CN108831192A - 汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，包括：步进电机；外壳，其包括多层容纳腔；主动齿轮轴，其同时垂直穿过所述容纳腔且与所述外壳相对转动连接，并且所述主动齿轮轴与所述步进电机的动力输出轴固定连接；多个主动齿轮，其分别对应设置在所述容纳腔中，并且套接固定在所述主动齿轮轴上，与所述主动齿轮轴同步转动；多个从动齿轮，其分别对应设置在所述容纳腔中，且与所述主动齿轮啮合传动连接；多个激光发射器，其分别对应固定安装在所述从动齿轮上；其中，所述多个主动齿轮参数相同，所述多个从动齿轮由下至上齿数依次递减。本发明还公开了汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统的控制方法。

Description

汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统及其控制 方法

技术领域

本发明涉及防碰撞驾驶辅助系统，具体涉及汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统及其控制方法。

背景技术

全世界每年大约有124万人死于交通事故，2000万-5000万人经受由于交通事故而造成的非致命性伤害。在交通事故中，碰撞是交通事故的主要表现形式。

在无红绿灯路口和有视觉盲区处，直行车辆、转弯车辆与行人或侧方车辆经常发生碰撞。

在我国，车辆防碰撞和车辆预警方面有着广大的发展前景，但目前还没有一辆能够普遍适用且低成本的技术来达到这些目的。经查阅文献，目前国内外对车辆防碰撞和车辆预警的研究部分如下：(1)在中国专利“一种行车预警装置及具有该装置的车辆”中的预警装置的激光发射器排列在一条线上，使其在地面形成一条警示线，通过将控制器与车辆时速表连接，使得车辆在不同的车速开启不同数量的激光发射器，从而达到不同直线长度的警示线，以实现在不同直行车速下提供给对方车辆或行人适宜的预警判断时间；(2)“奔驰第三代LED大灯DIGITAL LIGHT技术”中LED灯在智能传感器的协助下会提前探知到车辆侧前方的行人或人行道，并将单独控制的的LED照射到侧前方用以提醒驾驶员注意前方。

而且在现有技术中，传统的转向灯投射距离较近，在存在较大障碍物的交通路口处，由于视野盲区、不容易被人发现。

发明内容

本发明设计开发了汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，本发明的发明目的之一是能够根据车轮偏转角控制步进电机转动，进而带动激光发射器实时偏转。

本发明的发明目的之二是利用齿轮不同的传动比使不同的激光发射器投射不同角度的激光进而预测汽车行驶轨迹，避免盲区内的车辆行人发生碰撞事故，提高行车安全。

本发明设计开发了汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统的控制方法，本发明的发明目的是能够根据车轮偏转角控制步进电机转动，进而带动激光发射器实时偏转，对发射激光角度进行控制，预测汽车行驶轨迹。

本发明提供的技术方案为：

汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，包括：

步进电机；

外壳，其包括多层容纳腔；

主动齿轮轴，其同时垂直穿过所述容纳腔且与所述外壳相对转动连接，并且所述主动齿轮轴与所述步进电机的动力输出轴固定连接；

多个主动齿轮，其分别对应设置在所述容纳腔中，并且套接固定在所述主动齿轮轴上，与所述主动齿轮轴同步转动；

多个从动齿轮，其分别对应设置在所述容纳腔中，且与所述主动齿轮啮合传动连接；

多个激光发射器，其分别对应固定安装在所述从动齿轮上；

其中，所述多个主动齿轮参数相同，所述多个从动齿轮由下至上齿数依次递减。

优选的是，还包括：

多个激光发射器底座，其固定在所述从动齿轮上，所述激光发射器分别固定安装在所述激光发射器底座上。

优选的是，还包括：

方向盘转角传感器，其用于监测所述方向盘转角；

单片机，其同时电联所述方向盘转角传感器和所述步进电机。

优选的是，还包括：

车载电源，其包括12V电源模块和5V电源模块；

其中，所述12V电源模块与所述方向盘传感器连接，所述5V电源模块与所述单片机连接。

优选的是，所述单片机为STC89C52单片机。

优选的是，所述步进电机为MB450A步进电机。

优选的是，所述投射系统设置两组，分别与所述汽车的左侧和右侧的前转向轮连接；以及

所述外壳内设置8层容纳腔，并且在每层内分别安装所述主动齿轮、所述从动齿轮和所述激光发射器。

汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统的控制方法，使用所述的投射系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采集方向盘转角信号θ_f并通过如下公式计算转向车轮偏转角度θ_L：

θ_L＝θ_f÷i_ω；

式中，i_ω为转向系统的角传动比；

步骤二、根据所述转向车轮偏转角度θ_L通过如下公式计算单片机的脉冲信号，进而对所述步进电机进行控制；

f＝θ_L×k；

式中，k为比例系数。

优选的是，i_ω取值范围为10～20。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1.本发明所述的防撞系统采用清晰度高、散射小、不同地面适应性较好的多个激光发射器在汽车前方地面投射出汽车预期行驶轨迹线，此方式可以使其他接近车辆清晰判断本车未来行驶轨迹，该发明可以有效减少本车司机忘开启转向信号灯或在无交通信号灯路口交汇时的可能发生的汽车碰撞事故，大大提高道路交通安全；

2.本发明所述的防撞系统利用方向盘转角传感器估算车轮转动的角度和方向，采用单片机电控精确控制激光发射器转动方向和转角大小，利用不同的齿轮传动比使每个激光发射器转过的角度不同，较为准确模拟车辆预期行驶轨迹。

附图说明

图1本发明所述的机械结构的三维视图。

图2为本发明所述的机械结构的剖视图。

图3为本发明所述的电控系统组成框图。

图4为本发明所述的方向盘转角传感器与STC89C52单片机连接电气原理图。

图5为本发明所述的步进电机驱动器与STC89C52单片机连接电气原理图。

图6为本发明所述的电控单元的程序流程框图。

图7为本发明所述的机械结构的安装位置正面图。

图8为本发明所述的投射效果图。

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。

本发明由机械结构和电子控制系统组成；在特殊路口处，手动触发系统开关(当需要提高自动化程度时，也可改为随开启转向灯一同自动开启本发明所述系统)，通过本发明所述的防撞系统的电控单元实时读取方向盘转角传感器测得的方向盘转动的角度，以此估算车轮转动的角度和方向；电控单元按照计算的车轮转角控制步进电机旋转，进而步进电机带动机械转台的各齿轮和激光发射器旋转，发射器在地上投射出将要行驶的轨迹。

如图1、图2、图7所示，本发明的机械结构包括汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，其安装在进气格栅上，投射系统的主体结构100包括激光发射器110、激光发射器底座120、主动齿轮130、主动齿轮轴140、从动齿轮150、从动齿轮轴160和外壳170；其中，各主动齿轮130参数相同，各从动齿轮150齿数不同；外壳170共分为8层，每一层均设置一个主动齿轮130和从动齿轮150，激光发射器110经由激光发射器底座120固定在从动齿轮150上；此机械结构的主动齿轮130固定在同一主动齿轮轴140上，并由步进电机驱动，主动齿轮130同时与主动齿轮轴140同步转动，主动齿轮130带动从动齿轮150转动，从而带动激光发射器110旋转；为了实现激光发射器110转过不同角度从而发射出若干不同旋转角度的激光线路，进而连接形成一条弧线的目的，从下到上每一层的从动齿轮160的齿数依次递减，由齿轮啮合原理，主从动齿轮齿数与转角的关系为Z₁/Z₂＝a₂/a₁，当主动齿轮转角一定时，从下到上各从动齿轮转角依次变大，进而达到了发射出激光连成一条轨迹的目的；主动齿轮130转角由根据方向盘角度传感调节的步进电机控制，从而可实现根据车辆方向盘转角实时控制发射器投射轨迹的弧度。

如图3所示，在本发明的另一种实施例中，电控系统由主体包括方向盘转角传感器、电控单元、两个步进电机和车载电源组成；电控单元由单片机、电源和两个步进电机驱动器组成；在本实施例中，作为一种优选，单片机STC89C52型单片机为例作为处理器，同类不同型号的其他单片机不认定为与本发明有不同的结构方案，具有与本发明有相同控制程序或实现相同控制功能的所有单片机均为本发明权利保护范围。

如图4所示，方向盘转角传感器VDD接口与电源模块12V相连，方向盘转角传感器GND接口接地，方向盘传感器OUT接口为信号输出接口，与单片机STC89C52的P1^0接口连接。单片机STC89C52的VDD与电源模块5V相连，单片机STC89C52的VSS接口接地。

如图5所示，本发明选择型号为MB450A的步进电机驱动器，单片机P0^0端口与步进电机驱动器步进脉冲信号输入正端PUL+端口电线连接，步进电机驱动器步进脉冲信号输入负端PUL-接地，单片机P0^0端口负责发送脉冲给步进电机驱动器用于控制步进电机转角。单片机P0^1端口与步进电机驱动器步进方向信号输入正端DIR+端口电线连接，步进电机驱动器步进方向信号输入负端DIR-端口接地，单片机P0^1端口负责发送开关量给步进电机驱动器用于控制步进电机的转向。单片机VSS端口接地，单片机供电端口VDD接电源模块的5V电源。步进电机驱动器的DC+接电源模块的24V电源，步进电机驱动器的DC-接地。

如图6所示，本发明还提供了汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统的控制方法，在本实施例中的电控系统的单片机内存储有事先编写的防撞系统的控制程序，其执行步骤如下：

步骤一、判断触发开关是否启动，如果是则启动系统，否则继续判断；

步骤二、启动系统后，单片机读取转角传感器测量的方向盘转角信号θ_f，并依据公式θ_L＝θ_f÷i_ω计算出转向车轮偏转角度θ_L；其中，i_w为转向系统的角传动比，轿车的i_w约为12～20，可根据不同车型选择相应的i_w；

步骤三、单片机依据公式f＝θ_L×k处理信号，并将脉冲f传递给左轮和右轮步进电机驱动器，用以控制左轮和右轮步进电机同时偏转一固定角度；式中，k为比例系数，具体数值可通过实验标定测得。

如图8所示，本发明在使用时，触发系统开关后，通过本发明所述的防撞系统的电控单元实时读取方向盘转角传感器测得的方向盘转动的角度，以此估算车轮转动的角度和方向；电控单元按照计算的车轮转角依据公式f＝θ_L×k处理信号，并将脉冲传递给步进电机驱动器，从而控制步进电机旋转，进而步进电机带动机械转台的各齿轮和激光发射器旋转，由于各从动齿轮的齿数不同，导致每个从动齿轮及与之配对的激光发射器转过的角度也各不相同，发射器在地上投射出两条圆弧线，即车辆的行驶轨迹线。

当激光投射到前方时，使其他车辆司机在观察路口车流情况的同时，能够判断出本车行驶轨迹，从而避免误判轨迹发生的碰撞事故，有效改善交叉路口行车安全。

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 (9)

1.汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，其特征在于，包括：

步进电机；

外壳，其包括多层容纳腔；

主动齿轮轴，其同时垂直穿过所述容纳腔且与所述外壳相对转动连接，并且所述主动齿轮轴与所述步进电机的动力输出轴固定连接；

多个主动齿轮，其分别对应设置在所述容纳腔中，并且套接固定在所述主动齿轮轴上，与所述主动齿轮轴同步转动；

多个从动齿轮，其分别对应设置在所述容纳腔中，且与所述主动齿轮啮合传动连接；

多个激光发射器，其分别对应固定安装在所述从动齿轮上；

其中，所述多个主动齿轮参数相同，所述多个从动齿轮由下至上齿数依次递减。

2.如权利要求1所述的汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，其特征在于，还包括：

多个激光发射器底座，其固定在所述从动齿轮上，所述激光发射器分别固定安装在所述激光发射器底座上。

3.如权利要求1或2所述的汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，其特征在于，还包括：

方向盘转角传感器，其用于监测所述方向盘转角；

单片机，其同时电联所述方向盘转角传感器和所述步进电机。

4.如权利要求3所述的汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，其特征在于，还包括：

车载电源，其包括12V电源模块和5V电源模块；

其中，所述12V电源模块与所述方向盘转角传感器连接，所述5V电源模块与所述单片机连接。

5.如权利要求4所述的汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，其特征在于，所述单片机为STC89C52单片机。

6.如权利要求4所述的汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，其特征在于，所述步进电机为MB450A步进电机。

7.如权利要求1、2、4-6中任一项所述的汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，其特征在于，所述投射系统设置两组，分别与所述汽车的左侧和右侧的前转向轮连接；以及

所述外壳内设置8层容纳腔，并且在每层内分别安装所述主动齿轮、所述从动齿轮和所述激光发射器。

8.汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统的控制方法，使用权利要求1-5中任一项所述的投射系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采集方向盘转角信号θ_f并通过如下公式计算转向车轮偏转角度θ_L：

θ_L＝θ_f÷i_ω；

式中，i_ω为转向系统的角传动比；

步骤二、根据所述转向车轮偏转角度θ_L通过如下公式计算单片机的脉冲信号，进而对所述步进电机进行控制；

f＝θ_L×k；

式中，k为比例系数。

9.如权利要求1所述的汽车交通路口防碰撞行驶轨迹引导线激光投射系统，其特征在于，i_ω取值范围为10～20。