CN102582619B - 一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统及其控制方法，属于汽车技术领域。本系统及其方法解决了现有技术中车辆不具备在红绿灯情况下自动启停功能的问题。本系统包括：交通指示灯检测装置、电子控制单元、电子稳定控制系统ESC、电子油门踏板，交通指示灯检测装置连接在电子控制单元的信号输入端，电子稳定控制系统ESC与电子油门踏板分别连接在电子控制单元的信号输出端。本控制方法包括A、图像信号采集步骤；B、图像信号的预处理步骤；C、图像分析处理步骤；D、启停控制步骤。本系统减少了驾驶员的驾驶疲劳，使驾驶过程变得更轻松、安全。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域，涉及一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统及其控制方法。
背景技术
随着网络技术、电子技术、通讯技术、机械加工技术、智能控制技术等技术的不断发展，汽车主动安全技术的发展日新月异，从开始的ABS、EBD到ESC再到ACC、防碰撞、车道偏离报警、车道保持、盲点辅助系统，汽车的主动安全性能更是得到了飞速的提升，但是由于交通环境的多样性，交通事故发生的复杂性，现有的系统还是存在很多不足之处，无法覆盖到交通事故的方方面面。于是有人设计了一种用于在红灯情况下辅助停车的装置，如中国专利文献公开了一个发明专利：一种机动车红灯自动停车感应装置【申请号：201020664115.8，公告号：CN201961298U】，该装置由信号发生装置和信号接收装置组成，其特征在于：所述的信号发生装置进而红绿灯的红灯连接，信号接收装置和机动车上的制动装置连接。通过红灯时设置在红灯上信号发生装置向设置在车上信号接收装置，制动装置根据接收的红灯发射信号启动紧急制动系统并熄火，达到自动停车的目的。
上述专利提供的技术方案解决了车辆在红灯时自动停车的问题，但是该方案还存在以下不足之处:该方案需要在车辆上安装信号接收装置并且还要在红灯上安装信号发生装置，考虑的实际情况，由于大部分路口均设置红绿灯，导致信号发生装置的安装很繁杂、累赘，故这种方式的实用性不高。
发明内容
本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统，该系统能够方便车辆在红绿灯交叉路口实现自动红灯停车、绿灯行车功能。
本发明通过下列技术方案来实现：一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统，其特征在于，本系统包括：交通指示灯检测装置，用于实时采集车辆前方交通信号灯的信息，输出图像信号；电子控制单元，用于接收图像信号并进行处理，输出控制信号；电子稳定控制系统ESC，用于实现在红灯亮起时控制车辆自动停车；电子油门踏板，用于使车辆在绿灯亮起时，通过调节电子油门踏板开度，使车辆自动起步；交通指示灯检测装置连接在电子控制单元的信号输入端，电子稳定控制系统ESC与电子油门踏板分别连接在电子控制单元的信号输出端。
在上述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统中，所述的电子控制单元包括信号滤波器、信号放大器、模数转换器、图像信号处理器以及控制器，所述的图像信号经过信号滤波器滤波、信号放大器放大处理成频谱特性较好的波形，并经过模数转换器将图像信号从模拟信号转换为数字信号，由图像信号处理器进行分析处理得到交通信号灯的状态信号，再输送给控制器，控制器根据输送来的交通信号灯状态信号分别控制电子稳定控制系统ESC或电子油门踏板执行相应操作。
在上述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统中，所述的图像信号处理器接收输送来的数字信号，通过图像识别算法、边缘检测算法提取交通信号灯红灯、绿灯亮灭及其剩余时长的状态信号。
在上述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统中，所述的控制器内预设有两个时间值A1和A2，设定A1为红灯剩余时长的临界值，A2为绿灯剩余时长的临界值。
在上述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统中，所述的控制器根据输送来的交通信号灯状态信号进行判断，当判断为红灯亮且红灯剩余时长小于设定值A1时，输出一控制信号控制电子油门踏板增加节气门开度实现车辆预启动；当判断为绿灯亮且绿灯亮的剩余时长小于设定值A2时，输出一控制信号给电子稳定控制系统ESC控制车辆提前减速。
在上述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统中，所述的交通指示灯检测装置为摄像头，其设置在汽车的前端或顶端。
一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A、图像信号采集步骤：摄像头实时采集前方道路上交通信号灯的图像信号；
B、图像信号的预处理步骤：将步骤A中采集的图像信号经过信号滤波器滤除噪声干扰、信号放大器进行功率放大得到频谱特性较好的波形信号，再由模数转换器将该波形信号转换得到数字信号；
C、图像分析处理步骤：图像信号处理器通过内置的程序对步骤B中的经过预处理得到的数字信号进行分析处理得到交通信号灯的状态信号；
D、启停控制步骤：控制器将步骤3中得到的分析结果根据控制算法输出相应的控制信号控制电子稳定控制系统ESC或电子油门踏板执行相应的操作。
在上述的具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法中，所述的图像分析处理步骤包括图像识别步骤和图像边缘检测步骤。
在上述的具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法中，所述的交通信号灯状态信号包括红灯、绿灯亮灭状态及其剩余时长。
在上述的具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法中，所述的启停控制步骤包括控制器根据输送来的交通信号灯状态信号进行判断，当判断为红灯亮且红灯剩余时长小于设定值A1时，输出一控制信号控制电子油门踏板增加节气门开度实现车辆预启动；当判断为绿灯亮且绿灯亮的剩余时长小于设定值A2时，输出一控制信号给电子稳定控制系统ESC控制车辆提前减速，并停止。
现有技术相比，本发明具有以下优点：
本系统通过摄像头采集交叉路口交通信号灯的红绿灯亮灭情况，并经过电子控制单元控制电子稳定控制系统ESC或电子油门踏板实现车辆的提前减速和预启动功能，减少了驾驶员的驾驶疲劳，同时避免了驾驶员因注意力不集中闯红灯导致的交通事故，该系统使驾驶过程变得更轻松、安全。
附图说明
图1是本具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的原理结构示意图。
图2是本具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法的流程图。
图中，1、交通指示灯检测装置；2、电子控制单元；21、信号滤波器；22、信号放大器；23、模数转换器；24、图像信号处理器；25、控制器；3、电子稳定控制系统ESC；4、电子油门踏板。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本具有红绿灯识别功能的汽车启停系统包括交通指示灯检测装置1、电子控制单元2、电子稳定控制系统ESC3和电子油门踏板4，交通指示灯检测装置1连接在电子控制单元2的信号输入端，电子稳定控制系统ESC3与电子油门踏板4分别连接在电子控制单元2的信号输出端，其中交通指示灯检测装置1用于实时采集车辆前方交通信号灯的信息，输出图像信号；电子控制单元2用于接收图像信号并进行处理，输出控制信号；电子稳定控制系统ESC3用于根据电子控制单元输送的控制信号控制发动机扭矩，控制车辆自动停车；电子油门踏板4用于接收电子控制单元输送的控制信号控制车辆自动起步。
交通指示灯检测装置1采用摄像头，该摄像头设置在车辆的前端或者顶端，并且摄像头向车辆上方倾斜一定角度使摄像头能够拍摄到交通信号灯。
电子控制单元2包括信号滤波器21、信号放大器22、模数转换器23、图像信号处理器24以及控制器25。图像信号经过信号滤波器21滤波和信号放大器22放大处理成频谱特性较好的波形，并经过模数转换器23将图像信号从波形信号(即模拟信号)转换为数字信号；由图像信号处理器24进行分析处理得到交通信号灯的状态信号，此过程为图像信号处理器24接收输送来的数字信号，通过图像识别算法、边缘检测算法提取交通信号灯的红灯、绿灯亮灭及其剩余时长的状态信号，图像信号处理器将处理得到的交通信号灯状态信号输送给控制器25；控制器25采用模糊逻辑算法将输送来的交通信号灯状态信号与其内部预设两个时间值A1和A2(设定A1为红灯剩余时长的临界值，A2为绿灯剩余时长的临界值)分别进行比较并执行以下操作：
控制器25根据输送来的交通信号灯状态信号进行判断，当判断为红灯亮且红灯剩余时长小于设定值A1时，输出一控制信号控制电子油门踏板4增加节气门开度实现车辆预启动；当判断为绿灯亮且绿灯亮的剩余时长小于设定值A2时，输出一控制信号给电子稳定控制系统ESC3控制车辆提前减速。
如图2所示，本具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法包括如下步骤：
A、图像信号采集步骤：交通指示灯检测装置1(即摄像头)实时采集前方道路上交通信号灯的图像信号；
B、图像信号的预处理步骤：将步骤A中采集的图像信号经过信号滤波器21滤除噪声干扰、信号放大器22进行功率放大得到频谱特性较好的波形信号，再由模数转换器23将该波形信号转换得到数字信号；
C、图像分析处理步骤：图像信号处理器24通过内置的程序对步骤B中的经过预处理得到的数字信号进行分析处理得到交通信号灯的状态信号，其中图像分析处理过程包括图像识别和图像边缘检测(通常的边缘检测包括滤波、增强、检测和定位)，交通信号灯状态信号包括红灯、绿灯亮灭状态及其剩余时长；
D、启停控制步骤：控制器25将步骤3中得到的分析结果根据控制算法输出相应的控制信号控制电子稳定控制系统ESC3或电子油门踏板执行相应的操作，该启停控制步骤具体如下：控制器25根据输送来的交通信号灯状态信号进行判断，当判断为红灯亮且红灯剩余时长T1小于设定值A1时，输出一控制信号控制电子油门踏板4增加节气门开度实现车辆预启动；当判断为绿灯亮且绿灯亮的剩余时长小于设定值A2时，输出一控制信号给电子稳定控制系统ESC3控制车辆提前减速。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了交通指示灯检测装置1、电子控制单元2、信号滤波器21、信号放大器22、模数转换器23、图像信号处理器24、控制器25、电子稳定控制系统ESC3、电子油门踏板4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (9)
1.一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统，其特征在于，本系统包括：交通指示灯检测装置(1)，用于实时采集车辆前方交通信号灯的信息，输出图像信号；电子控制单元(2)，用于接收图像信号并进行处理，输出控制信号；电子稳定控制系统ESC(3)，用于实现在红灯亮起时控制车辆自动停车；电子油门踏板(4)，用于使车辆在绿灯亮起时，通过调节电子油门踏板(4)开度，使车辆自动起步；交通指示灯检测装置(1)连接在电子控制单元(2)的信号输入端，电子稳定控制系统ESC(3)与电子油门踏板(4)分别连接在电子控制单元(2)的信号输出端，所述的电子控制单元(2)包括信号滤波器(21)、信号放大器(22)、模数转换器(23)、图像信号处理器(24)以及控制器(25)，所述的图像信号经过信号滤波器(21)滤波、信号放大器(22)放大处理成频谱特性较好的波形，并经过模数转换器(23)将图像信号从模拟信号转换为数字信号，由图像信号处理器(24)进行分析处理得到交通信号灯的状态信号，再输送给控制器(25)，控制器(25)根据输送来的交通信号灯状态信号分别控制电子稳定控制系统ESC(3)或电子油门踏板(4)执行相应操作。
2.根据权利要求1所述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统，其特征在于，所述的图像信号处理器(24)接收输送来的数字信号，通过图像识别算法、边缘检测算法提取交通信号灯红灯、绿灯亮灭及其剩余时长的状态信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统，其特征在于，所述的控制器(25)内预设有两个时间值A1和A2，设定A1为红灯剩余时长的临界值，A2为绿灯剩余时长的临界值。
4.根据权利要求3所述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统，其特征在于，所述的控制器(25)根据输送来的交通信号灯状态信号进行判断，当判断为红灯亮且红灯剩余时长小于设定值A1时，输出一控制信号控制电子油门踏板(4)增加节气门开度实现车辆预启动；当判断为绿灯亮且绿灯亮的剩余时长小于设定值A2时，输出一控制信号给电子稳定控制系统ESC(3)控制车辆提前减速。
5.根据权利要求1所述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统，其特征在于，所述的交通指示灯检测装置(1)为摄像头，其设置在汽车的前端或顶端。
6.一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A、图像信号采集步骤：摄像头实时采集前方道路上交通信号灯的图像信号；
B、图像信号的预处理步骤：将步骤A中采集的图像信号经过信号滤波器(21)滤除噪声干扰、信号放大器(22)进行功率放大得到频谱特性较好的波形信号，再由模数转换器(23)将该波形信号转换得到数字信号；
C、图像分析处理步骤：图像信号处理器(24)通过内置的程序对步骤B中的经过预处理得到的数字信号进行分析处理得到交通信号灯的状态信号；
D、启停控制步骤：控制器(25)将步骤3中得到的分析结果根据控制算法输出相应的控制信号控制电子稳定控制系统ESC(3)或电子油门踏板(4)执行相应的操作。
7.根据权利要求6所述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法，其特征在于，所述的图像分析处理步骤包括图像识别步骤和图像边缘检测步骤。
8.根据权利要求6所述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法，其特征在于，所述的交通信号灯状态信号包括红灯、绿灯亮灭状态及其剩余时长。
9.根据权利要求6所述的一种具有红绿灯识别功能的汽车启停系统的控制方法，其特征在于，所述的启停控制步骤包括控制器(25)根据输送来的交通信号灯状态信号进行判断，当判断为红灯亮且红灯剩余时长小于设定值A1时，输出一控制信号控制电子油门踏板(4)增加节气门开度实现车辆预启动；当判断为绿灯亮且绿灯亮的剩余时长小于设定值A2时，输出一控制信号给电子稳定控制系统ESC(3)控制车辆提前减速并停止。
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