CN108845327A - 一种大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，在大货车视野盲区安装超声波测距模块，区别检测不同盲区范围内障碍物的存在，有障碍物时，检测模块将信息传送给控制器，控制器处理后传送给车身显示屏、警示灯和语音提示模块，对货车驾驶员和货车周围的人或车及障碍物进行预警提醒；考虑超声波不经过障碍物而直接窜绕到接收头所产生的较大的测量误差以及多辆货车同向或对向造成的超声波相互干扰问题，采用不同频率超声波测距模块，并在接收端采用滤波算法滤除不同于发射频率的声波，然后根据声学多普勒效应采用频差法计算障碍物距离；同一个检测范围内有两个或多个模块共同检测到同一障碍物时，以超声波模块检测的最近距离为准。

Description

一种大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统

技术领域

本发明涉及一种大货车视野盲区障碍物检测及提醒系统，以实现对驾驶员以及货车周围人或车的便利提醒，从而保证大货车和其它车辆的安全行驶。

背景技术

驾驶员在行车过程中有80％的交通信息都是通过视觉获得，良好的驾驶视野是保证行车安全的必要条件。对于小汽车而言，由于自身体积小，移动灵活，其视野盲区较小，再加上车身体积小，驾驶员更能全面观察车身周围的情况，但对于大货车而言，由于自身体积庞大，一直存在着它的视觉“缺陷”，即视野盲区。视野盲区是引发交通事故的重要原因之一，准确检测大货车在行驶过程中及停车时视野盲区内的障碍物是减少交通事故的重要途径。因此，研究分析大货车的视野盲区，对减少交通事故具有重要的意义。

目前，已有专家学者对视野盲区进行研究。文献“论大货车盲区监测的可行性和必要性([J].中国公共安全,2017(11):92-97.)”对大货车盲区监测的可行性和必要性进行了分析，并提出解决视野盲区的理论方法，但没有提出具体方案；“汽车视野盲区分析及解决方案[J].林业机械与木工设备,2017,45(9):44-46.”对视野盲区进行了分析并提出用全息投影系统来进行解决，但全息投影系统实施起来价格昂贵，普及困难；“浅谈重型载货汽车视野盲区解决方法[J].酒钢科技,2016(1):44-49.”对重型载货汽车的视野盲区进行区别划分，提出增设两套摄像头的方法来进行解决，但一直查看摄像监控画面需要转移驾驶员的注意力；“基于超声波传感器的汽车盲区检测系统研究[J].自动化技术与应用,2017,36(3):110-112.”进行了基于超声波传感器的小汽车盲区监测系统研究，但没有针对大货车的特点提供解决大货车视野盲区的方案；“汽车行车盲区实时监测系统的设计[J].电脑知识与技术,2013(5):1196-1197.”解决了货车转弯时的视野盲区问题，但并没有对大货车的所有盲区进行分析。

现有技术文献针对货车的视野盲区已有划分，可以明确货车的视野盲区的方位。视野盲区是指驾驶员位于正常驾驶位置时，其视线被车体遮挡而不能直接观察到的区域。针对视野盲区范围进行障碍物检测，将障碍物的方位实时告知驾驶员，就能够减少交通事故的发生。货车的视野盲区有车头盲区、前轮盲区、车尾盲区、后视镜盲区、A柱盲区以及内轮差盲区等。盲区分布如图1所示。A柱盲区：前挡风玻璃两侧的斜柱叫A柱，A柱遮挡的视野以外的区域，就叫做A柱盲区；内轮差盲区：车辆拐弯时，前内轮转弯半径与后内轮转弯半径之差，形成盲区。盲区的划分有以上几大类，具体的盲区范围是根据车辆自身尺寸等确定的，不同车型有不同盲区范围，因此计算盲区范围的过程中，应该对不同车型的车辆进行区别计算。通过对大货车的视野盲区进行分析，可知大货车的视野盲区比小汽车的视野盲区更大，因此在借鉴小汽车视野盲区解决方案的基础上，还要进行不断的改进和完善。

现有的解决视野盲区的方案对于小汽车而言已经趋于成熟，但对于大货车而言过于单一，没有形成一个整体的方案，或者解决方案操作复杂，价格昂贵，普及困难。

发明内容

本发明针对现有技术不足，针对大货车的视野盲区特点，利用超声波传感技术和嵌入式技术设计出一种大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统。

使用超声波测距模块，对大货车的视野盲区进行区别检测，然后将各个模块结合起来实现对货车驾驶员及货车视野盲区内人或车的便利提醒。

本发明所采用的技术方案：

一种大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，在大货车视野盲区安装超声波测距模块，采用嵌入式系统对超声波测距信号进行处理，针对大货车的视野盲区，区别检测不同盲区范围内障碍物的存在，当检测范围内无障碍物时，持续检测；有障碍物时，超声波测距模块将信息传送给控制器，控制器将收到的信息进行处理，然后将处理后的信息传送给车身设置的显示屏、警示灯和语音提示模块，对货车驾驶员和货车周围的人或车及货车周围视野盲区范围内的障碍物进行预警提醒；考虑超声波不经过障碍物而直接窜绕到接收头所产生的较大的测量误差，以及多辆货车同向或对向造成的超声波相互干扰问题，在大货车左、右两侧采用不同频率超声波测距模块，并设置滤波算法，在接收端用滤波器滤除不同于发射频率的声波，然后采用频差法根据声学的多普勒效应计算障碍物距离；同一个检测范围内，两个或多个模块共同检测到同一障碍物时，以超声波模块检测的最近距离为准。

本发明的有益效果：

1、本发明大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，利用超声波检测设备和嵌入式技术，实现了对货车视野盲区障碍物的准确检测，并通过在大货车车身设置显示屏和警示灯，实现了对货车驾驶员以及货车周围人或车的便利提醒。通过制作实物模型进行技术验证，结果表明本设计方案可行，达到了预期目的，有助于保证大货车的安全行驶。

2、本发明大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，相当于间接增大了驾驶员的视野，能对进入大货车不同盲区内的行人和机动车提供危险预警功能，可避免大货车与障碍物相撞，最大限度的降低大货车视野盲区内的危险。系统具有语音提示功能，无须过多占用驾驶员的视觉资源，使驾驶员可以把更多注意力用于观察车前及车旁的路况。

3、本发明大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，结构简单，设计合理；系统设备成本较低，容易实现；具有很好的推广使用价值，可保证大货车行驶更加安全。利用货车电源直接供电，系统不间断的检测货车周围的车辆及行人情况，在检测到大货车视野盲区内有障碍物时及时对驾驶员以及周围人或车进行预警提醒。

附图说明

图1-1、图1-2是盲区分布示意图；

图2是超声波发射电路图；

图3是温度与声速关系图；

图4是控制机电路图；

图5是系统工作流程图；

图6是检测系统安装及设计效果图；

图7是车头盲区示意图；

图8是货车视野盲区；

图9是系统完全开启时的检测范围；

图10是系统完全开启时的检测效果；

图11是内轮差盲区范围；

图12是内轮差盲区检测范围；

图13是内轮差盲区检测效果图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本发明大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，在大货车视野盲区安装超声波测距模块，采用嵌入式系统对超声波测距信号进行处理，针对大货车的视野盲区，区别检测不同盲区范围内障碍物的存在，当检测范围内无障碍物时，持续检测；有障碍物时，超声波测距模块将信息传送给控制器，控制器将收到的信息进行处理，然后将处理后的信息传送给车身设置的显示屏、警示灯和语音提示模块，对货车驾驶员和货车周围的人或车及货车周围视野盲区范围内的障碍物进行预警提醒；考虑超声波不经过障碍物而直接窜绕到接收头所产生的较大的测量误差，以及多辆货车同向或对向造成的超声波相互干扰问题，在大货车左、右两侧采用不同频率超声波测距模块，在接收端设置滤波器，采用滤波算法滤除不同于发射频率的声波，然后根据声学多普勒效应采用频差法计算障碍物距离；并且，同一个检测范围内有两个或多个模块共同检测到同一障碍物时，以超声波模块检测的最近距离为准。

大货车的视野盲区比小汽车的视野盲区更大，因此在借鉴小汽车视野盲区解决方案的基础上，还要进行不断的改进和完善。本发明分析了大货车视野盲区的特点，利用超声波技术对大货车的视野盲区进行区别检测，然后将各个模块结合起来实现对货车驾驶员及货车视野盲区内人或车的便利提醒。

视野盲区是指驾驶员位于正常驾驶位置时，其视线被车体遮挡而不能直接观察到的区域。针对视野盲区范围进行障碍物检测，将障碍物的方位实时告知驾驶员，就能够减少交通事故的发生。货车的视野盲区有车头盲区、前轮盲区、车尾盲区、后视镜盲区、A柱盲区以及内轮差盲区等。盲区分布如图1-1(直行)、图1-2(转弯)所示。

A柱盲区：前挡风玻璃两侧的斜柱叫A柱，A柱遮挡的视野以外的区域，就叫做A柱盲区；内轮差盲区：车辆拐弯时，前内轮转弯半径与后内轮转弯半径之差，形成盲区。

盲区的划分有以上几大类，具体的盲区范围是根据车辆自身尺寸等确定的，不同车型有不同盲区范围，因此计算盲区范围的过程中，应该对不同车型的车辆进行区别计算。

超声波测距模块提供非接触式距离感测功能；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路三部分，超声波测距原理是由超声波发射装置发出超声波，根据接收器接收到超声波时的时间差并通过模块内部的基础运算得到与障碍物的距离。超声波发射电路图如图2所示。

超声波测距模块测距精度高，性能稳定，适合用于避障物体测距等高精度作业；不同超声波模块探测的距离、角度也不同，可以根据实际需要自主选择合适模块进行安装。

嵌入式系统是执行专用功能并被内部计算机控制的设备或者系统。多数嵌入式系统是由单个程序实现整个控制逻辑。模型所用AT89S51用于控制整个电路，AT89S51电路图如图4所示。AT89S51是一种微控制器。AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。根据本系统实际情况，使用AT89S51完全可满足需求。

检测系统针对大货车的视野盲区，能够区别检测不同盲区范围内障碍物的存在，当检测范围内无障碍物时，持续检测；有障碍物时，检测模块将信息传送给控制机，控制机将收到的信息进行处理，然后将处理后的信息传送给显示屏和警示灯，从而实现对货车驾驶员及货车周围视野盲区范围内的障碍物进行提醒。方案系统工作流程图如图5所示。

实施例2

参见图2，本实施例的大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，与实施例1的不同之处在于：根据不同车型确定其视野盲区范围，将检测系统安装在货车对应位置，并在驾驶室内以及车身设置警示灯，通过下述方案实现检测系统的整体功能：

(1)货车启动

在车头盲区范围内检测到障碍物时，通过驾驶室内警示灯以闪烁的方式告知驾驶员，通过货车车身设置警示灯以闪烁的方式告知小汽车以及行人；

在A柱盲区检测到小汽车时，通过驾驶室内警示灯以闪烁的方式告知货车驾驶员；

在车尾盲区检测到障碍物时，通过车身尾部警示灯以闪烁的方式提示车后障碍物，通过驾驶室内警示灯以闪烁的方式提示货车驾驶员，并通过驾驶室内显示屏直接显示告知货车驾驶员，能详细告知其准确距离；

(2)货车转向：在转向的同时，对应后视镜盲区检测到障碍物时，通过驾驶室内警示灯以闪烁的方式告知货车驾驶员，通过车身警示灯以闪烁的方式告知障碍物，同样在车身警示灯处会设置语音提醒来提示障碍物；

(3)货车熄火：货车熄火后，停止供电，关闭系统，停止检测。

如图6所示，根据不同车型确定其视野盲区范围，将检测系统安装在货车对应位置后，就会实现检测系统的一个整体功能。图中右侧椭圆区域为驾驶室内局部放大效果。

设计方案介绍如下：

(1)货车直行或者停车

在A、B点检测到障碍物时，通过灯1以闪烁的方式告知驾驶员，通过灯9以闪烁的方式告知小汽车，通过灯10以闪烁的方式告知行人；

在C(D)点检测到小汽车时，通过灯3(5)以闪烁的方式告知货车驾驶员；

在F、G点检测到障碍物时，通过灯11以闪烁的方式提示车后障碍物，通过灯8以闪烁的方式提示货车驾驶员，并通过显示屏2直接显示告知货车驾驶员，能详细告知其准确距离。

(2)货车左转

在E点检测到障碍物时，通过灯7以闪烁的方式告知货车驾驶员，通过灯9以闪烁的方式告知障碍物，同样在9处会设置语音提醒来提示障碍物。

(3)货车熄火

货车熄火后，停止供电，关闭系统，停止检测。

货车右侧提示方式同理，其中E(H)只有在大货车进行左(右)转时才会启动。

系统使用货车电源供电，货车启动后系统不间断检测货车周围的车辆及行人情况，实现对货车周围障碍物的实时检测，对货车驾驶员以及货车周围人或车进行实时提醒。若货车驾驶员在保证一侧安全的情况下安全停车，如右侧靠墙停车，驾驶员可关闭检测系统在右侧的电源，避免安全停车时系统一直提示。

实施例3

参见图1，本实施例的大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，与实施例1的不同之处在于：不同车型盲区范围不同，根据车型确定盲区范围，盲区范围计算方法如下：

(1)车头盲区：理想状态下，驾驶室座位距离地面的高度约为H，驾驶人员上半身高度为L，驾驶室座位与前挡风玻璃距离为M，设人眼位置为A点，驾驶室座位在地面的投影点为B点，前挡风玻璃下沿前端为a点，A、a延长线到地面的直线交点为C点，人眼与地面的夹角为θ，座椅靠背垂直于地面，车头盲区长度为S，

由上述分析可知，公式：

由初始数据及公式可知：

当驾驶员将驾驶座椅向前靠拢时，车头盲区逐步缩减；

(2)前轮盲区：原理和车头盲区一样，相当于M值变化，此时θ角度、S值相应变化；左、右前轮盲区根据车头数据计算公式进行计算；

(3)车尾盲区：盲区范围无定值，取3m；

(4)后视镜盲区：盲区范围无定值，根据道路规范，取3m；

(5)A、B柱盲区：车辆A柱宽度一般为8cm左右，左侧盲区夹角15°、右侧盲区11°；

(6)内轮差盲区：由《城市道路设计规范》(CJJ37-90)，半径15～20m之间的弯道拐弯时前后轮迹差为3.5m。

以陕汽重卡德龙F2000(以下简称德龙F2000)为例，确定盲区范围。德龙F2000基本数据如下表所示。

表1德龙F2000车辆基础数据

(1)车头盲区：以德龙F2000为例，理想状态下，驾驶室座位距离地面的高度约为H＝1.7m，驾驶人员上半身高度L＝0.8m，驾驶室座位与前挡风玻璃距离M＝1m，由此绘出车头盲区示意图如图7所示。由图可知，公式：

由初始数据及公式可知：

当驾驶员将驾驶座椅向前靠拢时，车头盲区逐步缩减。

(2)前轮盲区：原理和车头盲区一样，相当于M值变化，此时θ角度、S值相应变化。右前轮盲区根据车头数据计算取3.53m；左前轮盲区根据数据计算取1.76m。

(3)车尾盲区：盲区范围无定值，此处取3m。

(4)后视镜盲区：盲区范围无定值，根据道路规范，此处取3m。

(5)AB柱盲区：车辆A柱宽度一般为8cm左右，左侧盲区夹角15°、右侧盲区11°。

(6)内轮差盲区：由《城市道路设计规范》(CJJ37-90)表明，半径15～20m之间的弯道拐弯时前后轮迹差为3.5m。

由上述分析，得到选定车型的视野盲区范围，如图8和图11所示；系统完全开启时，可得到的检测范围如图9和图12所示。

从对比的图10和图13可以看出，本系统对德龙F2000的盲区范围内的障碍物能够准确检测，效果可行。虽盲区范围未完全覆盖，但A柱盲区、后视镜盲区和车尾盲区属于无限范围，更远距离内的障碍物对于货车驾驶员来说没有意义，在此不做研究。

本发明大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，考虑到环境温度对超声波传递速度的影响，通过设计超声波接收处理电路以及温度补偿的方法予以处理。

下表2为温度与声速对应表，通过对表1的观察不难发现，温度与声速之间存在着较为明显的线性关系。

表2温度与声速对应表

对以上数据采用一元线性回归分析进行拟合，如图3所示，得到温度补偿函数，温度的测量精度直接影响了速度，也间接影响距离测量的精度，所以温度测量在超声测距系统中显得格外关键。本系统采用基于DS18B20的温度测量系统对超声波测距信号进行温度补偿。

下段程序为滤波法的部分程序

软件滤波采用了限幅平均滤波法，每次采样到的新数据先进行限幅处理，再送入队列进行递推平均滤波处理。限幅平均滤波法融合了“限幅滤波法”和“递推平均滤波法”。对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

本发明超声波模块组成的视野盲区障碍物智能检测及提醒系统，检测大货车视野盲区内的障碍物，相当于间接增大了驾驶员的视野，可避免大货车与障碍物相撞。系统具有语音提示功能，无须过多占用驾驶员的视觉资源，使驾驶员可以把更多注意力用于观察车前及车旁的路况，能对进入大货车不同盲区内的行人和机动车提供危险预警功能，最大限度的降低大货车视野盲区内的危险，系统设备成本较低，精度高，操作简单，易实现，推广范围广，可保证大货车行驶更加安全。为了验证本设计方案的可行性，设计小组进行了实物模型制作。实物模型演示表明，设计方案达到了预期效果，本设计方案可行，能实现对大货车视野盲区内障碍物的检测和对驾驶员以及周围人或车的智能提醒。

Claims (4)

1.一种大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，在大货车视野盲区安装超声波测距模块，采用嵌入式系统对超声波测距信号进行处理，针对大货车的视野盲区，区别检测不同盲区范围内障碍物的存在，当检测范围内无障碍物时，持续检测；有障碍物时，超声波测距模块将信息传送给控制器，控制器将收到的信息进行处理，然后将处理后的信息传送给车身设置的显示屏、警示灯和语音提示模块，对货车驾驶员和货车周围的人或车及货车周围视野盲区范围内的障碍物进行预警提醒；其特征在于：考虑超声波不经过障碍物而直接窜绕到接收头所产生的较大的测量误差，以及多辆货车同向或对向造成的超声波相互干扰问题，在大货车左、右两侧采用不同频率超声波测距模块，在接收端采用滤波器，使用滤波算法滤除不同于发射频率的声波，然后根据声学多普勒效应采用频差法计算障碍物距离；并且，同一个检测范围内有两个或多个模块共同检测到同一障碍物时，以超声波模块检测的最近距离为准。

2.根据权利要求1所述的大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，其特征在于：根据不同车型确定其视野盲区范围，将检测系统安装在货车对应位置，并在驾驶室内以及车身设置警示灯，通过下述方案实现检测系统的整体功能：

（1）货车启动

在车头盲区范围内检测到障碍物时，通过驾驶室内警示灯以闪烁的方式告知驾驶员，通过货车车身设置警示灯以闪烁的方式告知小汽车以及行人；

在A柱盲区检测到小汽车时，通过驾驶室内警示灯以闪烁的方式告知货车驾驶员；

在车尾盲区检测到障碍物时，通过车身尾部警示灯以闪烁的方式提示车后障碍物，通过驾驶室内警示灯以闪烁的方式提示货车驾驶员，并通过驾驶室内显示屏直接显示告知货车驾驶员，能详细告知其准确距离；

（2）货车转向

在转向的同时，对应后视镜盲区检测到障碍物时，通过驾驶室内警示灯以闪烁的方式告知货车驾驶员，通过车身警示灯以闪烁的方式告知障碍物，同样在车身警示灯处会设置语音提醒来提示障碍物；

（3）货车熄火

货车熄火后，停止供电，关闭系统，停止检测。

3.根据权利要求2所述的大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，其特征在于：不同车型盲区范围不同，根据车型确定盲区范围，盲区范围计算方法如下：

（1）车头盲区：理想状态下，驾驶室座位距离地面的高度约为H，驾驶人员上半身高度为L，驾驶室座位与前挡风玻璃距离为M，设人眼位置为A点，驾驶室座位在地面的投影点为B点，前挡风玻璃下沿前端为a点，A、a点延长线到地面的直线交点为C点，人眼与地面的夹角为θ，座椅靠背垂直于地面，车头盲区长度为S，

由上述分析可知，公式：

由初始数据及公式可知：

当驾驶员将驾驶座椅向前靠拢时，车头盲区逐步缩减；

（2）前轮盲区：原理和车头盲区一样，相当于M值变化，此时θ角度、S值相应变化；左、右前轮盲区根据车头数据计算公式进行计算；

（3）车尾盲区：盲区范围无定值，取3m；

（4）后视镜盲区：盲区范围无定值，根据道路规范，取3m；

（5）A、B柱盲区：车辆A柱宽度一般为8cm左右，左侧盲区夹角15°、右侧盲区11°；

（6）内轮差盲区：由《城市道路设计规范》（CJJ37-90），半径15～20m之间的弯道拐弯时前后轮迹差为3.5m。

4.根据权利要求1、2或3所述的大货车视野盲区障碍物的智能检测及提醒系统，其特征在于：考虑到环境温度对超声波传递速度的影响，通过设计超声波接收处理电路以及温度补偿的方法予以处理，由于温度与声速之间存在着较为明显的线性关系，采用一元线性回归分析进行拟合，得到温度补偿函数，对超声波测距信号进行温度补偿。