CN108032798B - 一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置及控制方法 - Google Patents

一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置，包括：汽车，以及安装架，安装在所述汽车的前后车身，其伸出长度及角度可调节摄像头，通过所述安装架安装在所述汽车车身；雷达，安装在所述汽车车身；转动传感器，设置在方向盘上，检测所述方向盘的转动角度和方向；控制器，网络连接所述摄像头、雷达、转动传感器，控制所述汽车的转向灯的工作。本装置能够灵活、多角度监测车辆四周的车况。同时，本发明还提供了一种控制转向灯开启及转向灯工作时间的控制方法，能够实时控制，做出及时准确的预判，控制转向灯的工作。

Description

一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置及控制方法
技术领域
本发明涉及交通安全领域，尤其涉及一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置及控制方法。
背景技术
目前，部分司机在高速公路行驶并超车时，经常忘记提前开启转向灯，或者是较晚地开启转向灯，向附近车辆发出超车提示，这有一定的安全隐患，会造成后车没法及时调整方向和车速，而容易带来追尾、撞车等一些列的交通事故，严重时会造成人员伤亡，后果不堪设想。而在车辆要超车时，忘记提前开启转向灯，给予其他车辆以指示，是不符合相关道路交通法规对行车安全的要求，为了有效避免这种情况，因此，设计出能够在汽车超车时自动开启转向灯的装置及控制方法，显得尤为重要。
发明内容
本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种高速公路超车时自动工作的转向灯的控制方法，能够根据具体的车况做出及时准确的预判，控制转向灯工作。
本发明另一目的是提供一种可以灵活、多角度监测的一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置。
本发明提供的技术方案为：一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置，其特征在于，包括
汽车，以及
安装架，安装在所述汽车的前后车身，其伸出长度及角度可调节
摄像头，通过所述安装架安装在所述汽车车身；
雷达，安装在所述汽车车身；
转动传感器，设置在方向盘上，检测所述方向盘的转动角度和方向；
控制器，网络连接所述摄像头、雷达、转动传感器，控制所述汽车的转向灯的工作。
优选的是，所述安装架包括：
支撑座，固设在汽车的车身，所述支撑座中间设有圆孔；
凹槽，设置在所述圆孔的侧壁；
伸缩杆，穿过所述圆孔；
长条凸起，沿所述伸缩杆轴向设置在其外壁上，所述长条凸起与所述凹槽配合滑动；
旋转杆，可旋转套设在所述伸缩杆另一端；
支撑杆，垂直固设于所述旋转杆上，用于固定所述摄像头，所述支撑杆的长度可以调节。
优选的是，还包括：
滚动轴承，设置在所述伸缩杆上段外壁，所述旋转杆可旋转套设在所述滚动轴承内。
优选的是，还包括
电机，输出轴分别连接所述支撑杆和所述旋转杆，控制其转动。
优选的是，还包括
所述控制器控制电机的工作，调节摄像头的位置。
一种高速公路超车时自动工作的转向灯控制方法，其特征在于，
步骤一，摄像头和雷达测得与前车相对车速V，距离L，方向传感器测得方向盘转动角度α，在汽车行驶中，采用模糊控制的方法对车轮进行预转向预测，将前车与本车的相对距离、相对速度以及转向灯工作时间T转换为模糊论域中的量化等级；
步骤二，控制台根据接收到的信息判断开启相应转向灯，具体依据如下：
当V≥20km/h，L≥40m，α≥10时，开启右转向灯；
当V≥20km/h，L≥40m，α≤-10时，开启左转向灯；
步骤三，将所述相对距离以及相对速度输入模糊控制模型，所述相对距离分为7个等级，所述相对速度分为7个等级；
模糊控制模型输出为转向灯工作时间，将所述转向灯工作时间T分为7个等级。
优选的是，
所述相对距离模糊论域为{0，5}，其量化因子为20；所述相对速度的模糊论域为{0，2}，其量化因子为20；所述转向灯工作时间模糊论域为{0，10}，其量化因子为20；
输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
优选的是，还包括模糊PID控制器：
输入前车相对本车的相对距离、相对速度、方向盘转动角度的偏差、偏差变化率，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数输入PID控制器进行转向灯工作时间误差补偿控制。
优选的是，
所述相对本车的相对距离、相对速度的偏差e的模糊论域为[-1,1]，量化因子为20；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-3,3]，量化因子为1；
所述输出PID的比例系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.0001；
所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；
所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
优选的是，当手动开启转向灯时，所述转向灯工作时间为：
Figure BDA0001505209950000031
其中，T为转向灯工作时间。
本发明所述的有益效果：1)提供了一种可以检测汽车周围车况的装置，多角度旋转调节，测试更加灵活、准确；2)通过模糊控制，对车况信息模拟控制，作出准确的转向判断，及时开启转向灯；3)根据具体车况，有效控制转向灯开启及工作时间，使车辆保持安全、健康地运行。
附图说明
图1为本发明的一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置的摄像头安装装置的整体示意图。
图2为本发明的一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置的摄像头部分分解图。
图3为本发明的一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置的摄像头的支撑座的结构示意图。
图4为本发明的一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置的摄像头的伸缩杆的结构示意图。
图5为本发明的一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置的摄像头的伸缩杆和旋转杆连接处结构示意图。
图6为本发明的一种高速公路超车时自动工作的转向灯装置的摄像头的支撑杆结构示意图。
图7是本发明所述的模糊控制器的输入相对车速V的隶属度函数图。
图8是本发明所述的模糊控制器的输入相对距离L的隶属度函数图。
图9是本发明所述的模糊控制器的转向灯工作时间T的隶属度函数图。
图10是本发明所述的模糊PID控制器的输入偏差e的隶属度函数图。
图11是本发明所述的模糊PID控制器的输入偏差变化率ec的隶属度函数图。
图12是本发明所述的模糊PID控制器的输出比例系数Kp的隶属度函数图。
图13是本发明所述的模糊PID控制器的输出比例积分系数Ki的隶属度函数图。
图14是本发明所述的模糊PID控制器的输出微分系数Kd的隶属度函数图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-6所示，本实用新型的一种汽车摄像头的安装装置包括圆盘安装座2，其通过螺栓230安装固定在汽车车身。安装座2中心设有圆孔210，伸缩杆1穿过圆孔210设置，一端位于车身内，连接电机7的输出轴，伸缩杆1可以在电机7的控制作用下来回伸缩。伸缩杆1的另一段杆外安装有一个滚动轴承4，旋转杆3套设在伸缩杆1的外壁，可转动地位于轴承4内。旋转杆3上端固连有支撑杆5，支撑杆5垂直于旋转杆3设置。支撑杆5的另一端可以固定摄像头0或者雷达。
如图3所示，安装座2的中心圆孔210的侧壁上设有一个矩形凹槽220。如图4所示，伸缩杆1的外壁上沿其轴线方向设有一个长条凸起110，该凸起与矩形凹槽220相配合，可在凹槽220里上下滑动，同时还能限制伸缩杆1的位置，在伸缩调节长度时不会转动。
如图5所示，伸缩杆1上端套设有滚动轴承4，外径略大于伸缩杆1的旋转杆3套设在伸缩杆1上端，且与滚动轴承4配合，旋转杆3可以相对伸缩杆1转动来进行360度的角度调节。
如图6所示，支撑杆5包括外筒310，其固定在旋转杆3上，拉杆320套设在外筒310内，可旋进旋出地调节支撑杆的长度。如图1所示，加固杆6两端分别固连在旋转杆3和外筒上，加强固定装置稳定性。
在使用过程中，可以通过调节伸缩杆1的长度来调节高度，通过旋转滚动轴承4带动旋转杆3来调节方向，调节支撑杆5的长度，进一步调节其伸出车身的距离。如此，多方位，多角度地调节，能够使摄像头0根据车况更方便地调节其方位，拍摄到更准确的信息，以方便作出准确的判断。同时，安装摄像头0的位置也可以安装雷达，摄像头及雷达共同作用，测试汽车周围的车况，车距及相对车速。
一种高速公路超车时自动工作的转向灯控制方法，其特征在于，
步骤一，雷达测得与前车相对车速V，距离L，方向传感器测得方向盘转动角度α，在汽车行驶中，采用模糊控制的方法对车轮进行预转向预测，将前车与本车的相对距离、相对速度、本车方向盘转动角度以及转向灯工作时间T转换为模糊论域中的量化等级；
步骤二，控制台根据接收到的信息判断开启相应转向灯，具体依据如下：
当V≥20km/h，L≥40m，α≥10时，开启右转向灯；
当V≥20km/h，L≥40m，α≤-10时，开启左转向灯；
步骤三，将所述相对距离以及相对速度输入模糊控制模型，所述相对距离分为7个等级，所述相对速度分为7个等级；
模糊控制模型输出为转向灯工作时间，将所述转向灯工作时间T分为7个等级。
本实施例中的控制器包括模糊控制器和模糊PID控制器，控制方法如图6所示，包括以下步骤：
步骤1：将本车与前车相对车速V，相对距离L，转向灯的工作时间T进行模糊处理；在无控时，相对距离模糊论域为{0，5}，其量化因子为20；所述相对速度的模糊论域为{0，2}，其量化因子为20；所述转向灯工作时间模糊论域为{0，10}，其量化因子为20；为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，相对车速V和相对距离L分为7个等级，转向灯工作时间T分为7个等级，输入和输出的模糊集均为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。其中，所述模糊控制器的控制规则为：
相对车速V一定，相对距离L越大，则需要增大转向灯的工作时间T；
相对距离L一定，相对车速V越大，则需要减小转向灯的工作时间T；
模糊控制的具体控制规则详见表一。
表一 转向灯工作时间的模糊控制表
Figure BDA0001505209950000061
步骤2：模糊PID控制器
将第i个所述相对车速V和相对距离L的偏差e、偏差变化率ec、输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数进行模糊处理，在无控时，偏差e的模糊论域为[-1,1]，量化因子为20；偏差变化率ec的模糊论域为[-3,3]，量化因子为1；PID的比例系数Kp的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；比例积分系数Ki的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；微分系数Kd的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.0001。为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，所述模糊控制器中偏差e、偏差变化率ec分为7个等级；输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；输入和输出的模糊集均为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函数，详见图7-14。其模糊控制规则为：
1、当偏差|e|较大时，增大Kp的取值，从而使偏差快速减小，但同时产生了较大的偏差变化率，应取较小的Kd，通常取Ki＝0；
2、当|ec|和|e|取值处于中等时，为避免超调，适当减小Kp的取值，使Ki较小，选择适当大小的Kd；
3、当偏差|e|较小时，增大KpKi的取值，为避免出现在系统稳态值附近震荡的不稳定现象，通常使当ec较大时，取较小的Kd；当|ec|较小时，取较大的Kd；具体的模糊控制规则详见表二、三和四。
表二PID的比例系数Kp的模糊控制表
Figure BDA0001505209950000071
表三PID的比例积分系数Ki的模糊控制表
Figure BDA0001505209950000081
表四PID的微分系数Kd的模糊控制表
Figure BDA0001505209950000082
输入第i个相对车速V和相对距离L的偏差e、偏差变化率ec，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数用高度法进行解模糊化，输入PID控制器进行转向灯工作时间T误差补偿控制，其控制算式为：
Figure BDA0001505209950000083
经实验反复确定，模糊PID控制器对转向灯工作时间T进行精确控制，转向灯工作时间T为模糊控制器的输出转速和PID控制器的转速误差补偿值的加和，使转向灯工作时间得以精确控制，使其偏差小于0.1％。
当手动开启转向灯时，所述转向灯工作时间为：
Figure BDA0001505209950000091
其中，T为转向灯工作时间
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种高速公路超车时自动工作的转向灯控制方法，其特征在于，
步骤一，摄像头和雷达测得与前车相对车速V，相对距离L，方向传感器测得方向盘转动角度α，在汽车行驶中，采用模糊控制的方法对车轮进行预转向预测，将前车与本车的相对车速V，相对距离L以及转向灯工作时间T转换为模糊论域中的量化等级；
步骤二，控制台根据接收到的信息判断开启相应转向灯，具体依据如下：
当V≥20km/h，L≥40m，α≥10时，开启右转向灯；
当V≥20km/h，L≥40m，α≤-10时，开启左转向灯；
步骤三，将所述相对距离以及相对速度输入模糊控制模型，所述相对距离分为7个等级，所述相对速度分为7个等级；
模糊控制模型输出为转向灯工作时间T，将所述转向灯工作时间分为7个等级；
所述相对距离模糊论域为{0，5}，其量化因子为20；所述相对速度的模糊论域为{0，2}，其量化因子为20；所述转向灯工作时间模糊论域为{0，10}，其量化因子为20；
输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；
还包括模糊PID控制器：
输入前车相对本车的相对距离、相对速度、方向盘转动角度的偏差、偏差变化率，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数输入PID控制器进行转向灯工作时间误差补偿控制；
所述相对本车的相对距离、相对速度的偏差e的模糊论域为[-1,1]，量化因子为20；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-3,3]，量化因子为1；
所述输出PID的比例系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.0001；
所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；
所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；
当手动开启转向灯时，所述转向灯工作时间为：
Figure FDA0004221118630000021
其中，T为转向灯工作时间。
2.根据权利要求1所述的高速公路超车时自动工作的转向灯控制方法，其特征在于，包括：
汽车，以及
安装架，安装在所述汽车的前后车身，其伸出长度及角度可调节
摄像头，通过所述安装架安装在所述汽车车身；
雷达，安装在所述汽车车身；
转动传感器，设置在方向盘上，检测所述方向盘的转动角度和方向；
控制器，网络连接所述摄像头、雷达、转动传感器，控制所述汽车的转向灯的工作。
3.根据权利要求2所述的高速公路超车时自动工作的转向灯控制方法，其特征在于，所述安装架包括：
支撑座，固设在汽车的车身，所述支撑座中间设有圆孔；
凹槽，设置在所述圆孔的侧壁；
伸缩杆，穿过所述圆孔；
长条凸起，沿所述伸缩杆轴向设置在其外壁上，所述长条凸起与所述凹槽配合滑动；
旋转杆，可旋转套设在所述伸缩杆另一端；
支撑杆，垂直固设于所述旋转杆上，用于固定所述摄像头，所述支撑杆的长度可以调节。
4.根据权利要求3所述的高速公路超车时自动工作的转向灯控制方法，其特征在于，还包括：
滚动轴承，设置在所述伸缩杆上段外壁，所述旋转杆可旋转套设在所述滚动轴承内。
5.根据权利要求3所述的高速公路超车时自动工作的转向灯控制方法，其特征在于，还包括
电机，输出轴分别连接所述支撑杆和所述旋转杆，控制其转动。
6.根据权利要求5所述的高速公路超车时自动工作的转向灯控制方法，其特征在于，还包括
所述控制器控制电机的工作，调节摄像头的位置。
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