CN105059219A - 一种驾驶精准导向仪及具有精准导向的车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种驾驶精准导向仪及具有精准导向的车辆,其驾驶精准导向包括转角传感器和可用于投射出曲线或曲面轨迹的轨迹投射装置,转角传感器与轨迹投射装置通过有线或无线信号传输连接;其具有精准导向的车辆,安装有所述驾驶精准导向仪,所述驾驶精准导向仪的轨迹投射装置安装在车体的车头和车尾,所述驾驶精准导向仪的转角感应器安装在车辆的转向系统中;本发明能直观的预先显示车辆车头或车尾的行驶轨迹,方便驾驶者直观的观察出当前转向下的车辆车头或车尾的行驶轨迹,能实现对转向的精准指导。
Description
技术领域
本发明涉及车辆驾驶辅助装置,尤其涉及一种驾驶精准导向仪及具有精准导向的车辆。
背景技术
随着人们生活水平的提高,车辆已成为大多数人的交替工具;车辆驾驶技术也越来越成为人们生活中的一种重要技能。驾驶技术的学习受到人们的广泛的追捧,然而车辆驾驶技能并不是短时间就能达到一定水平,通常需要较长时间的不断积累。
在驾驶过程中,对于一些驾龄较短的驾驶人员,倒车入库、狭道会车和弯道行驶过程通常是最头疼、害怕的事,也是最容易出现事故的过程。例如,在倒车入库过程,驾驶员对方向的感觉较差,不知道该打多少方向才能恰当倒入车库,即使安装有后视雷达,通常也需要较多次不断的进退才能挪入车库,且容易会出现刮车、碰壁事故;在狭道会车过程,驾驶员不能正确判断自己的车辆能否通过,可以通过的不敢通过,不能通过的强制通过,容易出现刮车和翻车事故;在弯道行驶过程中,驾驶员对方向的把握能力较差,要么打多方向,要么打少方向,容易驶出路面外,甚至导致翻车。
针对以上驾驶问题,本发明提出了一种驾驶精准导向仪,通过将该驾驶精准导向仪安装在车辆上,旨在能直观的预先显示车辆车头或车尾的行驶轨迹,方便驾驶者直观的观察出当前转向下的车辆车头或车尾的行驶轨迹,从而实现对转向的精准指导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:倒车入库、狭道会车和弯道行驶过程对转向操作技术和车身轨迹预测能力的要求较高,驾驶水平较差的驾驶员容易在上述过程中因判断失误和操作偏差出现安全事故。
为解决其技术问题本发明所采用的技术方案为:一种驾驶精准导向仪,包括转角传感器和可用于投射出曲线或曲面轨迹的轨迹投射装置,转角传感器与轨迹投射装置通过有线或无线信号传输连接。
作为上述驾驶精准导向仪的进一步具体优化,所述驾驶精准导向仪包含一个或多个用于投射出曲线或曲面轨迹的轨迹投射装置。
作为上述驾驶精准导向仪的进一步具体优化,所述轨迹投射装置包括单片机和轨迹投射灯,轨迹投射灯包括成阵列分布的激光发射头,可用于投射出点的运动曲线轨迹或线的运动曲面轨迹,激光发射头由单片机控制其打开或关闭,单片机与转角传感器通过有线或无线信号传输连接。
作为上述轨迹投射装置的进一步具体优化,所述阵列分布的激光发射头投射出的激光素点成矩形阵列或扇形阵列。
作为上述轨迹投射装置的另一种结构,所述轨迹投射装置包括单片机、LED显示屏、凸面透镜和折射棱镜,转角传感器通过有线或无线信号传输连接到单片机,单片机控制连接LED显示屏,LED显示屏前方依次安装有凸面透镜和折射棱镜,LED显示屏与凸面透镜的距离大于其透镜焦距且小于其透镜两倍焦距,LED显示屏显示轨迹图像经凸面透镜的放大和折射棱镜的折射后成像于地面。
作为上述轨迹投射装置的另一种结构,所述轨迹投射装置包括图像生成微机、投影机和折射棱镜,转角传感器通过有线或无线信号传输连接到图像生成微机,图像生成微机输出连接到投影机,投影机前方为折射棱镜,投影机投射出的轨迹图像经折射棱镜折射后成像于地面。
作为以上轨迹投射装置的进一步具体优化,所述轨迹投射装置可投射的光色为红色单色光、紫色单色光,红色或紫色单色光有较佳的显著性。
一种具有精准导向的车辆,其特征在于:车体上安装有所述驾驶精准导向仪,驾驶精准导向仪包含至少一个轨迹投射装置。
作为上述具有精准导向的车辆的进一步优化,所述轨迹投射装置为用于投射点运动的曲线轨迹,轨迹投射装置分别安装在车辆的车头和车尾的四个边角处。
作为上述具有精准导向的车辆的进一步优化,所述轨迹投射装置为用于投射边线运动的曲面轨迹,轨迹投射装置分别安装在车辆的车头中部和车尾中部。
工作原理:由于车辆运动时,其车辆整个刚体的运动轨迹是可以通过刚体运动学原理计算出来。当车辆转向轮转向角确定时,根据刚体运动轨迹分析(如图1所示车辆刚体运动分析原理图,图中A、E点为车头边角点位置,B、F点为车尾边角点位置,C点为转向轮位置,D点为后轮位置,O点为圆周运动圆心,L为B、C点间距,L1为A、C点间距,L0为B、D点间距,L2为A、E点间距,β为C点转向轮的转角(顺时针为正角,逆时针为负角)),车辆刚体是做圆周运动。前轮位置点C的圆周运动轨迹半径R1=L/sinβ,后轮位置点D的圆周运动轨迹半径R0=L/tanβ。
因而,车头边角点位置A的轨迹方程(以A点为相对坐标原点,AB方向为y轴方向)为:
(x-R0)2+(y-L-L1)2=R0 2+(L+L1)2,
等同于:x2+y2-2xL/tanβ-2y(L+L1)=0。
车头边角点位置E的轨迹方程(以E点为相对坐标原点,AB方向为y轴方向)为:
(x-R0-L2)2+(y-L-L1)2=(R0+L2)2+(L+L1)2,
等同于:x2+y2-2x(L/tanβ+L2)-2y(L+L1)=0。
车头边线AE的曲面轨迹(以A点为相对坐标原点,AB方向为y轴方向)为:
x2+y2-2xL/tanβ-2y(L+L1)≥0且(x-L2)2+y2-2x(L/tanβ+L2)-2y(L+L1)≤0,
或x2+y2-2xL/tanβ-2y(L+L1)≤0且(x-L2)2+y2-2x(L/tanβ+L2)-2y(L+L1)≥0。
车尾边角点位置B的轨迹方程(以B点为相对坐标原点,AB方向为y轴方向)为:
(x-R0)2+(y-L0)2=R0 2+L0 2,
等同于:x2+y2-2xL/tanβ-2yL0=0。
车尾边角点位置F的轨迹方程(以F点为相对坐标原点,AB方向为y轴方向)为:
(x-R0-L2)2+(y-L0)2=(R0+L2)2+L0 2,
等同于:x2+y2-2x(L/tanβ+L2)-2yL0=0。
车尾边线BF的曲面轨迹(以B点为相对坐标原点,AB方向为y轴方向)为:
x2+y2-2xL/tanβ-2yL0≥0且(x-L2)2+y2-2x(L/tanβ+L2)-2yL0≤0,
或x2+y2-2xL/tanβ-2yL0≤0且(x-L2)2+y2-2x(L/tanβ+L2)-2yL0≥0。
由于轨迹投射装置2投射出来的矩阵素点的纵向、横向间距是固定,每个素点的相对坐标是固定的,因此,当轨迹投射装置2投射点的曲线轨迹时,可根据以上各点的运动曲线轨迹方程,分别计算出符合上述方程的素点,并显示出来形成曲线轨迹;当投射线的曲面轨迹时,可根据以上各线的运动曲面轨迹方程,分别计算出符合上述曲面方程的所有素点,并显示出来形成曲面轨迹;从而实现显示车头前进的运动轨迹或车尾倒车时的运动轨迹。
有益效果:本发明所述驾驶精准导向仪通过刚体运动学理论分析,能计算出车辆刚体个点在不同转向角度下的运动轨迹;同时将其运动轨迹通过轨迹投射装置2投射到地面,能够直观的观察到车体当前转向角下的运动轨迹趋势,当运动轨迹趋势与驾驶者所需驾驶轨迹不一致时,可通过调节当前转向角,调节时,运动轨迹趋势能响应转向角的调节而发生变化,能动态显示运动轨迹趋势;且驾驶者可根据驾驶精准导向仪投射出的运动轨迹趋势,直观的观察出车辆的驾驶所需宽度,从而实现对倒车入库、狭道会车和弯道行驶过程进行精确地指导,能有效的避免刮车、碰撞和翻车事故,能较大地降低驾驶难度。
附图说明
图1为本发明所示的车辆刚体运动分析原理图;
图2为本发明实施例一的电路连接结构示意图;
图3为本发明实施例一的主结构示意图;
图4为本发明实施例一的侧面剖视结构示意图;
图5为本发明实施例一的侧面投射效果示意图;
图6为本发明实施例一的水平剖视结构示意图;
图7为本发明实施例一中相同行激光发射头的俯视投射效果示意图;
图8为本发明实施例一的曲线轨迹投射效果意图;
图9为本发明实施例一的投射矩阵素点示意图;
图10为本发明实施例三的曲面轨迹投射示意图;
图11为本发明实施例四的投射矩阵素点示意图;
图12为本发明实施例五的轨迹投射装置结构示意图;
图13为本发明实施例六的轨迹投射装置结构示意图;
图14为本发明实施例七的轨迹投射装置结构示意图;
图15为本发明实施例九的侧视结构示意图;
图16为本发明实施例九的俯视结构示意图;
图中:1为转角传感器、2为轨迹投射装置、201为单片机、202为轨迹投射灯、203为激光发射头、212为LED显示屏、213为凸面透镜、214为折射棱镜、215为调距测距装置、221为图像生成微机、222为投影机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一(如图1至图9所示):一种驾驶精准导向仪,包括转角传感器1和轨迹投射装置2,转角传感器1与轨迹投射装置2通过有线数据传输连接;所述轨迹投射装置2包括单片机201和轨迹投射灯202,轨迹投射灯202包括成阵列分布的激光发射头203,可用于投射出点的运动曲线轨迹,激光发射头203由单片机201控制其打开和关闭,单片机201与转角传感器1通过有线连接;驾驶精准导向仪包含四个用于投射不同点边角点的轨迹投射装置2;所述阵列分布的激光发射头203的角度分布各异,其投射出的激光素点成矩形阵列,其阵列相邻行的行间距相同,相邻列的列间距相同,其矩形阵列激光素点的分布宽度范围为-2m至2m(以轨迹投射装置2为相对零点),分布长度范围为0m至5m,素点行间距为5cm,素点列间距为4cm;轨迹投射装置2可投射的光色为红色单色光或紫色单色光的其中一种。
实施例一的要求与效果:上述实施例的轨迹投射装置2的安装高度(轨迹投射装置2与素点投射面的高度差)需与激光发射头203的角度分布相匹配(当激光发射头203角度分布确定后,其能成像的等距矩形素点平面的唯一确定的),同时单片机编程烧录的计算参数值需与使用车辆的相应参数值相匹配;该实施方式投射出点运动的线轨迹,其线轨迹的素点亮度高,易于观察,且轨迹投射反应迅速、稳定。
实施例二:与实施例一的不同之处在于:所述转角传感器1与轨迹投射装置2通过无线信号传输连接。
实施例二相对于实施例一的要求与效果:上述实施例的无线信号传输设备要求传输速度快且稳定;该实施方式安装简单。
实施例三(如图10所述示):与实施例一的不同之处在于:所述轨迹投射装置2投射出线运动的曲面轨迹,其矩形阵列激光素点的分布宽度范围为-2m至4m(以轨迹投射装置2为相对零点);
实施例三相对于实施例一的效果:该实施方式投射出的轨迹图像清晰直观,并可更全面的反映刚体运动所覆盖的区域。
实施例四(如图11所述示):与实施例一的不同之处在于:所述阵列分布的激光发射头203投射出的激光素点成扇形阵列,其行间距相同,其列间距近投射点处较小、远投射点处较大。
实施例四相对于实施例一的效果:该实施方式的激光发射头203的角度分布较为简单,且近距处清晰度高。
实施例五(如图12所述示):与实施例一的不同之处在于:所述轨迹投射装置2包括单片机201、LED显示屏212、凸面透镜213和折射棱镜214,转角传感器1通过有线连接到单片机201,单片机201控制连接LED显示屏212,LED显示屏212前方依次安装有凸面透镜213和折射棱镜214,LED显示屏212与凸面透镜213的距离大于其透镜焦距且小于其透镜两倍焦距,LED显示屏212显示轨迹图像经凸面透镜213的放大和折射棱镜214的折射后成像于地面;作为进一步优化说明,为了保证在较小的成像距离下有较大的放大倍数,并缩小轨迹投射装置2的体积,其上所述的凸面透镜213的一倍焦距应尽量较小。
实施例五相对于实施例一的效果:实施例五实施方式中的轨迹投射装置2结构较为简单,其结构件较为常见,研发制造成本较低;且由于其LED显示屏212的LED灯素点间距可更紧密精细,其成像素点间距可达到较小值,分辨率能更高;此外,其成像素点间距与LED灯素点间距和凸面透镜213的成像放大倍数决定,而其凸面透镜213的成像放大倍数由LED显示屏212与凸面透镜213的距离决定,因而当2LED显示屏212与凸面透镜213的距离固定后,投射成像距离是确定的,也即轨迹投射装置2的安装高度是固定的。
实施例六(如图13所述示):与实施例五的不同之处在于:所述LED显示屏212与凸面透镜213的距离是可调节的,其调节范围为一倍透镜焦距至二倍透镜焦距之间;作为进一步优化,所述LED显示屏212与凸面透镜213间还设置有调距测距装置215。
实施例六相对于实施例五的优点效果:实施例六实施方式中的轨迹投射装置2的安装高度更为自由,安装后可根据其实际高度来调整LED显示屏212与凸面透镜213的距离;同时,其轨迹投射装置2投射出的矩阵像素点间距可以根据LED灯素点间距和成像放大倍数确定,当调节LED显示屏212与凸面透镜213的距离和调节安装高度时,轨迹投射范围可得到调整。
实施例七(如图14所述示):与实施例一的不同之处在于:所述轨迹投射装置2包括图像生成微机221、投影机222和折射棱镜214,转角传感器1通过有线传输连接到图像生成微机221,图像生成微机221输出连接到投影机222,投影机222前方为折射棱镜214,投影机投射出的轨迹图像经折射棱镜214折射后成像于地面。
实施例七相对于实施例一的效果:实施例七实施方式中的轨迹投射装置2的各结构具备各独立的功能,组装简单,应用时只需在图像生成微机221置入相应的计算程序;同时,对于不同车型参数的车辆,只需安装相应的计算程序即可,有较强的自由性和重复使用性;且由于图像生成微机221和投影机222具有较强的图像处理能力,其投射轨迹的分辨率和投射反应速度可达非常高的水平。
实施例八:与实施例七的不同之处在于:所述轨迹投射装置2可同时投射多种颜色的光,优选的是红色单色光和紫色单色光,其投射光色可根据环境进行调节。
实施例九(如图15、图16所述示):一种具有精准导向的车辆,车体上安装有实施例一至八中任意一种实施例所述的驾驶精准导向仪;所述驾驶精准导向仪包含四个用于投射曲线轨迹的轨迹投射装置2,四个轨迹投射装置2分别安装在车体车头两端和车尾两端,较佳的安装方式是安装在车体转向灯上方,驾驶精准导向仪的转角感应器1安装在车辆的转向系统中。
实施例十:与实施例九不同之处在于:所述具有精准导向的车辆安装有两个用于投射曲面轨迹的轨迹投射装置2,两个轨迹投射装置2分别安装在车体车头和车尾,较佳的安装方式是安装在车头和车尾的中上部位置。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种驾驶精准导向仪,包括转角传感器(1)和可用于投射出曲线或曲面轨迹的轨迹投射装置(2),转角传感器(1)与轨迹投射装置(2)通过有线或无线信号传输连接。
2.根据权利要求1所述的驾驶精准导向仪,其特征在于:所述驾驶精准导向仪包含一个或多个用于投射出曲线或曲面轨迹的轨迹投射装置(2)。
3.根据权利要求2所述的驾驶精准导向仪,其特征在于:所述轨迹投射装置(2)包括单片机(201)和轨迹投射灯(202),轨迹投射灯(202)包括成阵列分布的激光发射头(203),可用于投射出点的运动曲线轨迹或线的运动曲面轨迹,激光发射头(203)由单片机(201)控制其打开或关闭,单片机(201)与转角传感器(1)通过有线或无线信号传输连接。
4.根据权利要求2所述的驾驶精准导向仪,其特征在于:所述轨迹投射装置(2)包括单片机(201)、LED显示屏(212)、凸面透镜(213)和折射棱镜(214),转角传感器(1)通过有线或无线信号传输连接到单片机(201),单片机(201)控制连接LED显示屏(212),LED显示屏(212)前方依次安装有凸面透镜(213)和折射棱镜(214),LED显示屏(212)与凸面透镜(213)的距离大于其透镜焦距且小于其透镜两倍焦距,LED显示屏(212)显示轨迹图像经凸面透镜(213)的放大和折射棱镜(214)的折射后成像于地面。
5.根据权利要求2所述的驾驶精准导向仪,其特征在于:所述轨迹投射装置(2)包括图像生成微机(221)、投影机(222)和折射棱镜(214),转角传感器(1)通过有线或无线信号传输连接到图像生成微机(221),图像生成微机(221)输出连接到投影机(222),投影机(222)前方为折射棱镜(214),投影机投射出的轨迹图像经折射棱镜(214)折射后成像于地面。
6.根据权利要求3所述的驾驶精准导向仪,其特征在于:所述阵列分布的激光发射头(203)投射出的激光素点成矩形阵列或扇形阵列,所述轨迹投射装置(2)可投射的光色为红色单色光或紫色单色光。
7.根据权利要求4所述的驾驶精准导向仪,其特征在于:所述LED显示屏(212)与凸面透镜(213)的距离是可调节的,其调节范围为一倍透镜焦距至二倍透镜焦距之间;作为进一步优化,所述LED显示屏(212)与凸面透镜(213)间还设置有调距测距装置(215)。
8.根据权利要求5所述的驾驶精准导向仪,其特征在于:所述轨迹投射装置(2)可同时投射多种颜色的光,其投射光色可根据环境进行调节。
9.一种具有精准导向的车辆,其特征在于:车体上安装有权利要求1至8所述的驾驶精准导向仪,所述驾驶精准导向仪的轨迹投射装置(2)安装在车体的车头和车尾,所述驾驶精准导向仪的转角感应器(1)安装在车辆的转向系统中。
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