智能辅助驾驶系统（共9篇）
智能辅助驾驶系统 篇1
随着社会的进步, 汽车数量急剧增加, 道路交通状况日益复杂, 由车辆碰撞造成的交通事故给人们生命和财产安全造成巨大的威胁。特别在夜晚行驶时, 容易发生意外碰撞的一些对象, 如路边更换轮胎的驾驶员、高速路上出现的动物等, 单凭肉眼在近距离情况下有时很难发现。根据英国交通部门统计研究表明, 超过40%的汽车事故是因为驾驶员看不清楚前面的障碍物或车道偏离原因引起的。目前电子技术在汽车上得到应用, 汽车正朝着智能化的方向发展, 汽车安全性受到人们越来越多的关注, 高科技在汽车中的应用层出不穷, 汽车自动防碰撞系统、夜视系统可以安全有效地预防汽车碰撞, 司机疲劳驾驶或注意力不集中时车道偏离, 车道偏离报警 (LDW) 系统可以起到预防警告作用。
汽车在安全方面的创新发展
汽车工业在不断改革中发展, 从第一辆汽车诞生到未来汽车的设计, 国外汽车公司如奔驰公司作为先锋在其中发挥了决定性的作用。在新技术开发中, 特别是主动及被动驾驶安全性等方面, 他们一直走在世界汽车工业前列, 开发的安全技术在市场上具有不小的影响力 (见图1) 。奔驰公司是将汽车安全技术市场化最多的的公司之一。目前中国汽车市场不仅空间很大, 而且人们对汽车安全性能要求越来越高, 因此中国自主品牌的汽车, 有必要增加雷达和红外线技术的智能驾驶辅助系统, 如车道偏离系统、汽车自动防撞系统和夜视辅助系统等。
智能驾驶辅助系统的定义
智能驾驶辅助系统在驾驶员遇到紧急状况时, 通过有针对性的技术干预, 提供主动支持。但是驾驶辅助系统不应该也不能取代驾驶员, 也不能因为有了辅助系统而免除驾驶员对安全行驶应负的责任。驾驶辅助系统只是车辆行驶的辅助手段——驾驶者应该始终清楚地认识到, 辅助系统受到具体情况和条件的影响, 功能是有限的。
智能驾驶辅助系统介绍
自主品牌汽车可推广的智能驾驶辅助系统, 分为车道偏离系统、汽车自动防撞系统和夜视辅助系统目前驾驶辅助系统, 下面将对几个典型系统进行介绍。
1.车道偏离预警系统
车道偏离警示系统 (Advanced Lane Departure Warning, ALDW) 在驾驶员无意识偏离车道前, 对其发出警告。研究数据表明, 所有致命的交通事故中34%跟车道偏离有关, 同时车道偏离也被看成车辆侧翻事故的主要原因之一。研究还发现, 23%的汽车驾驶员六个月内至少在转向盘上睡着一次;36%的重型载货汽车驾驶员在驾驶过程中打瞌睡;20%的轻型载货汽车驾驶员在六个月内有在转向盘上睡着的经历。每四个驾驶员中就有一个驾驶员经历过车道偏离引起的伤亡事故。驾驶员长时间单调地驾驶汽车, 容易导致注意力降低。欧洲经验表明, 在所有单人车祸中大约14%是由于驾车偏离行驶车道引起的, 为此, 发明了车道偏离预警系统 (见图2) 。
该系统由一个安装在汽车后视镜内的小型CCD摄像机、一些检测车辆状态和驾驶员操作行为的传感器 (比如转向信号) 以及视觉和听觉警告装置组成。该系统利用由CCD摄像机获得的车辆前方车道标识线、其他传感器获得车辆状态数据和驾驶员的操作行为等信息, 判断车辆是否开始偏离其车道。一旦检测到汽车距离自身车道白线过近有可能偏入邻近车道而且司机并没有打转向灯时, 该系统就会发出警告信息, 提醒司机注意纠正这种无意识的车道偏离。当驾驶员感觉到手中的方向盘在振动时, 表示车道偏离系统在报警。当检测到汽车偏离车道时, 传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态, 之后由控制器发出警报信号, 整个过程大约在0.5s内完成, 为驾驶者提供更多的反应时间, 从而尽可能减少车道偏离事故的发生。如果驾驶者打开转向灯, 正常进行变线行驶, 那么车道偏离预警系统不会做出任何提示。如有必要, 系统将利用视觉警告信息、听觉警告信息以及振动转向盘来提醒驾驶员小心驾驶车辆, 大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故。此外, 使用LDWS还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯, 该系统主要功能是提醒过度疲劳或解决长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。
在雨雪天气或能见度不高的路面时, 采集车道标识线的准确度会下降, 因此车道偏离预警系统摄像头需要采用红外线传感器采集数据, 并通过红外线收集信号来分析路面状况, 即使在恶劣环境的路面, 也能识别车道标志线, 便于在任何环境的路况下均能及时提醒驾驶员汽车道路偏离状态。
2.汽车自动防撞系统
汽车自动防撞系统 (Automatic Bump-Shielded System) 是防止汽车发生碰撞的一种智能装置, 能够自动发现可能与汽车发生碰撞的车辆、行人或其他障碍物体, 发出警报、同时采取制动或规避等措施, 以避免碰撞的发生。当汽车防撞系统探测到可能发生危险时, 系统就会转入“自动操作”来避免危险的发生, 例如当安装在车上的摄像头发现了将会有不可避免的撞车发生时, 就会自动起动应急制动系统, 从而保证将损失降到最低。系统还包含有与电脑相连的立体摄像机, 可以分辨出汽车、骑车人以及行人, 并且以此为依据配合当前各种参数迅速计算出事故可能的破坏程度, 并做出相应的反应。另外, 系统还有一个功能, 可以自动探测路边的限速指示牌, 并且根据探测到的数据用声音的方式提醒司机要遵守速度限制, 从而尽可能避免事故的发生。
汽车自动防撞系统包含:
(1) 信号采集系统采用雷达、激光、声纳等技术自动测出本车速度、前车速度以及两车之间的距离。
(2) 数据处理系统主控芯片对两车距离以及两车的瞬时相对速度进行处理后, 判断两车的安全距离。如果两车车距小于安全距离, 数据处理系统就会发出指令。
(3) 执行机构负责实施数据处理系统发来的指令, 发出警报, 提醒驾驶员制动, 如驾驶员没有执行指令, 执行机构将采取措施, 如自动刹车等。
当汽车行使前方出现障碍物并对本车行使安全构成威胁时, 汽车自动防撞器能实施自动报警、自动减速、自动制动, 最终避免汽车与障碍物相撞。对后车追尾碰撞的提前预警性能, 是汽车自动防撞器在工作状态下, 后制动灯提前点亮, 提醒后车司机注意, 便于后车留出一定的制动距离, 避免两车发生追尾事故。
3.夜视辅助系统
夜视辅助系统可以帮助驾驶者夜间会车出现眩光时看清前方情况 (见图4) , 在黑夜中既能顾及到其他车辆乘员或路人的情况, 又能改善行驶道路的照明情况。夜视辅助系统能使驾驶员辨别出距离210m左右路旁身着浅色衣服的试验假人, 比氙气大灯提早41m左右。而在行人身着黑色衣服时, 可提早92m左右。这意味着采用夜视辅助系统可以将夜间行车安全性提高125%以上。同时, 由于对于潜在危险信息的充分掌握也能够使驾驶者在夜间驾驶过程中的心理压力大为缓解, 进而使驾驶过程更加舒适放松。
夜视系统在夜间可以将车灯照射范围以外的潜在危险情况显示在挡风玻璃上, 从而开阔驾车人的视野, 避免交通事故的发生。
由于采用了夜视辅助系统, 可以提前看清近光灯照不到的黑暗中的交通标牌、弯道、行人、汽车、丢失的货物或者道路上其他可以造成危险的事物。这样, 驾驶者可以及时采取制动或者避让措施。此外, 这个系统能减轻驾驶者在夜间开车的紧张和劳累, 保持精神饱满的状态, 在紧要关头能迅速而正确地做出反应。
配备夜视辅助系统的车辆装有两个额外的红外线前照灯, 可以照到前方大约200m的距离。
由于夜视辅助系统的前照灯在可见光波长范围之外进行工作, 因此不会对人类的视线产生影响。当车速超过15km/h, 驾驶者就可以起动夜视辅助系统。将前照灯打开, 然后只需按下仪表板上的一个按钮, 通常情况下显示速度的显示器就被切换为摄像机图像的状态。汽车前方的道路情况以一个清楚的灰度级图像出现在人们眼前。
展望
汽车未来发展方向是持久安全的驾驶。对于自主品牌汽车研发来说, 实现良好的驾驶视野, 避免事故的发生, 具有很高的战略地位。目前研发工作的重点是主动和被动安全系统的结合, 以及对于更智能化驾驶辅助系统的研发, 这些系统可以提前识别复杂的潜在事故环境, 并及时向驾驶员发出警示, 以尽量避免事故的发生。另外一个关注的重点, 是对现有的系统进行持续再开发。
智能辅助驾驶系统 篇2
摘要：本文简述了高中创新教育的一种新型教育方式，学校通过开设丰富多样的选修课，使学生们按照自己的兴趣和志向进行选择学习。本文以智能模拟驾驶系统的学习为媒介，介绍了模拟驾驶系统的学习步骤和方法，在较短的时间内就能看到学习成果，极大地激励了学生的学习兴趣，达到寓教于乐的教学目的，形成鲜明的创新人才培养体系。
关键词：高中;创新教育;选修课;模拟驾驶器
一、前言
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(―)》中着重提出：拔尖创新型人才的培养任务不只是大学教育的任务，基础教育一样承担着培养拔尖的创新型人才的重任。普通高中教育承接了高等教育和基础教育，起着承前启后的作用，不仅具有基础教育的基础性，也具有高等教育的多样性，而且高中阶段的学生思维非常活跃，所以高中阶段是学生们由感性思考走进理性思考的入门期。在这个教育黄金时期，只要有良好的学习环境、学习的平台，高中生们一定能充分挖掘自身潜能，形成良好的、可持续的学习习惯，打下坚实的知识和生活基础。我们学校也积极探索普通高中培养创新人才的长效机制，经过多年的摸索和努力，形成了特色鲜明的创新人才培养体系。学校为我们创造了舒适的学习环境，选用了先进的学习和实训设备，提供了平等的学习机会，使每个学生都有成为创新人才的希望。学校高瞻远瞩地设立了多学科的选修课，除了传统的球类和艺术类选修课，还新开设了机器人技术、智能汽车驾驶系统、服装设计、茶艺等课程。这些选修课紧跟社会和时代的发展，符合生活和社会需要，为学生们学得一技之长提供了有效途径。也使学生在全面发展的基础上形成了自己的个人特色。所有课程的学习如果能基于学习者的个人兴趣和志向，这样的学习才更具动力。培养出来的学子们也就不再是“书呆子”，而是兼具职业技能的“多面手”。面对这么多具有诱惑力的选修课时，因为喜欢车，所以我毫不犹豫地选择了《模拟驾驶系统的学习》科目。最新汽车模拟驾驶系统采用了电脑仿真界面，使教学具有了三维的立体性以及真实性。在学习的过程中，不仅仅是学习驾驶技术，还包括学习文明行车、规范驾驶以及职业道德等多方面的内容，其中最重要的内容就是安全意识的养成。模拟驾驶系统可以比较完整地、逼真地模拟出各种路况、交通环境、操作显示、行人动态、事故案例、违章操作、报警系统等，使得学生们像亲临现场一样。可以在模拟系统上进行多次反复操作，有利于将汽车驾驶理论应用于实践，做到学以致用，学做合一，讲练结合。我们选修课的课时比较少，基本上是“老师领进门，修行在个人”，通过学习，基本掌握了系统的使用方法。
二、实验室概况
模拟驾驶系统实验室设置了多个工位，可供多位同学一起学习，实验室一角如右图。
三、对车辆部件及各仪表的了解学习
首先，学生们需要了解车辆的各个部件以及其功能，如方向盘、变速杆、油门、刹车、离合器、手制动等。同时，我们需要掌握方向盘的运用以及变速杆的操作方法。等我们基本理解之后，老师就让我们自己开始练习打方向和换档，老师会在边上指导，尤其会不断强调，不能眼睛看着方向盘和变速杆，为今后的训练打下正确的基础。还有就是要了解车辆上的所有的机件、大灯的位置、双跳灯、空调、雨刮器、变光开关、手刹以及最基本的仪表等。
四、油门踏板、离合器、制动踏板的学习
离合器踏板的操作方法是：左脚前脚掌踩在离合器踏板上，以踝关节和膝关节的配合屈伸做压下或松开的动作。踩离合器踏板的要求是，脚踏下以后不得将脚跟部靠在驾驶室的底板上，要养成良好的驾驶习惯，以免影响今后驾驶各类型车辆的适应能力，这是做到平稳起步的关键。在训练中凭车身抖动的感觉可帮助我们体会和判断“联动”。油门踏板的操控方法是：在操作油门踏板的时候，要将右脚跟部靠在驾驶室的底板上作为支撑点，前脚掌轻轻地踩在油门踏板上，用踝关节的屈伸使踏板踏下或放松。油门踏板被踏下时，发动机的转速就加快，反之就转速下降。踏下和放松油门踏板时用力要柔和，做到“缓抬、轻踏”。制动踏板的操作方法：操纵制动踏板时，应双手握稳方向盘，将腰紧靠在座位的后背，右脚的跟总靠在驾驶室底板上，作为活动支承点，以踝关节的伸屈为主，操作制动踏板的踏下和放松。要记牢固的是左脚离合器、右脚踩刹车和油门。使用制动踏板时要结合车速以及道路情况，合理地控制制动力，按照“轻―重―轻”原则，一次制动成功。在制动过程中，会有一个力度的修正过程，就要按“重前、修后”的.要领来进行调整。
五、变速杆的握法以及操作方法
变速杆的操作方法是：将右手手掌心轻贴住球头，五指向下，自然地握住球头，手掌可以根据不同档位需要做适当的转动。转动时以手腕、肘关节的力量为主，辅以肩关节的力量，准确地脱出或挂入某一档位。右手在操控变速杆时，两眼要平视前方，左手要控制好方向盘，右脚松抬油门踏板的同时，左脚也要踩下离合器踏板，然后推入或拉出变速杆。不能强拉和硬推变速杆。
六、方向盘的握法及运用
方向盘的握法：四指从方向盘的外侧握向内侧，大拇指自然地伸直，自然贴在盘缘的内上沿。握持的位置：左手握在9时位，右手握在3时位，操纵方向盘时一手拉动、一手辅助推送。例如要右转弯时，左手推方向到3时，如果方向还不够，右手就接到1时，左手要立即返回9时，随时准备好左右运用方向。左转弯则反之。
七、正反库、移库学习
正反库的学习是需要我们记忆很多点位的一个过程，是一个需要手、眼、脚同时协调的过程，正库熟练了学反库，正反库都熟练了再移库，循序渐进。一开始学正反库的时候，可以先上车看清点位并记住，然后，再次将车移至下一点位，如此反复教学，直至我们可以自行练习。尽量地控制打方向的快慢的节奏，也就是力气大的要慢慢地来，力气小的和女生要注意打快方向。如果正是快慢相差很大的话，而一时也改变不好的话就是要修正点的位置，也就是看到点的打方向的时机，力气大的、方向打得快的学生就念了1、2再打，反之，力气小的和女生呢，在看到点的前一秒就可以开始打方向了。老生常谈的车辆的移动速度，也就是学生们控制车辆的能力。能不能稳定地慢下来而不中停，要求学员完美控制离合器，要慢得下来，绝对禁止踩油门。
八、上坡停车、起步练习
在结束了入库和出库的学习以后，我们就开始在路面上跑车了。这个阶段的学习我们主要是根据感觉和视觉来及时判断坡道的陡坦、长、短、路宽等情况，结合判断结果来采取正确的操作方法，达到控制车辆的平稳起步和停车。上坡时转向要正确，换档要迅速，方向、制动和离合器三者的配合要准确协调。在听到“上坡定点停车”的命令以后，马上打右转向灯，向场地的右侧靠;在将要到达路边时，方向向左边回半小圈，然后迅速向右回正，使车的右侧和路边能保持平行，并且距离在30CM以内(以前方停车点的白线作参照物，不得越过白线);距离在30~50厘米内扣20分，超过50厘米打掉)。在反复练习好这些基本技能以后，老师会选择路段让我们在路面试驾。首先老师会在他的教学系统里给我们选择教学科目、重置训练记录、选择训练的路况难易程度，让我们进行训练。老师的教学系统截图如下：在训练结束的时候，老师会根据训练图中学生们的表现，打出成绩。
九、结束语
智能辅助驾驶系统 篇3
关键词:辅助驾驶;场景分析;环境表示
中图分类号:TP18 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0113-01
一、引言
高级辅助驾驶系统的设计主旨是基于明确定义的交通情况下对驾驶者提供支持,例如车距控制。其研究大多专注于独立且高度特化的单一任务。虽然系统各个性能的评估结果都是良好的,但是任务或环境的变化将导致整个系统的重新设计。此外,所获取的空间信息仅限于低层传感器的数据,难以简单地与各种算法进行整合。本文提出一种整合不同处理模块结果的方法,该方法在较高抽象层次上利用空间信息以获取适于特定任务的环境表示。
二、系统描述
完整的系统体系结构包括以下四个部分:
(一)“What”方法
该方法用于分析视景中某区域的细节信息。
1.探测
首先利用注意原理得当前视景的显著图,通过最小化复杂度的方式进行视景分解。注意原理是大脑的一种基本信息预处理过程,可以对感知的环境进行预先过滤以最小化其复杂度。注意原理包括以下两个独立的驱动方式。自上而下注意原则是基于任务的特定物体的搜索。自下而上则用于搜索非特定物体,以探测视景中潜在的危险[1]。
2.分类
利用基于区域生长的图像分割算法计算显著图的最大值以获取关注焦点。通过计算关注焦点,图像中一部分限定区域中的物体经过神经网络分类器被归类。不同的是,交通标识单独使用一组弱分类器进行分类,通过对关注焦点的计算,获得其属于某一交通标识类型的概率[2]。
3.信息融合
信息融合过程可以提高各模块的执行能力。例如通过与数字地图进行信息融合,可以提高识别交通标识的确定性。数字地图也称作电子视界,提供了基于当前位置和方向的经裁剪的地图,包括当前环境中的静态物体和道路信息。通过将弱分类器的结果与电子视界进行比对可以提高其分类信任度。此外,数字地图还可用于在视景中搜索特定物体。
4.长时存储
长时存储用于存储各种对象类型的属性。基于这些数据,可以进行自上而下视觉注意的计算,因此使得动态搜索所有可能的物体类型成为可能。可以使用车辆、指示牌和交通标识等作为长时存储的内容。
(二)静态特定领域任务
该模块用以提供道路的相关信息。
1.标记路径探测
标记路径探测是基于哈夫变换的,其输入源于注意系统。此时的自上而下注意突显了黑暗背景下黄色和白色结构。黄色结构又强于白色有助于施工现场路径标识的处理。经过过滤的视景在进行哈夫变换前首先需要转换为俯视图,而且视景中道路的宽度及位置需要预先设定。
2.无标记路径探测
无标记路径探测通过评估车辆前方训练区域的街道和非街道区来探测行驶道路。区域生长算法以测试区域为起点,能够确保清晰分辨公路和人行道。通过对比训练区域的街道和非街道的特征,算法产生一个阈值用以进行动态自适应调整。
3.数字地图
大部分相关研究所使用的数字地图都是经过处理的地图数据,仅着重某一特定功能。而这里使用的数字地图是由电子视界提供的分辨率为0.1米的空间地图数据,可以展示前方的行驶环境,包括精确的GPS定位、路径的形状和方向、交通十字路口、交通标识和交通信号灯等。数字地图数据还可以作为实际传感器数据直接使用。数字地图不仅限于单一功能,是基于任务的表示生成中多种任务的基础。
4.视景分类
需要明确当前视景的情境,例如城市、乡村道路、高速公路等,来选择不同的操纵模式。否则将无法设定处理模块的参数,也无法设定当前环境下的驾驶规则等。视景分类仅需要使用一张图片,首先将其分割为16部分,并各自转换为频域,然后通过一组高斯滤镜取样得到平均功率谱,并运用层次主成分分类器进行分类。
(三)环境交互
系统需要能够进行环境交互的接口以辅助驾驶者。例如,通过测算障碍物的距离和相应速度并需要紧急制动的情况下,调用危险处理机制。
(四)“Where”方法
该方法用于定位和追踪较小数目的物体。
1.短时存储
短时存储包括多个不同的层次用以存储不同的对象类型。这样,由于更新和融合过程只需要处理同一类型的元素而被大大简化。此外,每一层元素都以米为单位标识,因此不需要描述各元素的高度,不同的类型就粗略反映了其高度。每次图像刷新后,根据车辆的不规则行进,每层的各个元素基于卡尔曼滤波预测进行移动和旋转。
2.对象融合
下面需要将新探测到的对象与已知对象进行融合。根据新探测对象的类型选择不同的层次,例如交通标识层或者物体层。基于新探测物体的位置和大小,搜索短时存储中相应层某一半径范围,如果该范围内无其它对象,那么该层只需更新新探测到的对象。否则,需要将搜索到的对象与新探测对象进行比较,如果相似度超过阈值,则对象的新位置将被存储于短时存储的相应层。
3.对象追踪
所有对象的探测都是基于直角坐标系的。结合车辆不规则运动以及已探知对象,经过卡尔曼滤波预测,二维探测器从三维信息中获得其锚点[3]。通过比较当前三维位置与探测对象的位置可以获得探测对象的类型。如果探测器在当前帧重复探测到某对象,则更新三维信息。如果探测器丢失某对象,系统将中断当前处理,搜索短时存储中后续的帧。
4.基于任务的表示的生成
无标记路径层、标记路径层和电子视界层整合为第一层,由于是基于冗余数据的,可以有多种整合模式。例如,如果电子视界数据简化为二维矩阵,无标记路径层和电子视界层的整合就是简单的乘法运算以确定行驶路线。而第二、三层的整合是基于当前任务的。假设当前任务为寻找合适的停车位。那么第一层需要与交通标识层进行整合,并只需要保留相关的交通标识,其结果是行驶路径中的基于停车标识的位置。最后与物体层进行整合,物体层仅需保留行驶路径中的物体,首先需比较物体与停车线的距离,如果物体较近,那么停车线转换为该物体的位置。整合结果为当前形式路径中最近的停车位置的空间信息。
参考文献:
[1]尹立苹,于德敏,王永强,许增朴.二值图像中多目标区域的标号和几何特征提取[J].计量与测试技术,2006,3
[2]陈限.基于视频的交通参数采集系统的研究与实现[D].西安:西北大学,2005
智能辅助驾驶系统 篇4
随着电子技术在重型卡车上的日益广泛应用, 辅助驾驶装置也明显增多。驾驶辅助系统 (Driver Assistance Systems) 简称DAS, 是利用安装于车上各式各样的传感器, 在第一时间收集车内外的环境数据, 进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理, 从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险。DAS的组成架构非常广泛, 包括了夜视系统、主动巡航控制系统、电子稳定程序、随动转向前照灯、车道偏移报警、防碰撞技术、盲点辅助技术以及泊车辅助技术等, 下面就几种比较热门的技术进行介绍。
1 国内外重型车辆驾驶辅助系统关键技术
1.1 电子稳定程序 (ESP)
在欧洲, 估计每年有400人不幸在卡车事故中丧生, 其中的3/4是由卡车滑出路面造成的, 另外的1/4则是由于翻车所致。而电子稳定程序 (Electronic Stability Program) 是一种非常有效的可以防止侧滑或翻车等事故发生的系统。
通常, ESP系统由多个传感器组成, 这些传感器测量的参数包括转弯角度、偏航运动的幅度和侧加速度等。另外, ESP系统还会将驾驶员所期待的汽车行驶状态与实际状态进行比较, 如果汽车的实际状态不符合驾驶员所希望的状态, ESP就会对其行驶状态进行纠正。例如, 车辆在侧滑时的情况, 如果一辆半挂车在转弯时出现了转弯过大的迹象并具有横穿的危险, ESP系统进入工作状态, 制动牵引车外侧前轮和整个半挂车;如果汽车转向不足而径直驶向弯道, ESP则制动牵引车内侧后轮。
1.2 主动巡航控制系统
传统巡航控制系统车辆通常在发动机舱内配有巡航控制模块, 通过控制执行器调节节气门开度来控制车速。在转向盘附近通常有控制按键, 按下设定键就会启动巡航, 车辆会自动维持在当前车速。按下加速或减速键时, 车速会以一定的数值改变, 可以进行1 km/h的定值加速或减速。在40 km/h以下的车速时不能设定巡航。作为安全特性, 只要踩下制动踏板, 巡航会自动取消。如果是手动变速器, 离合器踏板也起到关闭巡航的功能。
1.3 智能紧急制动系统
这种技术的作用效果.使事故发生的载货车撞车事故减少了30%。事故的避免通常在刹那间。能否在事故发生的最后瞬间得以防止或者一场难以避免的事故后果可以在最后一秒钟内减小到最小。几年来, 智能车距控制系统已富有成效地证明在奔驰重型货车上的这种能力然而它们在技术上的设计最多只达到最大制动力的20%。紧急制动系统利用车距控制系统的3个雷达传感器, 它们能在一个三维范围内识别货车前面车道上715Om范围内的行驶障碍物并连续测定出与前面行驶车辆的速度差。如果一场事故在所难免的话那么会首先在视觉上通过一个红色三角标志给驾驶员以报警.当碰撞危险性加剧时就以声音信号报警并附带以部分制动 (30%的制动功率) 。如若驾驶员还没有反应.则本系统自动投入全制动。
1.4 轮胎压力监视系统
据有关部门调查得知, 在欧洲公路上行驶的接近50%的卡车存在轮胎压力不足的问题。这意味着存在加剧轮胎磨损、增大轮胎爆胎的可能性及油耗增高等问题。其中, 近乎85%的这类事件是由于没有检测到轮胎有慢性漏气现象造成的。为了解决这个问题, 让驾驶员更加警惕这些轮胎的状态, 汽车制造商提供了压力监视系统。
1.5 驾驶员视觉增强
驾驶员的视觉增强是利用各种传感器和先进技术增强驾驶员在雨、雾天、光线不足条件下的视觉效果。为增强在雨、雾天驾驶员视觉效果, 日本研制出一种视觉增强系统。可迅速去除档风玻璃上的雨水、雾气。典型的结构有3种:1) 采用除水防护薄膜, 使水膜不易形成;2) 采用一种斥水玻璃, 使水珠快速结成大水滴流走;3) 利用超声波技术使吸附在档风玻璃上的水膜雾化消散。
1.6 车道保持辅助控制系统
另一种常见的载货车事故原因.是车辆偏离行驶车道。卓有成效的车道保持辅助控制系统.它通过切入转向操纵而从被动变成为一种主动安全系统。这种技术在以“Road Departure Avoidance (道路偏离免除系统) 概念而处于开发之中。当系统发出声音报警信号之后有目标地制动一个车轮而重新将货车引回到自己的车道上。某种意义上讲, 这种功能与智能稳定控制系统的制动干涉功能并不相类似。它是基于车道辅助控制和智能稳定控制这两个系统的一种智能网络互联。驾驶员在这里仍然保持对局势的控制:当投入制动和转向控制后可随时让本系统失效。
1.7 停车辅助系统
在载货车上已可选用的车距自动跟踪控制系统保持着一定的车距类似于速度自动控制系统.从车速30km/h起往上就保持恒定, 当速度不断降低时就把速度调节到15km/h。因此, 它很理想地适用于交通畅通无阻时候。但是当交通堵塞时“走走停停”情况下, 或者在人口稠密区交通密度大的时候, 这时, 不断地停车和起动要求驾驶员有特别高的注意力。因此, 为减轻驾驶员的工作负担和心理压力, 奔驰公司开发了这种停车辅助系统。
1.8 纵向操纵杆
纵向操纵杆的控制德国梅赛德斯公司调试了一种不再需要转向盘、油门踏板、制动器踏板的汽车驾驶装置。所有这些功能将由一些内置于驾驶员座椅扶手内的左右侧操纵杆来代替。这2个操纵杆具有完全一样的功能:加速、减速和转弯, 使用时只需选择左手或右手来进行操作。用纵向操纵杆的控制系统将会增加主动和被动安全性, 因为在该装置中取消了驾驶室内的传统的转向装置, 同时取消了油门踏板和制动器踏板, 降低了车辆在发生碰撞时驾驶员的危险性。
3 结论
重型卡车制造商使用科学技术来实现越来越多的辅助驾驶装置, 以满足驾驶员对舒适性的要求。辅助驾驶装置在带来舒适性的同时, 也随之增加了汽车的安全性, 因为驾驶员承受了较小的疲劳, 这样可以保证以更好的注意力来关注汽车周围经过的行人和车辆, 从而避免发生某些碰撞事故。
参考文献
[1]修云.基于普适计算的汽车驾驶安全辅助系统研究.黄石理工学院学报, 2009 (4) .
智能辅助驾驶系统 篇5
通常驾驶员都利用后视镜作为辅助工具来观看车后景象,不仅看不到车后挡风玻璃以下物体,而且由于其他干扰的影响造成车后盲区,在倒车时发生事故。另一方面,在交通事故发生后,通常办案人员只能靠观看事故现场,根据当事人及周围目击者提供的口供对事故发生的当时情景进行分析判断。但是当某些证据不完全,以及其准确性受到质疑的时候,就会影响到公安机关的办案,甚至可能会导致误判。基于上述原因,本系统实现了辅助驾驶视频监控系统,主要包括前视视频抓拍存储子系统和后视倒车测距子系统,整个系统利用EP2C35F672C6 FPGA芯片采用Altera公司的Nios II解决方案[1]。
1 系统总体方案
如图1所示,本系统分为汽车前视和汽车后视2个部分,用2路摄像头分别进行数据采集。Nios II作为系统的中央处理器,负责系统的控制和数据处理,以及存储器的读写、键盘的扫描和LCD的显示等。前视部分中,前视监控摄像头将摄取到的模拟视频信号,送往A/D转换电路,转换后的数字视频信号经处理器压缩后,存储在SD卡中。在需要的时候,Nios II从SD卡中读取视频信号,经过解压缩,送往VGA显示器显示。后视监控中,处理器发出的超声波脉冲,经过功率放大电路,驱动超声探头放出超声波,超声波遇到障碍物后返回,超声探头接收后转换为电脉冲,经过带通滤波放大电路,送往Nios II处理,计算出所测距离。同时,后视模拟摄像头将摄取到的模拟视频信号,一路送往字库扫描电路,提取行频和场频信号,一路送往字模叠加电路,和Nios II处理器控制的距离字符和汉字字模叠加在一起,构成既有后视景像、又有测距及其提示的视频信号,输出送往TFT液晶显示器显示。下面就对前视监控和后视监控的主要功能部分进行设计分析。
2 前视监控系统
2.1 前视视频传输设计
如图2所示,摄像头采集到的视频信号为模拟量,首要的任务是将模拟量来转换成数字量,利用I2C总线来配置ADV7181,使其实现对PAL制式的视频信号的转换。从ADV7181中出来的数据为YCbCr格式的,符合ITU-BT.656电视TV标准[2]。但是TV与VGA的场频相差很大,要解决两个场频相差很大的系统实现协调工作,即由隔行信息变成逐行信息,这里就需要将行频变为原来的两倍。可以把TV的场频与变换成的VGA的场频送到外部的示波器上来观察频率的关系。在这里倍频不采用PLL来实现,而是用Verilog语言来描述一个倍频的过程,采用了将场频的起始和中间生成两个脉冲来实现。其次完成将TV信号转换成VGA显示器所需的RGB基色[3],这里采用的是色度空间的转换来实现。色度空间的转换首先是先转换一幅图像,转换完成的RGB为数字量,需要经过数模转换才能送到VGA上显示,这3个分量经过芯片ADV7123来完成数模转换。
2.2 视频压缩
前视监控系统要求对模拟摄像头采集的视频图像进行实时传输和存储,由于图像信息量大,必须进行压缩处理。而目前的图像压缩算法都比较复杂且耗时很多,因而仅靠软件压缩难以满足前视监控的要求,通常的做法都是将硬件压缩和软件压缩结合起来实现图像的实施传输和存储。
模拟图像经过数字化后符合ITU-BT.656标准,系统实现了从隔行数据到逐行数据的转换,图像的分辨力为640×480。每一幅灰度图片大小都高达300 kbyte,向SD卡里写入的数据量太大,并且软件处理的速度与硬件的处理的速度相差甚远,达不到存储的要求。因为监控图像信息的细节要求不是很高,因此,采取简单压缩的处理方法就可以实现。即对图像信息进行隔行与隔点的抽取,使数据量降低到原来的1/4,每幅图片达到了75 kbyte。为了解决软件与硬件的处理速度问题,采用了片上RAM作为缓存。图像的压缩提高了图像的存储速度和效率,并且也满足了向SD卡里写入数据时软件处理速度不足的问题。
2.3 SD卡的读写
本系统采用SD卡实现图像的实时存储。SD卡定义了两种可选择的通信模式——SD模式和SPI模式,应用中可选择其中之一。对于主机来说,方式选择是透明的,SD卡在复位时接收命令以确定工作在哪种通信模式。在应用时,可以使用现有的主机,兼容性好,相对于SD模式其传输性能有所降低。
FPGA(主机)与SD卡的SPI通信模式需要4个信号:CS为FPGA到SD卡的选通信号,CLK为FPGA到SD卡的时钟信号,Datain为FPGA到SD卡的数据信号,Dataout为SD卡到FPGA的数据信号。SPI模式面向字节传输,传输中的命令或者数据都以8 bit为单位,且和CS信号保持同步。SPI模式支持单数据块和多数据块的读写操作,且仅使用两个单向信号Datain和Dataout。如图3所示,当SD卡接收到一个有效的读命令后,首先进行应答响应,紧接着传送数据块,数据块的长度在先前传送的SET_BLOCKLEN命令中定义。每个数据块后紧接着16 bit的CRC进行校验,CRC由标准CCITT多项式x16+x12+x5+1产生。当接收到STOP_TRANSMISSION命令后,就停止多数据块的读操作。
如图4所示,当SD卡接收到一个有效的写命令后,首先进行应答响应,然后等待FPGA传送数据块。其中CRC、数据块长度和起始地址的定义和读操作中完全一样。当一个数据块接收后,SD卡立即向FPGA返回一个响应信息。经过CRC校验数据无误后,SD卡进行编程操作,在编程操作中,SD卡同时向FPGA返回连续的忙信息。SD卡读写的程序设计完全按照其读写时序进行。
3 后视监控系统
3.1 后视视频传输及测距设计
图5是后视视频传输及测距系统设计框图。Nios II处理器控制BA(00,01,10,11)通道选择,发出一串超声波脉冲。处理器关闭中断,启动定时器定时。超声波经过相应的通道(0X,1X,2X,3X),输出的脉冲经过功率放大,驱动收发换能器(超声波传感器),发出超声波。为避免发出超声信号本身返回引起的中断,经过适当的延时后,Nios II处理器打开中断。超声波遇到障碍物返回后,经由相应的通道(0Y,1Y,2Y,3Y),经过中心频率为40 kHz的带通放大器后,与设置号的固定门限比较,消除噪声(非返回脉冲),比较器输出的低电平信号作为Nios II处理器的中断信号,处理器接收到中断信号后,关中断,停止计数器计时,读出计数器计数值,根据相应的公式换算出所测距离。如此周期性地循环下去。
为了将所测距离和车后景物实时显示给司机,还设计了声音报警电路和视频显示电路。Nios II处理器根据所测距离长短不同,发出不同频率的脉冲,驱动蜂鸣器发声,距离越短,频率越高,蜂鸣器发声越急促。当距离小于设定的门限时,发出连续的长鸣声,以提示司机倒车。视频显示电路部分的主要作用是将车后景况实时地显示给司机,并将所测距离叠加在屏幕上,根据距离的不同,分别显示“请停车”、“请注意”等提示。所需要显示的字符和汉字的字模存储在ROM芯片中,与字模对应的ROM地址存储在RAM芯片中。车后摄像头摄取的视频信号,经过信号提取电路,提取出行频信号和场频信号,行频信号和场频信号控制高速计数器的时钟和清零信号,计数器的输出作为多路选择器的一个输入,Nios II处理器的输出作为多路选择器的另一个输入,多路选择器的输出作为RAM芯片的地址。这样设计的好处是,Nios II处理器只需在更新显示时,一次性将需要显示的字模地址存储在RAM芯片中,然后释放对外部电路的控制,外部电路就工作在DMA方式,大大减轻了处理器的工作负担。
3.2 实时字符叠加
后视系统里的字符叠加是由Nios II 控制器来控制外部电路实现的,如图6所示。首先控制CD74LS157多路选择器选择由地址0端口送入的信号,而此信号作为TMM2016 RAM芯片的高8 bit地址。同时控制另一路由地址1送来的信号作为RAM 中存储的数据,存储到相应的地址中去。再控制多路选择器选择视频行同步和场同步信号,由它们来选择相应的地址,将地址中已存储的数据发出。这些数据又作为TMS2764 ROM芯片的地址,地址中所存储的数据就是所需要叠加的字模数据,通过寻址,将地址中所存储的数据并串转换后发送出去。发送出去的电平再经过3次反相,来控制模拟开关,从而选择是低电平输出还是高电平输出。由于视频中显示的字符是以低电平方式点亮的,所以当从并串转换芯片中发送来的是低电平的时候,模拟开关闭合,输出低电平,从而点亮相应的点。这样,就实现了字符叠加到液晶显示屏上的功能。
3.3 超声波测距
汽车处于倒车状态时,控制器控制探头发射40 kHz的超声波信号,发射后再检测超声波的回波信号。超声波的发射是由Nios II内核控制器通过定时器定时由pio口来发射一串40 kHz的脉冲信号,经放大电路放大后,由探头发射出去。实验证明,使控制器发射5个40 kHz的脉冲信号,既能检测很近的距离,又能准确接收到信号。由于超声波探头在发射超声波信号后还有一段时间的残余超声波,所以在Nios II控制器发射5个超声波脉冲信号,并打开Nios II中的定时器开始计数后,需要延时一段时间再开启Nios II中的外部pio中断,其过程如图7所示。
4 系统测试
如图8所示,由SOPC构建Nios II处理器对整个系统进行组合,使用μC/OS-II实时操作系统调度切换任务。整个系统并没有使用复杂的IP核,软硬件之间的通信基本上都是靠pio口来实现。对SD卡的读写操作,是通过pio模拟SD卡的读写时序来完成的。对后视控制的操作,是通过3个定时器和1个pio中断来完成的。一个定时器是用来发送40 kHz的超声波的,另一个用来控制发波的间隔,最后一个用来对波发送和返回时间间隔的计数。pio中断主要用来关定时器计数。同时在SOPC中构建了一些pio口,用来引入一些控制信号和叠加字符的地址信号。
利用Quartus开发系统自带的Signal Tap II来观察各个模块中内部节点[4],测试显示信号的变化是正确的,说明了软件的内部流程是符合逻辑的。采集的视频在VGA上显示,观察输出结果与摄像头采集到的图像信息一致,说明视频的采集是正确的。将其中的输出设为一个固定值,写入到SD卡里,图像像素的色度值与设定值相同,证明软硬件的通信是正确的。存储图像的分辨力为320×240,色深为8 bit,每帧图像大小约为75 kbyte。对于后视监控系统,显示器可以清晰地显示车后120°范围内的景象,超声波最小测距为0.30 m,最远测距为2.99 m,测距精度为0.01 m,满足实际应用的需要。
5 小结
本文根据汽车行驶过程中辅助驾驶的工作需求,应用Nios II处理器,实现了基于SOPC的汽车前视与后视的监控系统。系统利用2路摄像头进行视频采集。前视监控是利用摄像头采集汽车前方景象,经过压缩处理,把图片存储到SD卡;后视监控是利用摄像头采集汽车后方景象,并送往LCD液晶屏幕显示。同时利用超声波探头测距,将汽车与障碍物的距离叠加到液晶屏幕上。利用MicroC/OS-II实时操作系统切换调度前视、后视监控任务。整合测试表明,系统软硬件工作正常,满足实际工作需要,具有很强的实用价值。
摘要：为满足汽车辅助驾驶视频监控的应用需求,利用SOPC技术,采用Nios Ⅱ解决方案,在以单片FPGA芯片为核心的系统中,完成了包括汽车前视监控和后视监控等功能。通过μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统来调度系统初始化、前视频数据传输、视频压缩、SD卡读写、后视视频传输、字符叠加和超声测距等任务,保证了辅助驾驶的实时性要求。测试表明,该系统功能完善,满足辅助驾驶的性能要求,具有较高的应用价值。
关键词：NiosⅡ,SOPC,视频监控,测距
参考文献
[1]郭书军,王玉华,葛纫秋,等.嵌入式处理器原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2004.
[2]宋占伟.电视原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2011.
[3]李江辉,王景存.基于FPGA的视频采集与显示系统设计[J].电视技术,2010,34(13):19-21.
智能辅助驾驶系统 篇6
Ixia日前宣布推出符合AUTOSAR标准的最新套件,用于测试联网汽车的车载信息娱乐系统和先进驾驶辅助系统。Ixia的IxANVL (自动网络验证库)汽车一致性和互操作性测试解决方案充分利用Ixia对测试IP/以太网系统的深入了解,帮助推动汽车以太网市场的快速发展。
随着信息娱乐系统和先进驾驶辅助系统对乘客体验产生巨大的影响,汽车以太网的需求不断增加。由于这些系统变得越来越普遍,就需要设定标准来确保整车的性能和安全性。Ixia的测试解决方案有助于确保汽车制造商能够符合这些标准。
汽车行业已经认同开放式和标准化的汽车软件架构AUTOSAR、这个汽车软件和网络基础架构标准由制造商、供应商和工具开发商共同开发。AUTOSAR支持车辆ECU之间的以太网和TCP/IP通信。Ixia于近期加入AUTOSAR,并致力于在自己前进的同时帮助塑造汽车行业的网络测试。
智能辅助驾驶系统 篇7
“这款高效、经济的新型商用车雷达传感器为紧急制动系统以及自适应巡航控制系统等提高驾驶便捷性的功能奠定了理想基础。”博世底盘系统控制事业部总裁Gerhard Steiger表示。博世为轻型和重型载货汽车分别提供能够适用于12V和24V电压系统的传感器, 新型中距离雷达传感器预计于2013年实现量产。
相比传统的24GHz雷达传感器, 77GHz雷达传感器功能更加强劲, 其目标识别率是24GHz雷达传感器的三倍, 测速和测距的精准率提高了3～5倍。新型传感器设计更为紧凑, 采用在全球范围内永久分配给汽车雷达装配的77GHz频段。“新型中距离雷达传感器特别适用于面向全球汽车市场的车型平台。”Steiger介绍道。此外, 由传感器返回的测量数据可以帮助驾驶员了解与前车的距离。
智能辅助驾驶系统 篇8
本文提出一个完整的基于Zig Bee?的驾驶辅助系统解决方案,该方案充分利用了具有低成本、低功耗和安全无线网络功能等特性的ZigBee协议。
该方案会在司机驾车接近公路上的一个预设道路点时提醒和通知司机。基于ZigBee的装置安装在每一个道路点,相关的信息通过广播发送到内置的ZigBee设备的接近车辆中。这种系统大大减少了对人类视觉及道路照明条件的依赖性。
ZigBee网络
ZigBee网络协议栈是建立在定义了针对低数据速率、低功耗网络的物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)的IEEE 802.15.4标准之上的。ZigBee在802.15.4之上增加了网络(NWK)层和应用层(APL)的规范,从而组成了完整的ZigBee协议栈。
更多关于ZigBee网络的内容可参考Beyond Bits第4期的文章,基于ZigBee/IEEE 802.15.4的定位监测。
该解决方案的网络拥有以下类型的ZigBee节点:
●网关节点:此节点位于交通管制站或警察局中,用于同步和收集附近路点节点的信息。每个网关节点将通过以太网连接到互联网。因此,互联网将作为中枢网络连接各网关节点。交通数据记录应用,或者说,任何属于城市管理职权范围内和要求涵盖面广的应用,都需要有一个路点节点的网络。这便于中央数据的收集和分析,以及远程节点的更新和维护。
●路点节点:有两种类型的路点节点:网络节点和独立节点。网络节点执行繁重的数据记录操作,并永久地与一个网关节点相连接。这种节点可以布置在交通干道、高速公路出入口和主要交叉路口。除了获取和传交通信息以外,这些节点还可以向车载节点广播有用的驾车信息,比如附近的加油站或医院等信息。
这些路点节点应能处理道路任一方向的交通。因此,每个车载节点需要通知路点节点其行驶方向,路点节点将反馈相关的信息。由于这些节点和网关节点组成了网络,因此它们可以得到其邻近地区最新的地标和公用事业信息。
●独立节点用于临时部署,它不一定连接到该地区的网关节点上。它们可用作紧急通知,警告前方的交通意外、在建工程及其他道路险情。一旦险情得到解决,这些节点将被移除。独立节点还可以作为广告,这并不需要连接到城市管理的路点网络。
●车载节点:这些节点放置在每辆车内用来与路点节点通讯。这些节点有一个人机界面,如键盘,LED或液晶显示屏等,以方便用户使用该系统。
如图1所示,标记为1–4的路点节点将有效地执行下列功能:
1.提供有关潜在盲点的交通警示;
2.提供各种陆标信息。如加油站、商场和医院;
3.提供关于接近铁路公路交叉道口的列车信息;
4.暂时提供一个关于,建筑及其他交通障碍物警告。
在接下来的章节,我们将看到所有节点协同工作,可以同时支持多种应用。
设置
每一个ZigBee车载节点都有一个唯一的ID分配给它,就像汽车的牌照号码。
车载节点以周期间隔发出包含ID的“ping”数据包,一旦收到“ping”数据包,路点节点将回发某一特定消息数据。
应用
广义上,应用可分为以下三类。
路况告警
路况告警将使用信息来提醒司机前方道路上的危险情况。路点节点能检测到驶近的车辆并传输警告信息以说明即将出现的危险情况,如:
●路面不平导致的限速和限行;转弯盲点;道路维修;禁停,禁止驶入或车速限制的变化,如校区;行人路口及医院或消防局的出入口;车辆驶入单向通行道路,多出现于在丘陵地区。
图2显示了如何设置路点节点装置提前给予汽车司机警告以及时采取纠正措施。对于在转弯盲点附近车辆的警告流程如下:
●图2中,路点节点检测到车辆A接近交叉口(收到车辆A的ping包)。
●路点节点于是记录下车辆A的ID,并发出“转弯盲点”的警告信息。
●在接到警告信息后,车辆A的车载节点将同时给司机发送音频和视频的“转弯盲点“警告信息。
●现在,车辆A仍然在路点节点的范围内,车辆B也进入了该路点节点的范围内。
●路点节点检测到车辆B后,会改变它的广播信息为“多辆汽车接近转弯盲点”。因为它是一个广播信息,所以它会被两辆车都接收到。
●两车的车载节点会再次发出音频告警,并打开一个红色发光二极管。一条警告消息也会显示在每辆车的LCD显示屏上。
●两车的司机可以按要求减速或停车。
●当两辆车都离开路点节点的范围时,该节点停止广播。
对所有的路况告警来说,路点节点的安置必须保证警告信息能及早发送给司机,以使其有足够的时间作出反应。正确的安置取决于下列因素:
因素1:路点节点或车载节点的广播范围(以较短者为准)
因素2:车载节点与路点节点之间连接的ZigBee数据传输率
因素3:人类的平均反应时间
因素4:车速限制,这有助于确定把车停下来所需的平均距离
让我们假设车辆A和车辆B同时以70公里/小时(19.44米/秒)接近转弯盲点,该速度即为车速限制(因素4)。因素1等于50米(保守估计),以及数据传输速率为50 Kbps(因素2)。在70公里/小时的速度下,刹车距离大约是43米,其中包括了司机的反应时间。比方说,警告信息是800比特的数据。
那么,A和B将在距离路点节点50米处被发现,并在50Kbps的数据传速率下,发送800比特的警示讯息只需16毫秒,在这段时间内车行距离约为32厘米。从50米减去这一数字的话,仍然留有超过43米的煞车距离。
信息广播
这类应用为司机提供从非安全紧急信息到各种商业广告的各种信息。
一些例子:
●道路标志
●最近加油/加汽站
●最近的医院,宾馆,市场,汽车服务站和地标信息
●方向指导,如目的地A是在当前位置的前方2公里处,目的地B是当前位置的右方3公里处和目的地C是当前位置的左方3公里处
●路旁餐馆的广告
数据记录
每一个在主要路口和主要高速公路出入口的路点节点能够保存通过车辆的ID和时间信息。节点在其监听范围内记录车辆出入时间和在其范围内的停留时间。这有助于城市规划人员掌握交通模式和流量的概况。
在一个特定的位置,几十个路点节点可通过网状网络连接到一个网关节点,网关节点又依次与一个行政办公室LAN相结合.网关节点将通过定期查询每个网状网络中的路点节点来更新其主日志。主日志信息可用来生成一个每日或每月的综合报告。通过将空气质量、温度和湿度传感器整合在一个路点节点,当地的空气质量也可以得到有效的监测。由于这些应用需要大量的数据记录,快速、长寿命、带错误校正功能的非易失性记忆体应包含在路点节点内。
该解决方案也可以通过以下步骤来追踪被盗或逃逸车辆:
●一旦某一车辆已经发出警告信息,每个网关节点将收到该车的ZigBee节点ID编号。
●随后,网关节点将其及一个“红色警报”的数据包传递到各自的路点节点上。
●路点节点然后进入一个特殊模式,它们把各自记录的车辆ID与“红色警报”ID相比较。当路点节点找到匹配后,它将提醒网关节。
●一条粗略的行车路线可以被记录下来,其中包括每一个路点节点识别该车的时间。
系统详情
我们这里推出了“动态单元”和“静态单元”两个概念。其中被安装在车内的ZigBee单元被称为动态单元,而道路上的路点节点则是静态单元。在动态单元上,一个汽车仪表板的液晶显示屏以及LED阵列被用于显示信息并通过音频警告一起警示司机。使用的LCD液晶显示屏的种类(分段式或彩色)取决于微控制器的种类和该装置的成本。如果使用平台级封装(PiP)[1]的MCF1322x,则可以连接通过SPI连接LCD液晶显示屏。发光二极管Unit Design with
可通过通用I/O(GPIO)或快速I/O(RGPIO)应用到设计中,它可于低成本解决方案中以取代LCD液晶显示屏。另外,路点节点和网关节点也不需要LCD液晶显示屏,因为一个技术员在调试和维护时可通过笔记本电脑连接节点来查看其信息。对所有动态节点来说,必须支持音频告警。
为节省功耗,静态节点在大多数时间中都处于睡眠模式,当它发现一辆车驶近时才被唤醒。太阳能也可用于为路点节点的提供工作电源,并为其电池充电,以24小时的能源效率。
飞思卡尔的优势
飞思卡尔提供所有构建模块用于开发一个完整的ZigBee兼容平台解决方案,包括硬件,软件,工具和参考设计。飞思卡尔提供从先进的兼容ZigBee的PiP单芯片解决方案到简化的包含ZigBee收发器(射频)和低功耗微处理器(MCU)的双芯片硬件解决方案。在双芯片解决方案中,微控制器应包括液晶控制器或两个或两个以上的SPI接口。作为特色之一,ZigBee能确保信息在一个信道上传输而不干扰其他无线网络,从而确保数据的完整性。
所有模块将包括飞思卡尔MC1322x微控制器,包含以下特色:
●128KB串行flash;96KB静态RAM;80KB ROM;IEEE802.15.4硬件加速器。
车载单元包含这些额外的板载部分:显示警示和其他重要信息的LED阵列;液晶面板(可选),以显示路点节点发送的信息。
有数据记录功能的路点节点也将包含SPI闪存,闪存可通过SPI接口与板载的MC1322x微控制器连接。
飞思卡尔还提供全面集成的开发环境(IDE)用以嵌入式应用开发。并提供配合IDE一起使用的Bee Kit?无线连接工具包,这是一套全面包含无线网络协议库、应用程序模板和样例应用程序在内的开发包。
结语
在本文中我们讨论了一个有效的驾驶辅助系统的重要性,以及它如何帮助我们改进公路的安全标准。该解决方案可显著降低司机的风险,并更好地管理交通。相对其他较昂贵的商用系统而言,我们基于ZigBee的驾驶辅助系统是一个高性价比的选择,它可替代那些诸如GPS的昂贵商用系统,后者虽然提供导航服务但不具备任何预警能力。
摘要：本文提出一个完整的基于ZigBee的驾驶辅助系统解决方案,该方案充分利用了具有低成本、低功耗和安全无线网络功能等特性的ZigBee协议。
关键词：ZigBee,IEEE802154,MC1322x
参考文献
[1]MC1322x-Advanced ZigBee-Compliant SoC Platform for the2.4GHz IEEE802.15.4Standard Reference Manual.(2009-02).http://www.freescale.com/files/rf_if/doc/data_sheet/MC1322x.pdf
[2]Freescale supports ZigBee Alliance’s move to integrate RF4CE technology.(2009-03).http://www.freescale.com/zigbee
[3]Research On The Road To Intelligent Cars.ScienceDaily.(2006-03-11).http://www.sciencedaily.com/releases/2006/03/060311090833.htm
[4]Concept of an Intelligent Adaptive Vehicle Front-Lighting Assistance System.H Shadeed,J.Wallaschek.Proceedings of the2007IEEE Intelligent Vehicles Symposium
智能辅助驾驶系统 篇9
1 系统综述
整个系统主要由信息数据采集、信息数据交互以及信息反馈三大部分构成。数据采集部分分为图像采集模块、超声波测距模块、违章检测模块、车距测控模块。图像采集模块在处理器的控制下将摄像头采集的图像信息存入两个处理器共享的存储空间;超声波测距模块使用超声波测距, 检测车辆与目标物体之间的距离;违章检测模块通过激光传感器判断车身位置是否正常;车距测控模块通过红外蔽障传感器判断相邻车之间的车距是否处于安全距离。数据交互模块由GSM通信模块和UART通信模块组成。为了实现车主方便有效的控制车辆, 使用GSM模块进行人机交互;在系统内部, 使用UART模块实现了信息流在各功能部间有效的传递。信息反馈模块由RS232、LCD以及人工语音模块组成, 主要实现系统信息的调试与输出。其中图像采集、激光、红外、超声波模块及其他信息输入模块通过片内总线连接到NIOS II采集核上, UART、LCD、GSM、人工语音等模块连接到NIOS II处理核上, 两个软核间通过共享RAM进行核间通信和协同处理, 达到实时检测和处理路况信息并辅助车辆驾驶的目的。主要原理框如图1所示。
2 分模块详述
2.1 信息采集模块
2.1.1 图像采集模块
首先, 在Quartus II平台下创建工程文件和设计文件, 编辑硬件架构设计图和源文件, 编译通过后下载到硬件平台上, 在设计好硬件架构后, 还需要进行管脚的分配以及各种外设的安装调试。搭建好硬件平台后, 在NIOS II集成开发环境下编写程序, 通过FPGA的输入输出设备完成对视频的采集和处理。为了提高系统效率, 在某一个时刻让一个处理器处于采集模式 (以下称采集核) , 另外一个处理器处于处理模式 (以下称处理核) 。两个处理器之间使用共享一部分内存空间的方式来交换信息。当负责采集核采集到一幅完整图像时, 将该图像的信息写入SRAM, 并置采集完成标志位以通知处理核取走处理。处理核不断检测采集完成标志位, 当发现该标志被置位时, 从共享内存中读取图像信息, 并对其进行分析处理, 将其封装为图像深度为16bit的真彩色图像文件。处理完毕后将图像文件写入flash中, 并将图像采集完成标志位复位[1,2,3,4,5]。
2.1.2 违章检测模块
在实际生活中, 机动车违章现象时有发生。比如, 有些车辆不按规定变道行驶、有些车辆红灯亮时违反规定转向等。在系统中, 需要对这些现象进行检测, 才能对违章车辆进行进一步的处理。为此, 演示系统选择在模拟道路上安装了激光传感器。
激光传感器是一种利用激光技术进行测量的传感器。它能实现无接触远距离测量, 具有速度快、精度高、量程大、抗光、电干扰能力强等特点。
当车辆变道时, 激光传感器可以迅速检测到车辆变道信息, 然后将这一信息反馈给中央处理系统。中央处理系统接收该信息, 并通过当前道路状态判断车辆变道是否违规, 如果违规, 则通过语音模块播报车辆违规事件发生, 并给驾驶员提示。
2.1.3 车距测控模块
在实际生活中, 汽车追尾在交通事故中所占比例很大。而造成汽车追尾的因素, 除了雪天道路湿滑等自然因素外, 一些驾驶员不注意保持安全车距等人为因素也不容忽视。为了驾驶安全考虑, 要求相邻车之间必须保持一定的间距。所以系统采用了红外避障传感器。当有障碍, 光线反射回来时, 输出低电平;当没有障碍时, 无光线反射回来, 输出高电平。
位于模拟车辆上的单片机根据接收头电平的高低做出相应控制。在正常情况下, 两车相距较远, 因而接收头收到高电平。而当前方车辆因为遇到红灯等情形减速时, 其后面车辆与其的间距减小, 当车距减小到一定范围时, 接收头会收到低电平, 车载微处理器检测这一信号, 控制其后方车辆逐渐减速直至停下。
2.2 信息交互模块
2.2.1 GSM通信模块
全球移动通讯系统 (Global System of Mobile communication) , 即GSM, 是当前应用最为广泛的移动电话标准。在辅助驾驶系统中可以采用GSM系统, 即通过在车辆上搭载装入SIM卡的SIM300S芯片, 驾驶员可以通过短消息的方式向车载微处理器发送指令, 车载微处理器以中断方式接收并处理驾驶员的指令。例如, 在冬天早晨驾驶员出门之前可以通过发送预热指令让停在车库中的车辆自行启动预热, 以避免不必要的等待。
2.2.2 UART通信模块
UART是一种通用串行数据总线, 用于异步通信。该总线双向通信, 可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中, UART常用于主机与辅助设备通信[6]。
该辅助驾驶系统中有多处使用了UART这种异步串行通信方式。主要应用如下:
(1) 循迹微处理器与中央处理系统之间的通信。循迹微处理器接收中央处理系统的指令, 例如当中央处理系统检测到车辆违规变道时, 中央处理系统通过UART接口向相应车辆传递信息, 违规车辆收到该信息纠正自身违规操作。同时, 循迹微处理器可以通过UART接口向中央处理系统报告自身的状态信息, 如是否遇到交叉路口, 是否遇到交通灯等。
(2) 车载循迹微处理器通过UART接口与语音模块通信, 控制语音模块输出设定语音信息。例如, 当车载循迹微处理器检测到交通灯时, 通过UART接口控制语音模块发出“遇到交通灯”语音信息。
(3) GSM模块与手机等终端设备的通信。如上文提到系统中使用GSM模块实现人机交互功能。在该模块的具体实现中, SIM300使用UART接口检测及接收发往该芯片的短消息。
2.3 信息反馈模块
2.3.1 LCD
LCD即Liquid Crystal Display, 液晶显示屏。在辅助驾驶系统当中利用LCD可以显示各种文字类、图像类的提示信息, 比如在汽车当前的档位、速度, 邮箱的储油量, 汽车已经行驶的公里数、损耗程度或者汽车内的温度、汽车与障碍物之间的距离等文字信息, 也可以显示汽车前后的环境情况, 摄像头采集到的前方交通标识牌等图片信息。使用LCD可以给驾驶员一个视觉上更加直观的感受, 方便驾驶员掌握汽车当前情况。
2.3.2 语音控制和提示
在双核系统的智能辅助驾驶模拟演示系统中添加一个无线模块和语音识别模块, 就可以实现由语音命令无线控制汽车。有了无线语音控制功能, 驾驶员可以更方便地操控汽车。比如控制汽车的启动、停止、前进、后退、转弯、并线等, 也可以控制汽车车门的加锁与解锁, 或者在行驶过程中控制汽车的速度档位等。无线语音控制功能可以在一定程度上可以解放驾驶员的双手, 让驾驶过程更加方便轻松。
除了无线语音控制功能外, 汽车上也添加了语音提示功能。它可以使驾驶员从听觉上直观地接收到汽车当前的状态信息和一些存在安全隐患的不良操作信息。比如可以播报汽车内的温度状况, 倒车时汽车与前后方障碍物的距离, 或者当汽车前方有障碍物时会发出报警声音, 汽车行驶过程中车门若没有安全关闭, 驾驶员安全带没有牢系时发出提示声, 汽车超速行驶时提示驾驶员减速, 汽车违规时语音提示驾驶员等。这些对于辅助驾驶的意义都非常明显。
2.4 多处理器模块
2.4.1 互斥核原理简介
互斥核原理即Nios II处理器允许使用其硬件互斥核部件对共享资源进行保护处理。这个硬件互斥核就是一个称为Mutex的SOPC Builder组件。Mutex核提供一个基于硬件的原子测试与置位操作, 处理器通过测试Mutex是否可行来在操作中获取它。当处理器不使用与Mutex相关的资源时, 它就会立即释放Mutex, 避免单个软核对Mutex核及共享资源的独占。这时, 另外一个处理器就可以获取Mutex并使用与之相关的共享资源。因此, 运行在处理器上的软件需要设计成在访问相关共享资源前总是先获取Mutex, 这样就可以防止共享资源同时被多个处理器访问。基于互斥核原理的多核间通信方案适用于频繁大量的数据交换[7]。
2.4.2 多核协同工作及通信
对于双核之间的通信和资源利用的问题是基于互斥核原理。采用互斥核原理, 多核间的通信可以使用片上RAM或者片外存储器作为共享存储器, 采用查询的方式实现[7]。使用核1进行信息数据的采集, 然后写到存储器中, 核2对存储器中的数据进行读取并控制汽车做出相应的反应, 达到辅助驾驶的目的。查询方式下, 单个核需要有任务循环不断检查共享区域的标志位, 等待其他软核送来信息, 然后激活自身系统挂起的任务, 进行下一步的工作。基于Mutex核的双核通信流程图如图2所示。
3 系统测试结果及分析
根据上文所述, 利用SOPC Builder生成如图3所示的多核实体, 它包含cpu和cpu1两个核心, 还包含RAM、FLASH、UART、RS232、TIMER等组件, 再使用NIOS II在每个软核上编写程序, 下载运行。模型小车在模拟道路正常运行, 一个核心可以正常处理各种输入信息, 另一个核心可以正常输出各种控制信息, 其他各个模块也都运行正常。经测试软核间利用Mutex可以正常同时运行, 互斥的访问共享资源, 同时双核间存在着交互与通信。相对于单个核心, 多核心输入输出可以同时进行, 节约了等待时间, 除去核间切换时间, 程序运行时间缩短了一倍左右, 这证明多个软核是可以加速程序运行的。
4 结语
多核处理器结构通过采用简化单核结构、增加核心数目和片上部件等结构设计方法提高了处理器性能, 适应了工艺发展和应用的需求, 逐步成为了应用的主流。针对辅助驾驶系统对实时性的严格要求, 本系统通过采用多处理器的架构, 实现了在FPGA上的视频、音频准确高效采集。与传统单处理器系统相比, 多处理器架构的系统的系统效率明显提高。而如何进一步地利用多处理器提高系统效率, 是下一阶段的一个重要研究方向。在实现了对视频音频高效采集以后, 如何对采集到的视频音频信息做出准确快速无二义性的识别, 是辅助驾驶系统需要进行深入探讨的另一课题。而多处理器在其中的应用, 应当引起人们的广泛关注。
摘要：为了拓展嵌入式系统在车辆辅助驾驶方面的应用, 提高嵌入式系统的处理能力, 提出基于多核处理机的嵌入式车辆辅助驾驶系统的方案, 对核间通信以及多核之间协同处理信息进行研究, 搭建出虚拟多核与嵌入式系统相结合的图像信息处理系统, 探讨对基于多传感器的数据采集和基于多核处理机的数据处理在车辆辅助驾驶方面的应用价值。
关键词：多核,嵌入式系统,辅助驾驶
参考文献
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