CN111645605A - 红外随动装置及其控制方法、控制系统、驾驶系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种红外随动装置及其控制方法、控制系统、驾驶系统及车辆，该装置包括：角度传感器，用于感应方向盘转动角度；随动控制模块，输入端与角度传感器的信号输出端连接，用于根据方向盘转动角度与红外设备摆动角度之间预设的映射关系获得红外设备摆动角度，并根据红外设备的摆动角度生成驱动指令；驱动部件，控制端与随动控制模块的信号输出端连接，用于根据驱动指令驱动红外设备转动；红外设备，在驱动部件的动作下随方向盘转动而摆动；固定基座，用于承载；旋转基座，与固定基座转动连接，在驱动部件驱动下带动红外设备相对于固定基座旋转。用于解决现有技术中安全性不高等问题，通过红外设备随方向盘转动提高安全性。

Description

红外随动装置及其控制方法、控制系统、驾驶系统及车辆

技术领域

本发明涉及红外驾驶技术领域，具体是一种红外随动装置及其控制方法、控制系统、驾驶系统及车辆。

背景技术

随着汽车工业的快速进步与发展，红外设备也越来越多的出现在辅助驾驶领域。现有辅助驾驶设备中，红外热像仪常用于驾驶员状态安全监视和车外全景视野的提供等。一般设计中，红外热像仪固定在车辆前方，由于红外热像仪水平视场角有限，当车辆转弯时，不能对转弯方向路况进行显示，大大降低了驾驶安全性。

发明内容

本发明提供一种红外随动装置及其控制方法、控制系统、驾驶系统及车辆，用于克服现有技术中转弯时安全性能不高等缺陷，通过随动装置调整红外设备随车辆方向盘转动而摆动，实现对转弯方向路况的实时显示，从而提高驾驶安全性。

为实现上述目的，本发明提供一种红外随动装置，包括：

角度传感器，安装在方向盘转轴上，用于感应方向盘转动角度；

随动控制模块，输入端与角度传感器的信号输出端连接，用于根据方向盘转动角度与红外设备摆动角度之间预设的映射关系获得红外设备摆动角度，并根据红外设备的摆动角度生成驱动指令；

驱动部件，控制端与随动控制模块的信号输出端连接，用于根据驱动指令驱动红外设备转动；

红外设备，固定在旋转基座上，并在驱动部件的动作下随方向盘的转动而实时摆动；

固定基座，用于安装在车体上，用于承载驱动部件、随动控制模块及驱动部件；

所述旋转基座，与所述固定基座转动连接，与驱动部件传动连接，在驱动部件驱动下带动所述红外设备相对于固定基座旋转。

为实现上述目的，本发明还提供一种红外随动控制方法，包括：

步骤1，驱动直流电机带动旋转基座转动，直到收到设置在旋转基座上位于中间对中位置的霍尔传感器与定位磁块之间的感应信号，获得直流电机编码器位置S0，完成对中；

步骤2，驱动直流电机带动旋转基座转动，直到收到设置在旋转基座上位于中间对中位置两侧的左右摆动限值位置的霍尔传感器的感应信号，获得在左右摆动限值∮位置直流电机编码器位置±S1，根据对中位置直流电机编码器位置S0获得红外设备每摆动1°所需电机直流编码器位置的真实移动量为：

︱S1-S0︱/∮,其中∮为左右摆动的最大角度，S0、S1为数值；±为以对中为起点，电机正转驱动旋转基座向右摆动为+，电机反转驱动旋转基座向左摆动-；

步骤3，根据时刻t1角度传感器反馈的方向盘转动角度及映射表获得的车辆向右转动目标值A；结合传动比r、前一时刻直流电机编码器位置S0获得驱动直流电机编码器位置转动至f(A，r，S0)；

步骤4，根据时刻t1采集的直流电机编码器位置结合步骤3获得红外设备摆动角度的真实值︱f(A，r，S0)-S0︱/∮；

步骤5，判断真实值︱f(A，r，S0)-S0︱/∮与目标值A之间的误差是否大于阈值，在大于阈值时，将误差转换为电机编码器位置：

f(A，r，S0)-S0-A︱S1-S0︱/∮输入PID控制模块，驱动直流电机转动至电机编码器位置S0+A︱S1-S0︱/∮后停止；

在上述误差小于或等于阈值时，控制电机停止转动。

为实现上述目的，本发明还提供一种红外随动控制系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有红外随动控制程序，所述处理器在运行所述红外随动程序时执行上述方法的步骤。

为实现上述目的，本发明还提供一种驾驶系统，包括上述的红外随动装置，所述红外随动装置的随动控制模块包括上述的红外随动控制系统。

为实现上述目的，本发明还提供一种车辆，包括上述的驾驶系统，所述驾驶系统的红外随动装置的固定基座安装在车体上并位于挡风玻璃外，所述角度传感器安装在方向盘主轴上。

本发明提供的红外随动装置及其控制方法、控制系统、驾驶系统及车辆，使用红外设备例如红外热像仪作为辅助驾驶手段，能够对车辆前方的场景成像，在夜间驾驶时可辅助驾驶员对道路、行人及障碍物等进行识别，在转弯时自动调整视角，增加了红外热像仪的水平视场角，同时提高了特种车辆夜间驾驶的安全性和隐蔽性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供红外随动装置的工作原理框图；

图2为本发明实施例一提供红外随动装置的主视图；

图3为图2中过中心线的纵截面视图；

图4为图2中红外随动装置去掉外壳的内部结构示意图；

图5为霍尔传感器的阵列图；

图6为本发明实施例二提供的红外随动装置控制方法流程图；

图7为实施例二中方向盘位置角度解算流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

如图1～5所示，本发明提供一种红外随动装置，包括：

角度传感器，安装在方向盘转轴上，用于感应方向盘转动角度；

随动控制模块1，输入端与角度传感器的信号输出端连接，用于根据方向盘转动角度与红外设备摆动角度之间预设的映射关系获得红外设备摆动角度，并根据红外设备的摆动角度生成驱动指令；

这里的方向盘转动角度与红外设备摆动角度之间预设的映射关系具体根据车辆的方向盘转动的角度与车辆实际转过的角度设置，在本方案下面的实施例中为20:1，在其他实施例中可根据实际状况进行设置，设置好之后就按照这个比例根据获得的方向盘的转动角度换算红外设备的摆动角度。

驱动部件，控制端与随动控制模块1的信号输出端连接，用于根据驱动指令驱动红外设备转动；本方案中驱动部件包括直流电机5和减速传动机构3；直流电机5输出轴安装有编码器6，便于通过编码器6控制转速；在本发明其他实施例中，也可以采用步进电机。

红外设备4，与驱动部件的输出端传动连接，并在驱动部件的动作下随方向盘的转动而实时摆动；本方案中采用红外热像仪，还可以采用红外摄像头等红外成像设备；固定在旋转基座8上；

固定基座7，安装在车体上，用于承载驱动部件、随动控制模块1及驱动部件；

旋转基座8，与所述固定基座7转动连接，与驱动部件传动连接，在驱动部件驱动下带动红外设备4相对于固定基座7旋转。

随动控制模块1可采用PLC或单片机，通过控制输出PWM脉冲信号占空比控制直流电机5的转速。

优选地，参见图1，还包括电机编码器6，所述驱动部件包括直流电电机；

所述电机编码器6安装在所述直流电机5输出轴上，用于感应直流电机5输出轴的转速；电机编码器6的信号输出端与所述随动控制模块1的输入端连接，用于将直流电机5输出轴的转速传输给所述随动控制模块1；随动控制模块1用于根据直流电机5输出轴转速判断红外设备的位置，并结合红外设备的摆动角度以及传动比等参数生成驱动指令。这里的驱动指令可以是脉冲信号，也可以是电平信号，经PID控制模块转换后生成脉冲控制信号输出给直流电机5.

优选地，参见图3，所述驱动部件还包括：减速传动机构3，所述直流电机5输出轴与减速传动机构3的输入轴传动连接；所述减速传动机构3的输出轴与固定基座7固定连接，所述直流电机5安装在旋转基座8上。在本发明一实施例中，减速传动机构3包括主动轴、传动安装在主动轴上的主动齿轮、从动轴以及传动安装在从动轴上的从动齿轮，其中从动齿轮直径较大，从动轴固定在固定基座7上，主动齿轮直径较小，并与从动齿轮外啮合，直流电机立置在从动轴上方并与从动轴传动连接，由于固定基座7静止，由此直流电机5带动主动齿轮在主动齿轮外围转动，红外热像仪随方向盘摆动的角度通常在左右30°左右，这种结构一方面能够实现旋转基座8的转动要求，另一方面由于需要安装在车体驾驶室外挡风玻璃前方，不能遮挡驾驶员视线，因此对占用空间要求很高，上述要求能满足该要求。

优选地，为了对直流电机5位置进行校准，并在极限位置对直流电机进行保护，还包括定位磁块(图未示)和霍尔传感器阵列2，包括第一霍尔传感器2-1、第二霍尔传感器2-2、第三霍尔传感器2-3、第四霍尔传感器2-4、第五霍尔传感器2-5；

定位磁块安装在车体上并位于所述固定基座7正前方；

霍尔传感器阵列2包括五个霍尔传感器，呈线形阵列状安装在旋转基座上靠近所述定位磁块的一侧，用于通过第三霍尔传感器2-3对定位磁块的感应获得旋转基座相对于固定基座转动至零基准、通过第二霍尔传感器2-2、第四霍尔传感器2-4对定位磁块的感应获得旋转基座相对于固定基座转动至左、右摆动限值及通过第一霍尔传感器2-1、第五霍尔传感器2-5对定位磁块的感应获得旋转基座相对于固定基座转动至左、右摆动保护限值。

优选地，所述随动控制模块1还包括PID控制单元，用于根据电机输出轴转速判断红外设备的当前位置，控制向直流电机输入端输入的PWM信号占空比使得红外设备摆动至预定角度。

为了对装置进行包括，还包括外壳9，上述部件均设置在外壳9内部；所述红外热像仪安装在相机支架上，相机支架安装在旋转基座8上，红外热像仪视频输出直接与车辆内部显控设备连接，用于将红外视频显示在显控设备屏幕上；见图1，驾驶员通过显控设备屏幕能实时观测转弯过程中视角范围内路况，相对于现有技术大大提高了安全性；所述方向盘角度传感器固定在方向盘轴上，用于检测车辆方向盘的转动角度，并将方向盘转动角度信息通过CAN总线传输至随动控制模块1进行分析处理；所述霍尔传感器阵列2安装于旋转基座8上，旋转基座7上位于车辆正方向安装一块磁钢，用于红外辅助驾驶装置上电时零位校准与限位保护，霍尔传感器阵列2示意图如图5所示，其中第二霍尔传感器2-2与第四霍尔传感器2-4的角度相差60度，角度为工作范围；左右极限位置的第一霍尔传感器2-1与第五霍尔传感器2-5的角度相差90度，用于限位保护；所述电机安装于旋转基座8上，电机减速机旋转部分固定在旋转基座7上，旋转基座7固定于车体上，由于相对运动旋转基座8为旋转部件，用于红外装置的随动；所述电机编码器6安装在直流电机5上，用于将电机运动位置信息反馈到随动控制模块1，进行电机位置控制；所述随动控制模块1安装于旋转基座2上，用于采集传感器信息，控制信号，电机位置反馈信号等，并能依据控制策略驱动电机。

实施例二

如图6所示，在实施例一的基础上，本发明提供一种红外随动控制方法，包括：

步骤1，驱动直流电机带动旋转基座转动，直到收到设置在旋转基座上位于中间对中位置的霍尔传感器与定位磁块之间的感应信号，获得直流电机编码器位置S0，完成对中；

设备上电后，随动控制模块1首先对旋转基座1进行初始化位置校准，驱动电机旋转将中间位置的第三霍尔传感器2-3对准磁钢位置，即将旋转基座8对准车辆正方向。

步骤2，驱动直流电机带动旋转基座转动，直到收到设置在旋转基座上位于中间对中位置两侧的左右摆动限值位置的霍尔传感器的感应信号，获得在左右摆动限值∮位置直流电机编码器位置±S1，根据对中位置直流电机编码器位置S0获得红外设备每摆动1°所需电机直流编码器位置的真实移动量为：

︱S1-S0︱/∮,∮为红外设备或旋转基座左、右摆动的最大角度，S0、S1为数值；±为以对中为起点，电机正转驱动旋转基座向右摆动为+，电机反转驱动旋转基座向左摆动-；

设备初始化完成后，随动控制模块1对通过电机编码器6对电机位置进行采集，以车辆正方向为基准，计算左右偏移角度值作为红外辅助驾驶装置的位置真实值；

步骤3，根据时刻t1角度传感器反馈的方向盘转动角度及映射表获得的车辆向右转动目标值A；结合传动比r、前一时刻直流电机编码器位置S0获得驱动直流电机编码器位置转动至f(A，r，S0)；

方向盘角度传感器通过CAN总线向随动控制模块1反馈方向盘的实际转动角度，角度解算流程图如图7所示，方向盘每转20度，红外辅助驾驶装置旋转1度，最大旋转角度为±30度，此时的角度值作为红外辅助驾驶装置的位置目标值；

步骤4，根据时刻t1采集的直流电机编码器位置结合步骤3计算获得红外设备摆动角度的真实值︱f(A，r，S0)-S0︱/∮；

步骤5，判断真实值︱f(A，r，S0)-S0︱/∮与目标值A之间的误差是否大于阈值，在大于阈值时，将误差转换为电机编码器位置：

f(A，r，S0)-S0-A︱S1-S0︱/∮输入PID控制模块，驱动直流电机转动至电机编码器位置S0+A︱S1-S0︱/∮后停止；将位置误差作为电机位置PID控制的输入，位置PID的输出控制电机驱动的占空比；

在上述误差小于或等于阈值时，控制电机停止转动。

还包括以下步骤：

步骤6，在接收到位于对中位置两侧的左摆动保护限值或右摆动保护限值位置的霍尔传感器的感应信号时，则判断为故障状态，电机停止转动。

为防止编码器损坏等故障对装置造成损坏，若旋转基座1运行至左右两侧极限位置，即左/右极限位置霍尔传感器感应到磁钢时，则判断为故障状态，此时系统为故障保护，关闭电机驱动使能。

优选地，步骤3中方向盘位置角度的解算具体参见图7，方向盘的转动以车轮与车体正对的方向为基准，采样器设定采样频率，例如在10赫兹，0.1秒方向盘旋转角度是否小于600°，如果小于600°，则认为是正常行为，按照设定的比例20:1计算红外热像仪的旋转角度，例如方向盘转动400°，则红外热像仪旋转20°，如果0.1秒内方向盘旋转角度大于600°，则红外热像仪直接旋转最大角度左或右30°。

本发明的优点在于，红外辅助驾驶装置由红外热像仪、方向盘角度传感器、霍尔阵列、电机、电机编码器、随动控制模块组成。通过对方向盘转动角度的采集换算出红外辅助装置需要的转动角度，通过电机编码器的位置反馈，进行PID位置控制，电机带动旋转基座旋转，增加了红外热像仪的水平视场，实现红外热像仪对车辆即将转弯方向道路情况的实时显示，增加了行车的安全性，同时满足特种车辆夜间隐蔽驾驶的需求。

实施例三

基于上述实施例二，本发明还提供一种红外随动控制系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有红外随动控制程序，所述处理器在运行所述红外随动程序时执行实施例二所述方法的步骤。

实施例四

基于上述实施例一、三，本发明还提供一种驾驶系统，包括任意实施例一所述的红外随动装置，所述红外随动装置的随动控制模块包括任意实施例三红外随动控制系统。

实施例五

基于上述实施例四，本发明还提供一种车辆，包括任意实施例四所述的驾驶系统；所述固定基座安装在车体上并位于挡风玻璃外，所述角度传感器安装在方向盘主轴上。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种红外随动装置，其特征在于，包括：

角度传感器，安装在方向盘转轴上，用于感应方向盘转动角度；

随动控制模块，输入端与角度传感器的信号输出端连接，用于根据方向盘转动角度与红外设备摆动角度之间预设的映射关系获得红外设备摆动角度，并根据红外设备的摆动角度生成驱动指令；

驱动部件，控制端与随动控制模块的信号输出端连接，用于根据驱动指令驱动红外设备转动；

红外设备，固定在旋转基座上，并在驱动部件的动作下随方向盘的转动而实时摆动；

固定基座，用于安装在车体上，用于承载驱动部件、随动控制模块及驱动部件；

所述旋转基座，与所述固定基座转动连接，与驱动部件传动连接，在驱动部件驱动下带动所述红外设备相对于固定基座旋转。

2.如权利要求1所述的红外随动装置，其特征在于，还包括电机编码器，所述驱动部件包括直流电电机；

所述电机编码器安装在所述直流电机上，用于感应直流电机输出轴的转速；电机编码器的信号输出端与所述随动控制模块的输入端连接，用于将直流电机输出轴的转速传输给所述随动控制模块；

随动控制模块用于根据直流电机输出轴转速判断红外设备的位置，并结合红外设备的摆动角度生成驱动指令。

3.如权利要求2所述的红外随动装置，其特征在于，所述驱动部件还包括：减速传动机构；所述直流电机输出轴与减速传动机构的输入轴传动连接；所述减速传动机构的输出轴与固定基座固定连接；所述直流电机安装在旋转基座上。

4.如权利要求1所述的红外随动装置，其特征在于，还包括：

定位磁块，安装在车体上并位于所述固定基座正前方；

霍尔传感器阵列，包括五个霍尔传感器，呈线形阵列状安装在旋转基座上靠近所述定位磁块的一侧，用于通过霍尔传感器对定位磁块的感应获得旋转基座相对于固定基座转动至零基准、左右摆动限值及左右摆动保护限值。

5.如权利要求2～4任一项所述的红外随动装置，其特征在于，所述随动控制模块还包括PID控制单元，用于根据电机输出轴转速判断红外设备的当前位置，控制向直流电机输入端输入的PWM信号占空比使得红外设备摆动至预定角度。

6.一种红外随动控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，驱动直流电机带动旋转基座转动，直到收到设置在旋转基座上位于中间对中位置的霍尔传感器与定位磁块之间的感应信号，获得直流电机编码器位置S0，完成对中；

步骤2，驱动直流电机带动旋转基座转动，直到收到设置在旋转基座上位于中间对中位置两侧的左右摆动限值位置的霍尔传感器的感应信号，获得在左右摆动限值∮位置直流电机编码器位置±S1，根据对中位置直流电机编码器位置S0获得红外设备每摆动1°所需电机直流编码器位置的真实移动量为：

︱S1-S0︱/∮,其中∮为左右摆动的最大角度，S0、S1为数值；±为以对中为起点，电机正转驱动旋转基座向右摆动为+，电机反转驱动旋转基座向左摆动-；

步骤3，根据时刻t1角度传感器反馈的方向盘转动角度及映射表获得的车辆向右转动目标值A；结合传动比r、前一时刻直流电机编码器位置S0获得驱动直流电机编码器位置转动至f(A，r，S0)；

步骤4，根据时刻t1采集的直流电机编码器位置结合步骤3获得红外设备摆动角度的真实值︱f(A，r，S0)-S0︱/∮；

步骤5，判断真实值︱f(A，r，S0)-S0︱/∮与目标值A之间的误差是否大于阈值，在大于阈值时，将误差转换为电机编码器位置：

f(A，r，S0)-S0-A︱S1-S0︱/∮输入PID控制模块，驱动直流电机转动至电机编码器位置S0+A︱S1-S0︱/∮后停止；

在上述误差小于或等于阈值时，控制电机停止转动。

7.如权利要求6所述的红外随动控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤6，在接收到位于对中位置两侧的左摆动保护限值位置或右摆动保护限值位置的霍尔传感器的感应信号时，则判断为故障状态，关闭电机驱动使能。

8.一种红外随动控制系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有红外随动控制程序，所述处理器在运行所述红外随动程序时执行所述权利要求6或7所述方法的步骤。

9.一种驾驶系统，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的红外随动装置，所述红外随动装置的随动控制模块包括如权利要求8所述的红外随动控制系统。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的驾驶系统；所述驾驶系统的红外随动装置的固定基座安装在车体上并位于挡风玻璃外，所述角度传感器安装在方向盘主轴上。

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