CN103723073A - 一种多传感器数据融合的危险超车预警装置及其预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多传感器数据融合的危险超车预警装置，包括DSP处理器，其输入端与视频信号采集模块相连，其输出端与视频信号显示模块相连，其输入输出端通过串口通信模块分别与激光雷达通讯模块、MCU微处理器相连，MCU微处理器的输入输出端分别与车间通讯模块、方向盘转角检测模块、测速模块相连，MCU微处理器的输出端分别与LED模块、声音提醒模块相连。本发明还公开了多传感器数据融合的危险超车预警方法。本发明能有效的防止驾驶员在超车过程中由于对双方车辆的车速与两者之间距离的误判而导致的追尾事故，以及在超车过程中由于驾驶员忽略后方车辆而发生的相撞事故，同时还能避免其他因超车而导致的交通事故，主动性强，安全性高。

Description

一种多传感器数据融合的危险超车预警装置及其预警方法

技术领域

本发明涉及汽车主动安全技术领域，尤其是一种多传感器数据融合的危险超车预警装置及其预警方法。 

背景技术

随着全球汽车数量的增加，交通事故已成为影响人类安全的一大杀手，特别是在超速行驶、酒后驾驶、危险超车等违法事故中,驾龄不满一年的驾驶人肇事率明显居高。因此，利用技术手段采集车道线和周围车辆的状况等信息，当车辆偏离车道线及车辆之间间距过近或者在超车未满足超车条件时，及时给予驾驶员主动预警，是减少公路交通事故行之有效的技术措施。 

国内外对危险超车的研究主要分为两个方面，一方面是通过传感器和雷达获得前方车辆障碍物并建立安全车距模型防止发生碰撞；另一方面是通过视觉摄像头来获取前方车辆信息并进行相关的超车判断。就目前为止，国内关于超车方面的装置也有很多，有的通过单片机、无线收发、LED、键盘等进行前后方车辆之间的互动通讯来实现超车目的,但是该通讯仅仅是起到提醒前方车辆的目的，并不返回任何前方数据；有的通过测距传感器、转向开关和光感传感器结合模糊控制单元来检测前方车辆，同时该专利增加了相应的提示功能，能有效将自身的超车意图提示给前方车辆，从而实现安全超车，但是如果前方车辆对于该提示无响应时，该超车行为危险性会大大的增加。同时，上述两种装置对于超车行为中的安全距离和相对速度的判断，都是通过驾驶员的主观经验决定的，并无科学依据，一旦驾驶员判断失误，可能会发生不可避免的损失。 

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种主动性强、安全性高、能够有效防止在超车过程中由于驾驶员的误判而导致交通事故的多传感器数据融合的危险超车预警装置。 

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种多传感器数据融合的危险超车预警装置，包括DSP处理器，其视频信号输入端与视频信号采集模块相连，其视频信号输出端与视频信号显示模块相连，其输入输出端通过串口通信模块分别与激光雷达通讯模块、MCU微处理器相连， MCU微处理器的输入输出端分别与车间通讯模块、方向盘转角检测模块、测速模块相连，MCU微处理器的输出端分别与LED模块、声音提醒模块相连。 

所述DSP处理器的输入输出端分别与JTAG调试模块、数据存储模块相连，DSP处理器通过JTAG调试模块接PC机。 

电压转换模块接车载12V电压，电压转换模块分别向DSP处理器、MCU微处理器供电。 

所述视频信号采集模块由单目相机和解码模块组成，单目相机的输出端与解码模块的输入端相连，解码模块的输出端与DSP处理器的输入端相连；所述视频信号显示模块由LCD液晶显示模块和编码模块组成，DSP处理器的输出端与编码模块的输入端相连，编码模块的输出端与LCD液晶显示模块的输入端相连。 

所述激光雷达通讯模块由第一、二激光雷达组成，第一激光雷达安装在车辆前车牌上方，第二激光雷达安装在车辆后车牌上方，所述方向盘转角检测模块采用安装在车辆方向盘正下方的方向盘转角检测传感器，所述测速模块采用固定在车辆后方车轮上的轮速传感器，所述LED模块嵌入在仪表盘上方，所述车间通讯模块为安装在车辆后方左侧挡风玻璃上的无线通讯模块，所述声音提醒模块固定在车辆前车牌的下方。所述单目相机安装在车辆驾驶室内前方挡风玻璃的中上位置处。 

本发明的另一目的在于提供一种多传感器数据融合的危险超车预警装置的预警方法，该方法包括下列顺序的步骤： 

（1）MCU微处理器获取方向盘转角信号，判断驾驶员是否正在进行超车行为，若判断结果为是，则采集车辆前方图像，经DSP处理器处理后得到前方车道线与前方车辆信息；

（2）激光雷达通讯模块采集前方与后方障碍物的距离与角度信息，测速模块测得自身车辆速度信息，经MCU微处理器计算处理，得到前车速度信息；

（3）结合前车速度信息、本车速度信息、本车与前车的车距、左车道信息、车间通讯模块检测到的盲区信息，经MCU微处理器判断是否可以超车，若判断结果为否，则通过LED模块和声音提醒模块进行超车预警。

方向盘转角模块测得方向盘偏离中心线的转角角度为θ， 45°>θ>20°时被判断为超车行为。 

MCU微处理器在获得雷达数据后，计算出障碍物距离与角度的重心，同时结合前后两帧的数据与测速模块的数据推算出前后方车辆的速度，计算公式如下： 

 (v1-v2)*t=d1-d2

其中，v1为当前车辆的速度，v2为前后方车辆的速度，t为两帧之间的时间间隔，d1为第一帧采集的距离，d2为第二帧采集的距离；

得到前后两车的速度后，再结合之前测得的车速与安全距离对照数据来判定超车是否危险，存在危险，则进行超车预警；同时时刻监视左车道的信息，当左车道有车辆存在时也被认为超车危险，进行超车预警；再者，结合车间通讯模块测得的自身车辆的盲区信息，若前车的前方有车且车距无法满足超车条件，则被认为是超车危险，进行超车预警。

由上述技术方案可知，本发明通过方向盘转角检测传感器对驾驶员的超车意图进行判定，利用车间通讯模块返回前方车辆的前方信息，同时结合DSP处理器和激光雷达通讯模块实现前方车辆的精确定位，再结合测速模块得到的速度信息，依照速度与安全距离的对应关系表，对超车行为是否安全进行判断，并通过LED模块对驾驶员进行提醒，在超车过程中，声音提醒模块将对前后方车辆进行广播提醒。本发明能有效的防止驾驶员在超车过程中由于对双方车辆的车速与两者之间距离的误判而导致的追尾事故，以及在超车过程中由于驾驶员忽略后方车辆而发生的相撞事故，同时还能避免其他因超车而导致的交通事故，主动性强，安全性高。 

  

附图说明

图1是本发明的系统结构框图； 

图2是本发明中视频信号采集模块、视频信号显示模块和DSP处理器的结构框图；

图3、4均是本发明在汽车上安装位置示意图；

图5是本发明在超车时的车辆盲区示意图。

具体实施方式

一种多传感器数据融合的危险超车预警装置，包括DSP处理器30，其视频信号输入端与视频信号采集模块10相连，其视频信号输出端与视频信号显示模块20相连，其输入输出端通过串口通信模块分别与激光雷达通讯模块40、MCU微处理器50相连，MCU微处理器50的输入输出端分别与车间通讯模块60、方向盘转角检测模块、测速模块相连，MCU微处理器50的输出端分别与LED模块80、声音提醒模块70相连。所述DSP处理器30的输入输出端分别与JTAG调试模块、数据存储模块相连，DSP处理器30通过JTAG调试模块接PC机。电压转换模块接车载12V电压，电压转换模块分别向DSP处理器30、MCU微处理器50供电。如图1所示。所述DSP处理器通过JTAG调试模块进行调试，通过数据存储模块存储数据，DSP处理器通过JTAG调试模块实现与PC端的数据交互。 

如图1所示，电压转换模块用于将车载12V电压转换为该装置所需要供电电压，分别为1.4V、3.3V和5V；视频信号采集模块10用于采集车辆前方的图像信息，然后将采集到的图像送入DSP处理器30中；视频信号显示模块20用于显示经DSP处理器30处理后的图像数据，该图像将标示前方道路的车辆与当前车道的车道线；数据存储模块用于保存处理数据与程序；串口通信模块用于实现激光雷达和MCU微处理器50之间的通讯，MCU微处理器50与DSP处理器30之间的通信；方向盘转角检测模块用于检测方向盘的偏离角度，当偏离角度在某个范围之间时，则将此行为判断为超车行为；激光雷达通讯模块40用于扫描自身车辆前方与后方的车辆，同时返回距离和角度信息；测速模块用于获得自身车辆的行驶速度；LED模块80用于显示车辆超车状态，分为红色与绿色，并通过控制闪烁间隔增强提醒；DSP处理器30用于处理摄像头采集到的数据，同时实现与MCU微处理器50之间的串口通讯；MCU微处理器50用于处理激光雷达、测速模块得到的数据，同时实现与DSP处理器30的串口通信；声音提醒模块70用于在超车进行过程中发出声音对周围车辆进行相关的提醒，起到辅助作用；车间通讯模块60用于自身车辆与前车之间的通讯，以确定前方是否可以超车。 

如图2所示，所述视频信号采集模块10由单目相机11和解码模块12组成，单目相机11的输出端与解码模块12的输入端相连，解码模块12的输出端与DSP处理器30的输入端相连；所述视频信号显示模块20由LCD液晶显示模块21和编码模块22组成，DSP处理器30的输出端与编码模块22的输入端相连，编码模块22的输出端与LCD液晶显示模块21的输入端相连。单目相机11在PAL信号输出时的分辨率为752（H）×582（V），镜头为3.6mm，镜头角度为75.7°，解码模块12用于将摄像头采集到的PAL制模拟信号解码为ITU-R BT.656信号流入DSP处理器30中进行处理，处理结束后将处理结果送入编码模块22进行编码为相应的PAL制模拟线号，LCD液晶显示模块21用于显示图像处理结果，显示车辆当前车道线信息和前方行驶车辆信息。 

如图3所示，所述激光雷达通讯模块40由第一、二激光雷达41、42组成，第一激光雷达41安装在车辆前车牌上方，第二激光雷达42安装在车辆后车牌上方，所述方向盘转角检测模块采用安装在车辆方向盘正下方的方向盘转角检测传感器90，方向盘转角检测传感器90与方向盘同轴连接，所述测速模块采用固定在车辆后方车轮上的轮速传感器100，所述LED模块80嵌入在仪表盘上方，所述车间通讯模块为安装在车辆后方左侧挡风玻璃上的无线通讯模块，所述声音提醒模块70固定在车辆前车牌的下方，所述单目相机安装在车辆驾驶室内前方挡风玻璃的中上位置处，镜头朝下方5°，图像采集范围为汽车头部开始至汽车前方。 

如图4所示，自身车辆A通过车间通讯模块60与前方车辆B进行通信，前方车辆B将它的前方车辆等信息返回给自身车辆A，用于判断是否超车危险。 

以下结合图1、2、3、4对本发明作进一步的说明。 

在车辆行驶中，首先，MCU微处理器50获取方向盘转角信号，判断驾驶员是否正在进行超车行为，若判断结果为是，则采集车辆前方图像，经DSP处理器30处理后得到前方车道线与前方车辆信息；其次，激光雷达通讯模块40采集前方与后方障碍物的距离与角度信息，测速模块测得自身车辆速度信息，经MCU微处理器50计算处理，得到前车速度信息；最后，结合前车速度信息、本车速度信息、本车与前车的车距、左车道信息、车间通讯模块60检监测到的盲区信息，经MCU微处理器50判断是否可以超车，若判断结果为否，则通过LED模块80和声音提醒模块70进行超车预警。 

超车行为被认定为前车速度小于本车速度时而进行的一种行为，车辆超车被分为3个阶段，即超车开始、超车中、超车结束回归车道。 

超车开始阶段，方向盘转角模块测得方向盘偏离中心线的转角角度为θ， 45°>θ>20°时被判断为超车行为，在获取驾驶员的超车意图后，通过激光雷达通讯模块40得到前后方障碍物的距离与角度信息，通过测速模块得到自身车辆的速度信息，MCU微处理器50在获得雷达数据后，计算出障碍物距离与角度的重心，同时结合前后两帧的数据与测速模块的数据推算出前后方车辆的速度，计算公式如下： 

 (v1-v2)*t=d1-d2

其中，v1为当前车辆的速度，v2为前后方车辆的速度，t为两帧之间的时间间隔，d1为第一帧采集的距离，d2为第二帧采集的距离；

得到前后两车的速度后，再结合之前测得的车速与安全距离对照数据来判定超车是否危险，存在危险，则进行超车预警；同时时刻监视左车道的信息，当左车道有车辆存在时也被认为超车危险，进行超车预警；再者，结合车间通讯模块60测得的自身车辆的盲区信息，若前车的前方有车且车距无法满足超车条件，则被认为是超车危险，进行超车预警。这里所述的盲区信息是指车辆上雷达和单目相机无法探测到的，但是对于超车行为有重大影响的区域，如前方车辆的前方道路信息。

超车进行阶段，自身车辆驶入被超车车辆的左车道，该装置通过视觉数据监视车道变换，第一、二激光雷达41、42监视被超车辆的前后方车辆，通过轮速传感器100获得自身速度并通过上述公式监视被超车辆的速度，当自身车辆超过前方车辆一定距离后，根据之前测得的安全距离与速度之间的对照关系表对自身车辆是否可以返回原车道进行判定，当满足给定条件后，自身车辆返回原车道。 

超车结束阶段，自身车辆继续以当前速度前进，同时该装置根据对汽车所行驶车道的监视，当发现车辆返回原车道后，该装置进入休眠状态，并将通过下一次方向盘转角中断进行唤醒。 

综上所述，本发明通过方向盘转角检测传感器90对驾驶员的超车意图进行判定，利用车间通讯模块60返回前方车辆的前方信息，同时结合DSP处理器30和激光雷达通讯模块40实现前方车辆的精确定位，再结合测速模块得到的速度信息，依照速度与安全距离的对应关系表，对超车行为是否安全进行判断，并通过LED模块80对驾驶员进行提醒，在超车过程中，声音提醒模块70将对前后方车辆进行广播提醒。本发明能有效的防止驾驶员在超车过程中由于对双方车辆的车速与两者之间距离的误判而导致的追尾事故，以及在超车过程中由于驾驶员忽略后方车辆而发生的相撞事故，同时还能避免其他因超车而导致的交通事故，主动性强，安全性高。 

Claims (9)

1.一种多传感器数据融合的危险超车预警装置，其特征在于：包括DSP处理器，其视频信号输入端与视频信号采集模块相连，其视频信号输出端与视频信号显示模块相连，其输入输出端通过串口通信模块分别与激光雷达通讯模块、MCU微处理器相连， MCU微处理器的输入输出端分别与车间通讯模块、方向盘转角检测模块、测速模块相连，MCU微处理器的输出端分别与LED模块、声音提醒模块相连。

2.根据权利要求1所述的多传感器数据融合的危险超车预警装置，其特征在于：所述DSP处理器的输入输出端分别与JTAG调试模块、数据存储模块相连，DSP处理器通过JTAG调试模块接PC机。

3.根据权利要求1所述的多传感器数据融合的危险超车预警装置，其特征在于：电压转换模块接车载12V电压，电压转换模块分别向DSP处理器、MCU微处理器供电。

4.根据权利要求1所述的多传感器数据融合的危险超车预警装置，其特征在于：所述视频信号采集模块由单目相机和解码模块组成，单目相机的输出端与解码模块的输入端相连，解码模块的输出端与DSP处理器的输入端相连；所述视频信号显示模块由LCD液晶显示模块和编码模块组成，DSP处理器的输出端与编码模块的输入端相连，编码模块的输出端与LCD液晶显示模块的输入端相连。

5.根据权利要求1所述的多传感器数据融合的危险超车预警装置，其特征在于：所述激光雷达通讯模块由第一、二激光雷达组成，第一激光雷达安装在车辆前车牌上方，第二激光雷达安装在车辆后车牌上方，所述方向盘转角检测模块采用安装在车辆方向盘正下方的方向盘转角检测传感器，所述测速模块采用固定在车辆后方车轮上的轮速传感器，所述LED模块嵌入在仪表盘上方，所述车间通讯模块为安装在车辆后方左侧挡风玻璃上的无线通讯模块，所述声音提醒模块固定在车辆前车牌的下方。

6.根据权利要求4所述的多传感器数据融合的危险超车预警装置，其特征在于：所述单目相机安装在车辆驾驶室内前方挡风玻璃的中上位置处。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的多传感器数据融合的危险超车预警装置的预警方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）MCU微处理器获取方向盘转角信号，判断驾驶员是否正在进行超车行为，若判断结果为是，则采集车辆前方图像，经DSP处理器处理后得到前方车道线与前方车辆信息；

（2）激光雷达通讯模块采集前方与后方障碍物的距离与角度信息，测速模块测得自身车辆速度信息，经MCU微处理器计算处理，得到前车速度信息；

（3）结合前车速度信息、本车速度信息、本车与前车的车距、左车道信息、车间通讯模块检测到的盲区信息，经MCU微处理器判断是否可以超车，若判断结果为否，则通过LED模块和声音提醒模块进行超车预警。

8.根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于：方向盘转角模块测得方向盘偏离中心线的转角角度为θ， 45°>θ>20°时被判断为超车行为。

9.根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于：MCU微处理器在获得雷达数据后，计算出障碍物距离与角度的重心，同时结合前后两帧的数据与测速模块的数据推算出前后方车辆的速度，计算公式如下：

 (v1-v2)*t=d1-d2

其中，v1为当前车辆的速度，v2为前后方车辆的速度，t为两帧之间的时间间隔，d1为第一帧采集的距离，d2为第二帧采集的距离；

得到前后两车的速度后，再结合之前测得的车速与安全距离对照数据来判定超车是否危险，存在危险，则进行超车预警；同时时刻监视左车道的信息，当左车道有车辆存在时也被认为超车危险，进行超车预警；再者，结合车间通讯模块测得的自身车辆的盲区信息，若前车的前方有车且车距无法满足超车条件，则被认为是超车危险，进行超车预警。

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