[发明专利]一种基于机器视觉的转向助力预警系统及其工作方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的转向助力预警系统，其特征在于，包括机器视觉采集模块，信号采集模块，数字信号处理器，控制模块，执行模块；

所述机器视觉采集模块，由安装在车辆前车牌上方的摄像头和图像采集卡组成，所述摄像头用于实时采集路面信息，并传输给图像采集卡；所述图像采集卡将摄像头拍摄的模拟图像信息转化为数字图像信息，再传输给所述数字信号处理器；

所述数字信号处理器对机器视觉采集模块获得的数字图像信息进行处理，并将处理结果传输给控制模块；

所述信号采集模块由方向盘角度传感器、车速传感器、横摆角速度传感器组成；所述方向盘角度传感器安装在方向盘下方的方向柱内，用于测量方向盘的转角；所述车速传感器安装在变速箱的输出轴上，用于测量车辆车速；所述横摆角速度传感器安装在扶手箱的储物盒内，用于测量车辆的横摆角速度；所述方向盘角度传感器、车速传感器、横摆角速度传感器将采集的信息传输给控制模块；

所述控制模块用于接收和处理数字信号处理器及信号采集模块传来的数据和信息，判断方向盘转角、车速是否在安全范围内，并通过横摆角速度判断车辆有无侧滑趋势；

所述的执行模块由转向助力电机和报警喇叭组成，所述转向助力电机设置在齿轮齿条式转向器上；当方向盘转角不在安全范围内，所述控制模块向所述转向助力电机和报警喇叭发出指令；所述转向助力电机直接作用于转向拉杆，推动转向拉杆帮助车轮转向，同时所述报警喇叭提供辅助示警；当车速不在安全范围内及车辆有侧滑趋势时，所述控制模块向所述报警喇叭发出指令；所述报警喇叭提供辅助示警。

2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的转向助力预警系统，其特征在于，所述控制模块由电子控制单元组成。

3.一种基于机器视觉的转向助力预警系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，信号采集模块中的方向盘角度传感器测量车辆的方向盘转角；

步骤2，控制模块判断方向盘转角是否大于30°，若大于30°，说明此时驾驶员有转向的意图，执行下一步；若小于等于30°，则结束程序；

步骤3，机器视觉采集模块的摄像头自动打开，进行实时图像采集，获得前方道路的路面信息，并传输给图像采集卡；图像采集卡将摄像头拍摄的模拟图像信息转化为数字图像信息，传输给数字信号处理器；

步骤4，数字信号处理器对机器视觉采集模块获得的数字图像信息进行处理，获得道路曲率再通过拟人控制算法，计算车辆的理论车速V_理和理论方向盘转角θ_理，并传输给控制模块；

步骤5，信号采集模块通过方向盘角度传感器、车速传感器、横摆角速度传感器采集方向盘转角、车速、横摆角速度的信息，并将信息传输给控制模块；

步骤6，控制模块分析处理数字信号处理器与信号采集模块传输的数据和信息；

比较理论方向盘转角θ_理与方向盘角度传感器测得的实际方向盘转角θ_实，当|θ_理-θ_实|≤15°时，控制模块不发出指令；当|θ_理-θ_实|＞15°时，根据θ_理与θ_实的差值，计算出理论转矩，再根据理论转矩和系统的助力特性确定转向助力电机的理论电流和转动方向，并向报警喇叭发出指令；若θ_理-θ_实＞15°时，报警喇叭提醒转角偏小，同时转向助力电机根据控制模块的指令为转向机构提供使转角变大的辅助力矩；若θ_实-θ_理＞15°时，报警喇叭提醒转角偏大，同时转向助力电机根据要求提供使转角变小的辅助力矩，阻止过度转向；

比较理论车速V_理与车速传感器测得的实际车速V_实，当V_实-V_理≤8km/h时，控制模块不发出指令；当V_实-V_理＞8km/h时，向报警喇叭发出指令，报警喇叭提示驾驶员需要减速；

比较理论横摆角速度ω_理与横摆角速度传感器测得的实际横摆角速度ω_实，当ω_实-ω_理≤0.1rad/s时，说明车轮没有侧滑趋势，控制模块不发出指令；当ω_实-ω_理＞0.1rad/s，说明车轮有侧滑趋势，报警喇叭提示驾驶员有侧滑趋势；

步骤7，执行模块根据控制模块的判断结果决定是否有需要执行的指令，如果有需要执行的指令，执行步骤8；如果没有需要执行的指令，则跳过步骤8，执行步骤9；

步骤8，执行模块通过转向助力电机和报警喇叭对车辆进行控制；

步骤9，回到方向盘转角的判定，直到方向盘转角小于等于30°时，程序结束。

4.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的转向助力预警系统的工作方法，其特征在于，所述步骤6中理论的横摆角速度的计算公式为其中δ_理为理论转向轮转角，v_理为理论车速，L为轴距；K的计算公式为式中m为车辆的质量，L为轴距，k₁、k₂分别为前后轮的侧偏刚度，a为质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离。