W便做出有效的調(diào) 整。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 針對上述問題，本實用新型提出了一種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn) 實時檢測處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)時車輛的方向盤轉(zhuǎn)角、車速及側(cè)滑現(xiàn)象，對車輛轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、車速進 行控制，W提高轉(zhuǎn)向的質(zhì)量和智能化。
[0005] 本實用新型的一種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)，包括機器視覺采集模塊， 信號采集模塊，數(shù)字信號處理器，控制模塊，執(zhí)行模塊；
[0006] 所述機器視覺采集模塊，由安裝在車輛前車牌上方的攝像頭和圖像采集卡組成， 所述攝像頭用于實時采集路面信息，并傳輸給圖像采集卡;所述圖像采集卡將攝像頭拍攝 的模擬圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信息，再傳輸給所述數(shù)字信號處理器；
[0007] 所述數(shù)字信號處理器對機器視覺采集模塊獲得的數(shù)字圖像信息進行處理，并將處 理結(jié)果傳輸給控制模塊；
[000引所述信號采集模塊由方向盤角度傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳感器組成;所 述方向盤角度傳感器安裝在方向盤下方的方向柱內(nèi)，用于測量方向盤的轉(zhuǎn)角;所述車速傳 感器安裝在變速箱的輸出軸上，用于測量車輛車速;所述橫擺角速度傳感器安裝在扶手箱 的儲物盒內(nèi)，用于測量車輛的橫擺角速度;所述方向盤角度傳感器、車速傳感器、橫擺角速 度傳感器將采集的信息傳輸給控制模塊；
[0009] 所述控制模塊用于接收和處理數(shù)字信號處理器及信號采集模塊傳來的數(shù)據(jù)和信 息，判斷方向盤轉(zhuǎn)角、車速是否在安全范圍內(nèi)，并通過橫擺角速度判斷車輛有無側(cè)滑趨勢；
[0010] 所述的執(zhí)行模塊由轉(zhuǎn)向助力電機和報警卿趴組成，所述轉(zhuǎn)向助力電機設(shè)置在齒輪 齒條式轉(zhuǎn)向器上；當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角不在安全范圍內(nèi)，所述控制模塊向所述轉(zhuǎn)向助力電機和報 警卿趴發(fā)出指令;所述轉(zhuǎn)向助力電機直接作用于轉(zhuǎn)向拉桿，推動轉(zhuǎn)向拉桿幫助車輪轉(zhuǎn)向，同 時所述報警卿趴提供輔助示警；當(dāng)車速不在安全范圍內(nèi)及車輛有側(cè)滑趨勢時，所述控制模 塊向所述報警卿趴發(fā)出指令;所述報警卿趴提供輔助示警。
[0011] 進一步，所述控制模塊由電子控制單元組成。
[0012] 本實用新型的有益效果:本實用新型通過架構(gòu)基于機器視覺和車輛狀態(tài)傳感模塊 的感知平臺，利用車輛狀態(tài)感知與預(yù)測模型和車輛動力學(xué)特性等，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向過程的在 線監(jiān)測和狀態(tài)評估預(yù)測。本實用新型可W實現(xiàn)轉(zhuǎn)向過程中實時檢測方向盤轉(zhuǎn)角、車速是否 在安全范圍內(nèi)，W及判斷車輛有無側(cè)滑趨勢等多種功能，旨在讓駕駛員準確了解當(dāng)前轉(zhuǎn)向 的狀況，W便做出有效的調(diào)整，從而降低駕駛員操縱方向盤失誤、車速過高或車輪有側(cè)滑趨 勢所帶來的危險。該系統(tǒng)只在方向盤角度大于30°時啟動，不會干擾駕駛員正常的操縱車 輛，保證了良好的轉(zhuǎn)向感。另外系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，不僅通過報警卿趴及時報警，實時提醒駕 駛員，提高行車的安全性，還利用轉(zhuǎn)向助力電機為駕駛員提供轉(zhuǎn)向助力。該系統(tǒng)成本低，結(jié) 構(gòu)簡單，可靠性好，靈敏度高，可提高駕駛的安全性。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本實用新型轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本實用新型轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)工作方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對實用新型專利具體實施過程做進一步說明。
[0016] 如圖1所示，一種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)，包括機器視覺采集模塊，信 號采集模塊，數(shù)字信號處理器，控制模塊，執(zhí)行模塊；
[0017] 所述機器視覺采集模塊，由安裝在車輛前車牌上方的攝像頭和圖像采集卡組成， 所述攝像頭用于實時采集路面信息，并傳輸給圖像采集卡;所述圖像采集卡將攝像頭拍攝 的模擬圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信息，再傳輸給所述數(shù)字信號處理器；
[0018] 所述數(shù)字信號處理器對機器視覺采集模塊獲得的數(shù)字圖像信息進行處理，并將處 理結(jié)果傳輸給控制模塊；
[0019] 所述信號采集模塊由方向盤角度傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳感器組成;所 述方向盤角度傳感器安裝在方向盤下方的方向柱內(nèi)，用于測量方向盤的轉(zhuǎn)角;所述車速傳 感器安裝在變速箱的輸出軸上，用于測量車輛車速;所述橫擺角速度傳感器安裝在扶手箱 的儲物盒內(nèi)，用于測量車輛的橫擺角速度;所述方向盤角度傳感器、車速傳感器、橫擺角速 度傳感器將采集的信息傳輸給控制模塊；
[0020] 所述控制模塊由電子控制單元組成，用于接收和處理數(shù)字信號處理器及信號采集 模塊傳來的數(shù)據(jù)和信息，判斷方向盤轉(zhuǎn)角、車速是否在安全范圍內(nèi)，并通過橫擺角速度判斷 車輛有無側(cè)滑趨勢；
[0021] 所述的執(zhí)行模塊由轉(zhuǎn)向助力電機和報警卿趴組成，所述轉(zhuǎn)向助力電機設(shè)置在齒輪 齒條式轉(zhuǎn)向器上；當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角不在安全范圍內(nèi)，所述控制模塊向所述轉(zhuǎn)向助力電機和報 警卿趴發(fā)出指令;所述轉(zhuǎn)向助力電機直接作用于轉(zhuǎn)向拉桿，推動轉(zhuǎn)向拉桿幫助車輪轉(zhuǎn)向，同 時所述報警卿趴提供輔助示警；當(dāng)車速不在安全范圍內(nèi)及車輛有側(cè)滑趨勢時，所述控制模 塊向所述報警卿趴發(fā)出指令;所述報警卿趴提供輔助示警。
[0022] 如圖2所示，一種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)的工作方法，
[0023] 步驟1，信號采集模塊中的方向盤角度傳感器測量車輛的方向盤轉(zhuǎn)角。
[0024] 步驟2,控制模塊判斷方向盤轉(zhuǎn)角是否大于3(T，若大于3(T，說明此時駕駛員有轉(zhuǎn)向 的意圖，執(zhí)行下一步;若小于等于30%則結(jié)束程序。
[0025] 步驟3，機器視覺采集模塊的攝像頭自動打開，進行實時圖像采集，獲得前方道路 的路面信息，并傳輸給圖像采集卡；圖像采集卡將攝像頭拍攝的模擬圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字 圖像信息，傳輸給數(shù)字信號處理器。
[0026] 步驟4,數(shù)字信號處理器對機器視覺采集模塊獲得的數(shù)字圖像信息進行處理，獲得 道路曲率3,再通過擬人控制算法，計算車輛的理論車速V理和理論方向盤轉(zhuǎn)角0理，并傳輸給 控制模塊；
[0027] 車輛理論車速V理的計算公式
，其中F仍)為道路曲率0的車速，Vo 為車輛巡航速度，/s巧)為人工神經(jīng)元的轉(zhuǎn)移函數(shù)；
[0028] 車輛理論方向盤轉(zhuǎn)角0理的計算方法為:將理論車速％帶入公
計算出理論轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角831，其中S(V)為車速V的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，WO為最大轉(zhuǎn)向速度，fv(v)為人 工神經(jīng)元的轉(zhuǎn)移函數(shù);根據(jù)車輛的方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的固定比例關(guān)系，計算出理論 方向盤轉(zhuǎn)角％。
[0029] 步驟5,信號采集模塊通過方向盤角度傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳感器采 集方向盤轉(zhuǎn)角、車速、橫擺角速度的信息，并將信息傳輸給控制模塊。
[0030] 步驟6，控制模塊分析處理機器視覺采集模塊與信號采集模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信息；
[0031] (1)比較理論方向盤轉(zhuǎn)角0理與方向盤角度傳感器測得的實際方向盤轉(zhuǎn)角0實;當(dāng) 0理-0實I含15°時，控制模塊不發(fā)出指令；當(dāng)I 0理-0實I > 15°時，根據(jù)0理與0實的差值，計算出理論 轉(zhuǎn)矩，再根據(jù)理論轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)的助力特性確定轉(zhuǎn)向助力電機的理論電流和轉(zhuǎn)動方向，并向 報警卿趴發(fā)出指令;若0理-0實>15°時，報警卿趴提醒轉(zhuǎn)角偏小，同時轉(zhuǎn)向助力電機根據(jù)控制 模塊的指令為轉(zhuǎn)向機構(gòu)提供使轉(zhuǎn)角變大的輔助力矩;若0實-0s>15°時，報警卿趴提醒轉(zhuǎn)角 偏大，同時轉(zhuǎn)向助力電機根據(jù)要求提供使轉(zhuǎn)角變小的輔助力矩，阻止過度轉(zhuǎn)向；
[0032] (2)比較理論車速V理與車速傳感器測得的實際車速V實;當(dāng)V實-%< SkmA時，控制模 塊不發(fā)出指令;當(dāng)V實-%>8km/h時，向報警卿趴發(fā)出指令，報警卿趴提示駕駛員需要減速；
[0033] (3)比較理論橫擺角速度CO理與橫擺角速度傳感器測得的實際橫擺角速度CO實；
[0034] 在時間間隔很短的情況下，車輛轉(zhuǎn)彎近似認為做等速圓周運動，并把汽車簡化成 線性二自由度的模型，理論的橫擺角速度的計算公式為
廷中S為理論轉(zhuǎn) 向輪轉(zhuǎn)角，V為理論車速，L為軸距;K的計算公式為：
，其中m為車輛的質(zhì)量， L為軸距，ki、k2分別為前后輪的側(cè)偏剛度，a為質(zhì)屯、到前軸的距離，b為質(zhì)屯、到后軸的距離；
[00對當(dāng)CO實-CO理<0.1rad/s時，說明車輪沒有側(cè)滑趨勢，控制模塊不發(fā)出指令；當(dāng)CO實- ?s>0.1rad/s，說明車輪有側(cè)滑趨勢，報警卿趴提示駕駛員有側(cè)滑趨勢。
[0036] 步驟7,執(zhí)行模塊根據(jù)控制模塊的判斷結(jié)果決定是否有需要執(zhí)行的指令，如果有需 要執(zhí)行的指令，執(zhí)行步驟8;如果沒有需要執(zhí)行的指令，則跳過步驟8，執(zhí)行步驟9。
[0037] 步驟8,執(zhí)行模塊通過轉(zhuǎn)向助力電機和報警卿趴對車輛進行控制。
[003引步驟9,回到方向盤轉(zhuǎn)角的判定，直到方向盤轉(zhuǎn)角小于等于30。時，程序結(jié)束。
[0039]所述實施例為本實用新型的優(yōu)選的實施方式，但本實用新型并不限于上述實施方 式，在不背離本實用新型的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見 的改進、替換或變型均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括機器視覺采集模塊，信號 采集模塊，數(shù)字信號處理器，控制模塊，執(zhí)行模塊； 所述機器視覺采集模塊，由安裝在車輛前車牌上方的攝像頭和圖像采集卡組成，所述 攝像頭用于實時采集路面信息，并傳輸給圖像采集卡;所述圖像采集卡將攝像頭拍攝的模 擬圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信息，再傳輸給所述數(shù)字信號處理器； 所述數(shù)字信號處理器對機器視覺采集模塊獲得的數(shù)字圖像信息進行處理，并將處理結(jié) 果傳輸給控制模塊； 所述信號采集模塊由方向盤角度傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳感器組成;所述方 向盤角度傳感器安裝在方向盤下方的方向柱內(nèi)，用于測量方向盤的轉(zhuǎn)角;所述車速傳感器 安裝在變速箱的輸出軸上，用于測量車輛車速;所述橫擺角速度傳感器安裝在扶手箱的儲 物盒內(nèi)，用于測量車輛的橫擺角速度;所述方向盤角度傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳 感器將采集的信息傳輸給控制模塊； 所述控制模塊用于接收和處理數(shù)字信號處理器及信號采集模塊傳來的數(shù)據(jù)和信息，判 斷方向盤轉(zhuǎn)角、車速是否在安全范圍內(nèi)，并通過橫擺角速度判斷車輛有無側(cè)滑趨勢； 所述的執(zhí)行模塊由轉(zhuǎn)向助力電機和報警喇叭組成，所述轉(zhuǎn)向助力電機設(shè)置在齒輪齒條 式轉(zhuǎn)向器上；當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角不在安全范圍內(nèi)，所述控制模塊向所述轉(zhuǎn)向助力電機和報警喇 叭發(fā)出指令;所述轉(zhuǎn)向助力電機直接作用于轉(zhuǎn)向拉桿，推動轉(zhuǎn)向拉桿幫助車輪轉(zhuǎn)向，同時所 述報警喇叭提供輔助示警；當(dāng)車速不在安全范圍內(nèi)及車輛有側(cè)滑趨勢時，所述控制模塊向 所述報警喇叭發(fā)出指令;所述報警喇叭提供輔助示警。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺的轉(zhuǎn)向助力預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述控制 模塊由電子控制單元組成。
【文檔編號】B62D137/00GK205524449SQ201620061647
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月21日
【發(fā)明人】劉軍, 高雪婷
【申請人】江蘇大學(xué)