CN106314421A - 一种车载的道路偏离碰撞预警系统 - Google Patents

一种车载的道路偏离碰撞预警系统 Download PDF

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Abstract

一种车载的道路偏离碰撞预警系统，包括嵌入车本体的各个装置：车身侧面的电容式接近感应距离传感模组，车前后身的超声波距离传感模组，车轮角度传感器模组，车轮转速传感器模组，终端控制模组，固化于电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法；通过实时监测车辆与周边障碍物的距离，使用低功耗的短距离无线通信技术，利用灵活有效的滤波算法，可以及时地向驾驶员发出道路偏离与碰撞预警，极大改善了用户对汽车的操控体验，使得汽车在不同环境条件下行驶时稳定性更高，进而提高了汽车使用的安全性与舒适度。

Description

一种车载的道路偏离碰撞预警系统
技术领域
本发明涉及汽车辅助驾驶领域，特别涉及一种车载的道路偏离碰撞预警系统。
背景技术
车道偏离预警系统是一种通过报警的方式辅助驾驶员减少汽车因车道偏离而发生交通事故的系统。车道偏离预警系统由图像处理芯片、控制器、传感器等组成。据交通部统计，约有50%的汽车交通事故是因为汽车偏离正常的行驶车道引起的，究其主要原因主要是驾驶员心神烦乱、注意力不集中或驾驶疲劳。23%的汽车驾驶员一个月内至少在转向盘上睡着一次；66%的卡车驾驶员自己在驾驶过程中打瞌睡；28%的卡车驾驶员在一个月内有在转向盘上睡着的经历。如此惊人的比例足以证明防止车道偏离的重要意义。
目前，车道偏离预警系统主要由HUD抬头显示器、摄像头、控制器以及传感器组成，当车道偏离系统开启时，摄像头（一般安置在车身侧面或后视镜位置）会时刻采集行驶车道的标识线，通过图像处理获得汽车在当前车道中的位置参数，当检测到汽车偏离车道时，传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态，之后由控制器发出警报信号，整个过程大约在0.5秒完成，为驾驶者提供更多的反应时间。而如果驾驶者打开转向灯，正常进行变线行驶，那么车道偏离预警系统不会做出任何提示。各厂商所配备的车道偏离预警系统均基于视觉（摄像头）方式采集数据的基础上研发，但它们在雨雪天气或能见度不高的路面时，采集车道标识线的准确度会下降。也有厂商采取红外测距技术解决上述问题。然而无论是红外技术还是视觉识别技术，普遍存在的问题是极大地增加了汽车的非动力系统功耗，预警阈值设置过于简单，容易出现误触发的情况。
电容式接近传感器在工业应用中被广泛采用，如计算产品输送、阀门位置的检测、判断物体是否存在等。近年来，电容式近接感应器的应用已经进入了其他领域，如汽车（无钥匙进入）和消费品（自动背光控制）。电容式接近感应不仅可以检测物体的存在与否，而且因为物体接近对于电容感应是一种连续的模拟量变化过程，因此这种技术也可以用于一定范围内的距离检测。因为元器件结构简单，配合微控制器，完全可以实现低功耗的目标。
2012年3月，国际电工技术委员会 (International ElectrotechnicalCommission)将EnOcean无线通信标准采纳为国际标准“ISO/IEC 14543-3-10”，这也是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准。与该领域的其他技术相比，EnOcean技术的特点是无需电池。例如，50～60层的高层大厦的管理系统有时会使用4000-6000个传感器单元。如果各传感器单元使用以电池为驱动的技术，电池的更换和管理将成为巨大的负担，令大厦管理公司无所适从。对Zigbee等技术我们很了解，类似技术的缺点就是必须以额外电池供电。EnOcean技术能够保证在照明关闭5天的情况下仍然可以工作。EnOcean技术是作为非常简单的标准设计的。我们的无线信号所需的电力是ZigBee的1/30～1/100。
多传感器信息融合是用于包含处于不同位置的多个或者多种传感器的信息处理技术。随着传感器应用技术、数据处理技术、计算机软硬件技术和工业化控制技术的发展成熟，多传感器信息融合技术已形成一门热门新兴学科和技术。我国对多传感器信息融合技术的研究已经在工程上已应用于信息的定位和识别等。而且随着科学的进步，多传感器信息融合技术会成为一门智能化、精细化数据信息图像等综合处理和研究的专门技术。
因此，将电容感应技术，EnOcean短距离无线通信技术，多传感器信息融合技术应用于汽车的道路偏离碰撞预警，具有极高的应用价值。
发明内容
为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供一种车载的道路偏离碰撞预警系统。
本发明提供一种车载的道路偏离碰撞预警系统，主要包括嵌入车本体的各个装置：车身侧面的电容式接近感应距离传感模组，车前后身的超声波距离传感模组，车轮角度传感器模组，车轮转速传感器模组，固化于电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法；还包括两条CAN总线架构，以及依赖于所述两条CAN总线通信的人机交互接口，动力系统控制器，转向机构驱动器，制动机构驱动器；所述的人机接口还通过串口分别连接车载声响装置驱动与车载LCD驱动；所述的制动机构驱动器通过有线方式连接制动机构，所述的转向机构驱动器通过有线方式连接转向机构。
所述的车身侧面的电容式接近感应距离传感模组，包括嵌入车身的左右两侧各9组电容接近感应距离传感模组；所述的每一组电容接近感应距离传感模组，包括感应电容，片上可编程系统芯片，EnOcean短距离无线通信模组；所述的每一路感应电容连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。
所述的车前后身的超声波距离传感模组，包括嵌入车前面板的2路超声波测距传感器，嵌入车后面板的2路超声波测距传感器，片上可编程系统芯片，EnOcean短距离无线通信模组；所述的每一路超声波测距传感器连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。
所述的车前后身的车轮角度传感模组，包括附着于车轮的4路车轮角度传感器，片上可编程系统芯片，EnOcean短距离无线通信模组；所述的每一路车轮角度传感器连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。
所述的车前后身的车轮转速传感模组，包括附着于车轮的4路车轮转速传感器，片上可编程系统芯片，EnOcean短距离无线通信模组；所述的每一路车轮转速传感器连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。
所述的终端控制模组，包括位于车内的终端FPGA控制器，FRAM存储器，EnOcean短距离无线通信模组，BLE短距离无线通信模组；所述终端FPGA控制器连接所述EnOcean短距离无线通信模组，同时连接BLE短距离无线通信模组，还连接FRAM存储器。
所述的电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法，固化于所述的每一组所述的电容接近感应距离传感模组中所述的片上可编程系统芯片内；所述的电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法，包括在每一次采样获取数据后，依次使用的权重可调的6-均值滤波，5-中值滤波算法，一阶有限冲击响应滤波算法。
附图说明
图1是本发明系统拓扑图。
图2是本发明应用场合示意图。
图3是本发明装配位置示意图。
图4是本发明电容式接近感应距离传感模组结构示意图。
图5是本发明车前后身的超声波距离传感模组结构示意图。
图6是本发明车轮角度传感器模组结构示意图。
图7是本发明车轮转速传感器模组结构示意图。
图8是本发明终端控制模组结构示意图。
图9是本发明中电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例与附图来具体说明本发明。
为更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供一种车载的道路偏离碰撞预警系统。
本发明提供一种车载的道路偏离碰撞预警系统，包括嵌入车本体的各个装置，装配位置如图3所示：车身侧面的电容式接近感应距离传感模组如图1图3所示(010)，车前后身的超声波距离传感模组如图1图3所示(020)，车轮角度传感器模组如图1图3所示(030)，车轮转速传感器模组如图1图3所示(040)，终端控制模组如图1图3所示(050)，还包括固化于电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法如图9所示；还包括两条CAN总线架构如图1所示(140)(150)，以及依赖于所述两条CAN总线通信的人机交互接口如图1所示(070)，动力系统控制器如图1所示(080)，转向机构驱动器如图1所示(100)，制动机构驱动器如图1所示(120)；所述的人机接口还通过串口分别连接车载声响装置驱动如图1所示(091)(092)与车载LCD驱动如图1所示(093)(094)；所述的制动机构驱动器通过有线方式连接制动机构如图1所示(130)，所述的转向机构驱动器通过有线方式连接转向机构如图1所示(110)。
在将系统装配至车辆上后，当汽车在道路上行驶时，必然遇到道路弯曲的情况，如图2所示，在弯曲道路前进时，车辆前向距障碍物距离，车辆两侧距障碍物的距离均会发生改变，本系统可较为准确探测相关改变，尽可能早地通过预警告知驾驶员，从而提醒并辅助驾驶员及时做出正确决策。具体的，在系统运行时，所述的各传感模组将数据发送至所述的终端控制模组，所述的终端控制模组将预警信息通过BLE发送至移动终端或通过CAN总线传输给所述人机交互接口和动力系统控制器；所述的人机交互接口根据获取的预警信息驱动预警动作机构如图1所示(090)动作，所述的动力系统控制器根据获取的预警信息，通过动力系统CAN总线分别驱动所述的转向机构和制动机构，在必要时做出响应，或根据人机交互接口获取的人机交互信号，控制转向机构和制动机构动作。
所述的车身侧面的电容式接近感应距离传感模组如图4所示，包括嵌入车身的左右两侧各9组电容接近感应距离传感模组；所述的每一组电容接近感应距离传感模组，包括感应电容如图4所示(011)，片上可编程系统芯片如图4所示(012)，EnOcean短距离无线通信模组如图4所示(013)；所述的每一路感应电容连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。在车辆行驶过程中，两侧的各9组传感器可以独立地实时探测汽车两侧障碍物距离汽车的精确位置变化，从而预知弯道区域路向的实时变化；与现有技术相比，基于电容接近感应技术的距离探测，成本更低，可利用车辆本身结构，减少额外器件的成本，易于实现，并且功耗更低，有助于降低能源消耗；与现有技术相比，EnOcean短距离无线通信技术无需额外的电池供电，可进一步降低功耗。
所述的车前后身的超声波距离传感模组如图5所示，包括嵌入车前面板的2路超声波测距传感器，嵌入车后面板的2路超声波测距传感器，片上可编程系统芯片，EnOcean短距离无线通信模组；所述的每一路超声波测距传感器如图5所示(021)连接1颗所述的片上可编程系统芯片如图5所示(022)，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组如图5所示(023)。与汽车侧身的电容感应传感器相比，超声波距离传感器可探测的距离更远，考虑实际情况，车辆在前后方向的移动速度更大，因此有必要使用探测距离更远的超声波传感技术，避免因探测距离不够造成的危害；与现有技术相比，EnOcean短距离无线通信技术无需额外的电池供电，可进一步降低功耗。
所述的车前后身的车轮角度传感模组如图6所示，包括附着于车轮的4路车轮角度传感器如图6所示(031)，片上可编程系统芯片如图6所示(032)，EnOcean短距离无线通信模组如图6所示(033)；所述的每一路车轮角度传感器连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。与无车轮角度传感器的应用相比，车轮角度传感器的应用，可以用于探测车轮角度，及时获知车辆运行状态，提高预警的准确度；与现有技术相比，EnOcean短距离无线通信技术无需额外的电池供电，可进一步降低功耗
所述的车前后身的车轮转速传感模组如图7所示，包括附着于车轮的4路车轮转速传感器如图7所示(041)，片上可编程系统芯片如图7所示(042)，EnOcean短距离无线通信模组如图7所示(043)；所述的每一路车轮转速传感器连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。与现有的位移车速传感器技术相比，车轮转速传感器对车辆测速的探测更加精确，也便于和所述的车辆角度传感器结合，降低应用成本；与现有技术相比，EnOcean短距离无线通信技术无需额外的电池供电，可进一步降低功耗。
所述的终端控制模组如图8所示，包括位于车内的终端FPGA控制器如图8所示(051)，FRAM存储器如图8所示(052)，EnOcean短距离无线通信模组如图8所示(053)，BLE短距离无线通信模组如图8所示(054)；所述的终端FPGA控制器连接所述的EnOcean短距离无线通信模组，同时连接BLE短距离无线通信模组，还连接FRAM存储器。与现有技术相比，FRAM存储器具有掉电时可保存数据，功耗低，而运行时读写速度又比普通的闪存存储器快的优点，不仅能提高系统的鲁棒性，也能提高系统的响应速度。EnOcean与BLE两种通信技术的结合，可以使得系统同时收发数据，接收来自于各传感模组数据的同时，可以将数据无间断的传输至拥有BLE的其他任何终端，增加了系统的可扩展性。
所述的电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法如图9所示，固化于所述的每一组所述的电容接近感应距离传感模组中所述的片上可编程系统芯片内；所述的电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法，包括在每一次采样获取数据后，依次使用的权重可调的6-均值滤波，5-中值滤波算法，一阶有限冲击响应滤波算法。6-均值滤波可以有效消除系统基底高频白噪声，5-中值滤波算法有利于消除频率固定的噪声，一阶有限冲击响应滤波算法，有助于解决突发的脉冲噪声；与现有技术相比，引入权重可调的三种滤波器，可以使得系统的应用范围更广，适用于不同环境的路况。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：优化了用户对汽车的操控体验，使得汽车在不同环境条件下行驶时稳定性更高，进而提高了汽车使用的安全性与舒适度。

Claims (7)

1.本发明提供一种车载的道路偏离碰撞预警系统，主要包括嵌入车本体的各个装置：车身侧面的电容式接近感应距离传感模组，车前后身的超声波距离传感模组，车轮角度传感器模组，车轮转速传感器模组，固化于电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法；还包括两条CAN总线架构，以及依赖于所述两条CAN总线通信的人机交互接口，动力系统控制器，转向机构驱动器，制动机构驱动器；所述的人机接口还通过串口分别连接车载声响装置驱动与车载LCD驱动；所述的制动机构驱动器通过有线方式连接制动机构，所述的转向机构驱动器通过有线方式连接转向机构。
2.所述的车身侧面的电容式接近感应距离传感模组，包括嵌入车身的左右两侧各9组电容接近感应距离传感模组；所述的每一组电容接近感应距离传感模组，包括感应电容，片上可编程系统芯片，EnOcean短距离无线通信模组；所述的每一路感应电容连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。
3.所述的车前后身的超声波距离传感模组，包括嵌入车前面板的2路超声波测距传感器，嵌入车后面板的2路超声波测距传感器，片上可编程系统芯片，EnOcean短距离无线通信模组；所述的每一路超声波测距传感器连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。
4.所述的车前后身的车轮角度传感模组，包括附着于车轮的4路车轮角度传感器，片上可编程系统芯片，EnOcean短距离无线通信模组；所述的每一路车轮角度传感器连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。
5.所述的车前后身的车轮转速传感模组，包括附着于车轮的4路车轮转速传感器，片上可编程系统芯片，EnOcean短距离无线通信模组；所述的每一路车轮转速传感器连接1颗所述的片上可编程系统芯片，所述的每一颗片上可编程系统芯片通过串行方式连接一个所述的EnOcean短距离无线通信模组。
6.所述的终端控制模组，包括位于车内的终端FPGA控制器，FRAM存储器，EnOcean短距离无线通信模组，BLE短距离无线通信模组；所述的终端FPGA控制器连接所述的EnOcean短距离无线通信模组，同时连接BLE短距离无线通信模组，还连接FRAM存储器。
7.所述的电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法，固化于所述的每一组所述的电容接近感应距离传感模组中所述的片上可编程系统芯片内；所述的电容式接近感应距离传感模组的信号提取算法，包括在每一次采样获取数据后，依次使用的权重可调（从0至1可调）的6-均值滤波，5-中值滤波算法，一阶有限冲击响应滤波算法。
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