CN102424017A - 一种智能化的汽车车道变换预警系统及其预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车辆安全驾驶领域，公开了一种智能化的汽车车道变换预警系统及其预警方法。该预警系统，包括用于采集目标车辆行驶状况信息的前探测器和后探测器、用于采集本车速度的速度传感器、用于采集本车方向盘转角的角度传感器、用于处理目标车辆行驶状况信息和控制显示预警信息的微处理器、用于显示本车与目标车辆的速度以及相关预警信息的显示屏、用于产生危险提示声音的报警器。该预警方法，其主要步骤包括在微处理器中设置最小的车头时距数据和TTC预警时间范围、探测器采集本车前、后方车辆信息、计算实时碰撞时间、显示变道预警信息和禁止变道提示音。该预警系统和预警方法能够及时为驾驶员提供准确的换道信息，减少交通事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及车辆安全驾驶领域，特别涉及一种智能化的汽车车道变换预警系统及其预警方法。
背景技术
在高速公路上，车辆的换道与超车是常见的驾驶员操作行为，它是驾驶员根据周围车辆的车速、车距等周边环境信息，调整并完成自身驾驶目标策略的综合行为过程。在这样复杂的过程中，驾驶员极可能对安全换道和超车的可行性做出不当的判断，使行驶的车辆处在潜在的碰撞之中。目前，在汽车行驶换道过程中，大部分驾驶员都是通过目视和经验来执行车道变换行为，有时候驾驶员已开始换道，但此时目标车道上的车距发生了不利于换到的变化，有的驾驶员还不愿放弃换道，因为后方空间已不够他重返原始车道，假如此时超车道前方有车辆时，换道的潜在危险就非常大，这样，很容易引发交通事故。
目前，国内外有大量的研究人员在车辆安全辅助换道预警中做了相关研究，其技术方案大多数是通过使用高清摄像机、图像处理器以及轮速传感器来采集本车前后方以及目标车道的信息，然后通过采集转换电路将摄录的图像转换为数字信号，并由微处理器根据相应的信息检测出相对车距、相对速度和相对加速度，进而给驾驶员车道变换提供一些有用信息以及给出相应的预警信号。但是，现今大多技术方案存在一个重大的固有缺陷：一旦在雨天、雪天、雾天等恶劣天气以及在夜晚的情况下，摄像机因受光线度的影响，采集的数据会产生很 大的偏差，甚至在极端恶劣天气的情况下采集不到数据，这样会给驾驶员带来很严重的误导，给安全行驶埋下了隐患，达不到真正实现车道变换辅助安全驾驶的目的。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种智能化的汽车车道变换预警系统及其预警方法，通过激光雷达探测器采集准确的信息，采用微处理器及时进行数据处理，并通过显示屏的显示不同颜色换道信息，能够及时为驾驶员提供准确的换道信息，减少交通事故的发生。
为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种智能化的汽车车道变换预警系统，包括用于采集目标车辆行驶状况信息的前探测器和后探测器、用于采集本车速度的速度传感器、用于采集本车方向盘转角的角度传感器、用于处理目标车辆行驶状况信息和控制显示预警信息的微处理器、用于显示本车与目标车辆的速度以及相关预警信息的显示屏、用于产生危险提示声音的报警器。
所述的微处理器，采用CMOS 8位单片机单片机，安装在一个机盒内，其四个输入口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别与前探测器、后探测器、速度传感器及角度传感器的输出端电连接，其二个输出口P1.4、P1.5分别与显示屏和报警器输入端连接。
所述的前探测器和后探测器为结构性能相同的激光雷达，前探测器的输出端与单片机的P1.0输入口电连接，后探测器的输出端与单片机的P1.1输入口电连接，它们分别安装在车辆前、后保险杆正中位置。
所述的速度传感器采用轮速传感器，其输出端与单片机的P1.2输入口连接，安装在车辆左前轮上。
所述的角度传感器采用转角传感器，其输出端与单片机的P1.3输入口连接，安装在车辆方向盘上。
所述显示屏，采用液晶显示屏或OLED显示屏，其输入端与单片机的P1.4输出口连接，安装于汽车仪表盘右侧。
所述的报警器，采用蜂鸣器或动圈喇叭，其输入端与单片机的P1.5输出口连接，安装于车内后视镜的背面。
一种智能化的汽车车道变换预警系统方法，包括以下步骤：
步骤一：在微处理器中设置最小的车头时距数据和TTC预警时间范围。
步骤二：前探测器采集本车前方车辆信息，并传输给微处理器；
步骤三：后探测器采集本车后方车辆信息，并传输给微处理器；
步骤四：微处理器根据接收到的本车前后方信息与设定的最小的车头时距数据和TTC预警时间范围计算实时碰撞时间TTC；
步骤五：根据速度传感器所测出的本车绝对速度以及探测器采集的本车与目标车辆的相对速度计算目标车辆的绝对速度；
步骤六：角度传感器采集汽车方向盘转角，并传输给微处理器；
步骤七：显示屏显示目标车辆速度、本车速度；
步骤八：当TTC≥10s时，液晶显示屏的颜色显示区显示为绿色条；
步骤九：当6≤TTC＜10s时，液晶显示屏的颜色显示区显示为黄色条；
步骤十：当0≤TTC＜6s时，液晶显示屏的颜色显示区显示为红色条；
步骤十一：当0≤TTC＜6s和角度传感器采集到的方向盘转角θ≥5°时，微处理器控制信报警器发出禁止换道的提示音。
与现有技术相比，本智能化的汽车车道变换预警系统及其预警方法的优点在于：(1)激光雷达不受光线度的影响，在恶劣的天气情况下仍可以准确的探测本车前后方以及目标车道前后方的目标车辆，可靠性高。(2)由于采用微处理器，能够快速、及时地对数据信息进行处理，智能化、自动化程度高、响应速度快、控制性能好。(3)采用显示屏和报警装置，可以直观显示相关预警信息并发出预警声音，辅助安全驾驶性能更佳。
附图说明
图1为本发明提供的结构示意图；
图2为车辆车道变换预警流程图；
图中：1为前探测器；2为后探测器；3为速度传感器；4为角度传感器；5为微处理器；6为显示屏；7为报警器。
具体实施方式
参见图1，一种智能化的汽车车道变换预警系统及其预警方法，包括用于采集目标周围车辆行驶状况信息的前探测器1和后探测器2、用于采集本车绝对速度的速度传感器3、用于采集本车方向盘转角的角度传感器4、用于处理目标车辆行驶状况信息和控制显示预警信息的微处理器5、用于显示本车与目标车辆的速度以及相关预警信息的显示屏6、用于产生危险声音提示的报警器7；所述的微处理器采用CMOS 8位单片机，安装在一个机盒内(单片机和报警器隐藏式安装在车内仪表盘下方)，其四个输入口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3依此与前探测器、后探测器、速度传感器及角度传感器的输出 端电连接，其二个输出口P1.4、P1.5依次与显示屏和报警器输入端连接。
所述的前探测器和后探测器为结构性能相同的激光雷达，前探测器的输出端与单片机的P1.0输入口电连接，后探测器的输出端与单片机的P1.1输入口电连接，它们分别安装在车辆前、后保险杆正中位置；所述的速度传感器采用轮速传感器，其输出端与单片机的P1.2输入口连接，安装在车辆左前轮上；所述的角度传感器采用转角传感器，其输出端与单片机的P1.3输入口连接，安装在汽车方向盘上；所述显示屏，采用液晶显示屏或OLED显示屏，其视频输入端与单片机的P1.4输出口连接，安装于汽车仪表盘的右侧，用于显示本车与目标车辆的速度以及相关预警信息，以达到实现驾驶员与车辆的人机交互功能；所述的报警器，采用蜂鸣器或动圈喇叭，其输入端与单片机的P1.5输出口连接，安装于车内后视镜的背面(单片机和报警器隐藏式安装在车内仪表盘下方)。
一种智能化的汽车车道变换预警系统方法，包括以下步骤：
步骤一：在微处理器中设置最小的车头时距数据和TTC预警时间范围。
步骤二：前探测器采集本车前方车辆信息，并传输给微处理器；
步骤三：后探测器采集本车后方车辆信息，并传输给微处理器；
步骤四：微处理器根据接收到的本车前后方信息与设定的最小的车头时距数据和TTC预警时间范围计算实时碰撞时间TTC；
步骤五：根据速度传感器所测出的本车绝对速度以及本车与目标车辆的相对速度计算目标车辆的绝对速度；
步骤六：角度传感器采集汽车方向盘转角，并传输给微处理器；
步骤七：显示屏显示目标车辆速度、本车速度；
步骤八：当TTC≥10s时，液晶显示屏的颜色显示区显示为绿色条；
步骤九：当6≤TTC＜10s时，液晶显示屏的颜色显示区显示为黄色条；
步骤十：当0≤TTC＜6s时，液晶显示屏的颜色显示区显示为红色条；
步骤十一：当0≤TTC＜6s和角度传感器采集到的方向盘转角θ≥5°时，微处理器控制信报警器发出禁止换道的提示音。
本发明的工作过程是这样的：
参见图1、图2，本系统的所有装置均由汽车电路供电，当发动机启动后系统自动启动工作，安装于车辆上的前后两个探测器持续探测本车前后方目标以及目标车道前后方目标。当目标车道出现目标车辆时，它们将探测范围内的目标信息传送给微处理器5，目标信息主要有本车和目标车辆的相对速度、车头时距以及本车和目标车辆的相对角度，微处理器5预先设定与本车相近最小的车头时距为有效数据。当微处理器5接收到探测器所传送的数据信息后，依据最小的车头时距数值对目标车辆进行挑选，当挑选出目标车辆后即刻进行碰撞时间TTC(time to collision)的计算，然后由所计算出的碰撞时间TTC数值与预先设定的TTC预警时间范围进行比对，当碰撞时间TTC数值落在某一区间内时，微处理器5控制显示屏6以相应的颜色显示预警信息，同时，微处理器5根据速度传感器3所测出的本车绝对速度以及本车与目标车辆的相对速度可以计算出目标车辆的绝对速度。当微处理器5完成对这一目标车辆的数据信息处理后，它就会输出相应的数据信息给显示屏6，这样显示屏上将会显示出目标车辆速度、本车 速度以及根据碰撞时间TTC显示相应的预警颜色条。
当碰撞时间TTC≥10s时，显示屏6的颜色显示区显示为绿色条，提醒驾驶员此时刻可以执行换道，没有任何危险。当6≤TTC＜10s时，显示屏6的颜色显示区显示为黄色条，提醒驾驶员此时刻可以选择换道，但存在一定的潜在危险。当0≤TTC＜6s时，显示屏6的颜色显示区显示为红色条，在此种情况下，若角度传感器采集到的方向盘转角θ≥5°，表明驾驶员此时在采取换道行为，这时，微处理器给报警器一个低电平控制信号，自动启动报警器以发出禁止换道的提示音，警示驾驶员此时刻禁止换道，这样，驾驶员可以采取相应的应对措施，很好的达到了辅助安全驾驶的目的；若角度传感器采集到的方向盘转角θ＜5°，表明驾驶员取消换道，这时，微处理器给报警器一个高电平的控制信号，自动关闭报警器。本智能化汽车车道变换预警过程全部由单片机内部程序处理，无需人工操作，实现了车道变换预警过程的智能化、自动化。
本实施例探测器1为前激光雷达，探测器2为后激光雷达，工作时不受雨水和光线的影响，视角0°～320°左右，探测距离200米左右。
本实施例微处理器采用AT89C52单片机，内部程序预先设定碰撞事件TTC预警范围以及设定接收激光雷达的最小车头时距为有效数据。TTC为本车和目标车辆的碰撞时间，其计算公式为TTC＝Δs/Δv，其中，Δs为车头时距，Δv为本车与目标车辆的相对速度。根据相关研究结论，当TTC≥10s时，车辆执行车道变换是安全的；当6≤TTC＜10s时，车辆可以执行换道行为，但存在一定潜在危险；当0≤TTC＜6s时，车辆此时刻禁止换道。根据此研究结论，单片机内部程序预先设定车 道变换三个等级：当TTC≥10s时，此时刻为自由换道状态，单片机给人机接口一个控制信号，使得在此条件下液晶显示屏上显示绿色条；当6≤TTC＜10s时，此时刻为一般危险状态，单片机给人机接口一个控制信号，使得在此条件下液晶显示屏上显示黄色条；当0≤TTC＜6s时，此时刻为紧急危险状态，单片机给人机接口一个控制信号，使得在此条件下液晶显示屏上显示红色条，在此种情况下，若角度传感器采集到的方向盘转角θ≥5°，表明驾驶员此时在采取换道行为，这时，微处理器给报警器一个低电平控制信号，自动启动报警器以发出禁止换道的提示音；若角度传感器采集到的方向盘转角θ＜5°，表明驾驶员取消换道，这时，微处理器给报警器一个高电平的控制信号，自动关闭报警器。
本实施显示屏为3.5时-4.3时LCD显示屏。
Claims (8)
1.一种智能化的汽车车道变换预警系统，其特征在于，包括用于采集目标车辆行驶状况信息的前探测器和后探测器、用于采集本车速度的速度传感器、用于采集本车方向盘转角的角度传感器、用于处理目标车辆行驶状况信息和控制显示预警信息的微处理器、用于显示本车与目标车辆的速度以及相关预警信息的显示屏、用于产生危险提示声音的报警器。
2.根据权利要求1所述的一种智能化的汽车车道变换预警系统，其特征在于，所述的微处理器，采用CMOS 8位单片机单片机，安装在一个机盒内，其四个输入口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别与前探测器、后探测器、速度传感器及角度传感器的输出端电连接，其二个输出口P1.4、P1.5分别与显示屏和报警器输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种智能化的汽车车道变换预警系统，其特征在于，所述的前探测器和后探测器为结构性能相同的激光雷达，前探测器的输出端与单片机的P1.0输入口电连接，后探测器的输出端与单片机的P1.1输入口电连接，它们分别安装在车辆前、后保险杆正中位置。
4.根据权利要求1所述的一种智能化的汽车车道变换预警系统，其特征在于，所述的速度传感器采用轮速传感器，其输出端与单片机的P1.2输入口连接，安装在车辆左前轮上。
5.根据权利要求1所述的一种智能化的汽车车道变换预警系统，其特征在于，所述的角度传感器采用转角传感器，其输出端与单片机的P1.3输入口连接，安装在车辆方向盘上。
6.根据权利要求1所述的一种智能化的汽车车道变换预警系统，其特征在于，所述显示屏，采用液晶显示屏或OLED显示屏，其输入端与单片机的P1.4输出口连接，安装于汽车仪表盘右侧。
7.根据权利要求1所述的一种智能化的汽车车道变换预警系统，其特征在于，所述的报警器，采用蜂鸣器或动圈喇叭，其输入端与单片机的P1.5输出口连接，安装于车内后视镜的背面。
8.一种智能化的汽车车道变换预警系统方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在微处理器中设置最小的车头时距数据和TTC预警时间范围；
步骤二：前探测器采集本车前方车辆信息，并传输给微处理器；
步骤三：后探测器采集本车后方车辆信息，并传输给微处理器；
步骤四：微处理器根据接收到的本车前后方信息与设定的最小的车头时距数据和TTC预警时间范围，计算实时碰撞时间TTC；
步骤五：根据速度传感器所测出的本车绝对速度以及探测器采集的本车与目标车辆的相对速度，计算目标车辆的绝对速度；
步骤六：角度传感器采集汽车方向盘转角，并传输给微处理器；
步骤七：显示屏显示目标车辆速度、本车速度；
步骤八：当TTC≥10s时，液晶显示屏的颜色显示区显示为绿色条；
步骤九：当6≤TTC＜10s时，液晶显示屏的颜色显示区显示为黄色条；
步骤十：当0≤TTC＜6s时，液晶显示屏的颜色显示区显示为红色条。
步骤十一：当0≤TTC＜6s和角度传感器采集到的方向盘转角θ≥5°时，微处理器控制信报警器发出禁止换道的提示音。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120425 |