CN112977434A - 一种新型可视化车辆信息协作交流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型可视化车辆信息协作交流系统，包含外壳、底部、上盖、三角板、四个发动机，数据分析模块、超车预警系统、车身周围预警系统、行车道路动态反馈系统、OBD诊断仪、显示卷轴，所述OBD诊断仪获取车辆的各项传感器数据，并将传感器数据汇总至数据分析模块，通过数据分析模块自带的程序对所获取的传感器数据进行判断，依靠不同的反馈预设和相应预加载的警示图像，显示至安装在车辆后挡风玻璃处的显示卷轴，对后车进行警示。本装置能够排除因加装某项传感器而产生的车辆行车安全隐患，即插即用，且适用于市面大部分车辆。且相比于传动警示方式如刹车灯，转向灯，路面提示牌等，拥有更醒目，可视范围更广的优势。

Description

一种新型可视化车辆信息协作交流系统

技术领域

本发明涉及汽车应急设备，具体为一种新型可视化车辆信息协作交流系统。

背景技术

21世纪是一个信息化时代，信息科技的崛起使得传统汽车行业迎来了多次革新，2000年后，传统车辆搭载的单一的机械控制辅助结构正慢慢由电子控制系统所代替，2010年前后，汽车各项辅助系统数量指数级增长，其中以驾驶员辅助系统，行车安全系统和行人保护系统为主要发展方向，纵观整个汽车行业，传统燃油能源汽车的发展主流已不再是针对汽车内燃机的燃效效率进行优化，大排量汽车也逐渐改变为小排量增加涡轮增压或电力混动模式，2012年特斯拉汽车的到来带领起一股纯电汽车的风暴，各国相继推出不同种纯电车辆，可以发现的是，纯电车辆所搭载的行车电脑控制系统是相较于传统汽车极其先进的，这刺激了整体汽车行业对于电子系统的革新，其中最为主要的就是自动驾驶系统。他的出现使得驾驶员辅助系统，行车安全系统和行人保护系统进一步的发展，并在逐渐成为国家标准，并规定出厂车辆必须配备，如ESP,胎压监测等。本系统基于车辆电子控制系统，革新系统只向所搭载的车辆进行反馈的传统信息逻辑，优化反馈内容，将其与其他车辆进行信息交流协作，进一步优化驾驶员在驾驶时的信息获取机制范围与速度，进一步提高行车过程中的安全与行人的保护，进一步增加交管部门对路况信息的获取能力，依靠每辆车所搭载的协作装置，并结合大数据构建出一个完整的，多方位，多层次的车辆信息协作交流平台。

从当前形势来看，国内的道路交通安全问题仍然较为显著，不论是政府层面亦或是公民个人，对于该项问题均有较高的重视程度。在现阶段法律、制度，以及公民安全意识相对比较完善的基础上，如果使用现当代科技手段加以辅助，发明出能从某些特定角度出发的科技产品，能进一步降低事故发生的风险，对于整个社会而言将具有重大的意义。

发明内容

本发明提供了一种新型可视化车辆信息协作交流系统，通过对传感器实时发送的数据进行汇总分析，依靠前期创建不同的反馈预设，产生相应的提醒机制，增强传感器的使用效率，减少不必要的数据浪费。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型可视化车辆信息协作交流系统，包含外壳、底部、上盖、三角板、四个发动机，所述四个发动机采用PID闭环控制，外壳内设有控制系统，包括两块STM32主控芯片，一块为用于实时监测小车的转速信息以及对小车进行转速调整的运动芯片，另一块为用于实时监测障碍物信息以及发出运动调整的信息的检测芯片，运动芯片和检测芯片之间使用串口(USART)进行信息通讯，所述运动芯片，检测AB双相编码器的线路处于最高级中断，四个双相编码器的八根中断线路属于同一抢占优先级、随机分配响应优先级，对于耗时较长的串口，处于下一级抢占优先级，所述检测芯片，在随时接收运动芯片的通讯信息之外，还需要随时检测声纳的回传信息，左右声纳都无检测到障碍物，则继续前进，若右侧检测到障碍物，左侧无，则左平移，直到无障碍物为止；若左侧检测到障碍物则右平移，直到无障碍物为止。当两个声纳都检测到障碍物，则左平移，所述控制系统还包括数据分析模块、超车预警系统、车身周围预警系统、行车道路动态反馈系统、OBD诊断仪、显示卷轴，所述OBD诊断仪获取车辆的各项传感器数据，并将传感器数据汇总至数据分析模块，通过数据分析模块自带的程序对所获取的传感器数据进行判断，依靠简单的警示图像模块，显示至安装在车辆后挡风玻璃处的显示卷轴，对后车进行警示。

进一步，当车辆正常行驶在道路时，实时对车辆的前后雷达系统、盲区辅助系统、毫米波雷达系统、前视觉识别系统、360度环绕影像系统、胎压、动态底盘、动态悬挂、车身横向和纵向加速度进行监测，车道偏离预警系统进行监测，通过初步设定的动态范围进行数据比对。

进一步，所述超车预警系统依靠前后雷达系统，盲区辅助系统，毫米波雷达系统，来对后方车辆速度，车辆动态范围进行识别，判别其是否存在超车意图，与此同时，前方来向车辆的速度，动态范围也会汇入系统，通过对距离、位置、速度的判别来对后方车辆发出是否可以进行超车的预警警示。

进一步，所述车身周围预警系统通过前视觉识别系统，360度环绕影像系统，对前方情况进行视觉分析，与超车系统进行同步协作，分析出周围所产生的突发情况，来对后车进行一个更大，更形象的提示，减少后车驾驶员因观察不明显的道路情况而产生的的注意力分散，进一步提高后车驾驶员的安全及反应时间。

进一步，所述前方情况包括交通信号灯、道路标识、路上行人。

进一步，所述突发情况包括行人横穿马路、道路标识的变化。

进一步，所述行车道路动态反馈系统通过胎压、动态底盘监测、动态悬挂监测、车身横向、纵向加速度监测、车道偏离预警系统进行分析，结合车道偏离预警系统、超车预警系统，来分析路面图像信息、胎压变化范围、底盘动态程度、悬挂高度落差、车身加速度的监测汇总，比对传感器的突发变化范围，汇总出车辆行驶姿态过大变化、道路情况产生的变化，来对后车进行路况警示，与此同时，通过多车的系统协作，分析高频异常路段，结合大数据车流变化，对交管部门进行路况信息汇总，及时更新路况信息，对道路行驶状况进行分析，提高路面驾驶感受，同时也能为突发的交通状况进行及时的交通救助及车辆疏导。

进一步，所述传感器的突发变化范围包括胎压激增、底盘姿态异常、悬挂高度异动、车身产生过大加速度、车道过度偏离。

进一步，所述车辆行驶姿态过大变化包括急加速，急减速，左右规避。

进一步，所述道路情况产生的变化包括急弯、路面坑洼、路面过大高度落差。

本发明的设计原理：PID算法通过采集发动机上安装的AB双相编码器转速反馈信息，经过比例、积分、微分算法之后，调整每个发动机的PWM脉冲从而达到调整车轮的转速。而每个发动机经过调整之后的输出又作为下一次转速调整的输入，形成闭环控制，从而使其达到一个稳定的状态。依靠不同车辆所搭载相对应的辅助系统进行分类主要分为三大类。第一类：适用于搭载前后雷达与车侧雷达以及车前毫米波雷达系统的车辆，利用前后雷达的反馈与车侧雷达构建的盲区辅助系统，首先依靠后方雷达及侧方雷达和盲区辅助系统对所搭载系统车辆的后方车辆进行判别，监测其是否存在超车意图，通过前方雷达与毫米波雷达对来向是否有车辆以及其距离进行监测，通过这两套系统的协作来对后方是否可以超车进行判断，并为其进行超车预警。第二类：在第一类的基础上，适用于搭载360度环绕影像以及前侧视觉识别摄像头的车辆，通过对车辆周围的视觉信号进行汇总，减少所搭载系统车辆以及后车视觉盲区，在所搭载系统车辆的周围若产生突发情况，可对后车进行提前一步的警示。第三类：在第二类的基础上，适用于搭载车底摄像头以及胎压，动态底盘监测，动态悬挂监测，车身横向，纵向加速度监测，车道偏离预警系统的车辆，通过对路面图像信息，胎压变化范围，底盘动态程度，悬挂高度落差，车身加速度的监测汇总，分析出车辆行驶姿态过大变化(急加速，急减速，左右规避等)，道路情况产生的变化(急弯，路面坑洼，路面过大高度落差等)，从而对后车进行路况方面的提前警示。

本发明的有益效果为：本装置不对现有车辆的任何电路进行更改，不对现有车辆行车系统进行任何装置改动，能够排除因加装某项传感器而产生的车辆行车安全隐患，即插即用，且适用于市面大部分车辆，所有功能的实现仅依靠车辆搭载的现有传感器，不设置级别划分，只要拥有对应传感器，即可使用，减少功能门槛，能够更广的适用于市面上的车辆。信息汇总模块供电需求少，不会对现有车辆电瓶产生过大负载，显示卷轴搭载于车辆后挡风玻璃处，不对车辆驾驶产生影响，且相比于传动警示方式如刹车灯，转向灯，路面提示牌等，拥有更醒目，可视范围更广的优势。

附图说明

图1为本申请可视化车辆信息协作交流系统中显示卷轴的结构示意图。

图2为本申请可视化车辆信息协作交流系统中显示卷轴的电路图。

图3为本申请中PID闭环控制原理图。

图4为本发明中实时避障检测流程图。

图5a为未经处理的原图像。

图5b为简单二值化处理的图像。

图5c为主干白线的二值化图像。

图5d为主干白线是弯曲的二值化图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种新型可视化车辆信息协作交流系统，包含外壳、底部33、上盖11、三角板22、四个发动机，所述四个发动机采用PID闭环控制，外壳内设有控制系统，包括两块STM32主控芯片，一块为用于实时监测小车的转速信息以及对小车进行转速调整的运动芯片，另一块为用于实时监测障碍物信息以及发出运动调整的信息的检测芯片，运动芯片和检测芯片之间使用串口(USART)进行信息通讯，所述运动芯片，检测AB双相编码器的线路处于最高级中断，四个双相编码器的八根中断线路属于同一抢占优先级、随机分配响应优先级，对于耗时较长的串口，处于下一级抢占优先级，所述检测芯片，在随时接收运动芯片的通讯信息之外，还需要随时检测声纳的回传信息，左右声纳都无检测到障碍物，则继续前进，若右侧检测到障碍物，左侧无，则左平移，直到无障碍物为止；若左侧检测到障碍物则右平移，直到无障碍物为止。当两个声纳都检测到障碍物，则左平移，所述控制系统还包括数据分析模块、超车预警系统、车身周围预警系统、行车道路动态反馈系统、OBD诊断仪、显示卷轴，所述OBD诊断仪获取车辆的各项传感器数据，并将传感器数据汇总至数据分析模块，通过数据分析模块自带的程序对所获取的传感器数据进行判断，依靠简单的警示图像模块，显示至安装在车辆后挡风玻璃处的显示卷轴，对后车进行警示。

当车辆正常行驶在道路时，实时对车辆的前后雷达系统、盲区辅助系统、毫米波雷达系统、前视觉识别系统、360度环绕影像系统、胎压、动态底盘、动态悬挂、车身横向和纵向加速度进行监测，车道偏离预警系统进行监测，通过初步设定的动态范围进行数据比对。

超车预警系统依靠前后雷达系统，盲区辅助系统，毫米波雷达系统，来对后方车辆速度，车辆动态范围进行识别，判别其是否存在超车意图，与此同时，前方来向车辆的速度，动态范围也会汇入系统，通过对距离、位置、速度的判别来对后方车辆发出是否可以进行超车的预警警示。车身周围预警系统通过前视觉识别系统，360度环绕影像系统，对前方情况进行视觉分析，与超车系统进行同步协作，分析出周围所产生的突发情况，来对后车进行一个更大，更形象的提示，减少后车驾驶员因观察不明显的道路情况而产生的的注意力分散，进一步提高后车驾驶员的安全及反应时间。前方情况包括交通信号灯、道路标识、路上行人。突发情况包括行人横穿马路、道路标识的变化。

行车道路动态反馈系统通过胎压、动态底盘监测、动态悬挂监测、车身横向、纵向加速度监测、车道偏离预警系统进行分析，结合车道偏离预警系统、超车预警系统，来分析路面图像信息、胎压变化范围、底盘动态程度、悬挂高度落差、车身加速度的监测汇总，比对传感器的突发变化范围，汇总出车辆行驶姿态过大变化、道路情况产生的变化，来对后车进行路况警示，与此同时，通过多车的系统协作，分析高频异常路段，结合大数据车流变化，对交管部门进行路况信息汇总，及时更新路况信息，对道路行驶状况进行分析，提高路面驾驶感受，同时也能为突发的交通状况进行及时的交通救助及车辆疏导。传感器的突发变化范围包括胎压激增、底盘姿态异常、悬挂高度异动、车身产生过大加速度、车道过度偏离。车辆行驶姿态过大变化包括急加速，急减速，左右规避。道路情况产生的变化包括急弯、路面坑洼、路面过大高度落差。

如图2、3所示，图中电瓶8给发动机9充电，投影灯6和安全电路10电连接，安全电路10和卷轴器2电连接。7代表通过电磁铁方式连接。由于发动机生产之后不能保证完全的一致，就算为其输入完全相同的PWM脉宽，发动机的转速也各有不同，有时误差甚至很大，而小车采用的麦克纳姆轮需要每个发动机都能够精确的转动，一个车轮的小误差都会导致小车的偏移，因此需要对每个发动机进行转速的调控。采用的PID算法通过采集发动机上安装的AB双相编码器转速反馈信息，经过比例、积分、微分算法之后，调整每个发动机的PWM脉冲从而达到调整车轮的转速。而每个发动机经过调整之后的输出又作为下一次转速调整的输入，形成闭环控制，从而使其达到一个稳定的状态。

如图4所示，小车的控制中，使用到了两块STM32主控芯片：运动芯片、检测芯片，两块芯片之间还需要使用串口(USART)进行信息通讯。因此设置好中断嵌套是非常有必要的，如果在声纳检测的过程中被串口中断打断，声纳的回传信息是不会保存的，错过了之后便无法再获取，此时获取到的障碍物信息便是错误的。因此对于检测芯片而言，声纳检测的函数处于最高抢占优先级，不允许被打断，与运动芯片通讯的串口处于下一级抢占优先级、终端的遥控中断处于再下一级。而对于运动芯片而言，检测AB双相编码器的线路处于最高级中断，四个双相编码器的八根中断线路属于同一抢占优先级、随机分配响应优先级。对于耗时较长的串口，处于下一级抢占优先级。对于检测芯片而言，其在随时接收运动芯片的通讯信息之外，还需要随时检测声纳的回传信息。分析声纳的回传信息使用到通用编码器，精度为cm。对模块发送信息之后，声纳模块会回传一段高电平信号，检测高电平的持续时间便可以检测到前方障碍物距离。

若左右声纳都无检测到障碍物，则继续前进，若右侧检测到障碍物，左侧无，则左平移，直到无障碍物为止；若左侧检测到障碍物则右平移，直到无障碍物为止。当两个声纳都检测到障碍物，则左平移。定时器高电平测量精度为微秒，每次取样采集两次障碍数据，中间间隔50ms(为了防止超声波模块压电晶体的余震影响检测结果)，取结果平均值。能在150ms内检测到5cm到400cm内的障碍物并在1ms内进行避障。

如图5所示，本实施例中四个发动机采用PID闭环控制，理论上的运行是平稳的，但由于实际路面上的小石子、灰尘较多，难以确保每个车轮的行径路径都相同，而基于麦克纳姆轮的特性，只要一个轮子路程小于其他车轮，车辆就会发生偏移。再者，返程功能难以确保小车呈现180°的转身。因此，对小车行驶的应急车道实时处理图像，识别应急车道白线标识的偏移程度，即可随时对小车的运动状态进行调整。将拍摄到的车道图像经过二值化处理之后，识别到白线，并且进行小车角度调整如图5a、5b。

图5a、5b获取到的最终图像是清晰的并且只有一条主干白线的二值化图像，当应急车道有弯道或者小车偏移时，获取到的二值化图像是弯曲的，并且与直线行驶时的白线形成一定夹角。通过计算出该夹角的大小再使用PID算法，对小车的运动状态进行细微调整，使得白线与小车一直处于平行的状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种新型可视化车辆信息协作交流系统，包含外壳、底部、上盖、三角板、四个发动机，其特征在于，所述四个发动机采用PID闭环控制，外壳内设有控制系统，包括两块STM32主控芯片，一块为用于实时监测小车的转速信息以及对小车进行转速调整的运动芯片，另一块为用于实时监测障碍物信息以及发出运动调整的信息的检测芯片，运动芯片和检测芯片之间使用串口(USART)进行信息通讯，所述运动芯片，检测AB双相编码器的线路处于最高级中断，四个双相编码器的八根中断线路属于同一抢占优先级、随机分配响应优先级，对于耗时较长的串口，处于下一级抢占优先级，所述检测芯片，在随时接收运动芯片的通讯信息之外，还需要随时检测声纳的回传信息，左右声纳都无检测到障碍物，则继续前进，若右侧检测到障碍物，左侧无，则左平移，直到无障碍物为止；若左侧检测到障碍物则右平移，直到无障碍物为止。当两个声纳都检测到障碍物，则左平移，所述控制系统还包括数据分析模块、超车预警系统、车身周围预警系统、行车道路动态反馈系统、OBD诊断仪、显示卷轴，所述OBD诊断仪获取车辆的各项传感器数据，并将传感器数据汇总至数据分析模块，通过数据分析模块自带的程序对所获取的传感器数据进行判断，依靠简单的警示图像模块，显示至安装在车辆后挡风玻璃处的显示卷轴，对后车进行警示。

2.根据权利要求1所述的一种新型可视化车辆信息协作交流系统，其特征在于，当车辆正常行驶在道路时，实时对车辆的前后雷达系统、盲区辅助系统、毫米波雷达系统、前视觉识别系统、360度环绕影像系统、胎压、动态底盘、动态悬挂、车身横向和纵向加速度进行监测，车道偏离预警系统进行监测，通过初步设定的动态范围进行数据比对。

3.根据权利要求1所述的一种新型可视化车辆信息协作交流系统，其特征在于，所述超车预警系统依靠前后雷达系统，盲区辅助系统，毫米波雷达系统，来对后方车辆速度，车辆动态范围进行识别，判别其是否存在超车意图，与此同时，前方来向车辆的速度，动态范围也会汇入系统，通过对距离、位置、速度的判别来对后方车辆发出是否可以进行超车的预警警示。

4.根据权利要求1所述的一种新型可视化车辆信息协作交流系统，其特征在于，所述车身周围预警系统通过前视觉识别系统，360度环绕影像系统，对前方情况进行视觉分析，与超车系统进行同步协作，分析出周围所产生的突发情况，来对后车进行一个更大，更形象的提示，减少后车驾驶员因观察不明显的道路情况而产生的的注意力分散，进一步提高后车驾驶员的安全及反应时间。

5.根据权利要求4所述的一种新型可视化车辆信息协作交流系统，其特征在于，所述前方情况包括交通信号灯、道路标识、路上行人。

6.根据权利要求4所述的一种新型可视化车辆信息协作交流系统，其特征在于，所述突发情况包括行人横穿马路、道路标识的变化。

7.根据权利要求1所述的一种新型可视化车辆信息协作交流系统，其特征在于，所述行车道路动态反馈系统通过胎压、动态底盘监测、动态悬挂监测、车身横向、纵向加速度监测、车道偏离预警系统进行分析，结合车道偏离预警系统、超车预警系统，来分析路面图像信息、胎压变化范围、底盘动态程度、悬挂高度落差、车身加速度的监测汇总，比对传感器的突发变化范围，汇总出车辆行驶姿态过大变化、道路情况产生的变化，来对后车进行路况警示，与此同时，通过多车的系统协作，分析高频异常路段，结合大数据车流变化，对交管部门进行路况信息汇总，及时更新路况信息，对道路行驶状况进行分析，提高路面驾驶感受，同时也能为突发的交通状况进行及时的交通救助及车辆疏导。

8.根据权利要求7所述的一种新型可视化车辆信息协作交流系统，其特征在于，所述传感器的突发变化范围包括胎压激增、底盘姿态异常、悬挂高度异动、车身产生过大加速度、车道过度偏离。

9.根据权利要求7所述的一种新型可视化车辆信息协作交流系统，其特征在于，所述车辆行驶姿态过大变化包括急加速，急减速，左右规避。

10.根据权利要求7所述的一种新型可视化车辆信息协作交流系统，其特征在于，所述道路情况产生的变化包括急弯、路面坑洼、路面过大高度落差。

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