仝 光, 葉本剛

(上海電機學(xué)院汽車學(xué)院,上海200245)

汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中報警裝置的設(shè)計

仝 光, 葉本剛

(上海電機學(xué)院汽車學(xué)院,上海200245)

采用Multisim軟件仿真和試驗的方法,設(shè)計了一種汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)中獨立的報警裝置,實現(xiàn)了在車道偏離時適時有效的報警,并實現(xiàn)在正常轉(zhuǎn)向和制動工況時報警器不報警的功能。

汽車;安全輔助駕駛;車道偏離;報警器

Abstract：By studying the lane departure warning mechanism,we have designed an independent alarm device by simulation with Multisim and experiments.The device can raise instant alarm when the vehicle departs the lane,and does not trig the alarm during normal steering and braking.

Key words:automobile;safe driving assistant;lane departure;alarm device

安全輔助駕駛 (Safety Driving Assist,SDA)是當前國際智能交通系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容,它主要解決交通安全的問題,對于困擾運輸領(lǐng)域的交通堵塞及環(huán)境污染兩個問題也有緩解作用?；诖?世界上許多國家都在加強車輛安全輔助駕駛技術(shù)領(lǐng)域的研究。該研究主要集中在車道偏離預(yù)警,前方障礙物探測,以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)測等方面。近20年來,車道偏離預(yù)警系統(tǒng)作為安全輔助駕駛研究領(lǐng)域的一個組成部分,已經(jīng)受到越來越多人的關(guān)注,很多國家都投入大量的人力、物力和財力進行系統(tǒng)研發(fā)。目前,車道偏離預(yù)警系統(tǒng)主要是基于機器視覺的報警系統(tǒng)[1-3]。該類報警系統(tǒng)采用視覺技術(shù)識別汽車當前行進車道的標志線,并作為實現(xiàn)車道偏離報警的基礎(chǔ)。其典型的代表有美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)開發(fā)的AURORA系統(tǒng),德國的DaimlerChrysler公司和美國的 Iteris公司聯(lián)合開發(fā)的AutoVue系統(tǒng),荷蘭的Mobileye公司開發(fā)的Mobileye_AWS系統(tǒng)等。作為商業(yè)機密,國外公司沒有公開其中的關(guān)鍵技術(shù),而國內(nèi)尚處于基礎(chǔ)研究階段,目前主要有吉林大學(xué)研究的JLUVA-1系統(tǒng)和東南大學(xué)研究的基于DSP技術(shù)的嵌入式車道偏離報警系統(tǒng)。國內(nèi)研究主要集中在機器視覺方面[4-7],包括道路圖像的采集、存儲和處理,但獨立的報警裝置沒有涉及。本文在車道偏離預(yù)警機理的研究基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種獨立的報警裝置,實現(xiàn)了在車道偏離時適時有效的報警,并實現(xiàn)車輛在正常轉(zhuǎn)向和制動工況時報警器不報警的功能。一般汽車在正常使用過程中進入制動和轉(zhuǎn)向工況時報警系統(tǒng)不工作。

1 車道偏離預(yù)警準則

車道偏離報警準則分為有意識偏離和無意識偏離。當駕駛員打開轉(zhuǎn)向燈進行轉(zhuǎn)向時,車道偏離為有意識偏離,此時不報警。由于駕駛員疲勞駕駛、打盹等精力不集中引起的車道偏離為無意識偏離,此時報警。另外,車輛不管是有意識偏離還是無意識偏離,只要駕駛員踩制動踏板進行制動,都認為駕駛員處于清醒狀態(tài),報警器應(yīng)該不報警。

2 報警器結(jié)構(gòu)

報警器由左報警喇叭、左報警燈、右報警喇叭和右報警燈組成。報警器內(nèi)部嵌入5個繼電器,組成報警器內(nèi)部處理系統(tǒng),分別處理左報警信號、左轉(zhuǎn)向信號、右報警信號、右轉(zhuǎn)向信號和制動信號。報警器作為車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的報警部分,實現(xiàn)了模塊化和集成化設(shè)計。報警器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 報警器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of the alarm device

3 報警器工作原理

3.1 工作狀態(tài)

報警器有6種工作狀態(tài):①當汽車在車道行駛時,報警器處于正常工作狀態(tài),不報警;②當汽車左偏離車道時,報警器處于左偏離工作狀態(tài),左報警裝置報警;③當汽車右偏離車道時,報警器處于右偏離工作狀態(tài),右報警裝置報警;④當汽車左轉(zhuǎn)向時,報警器處于左轉(zhuǎn)向工作狀態(tài),不報警;⑤當汽車右轉(zhuǎn)向時,報警器處于右轉(zhuǎn)向工作狀態(tài),不報警;⑥當汽車制動時,報警器處于制動工作狀態(tài),不報警。

3.2 工作原理

車道偏離信號、轉(zhuǎn)向信號和制動信號均為12V直流電壓信號。報警器工作的基本信號流程如下:當發(fā)生車道偏離時,經(jīng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)處理判定是左偏還是右偏,然后車道偏離預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出報警信號觸發(fā)報警器工作。如果是左偏離,則左偏離信號輸入,報警器的左報警燈X1和左報警喇叭U1將報警;如果是右偏離,則右偏離信號輸入,報警器的右報警燈 X2和右報警喇叭U2將報警。當有左轉(zhuǎn)向信號或右轉(zhuǎn)向信號以及制動信號輸入時,不管報警器是否接收到偏離信號,報警器均不報警,如圖2所示。

圖2 報警器原理圖Fig.2 Schematic diagram of the alarm device

3.3 仿真分析

Multisim是知名的電路仿真分析軟件,內(nèi)含數(shù)萬種元器件和13種常用的虛擬儀器儀表,用它可以方便地搭建各種電工電子電路,準確地對電路進行仿真分析。使用Multisim軟件進行電路設(shè)計,不僅可以提高設(shè)計效率,而且可以保證設(shè)計質(zhì)量[8]。根據(jù)上述報警器工作原理,在Multisim軟件中建立報警仿真電路。通過電路模擬仿真驗證了報警器設(shè)計的正確性和合理性,為制作樣機提供了依據(jù)。

4 試 驗

根據(jù)報警機理和電路原理圖,設(shè)計和制作了報警器樣機如圖3所示。

圖3 報警器樣機Fig.3 Prototype

報警器接通直流12 V工作電壓,打開總開關(guān),即處于工作狀態(tài)。

經(jīng)試驗測試,報警器樣機作為車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的報警部分,能夠在車道偏離時適時有效的報警,并實現(xiàn)了汽車正常轉(zhuǎn)向工況和制動工況時報警器不報警的功能。

5 結(jié) 語

報警器利用5個繼電器設(shè)計了獨立的報警裝置,實現(xiàn)了在車道偏離時適時有效的報警,并實現(xiàn)在正常轉(zhuǎn)向和制動工況時報警器不報警的功能。該報警器結(jié)構(gòu)簡單緊湊,工作可靠性高,易于工程實現(xiàn),

制造成本低,可廣泛應(yīng)用于車道偏離預(yù)警系統(tǒng),有助于推動汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)工程化和產(chǎn)業(yè)化。

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Design of Alarm Device for Safety Driving Assist System

TON G Guang,YE Bengang
(School of Automobile,Shanghai Dianji University,Shanghai 200245,China)

TP 391.9

A

1671-2730(2010)03-0155-03

2010-04-14

上海高校選拔培養(yǎng)優(yōu)秀青年教師科研專項基金項目(08A120)

仝 光(1978-),男,講師,博士生,專業(yè)方向為車輛虛擬樣機技術(shù),E-mail:tongg@sdju.edu.cn